高分子材料的老化类型和抗老化方法

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高分子材料发展现状

因其质轻、高强度、耐温、耐腐蚀等优异性能，高分子材料在高端制造、电子信息、交通运输、建筑节能、航空航天、国防军工等领域得到广泛应用，发挥了巨大作用。它不仅是国民经济的重要基础性产业，也是先导性产业，属于石化行业内的战略新兴产业，同时也是电子信息、航空航天、国防军工、新能源等战略新兴产业的重要配套材料。高分子材料技术含量高、附加值高，是石化产业转型升级的重要方向。

因此，发达国家和跨国公司高度重视高分子材料的发展领域。这不仅为高分子新材料产业提供了广阔的市场空间，也对其质量性能、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求。如何本着节能、低碳和生态发展的原则，最大限度地发挥高分子材料制品的功能，越来越受到关注。而老化正是影响高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。

高分子材料的老化类型

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，最终丧失使用价值，这种现象称为高分子材料的老化。这不仅造成资源浪费，还可能因功能失效引发事故，甚至可能因老化引起的材料分解对环境造成污染。由于聚合物品种不同，使用条件各异，因而有不同的老化现象和特征。高分子材料的老化可归为以下四种类型的变化：

外观的变化

包括污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、收缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变化。

物理性能的变化

包括溶解性、溶胀性、流变性能以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化。

力学性能的变化

包括拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松驰等性能的变化。

电性能的变化

如表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变化。

造成高分子材料老化的因素

1.宏观分析

高分子聚合物在加工、使用过程中，会受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作用，其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。

2.微观分析

高分子聚合物在热或光的作用下会形成激发态的分子，当能量足够高，分子链就会断裂形成自由基，自由基可以在聚合物内部形成链式反应，继续引发降解，也可能引起交联。如果环境中存在氧气或臭氧，还会诱发一系列氧化反应，形成氢过氧化物（ROOH），并进一步分解成为羰基。如果聚合物中存在残余的催化剂金属离子，或在加工、使用中带入金属离子如铜、铁、锰、钴等，会加速聚合物的氧化降解反应。

高分子材料抗老化的方法

1.物理防护

如加厚、涂装、外层复合等，可以延长制品的使用寿命。

2.改进加工工艺

在聚合或加工过程中增加除氧装置或抽真空装置等，可以减缓氧气的影响。

3.高分子材料的结构设计或改性

通过材料的分子结构设计，以不易老化的基团替代易老化的基团，往往可以起到良好的效果。或者是在高分子分子链上通过接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基团或结构，赋予材料本身以优异的抗老化功能。

4.添加防老化助剂

目前，提高高分子材料耐老化性的有效途径和常用方法就是添加抗老化助剂，其由于成本较低、且无需改变现有生产工艺而得到广泛应用。这些抗老化助剂的添加方式主要有两种：助剂直接添加法和抗老化母粒添加法。