李國(guó)強(qiáng)

(青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042)

1 引言

高分子材料涉及到工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以及我們的日常生活之中，并且與我們生活的聯(lián)系也越來(lái)越緊密，另一方面，高分子材料逐漸開(kāi)始超過(guò)金屬材料，其產(chǎn)量正逐年增加。橡膠材料是高分子合成材料之中我們十分熟悉的一種，在一般情況下，在使用或者貯存橡膠材料的過(guò)程中，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，這些橡膠材料的性能都會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)不斷的下降，橡膠材料的使用方式以及貯存環(huán)境的好壞也會(huì)對(duì)橡膠材料的性能產(chǎn)生較大的影響，甚至導(dǎo)致材料構(gòu)建性能劣化。

高分子材料有著非常悠久的發(fā)展歷史，遠(yuǎn)在人類(lèi)文明發(fā)展之初，被廣泛應(yīng)用的高分子材料就已經(jīng)出現(xiàn)，秸稈造紙、蠶絲織布等都是廣泛應(yīng)用的高分子合成材料示例。今天，科學(xué)技術(shù)推動(dòng)下高分子材料不斷發(fā)揮著更加巨大的能量，高分子材料正在強(qiáng)有力的促進(jìn)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。

人類(lèi)社會(huì)的生活與高分子材料不斷緊密相連，高分子材料在新技術(shù)時(shí)代下的產(chǎn)物包括塑料、橡膠、纖維等，高分子材料不斷為人類(lèi)社會(huì)做出著巨大的貢獻(xiàn)，但科學(xué)界始終無(wú)法解決的一大難題是高分子材料的老化問(wèn)題。影響高分子材料老化的因素包括很多方面，例如陽(yáng)光、溫度、濕度、外力等都是導(dǎo)致高分子材料老化的直接因素，這些因素會(huì)對(duì)其使用壽命造成較大影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)高分子材料的使用性能造成很大程度的影響。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)研究者們一直在探索研究高分子材料的老化問(wèn)題，研究成果包括光穩(wěn)定劑、抗氧化劑等，但這些產(chǎn)品只能在一定程度上對(duì)高分子材料的老化造成一定延緩的效果，卻不能完全解決高分子材料的老化問(wèn)題，要想從根本上解決這一個(gè)問(wèn)題，我們需要進(jìn)一步的研究。

2 影響高分子橡膠材料老化的環(huán)境因素

2.1 光照溫度的影響

2.1.1 太陽(yáng)光對(duì)橡膠材料造成的影響

太陽(yáng)光對(duì)高分子材料具有最為直接的影響，這種影響十分重要而且不可避免，這是因?yàn)榫酆衔锊牧显谑艿焦庵苯诱丈涞那闆r下，是否會(huì)發(fā)生化學(xué)分子鏈的斷裂，在一定程度上取決于光能與離解能之間相對(duì)的大小。含有羰基及雙鍵的聚合物材料會(huì)吸收在特定范圍內(nèi)的紫外線波長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致大分子化學(xué)鏈斷裂的結(jié)果，材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致材料性能下降，高分子材料出現(xiàn)老化現(xiàn)象。太陽(yáng)光之中大量的紫外線極容易被高分子橡膠材料吸收，并且與高分子橡膠材料產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，不僅如此，紅外線也存在于太陽(yáng)光之中，這就會(huì)導(dǎo)致在橡膠材料與太陽(yáng)光接觸一段時(shí)間之后溫度極速上漲，長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光之下的橡膠材料會(huì)加速老化過(guò)程，最終導(dǎo)致壽命的縮短。

