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高分子老化

高分子老化,高分子材料在加出右很通结雷模你宪工、贮存和使用过程中,由于各种因素的影响,性能和使用价值逐渐降低的现象。

  • 中文名称 高分子老化
  • 种类 化学老化和物理老化

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  高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由向持歌南于各种因素的影响,性能和使用价值逐渐降低的现象。老化可分为化学老化和物理老化两种。

  化学老化是一种不可逆的化学反应,它是分子结构变化的结果,例如塑料的脆化,橡胶的龟裂,纤维的变黄等。化学老化可以分为降解和交联两种类型。降解是项伯故双煤指高分子受紫外线、热、机械力等因素的作用而发生的分子链的断裂;交联是指高分子碳-氢键断裂,产生的高分子自由基相互结合,形成网状结构。降解和交成饭你希用面乡拉脱尽联对高分子的性能有很大的影响。降解使高分子分子量下降,材料变软发粘,抗拉强度和模量降低;交联使高分子材料变硬变脆,伸长率下降(见高分子降解和高分子交联)。

结构示意图

  物理老化不涉及分子结构的改变,它仅仅是由于物理作用发生的可逆性变化。例如有些高分子材料受潮后绝缘性能下降,而杂镇率相怕富但干燥后可以恢复。

现象

  ①外观的变化,出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化及光泽颜色改变等;

  ②物理性能的变化,包括溶解性、溶胀性、流变性及耐寒、耐热、透气、透光、透水等性能;

  ③力学性能的助只们变化,如抗拉、抗弯、抗压和抗冲强度及伸长率等;

  ④电性能的变化,如绝缘电阻、介电损耗、击穿电料州林条呀握评架研联扬压等。

引起原因

  引起高分子老化有内外两种因素,外在的因素包括化学氧化作用、水分解作用,物理的热作用、光作用、电作用和机械力作用,以及来自生物的微生物作用氢买探守、昆虫作用和海洋生物作用等

  太阳光是引起高分子老化的主要外因之一,它对户外使用的高分子影响较大。太阳光中的紫外线,易被含有醛、酮、羰基的聚合物所吸收,引起光化学反应。太阳光中的红外线为物质所吸收,转变为热量;随着温度的升高,高分子热老化和热氧老化加剧。氧是一种活泼气体,能使许多物质发生氧化作用。高分子的化学老化主要是在光、热或其他因素影响下进行360百科的氧化反应。高分子在加工、贮存和使用过程中,不可避免地要和氧接触,所以氧也是引起高分子化学老化的主要因素述须销象之一。

  内在的干挥因素包括高分子本身化学结构和物理状态的影响圆更切妈。支链高分子比直链高分子容易老化,因为支链会降低高分子的键能,所以当支链增大时,会降低高分子的抗老化性能

  某些高分子在分子结构上含有亲水基团,容易吸收水而引起水解。此外左师座,水渗入高分子内部后,会使制品内某些防老剂被水溶解,从而去除了制品内部的保护剂,使制品加速老化。

  根据老化因素和试验手段的不同,可以对高分子老化按生物老化、大气老化、光老化、光氧老化、热老化、热氧老化、湿热红味扬易买老化、臭氧老化等类型进行研迫深务头究,至于化学试剂对于概检探银犯眼高分子的破坏作用,可归入防腐蚀专业的范畴。高分宜频子老化和防老化的元粮众研究是不能分割的.老化塑料暴露于自然或人工环境条件下性能随时间变坏的现象。

防老化

  研究高分子材料的老化和防老化是一案场显区个很实际的问题,也是一个很复杂的问题。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,以致最后丧失使用价值,这种现象就是老化。老化是一种不可逆的变化,它是高分子材料的通病。担是人们可以通过对高分子老化过程的研究,采取适当的防老化措施,提高材料的耐老化的性能,延缓老化的速率,以达到延长使用寿命的目的。

  (1)发和老化的原因主要是由于才商赵员础减六线市结构或组分内部具有易引起老化的弱点,如具有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基,等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体(如、、、等)、海水、盐雾、老你观致在依间官践霉菌、细菌、昆虫,等等。

  从结构上的原因来说,聚乙烯移见掉搞思型轻爱向假比聚四氟乙烯容易老化,因为C—F键的键能比C—H键的键能大,它起着保护碳链的作用。聚丙烯不如聚乙烯耐老化,这是因为聚书四斗细触剂肉额容整丙烯的碳链上有甲基,甲基碳原子上的氢原子比较容易脱去。由于聚酰胺链上有羧基,聚酯纤维中的酯键容易水解,因此也容易老化。又如二烯烃聚合的橡胶中含C=C双键,容易发生热氧老化、光氧老化、臭氧老化。由于橡胶常在应力条件下使用,比较容易发生臭氧龟裂,因此臭氧老化是橡胶老化的主要原因。氯势绍呢染神是丁橡胶由于含有吸电子基的氯原子,因而较耐老化。

  聚合物由于结构上的弱点而在一定外界条件下发生的各种老化现象如前所述。有的聚合物没有上述情况也会发生老化,如受到辐射特别是高能辐射时,化学键就会发生断裂,即使是近紫外光辐射也能足够打开一般的单键(C—H、O—H那样的强键除外)。

措施

  从发生老化的原因来看,一个主要原因是在高分子结构本身。因此,改善高分子的结构以提高老化的能力是很重要的。例如,橡胶在硫化以后,依然存在着不饱和双键,而橡胶制品在使用时又难于避免日光、氧气、臭氧等的侵蚀,所以人们研究合成新的品种就应避免或大大减少橡胶的高分子链上的双键。当纳塔①等人用络合催化剂定向聚合了聚乙烯以后,他们就预测可以用乙烯和丙烯两种单体经共聚制成弹性体,后来,果然合成了二元乙两橡胶,乙丙橡胶区别于其他合成橡胶在结构上的一大特点就是主链中不含双键,完全饱和,使它成为最耐臭氧、耐化学品、耐高温的耐老化橡胶。但是,乙丙橡胶也带来聚二烯橡胶所没有的缺点,如硫化速率慢,不易跟金属粘合等。于是人们又研究在乙丙橡胶上接上易硫化的第三单体,以提高硫化速率。目前,乙丙橡胶已成为合成橡胶中有发展前途的一个品种。高分子科学和生产工艺的发展,将不断地改进高聚物的性能,使它们延缓老化并延长使用寿命。

  其次是在合成材料加工过程中添加防老剂。如添加防止氧气或臭氧引起老化的抗氧剂,添加紫外光稳定剂、热稳定剂、防霉剂,等等。

  再次,还可以用物理防护的方法,如涂漆、镀金属、浸涂防老剂溶液等。

  总之,对聚合物的老化和防老化的研究是高分子科学和技术的一个重大问题。在选择单体、改进加工聚合方法、添加防老剂、保护制品表面等方面,虽已取得显著成果,但仍需进行深入的研究。

  我们在使用高分子材料制品时,也要注意保护,以延缓其老化。例如,湿的聚酯纤维衣服不宜在日光下曝晒,塑料雨伞、雨衣在使用后要擦干以防止因霉菌侵蚀而发霉,等等。但是,有些制品是难于避免这些外界因素的,如塑料地膜、塑料大棚上的薄膜、汽车轮胎、室外电缆包皮等都不能避免日晒雨淋以及氧气等的侵蚀。这就要依靠从高分子结构、加工等方面来提高质量以加强聚合物内部防老化的能力。

参考书目

  W.L.Hawkins, Polymer Stabilization,John Wiley & Sons, New York, 1972.

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