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高分子材料的防老化措施

2021-05-17 16:03       

  高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。由于其具有优于传统结构材料的许多潜在性能,使得它们在军民品领域的用途越来越广。高分子材料质量轻、强度高、抗腐蚀性能好,具有很好的保护性能,大量用于航空、汽车、船舰、基础构建、军用品等领域。

  但是在加工、贮存和使用过程中, 由于受到光、热、氧、水、高能辐射、化学以及生物侵蚀等内外因素的综合作用,高分子材料的化学组成和结构会发生一系列变化,物理性能也会相应变坏,如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等,这种现象就被是高分子材料的老化 。高分子材料老化的本质是指物理结构或化学结构发生的改变,表现为材料的性能逐渐下降,并失去其应有的使用价值。

  

高分子材料老化试验

 

  高分子材料的防老化措施

  1、热老化预防措施

  对于结晶型塑料及橡胶,要求使用温度应处于玻璃化温度以上,但低温环境有可能会使材料的使用温度低于玻璃化温度,材料的物理性能发生改变而影响使用性能“ 。嘉峪检测网提醒在高分子材料生产加工过程中,降低材料的结晶度、提高大分子链的柔性和适当降低交联度,玻璃化温度也会相应降低;或在材料的成型加工过程中,加人增塑剂,在提高材料可加工性的同时,可以降低玻璃化温度而提高了材料的耐寒性。增塑剂的作用机理包括分子增塑(含内增塑)和结构增塑,分子增塑是增塑剂在分子水平上与高分子混溶,降低了高分子链之间的相互作用力,而增加了高分子链的柔顺性;内增塑是通过共聚的方法改变聚合物的化学组成使高分子之间的相互作用减弱而达到增塑的目的;结构增塑是增塑剂以分子尺寸的厚度分布于聚合物的聚集态结构之间,而起到一种特殊的润滑作用。

  非晶塑料的使用温度须低于玻璃化温度,结晶型塑料与纤维的使用温度须远低于熔点,橡胶的使用温度须低于粘流温度。某些高分子材料如长期处于高温下使用,也存在老化的风险,增加高分子链的刚性如在侧链中引人苯环,适当提高材料的结晶度、交联程度和分子量,可以提高熔点或粘流温度,但材料的可加工性有可能变的困难。此外,对高分子合金而言,若需要提高热稳定性,可在聚合物中适当加入些相容剂。

  2、湿热预防措施

  聚酯、聚缩醛、聚酰胺和多糖类高聚物在酸或碱催化下,遇水能够发生水解,在空气污染严重,频繁产生酸雨的地域,这类高分子材料的使用会受到限制。如能够在这类材料的表面覆盖一层防水薄膜,就可降低甚至避免水解老化现象的发生。

  3、氧老化预防措施

  在高聚物加工过程中,加入胺类抗氧化物、酚类抗氧化物、含硫有机化合物和含磷化合物,它们能够与过氧自由基迅速反应,而使连锁反应提早终止。根据作用机理,抗氧剂分为自由基受体型和自由基分解型, 自由基受体型抗氧剂如某些胺类和酚类抗氧剂,其能够与高分子自由基或过氧自由基迅速反应,使其活性降低,而自身也变成活性低,不能继续链反应的自由基;自由基分解型抗氧剂如含硫有机化合物和含磷化合物,能够使高分子过氧自由基转变成稳定的羟基化合物。但对于酚类抗氧剂,由于存在氢过氧化物自分解成自由基的趋势,最佳的稳定剂体系应由抗氧剂与氢过氧化物均裂抑制剂组成。如果自由基受体型抗氧剂与自由基分解型抗氧剂共同使用,往往会产生较好的协同效果。由于某些过渡金属元素的存在会加剧高分子材料的氧化老化,所以在成型加工过程中,须加入金属鳌合剂,与其形成络合物而使其失去催化作用。

  

高分子材料老化试验

 

  4、光老化预防措施

  在材料的加工过程中,如果加人光稳定剂, 可以避免材料的老化降解。根据作用机理,这类光稳定剂包括光屏蔽剂、紫外吸收剂、淬灭剂和自由基捕捉剂。光屏蔽剂能反射紫外光,避免透人聚合物内部,减少光激发反应,起光屏蔽作用的稳定剂包括炭黑、钛白粉等;紫外吸收剂能吸收紫外光, 自身处于激发态,然后放出荧光、磷光或热而回到基态;淬灭剂的作用机理是,高聚物吸收紫外光而处于激发态,然后将能量转移给淬灭剂, 回到基态,淬灭剂最后将所获得能量以光或热的形式释放出去,而恢复到基态;自由基捕捉剂能够有效的捕捉高分子自由基而使链反应终止。

  另据报道,Decker等 在聚合物表面涂抹一层防紫外的丙烯酸涂料,可有效增强聚合物的光稳定性,涂层越厚,光稳定性越好。

  5、生物老化预防措施

  能使塑料发生微生物老化的主要类型是霉菌,其次为细菌、小型藻类和原生动物。因此,对霉菌的防范措施致关重要。目前, 防止霉腐的方法有多种,最适宜于塑料制品的方法就是塑料中添加防霉剂的方法或使用反微生物因子涂覆。