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高分子材料的環(huán)境行為與老化機理研究進展
高分子材料的環(huán)境行為與老化機理研究進展1
總結(jié)了有關(guān)高分子材料在環(huán)境因素作用下老化研究的歷史與現(xiàn)狀,闡述了環(huán)境場(如光、熱和化學介質(zhì))對高分子老化的影響,提出了材料老化的一些主要機理.在探討了一些新研究手段的發(fā)展和取得的成果的基礎(chǔ)上,進而展望了高分子材料老化及防護措施的'研究動向和發(fā)展趨勢.
高分子材料的環(huán)境行為與老化機理研究進展2
所謂的高分子材料就是相對分子量較高的化合物構(gòu)成的材料。早在人類文明發(fā)展開始階段,高分子材料就被人們充分利用,利用蠶絲織布,用秸稈、木材造紙等;高分子材料發(fā)展歷史之久遠,而發(fā)展至今——高科技時代,高分子材料在人們?nèi)粘Ｉ钪懈潜缺冉允?如橡膠、塑料、涂料、纖維等。然而影響高分子材料的環(huán)境因素有很多,如日光照射,溫濕度,外部機械受力等,這些都不同程度導致了高分子材料的老化,縮短了使用壽命,雖然科學研究領(lǐng)域在高分子材料上有了實質(zhì)性的進步和一定的效果,如各種光穩(wěn)定劑,抗氧化劑等產(chǎn)品,但這些也只能延緩高分子材料的使用壽命,仍不能完全杜絕高分子材料的老化,迄今高分子材料老化問題仍是科學界無法攻克的難題。
一、影響高分子材料老化的環(huán)境因素
1.太陽光對高分子的影響
目前太陽光是影響高分子材料老化的主要原因,而且是不可避免的,太陽光中含有大量的紫外線,是最容易被高分子材料中的醛基和酮基所吸收,從而產(chǎn)生復雜的化學反應;另一部分太陽光中的'紅外線,紅外線接觸高分子材料后,使得高分子材料吸收溫度迅速上升,這就加劇了高分子材料的熱老化性,從而降低了使用壽命。
2.空氣中氧對高分子的影響
氧無處不在,而且屬于極活潑氣體,在高分子材料表面受到太陽光照射后極易發(fā)生氧化反應,像我們平時看到的銅綠,所謂的銅綠就是銅在光的照射下發(fā)生氧化反應而形成表面的一層保護介質(zhì)。這樣的現(xiàn)象還有很多,并且為無法避免不可逆的,然而高分子材料和我們息息相關(guān),在日常的加工、運輸、使用過程中都不可避免的接觸氧,所以氧也是導致高分子材料老化的主要因素。
3.外部作用——機械力對高分子材料的影響
高分子材料在使用過程中不可避免的接觸外部因素作用,外部作用在一定程度下導致了高分子材料的老化進程。例如汽車輪胎,它屬于高分子材料橡膠,橡膠的突出特點是分子鏈柔性好,在外部車輪和車承載力的作用下,易發(fā)生較大程度的變形,由于它特殊的分子原理可迅速恢復,如果長時間施加機械力,橡膠內(nèi)的分子鏈受到破壞發(fā)生變形導致龜裂,加速了高分子材料的老化過程。
4.水和電對高分子材料的影響
由于高分子材料的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊,含有一種親和水性很好的物質(zhì),在高分子材料遇到水后易破壞分子結(jié)構(gòu)而易被水解;高分子內(nèi)部的組織鍵對電的反應更加敏感,一旦接通電源,分子就形成了大量不規(guī)則運動而劇烈反應,有效的破壞了分子弱鍵,導致高分子材料失效電解游離。
二、高分子材料老化的具體表現(xiàn)