2.1.2 溫度對(duì)橡膠材料造成影響

隨著溫度升高，物理顆粒會(huì)隨著溫度的升高不斷加速其傳播的速度，這是我們?nèi)粘６贾赖某ＷR(shí)，那么同理可知，在溫度升高的情況下，材料也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，高分子材料分子鏈會(huì)增強(qiáng)其分子鏈的震動(dòng)，這是因?yàn)殡x解材料的分子鏈之間的化學(xué)鍵是在一固定溫度下，當(dāng)溫度達(dá)到分解的溫度值或分解溫度值以上的情況下，就會(huì)導(dǎo)致化學(xué)鍵的分解，高分子鏈就會(huì)開(kāi)始熱降解，甚至導(dǎo)致基團(tuán)脫落。綜上所述，溫度變化會(huì)改變高分子材料的物理化學(xué)狀態(tài)，進(jìn)而造成高分子材料的老化。

2.2 濕度的影響

游離的水分子是濕度對(duì)高分子材料影響的最主要因素，水分子密集的情況下，高分子材料分子之間會(huì)被水分子滲透，隨著時(shí)間不斷發(fā)展，水分累積之下，材料會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，甚至物理狀態(tài)會(huì)隨之改變，有些材料會(huì)直接溶解。濕度會(huì)對(duì)維持高分子材料分子間的作用力造成改變，高分子材料就會(huì)降低其原有的性能甚至失去其使用性能。

2.3 氧化現(xiàn)象

空氣中存在的氧氣是高分子材料發(fā)生性能改變的一個(gè)主要原因，這是因?yàn)檠鯕馐腔瘜W(xué)性質(zhì)十分活潑的一種氣體，空氣無(wú)處不在也就說(shuō)明氧氣無(wú)處不在，我們無(wú)法避免空氣中含有氧氣，也就說(shuō)明我們無(wú)法避免高分子材料存在于空氣中時(shí)的氧化現(xiàn)象，氧化反應(yīng)非常容易發(fā)生在高分子材料的表面，在陽(yáng)光照射之下，高分子材料會(huì)不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)對(duì)影響到高分子材料的性質(zhì)甚至其使用性能，而我們完全不能避免高分子材料與空氣產(chǎn)生接觸，也就無(wú)法避免這些氧化反應(yīng)的發(fā)生，故而高分子材料產(chǎn)生老化的主要原因之一就包括了氧化。

2.4 外部作用導(dǎo)致的老化

機(jī)械力也是高分子材料老化的主要原因之一，在使用過(guò)程之中，橡膠材料常常會(huì)遭到機(jī)械力的作用，這些外部作用不斷的出現(xiàn)在高分子材料如橡膠材料的使用過(guò)程之中，這些影響與溫度、陽(yáng)光對(duì)高分子材料的作用一致，都是不可避免的。以汽車(chē)輪胎為例，車(chē)承載力與車(chē)輪會(huì)對(duì)高分子橡膠材料產(chǎn)生作用，輪胎會(huì)不斷發(fā)生變形，然而這種變形可以在短時(shí)間內(nèi)得到迅速恢復(fù)，這是由于橡膠的特殊性能產(chǎn)生的。但在長(zhǎng)時(shí)間的外力作用之下，橡膠的內(nèi)部高分子同樣會(huì)發(fā)生不可逆的變化，內(nèi)部分子在受到較大的破壞的情況下，老化速度會(huì)不斷加快。

3 緩解高分子材料老化的應(yīng)對(duì)措施

3.1 改善高分子材料的自身結(jié)構(gòu)

要對(duì)老化問(wèn)題產(chǎn)生在高分子材料之中進(jìn)行解決，最根本的做法就是從高分子結(jié)構(gòu)本身入手。高分子材料的高分子結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致其老化的自身原因，同時(shí)也是主要原因，只有不斷對(duì)其自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，提高其性能，才能從根本上緩解高分子材料的老化現(xiàn)象。