高分子材料老化顧名思義就是通過外部作用破壞了高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu),分子量變小,生成新的物質(zhì)或發(fā)生降解的過程。一般分為物理老化和化學老化,物理老化可逆轉(zhuǎn)比較好恢復,例如,一些高分子材料在外部壓力作用下產(chǎn)生變形,但去除外力后即可恢復原狀。還有一些高分子材料受潮后絕緣性降低,表現(xiàn)為失效,但干燥后即可利用�；瘜W老化就較復雜了,它是高分子內(nèi)部鍵和鍵之間發(fā)生的不可逆現(xiàn)象,較能控制和恢復。老化后的材料強度降低、韌性、穩(wěn)定性、耐熱性及顏色等各方面都出現(xiàn)不同程度的破壞和降低,影響其正常使用功能。高分子材料老化外觀主要表現(xiàn)為顏色變淡,出現(xiàn)斑點、龜裂、粉化等現(xiàn)象;內(nèi)部老化則表現(xiàn)為水解、電解、沖擊強度、抗拉強度等減低,從而達到高分子材料的疲勞極限,喪失其使用價值。
三、緩解老化的具體措施
現(xiàn)階段,研究高分子材料老化和抗老化問題是一個實際關(guān)鍵性問題,由于高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜,反應條件成熟,反應機理無法避免,所以對高分子研究領(lǐng)域內(nèi)還無法真正杜絕其老化現(xiàn)象,只能對老化做輔助性的延緩作用,從而增加高分子材料的使用壽命。
1.物理防護措施
物理防護就是應用外部因素影響高分子的作用,它可以完全控制一般的物理老化,對實質(zhì)性的化學老化起到一定的延緩作用。例如,常年暴曬和雨淋的大棚塑料薄膜,經(jīng)日照后分子受熱發(fā)生氧化,促使透明度降低,薄膜脆化,如何延長塑料薄膜的使用壽命,增大農(nóng)民的經(jīng)濟效益,人們利用在薄膜上覆蓋草柵,降低塑料薄膜和日光接觸時間,從而達到了延長塑料壽命的目的。其次,在高分子材料中加一種延緩劑、防老劑來增加抗老化機理。例如,機械設(shè)備一般都是用機械材料(鐵、銅、鋼等)通過鍵槽連接組成的一個具有規(guī)范運動的主體,但因長期暴露在空氣中,設(shè)備表面經(jīng)�？吹戒P跡斑斑,影響了設(shè)備的美觀,人們就針對此現(xiàn)象發(fā)明了油漆,油漆涂在設(shè)備表面有效阻止了設(shè)備與空氣接觸的面積,起到了使之無法氧化的目的。像運用物理方法保護高分子材料老化的現(xiàn)象還有很多,它成本低實施簡單,現(xiàn)已被人們廣泛利用。
2.改變高分子本身易老化的特點
引起高分子材料老化的最主要原因是其本身的弱鍵或不飽和雙鍵,由于分子內(nèi)部存在弱鍵、不飽和鍵使得高分子材料特別不穩(wěn)定,易于和空氣中的氫鍵氧鍵發(fā)生反應生成新的物質(zhì),如改變其不穩(wěn)定鍵使之成為飽和鍵,那它抗老化性就大大增加。例如橡膠中的碳-碳鍵極易與空氣發(fā)生臭氧老化和光氧老化。針對這一現(xiàn)象,在橡膠中加入氯原子鍵,氯原子鍵有很好的吸附電子基功能,從而提高了橡膠的抗老化性。舉一反三,像這種在高分子材料中加入鍵基減少支鏈使其穩(wěn)定,也是我們提高抗老化的有力措施。
四、結(jié)束語
隨著現(xiàn)代科技的進步和經(jīng)濟領(lǐng)域的復蘇,高分子材料的應用越來越廣泛,對高分子材料的研究備受關(guān)注,對有效的降低高分子材料的老化性,合理的提高使用壽命是我們面臨的首要任務,雖然我們在不同領(lǐng)域取得了一些成績,但面對復雜浩瀚的高分子老化技術(shù)方面我們還需要再接再厲,同時也是對我們科技領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn),我們對探究高分子領(lǐng)域的研究追求永無止境。
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