高分子橡膠材料會(huì)產(chǎn)生硫化現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生不飽和雙鍵，要應(yīng)對(duì)橡膠材料的老化，就需要對(duì)高分子材料上的雙鍵進(jìn)行避免，要減少這些雙鍵的產(chǎn)生。針對(duì)高分子材料的老化問(wèn)題需要不斷進(jìn)行深入分析與研究，根據(jù)當(dāng)下的情況，改善橡膠材料的分子結(jié)構(gòu)是從根本上解決老化問(wèn)題的關(guān)鍵所在。但由于高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，研究技術(shù)水平不夠，所以我們還無(wú)法徹底消除高分子材料的老化，只能通過(guò)技術(shù)手段來(lái)提高高分子材料的使用性能，延緩其使用壽命。

3.2 改變高分子本身易老化的特點(diǎn)

高分子材料的本身弱鍵或者不飽和鍵是造成其老化的最主要原因，正是由于這個(gè)原因，容易受到空氣中氧氣的影響，氧氣與材料中的氫鍵氧鍵發(fā)生反應(yīng)，最終導(dǎo)致高分子材料穩(wěn)定性低。因此如果使高分子材料中的鍵變?yōu)轱柡玩I，那么其抗老化的作用效果會(huì)有極大的提高。以橡膠為例，橡膠中的碳鍵會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)，因此在橡膠中加入氯原子鍵就能夠使其穩(wěn)定，從而很好的提高其抗老化性能。

3.3 物理防護(hù)措施

對(duì)于來(lái)自外部影響高分子老化的因素可以采用物理防護(hù)的措施。物理防護(hù)能夠有效的控制一般的物理老化現(xiàn)象，并且能夠相應(yīng)的延緩化學(xué)性老化。以大棚塑料薄膜為例，由于長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)吹日曬，塑料薄膜會(huì)發(fā)生氧化，出現(xiàn)透明度降低和薄膜脆化的現(xiàn)象，塑料薄膜的使用壽命也相應(yīng)降低，而在塑料薄膜上覆蓋草棚就會(huì)有效的減少日照，從而延長(zhǎng)薄膜使用壽命。對(duì)于光氧化所帶來(lái)的高分子材料老化現(xiàn)象，最有效的解決措施就是添加穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑可以使光氧化所造成的對(duì)高分子材料的破壞穩(wěn)定化，可以有效的提高抗光氧化的性能，進(jìn)而提高高分子材料的使用壽命。

3.4 添加穩(wěn)定劑

在高分子材料中添加的穩(wěn)定劑主要有光屏蔽劑、猝滅劑、受阻胺光穩(wěn)定劑等。 光屏蔽劑就是我們所說(shuō)的涂層和顏料，這種穩(wěn)定劑可以為高分子材料提供一層保護(hù)膜，為高分子材料屏蔽光線。猝滅劑主要是通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)來(lái)起到穩(wěn)定效果的。受阻胺光穩(wěn)定劑主要是通過(guò)阻礙胺類(lèi)哌啶系衍生物來(lái)起到穩(wěn)定作用的。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著不斷發(fā)展中的世界經(jīng)濟(jì)以及不斷升級(jí)的科學(xué)技術(shù)，高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，我們也迎來(lái)了越來(lái)越廣闊光明的高分子材料發(fā)展前景。隨著越來(lái)越廣泛的高分子材料應(yīng)用范圍，人類(lèi)生活對(duì)于高分子材料的依賴程度越來(lái)越高了。在這種情況下，我們要不斷對(duì)高分子材料的老化現(xiàn)象進(jìn)行解決，首要以及最為關(guān)鍵性的問(wèn)題即為如何不斷提高高分子材料的使用性能和使用壽命，在長(zhǎng)期的研究之中，我們雖然取得了一些成果，這些成果對(duì)有效減緩高分子材料的老化產(chǎn)生了一些作用，但高分子材料的老化問(wèn)題仍舊十分復(fù)雜，等待我們解決的難題仍舊很多，不斷探索研究高分子領(lǐng)域?qū)ξ覀儊?lái)說(shuō)仍是一個(gè)十分持長(zhǎng)的過(guò)程。