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高分子材料因其具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度、耐溫、耐腐蝕等優(yōu)異的性能，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于高端制造、電子信息、交通運(yùn)輸、建筑節(jié)能、航空航天、國(guó)防軍工等諸多領(lǐng)域。這不僅為高分子新材料產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)空間，也對(duì)其質(zhì)量性能、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求。

 

因此，如何本著節(jié)能、低碳和生態(tài)發(fā)展的原則，最大程度地發(fā)揮高分子材料制品的功能，就越來(lái)越受到人們的關(guān)注。而老化正是影響高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。

 

接下來(lái)我們就來(lái)看一下什么是高分子材料的老化、老化類型、造成老化的因素、防老化主要方法以及五大通用塑料的防老化。

 

一、塑料老化

 

高分子材料本身具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理狀態(tài)及其在使用過(guò)程中受到的熱、光、熱氧、臭氧、水、酸、堿、菌和酶等外在因素使得其在應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)性能下降或損失。

 

這不僅造成資源浪費(fèi)，甚至?xí)蚱涔δ苁п劤筛蟮氖鹿?，而且其老化引起的材料分解也可能?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

 

高分子材料在使用過(guò)程中發(fā)生的老化更有可能造成巨大的災(zāi)難和不可挽回的損失。

 

因此，高分子材料的防老化成為高分子行業(yè)不得不解決的問(wèn)題。

 

二、高分子材料老化類型

 

由于聚合物品種不同，使用條件各異，因而有不同的老化現(xiàn)象和特征。總的來(lái)說(shuō)，高分子材料的老化可歸為以下四種類型的變化：

 

1、外觀的變化

 

出現(xiàn)污漬、斑點(diǎn)、銀紋、裂縫、噴霜、粉化、發(fā)粘、翹曲、魚眼、起皺、收縮、焦燒、光學(xué)畸變以及光學(xué)顏色的變化。

 

2、 物理性能的變化

 

包括溶解性、溶脹性、流變性能以及耐寒、耐熱、透水、透氣等性能的變化。

 

3、 力學(xué)性能的變化

 

拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、相對(duì)伸長(zhǎng)率、應(yīng)力松弛等性能的變化。

 

4、 電性能的變化

 

如表面電阻、體積電阻、介電常數(shù)、電擊穿強(qiáng)度等的變化。

 

三、高分子材料老化的微觀分析

 

高分子聚合物在熱或光的作用下會(huì)形成激發(fā)態(tài)的分子，當(dāng)能量足夠高，分子鏈就會(huì)斷裂形成自由基，自由基可以在聚合物內(nèi)部形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，繼續(xù)引發(fā)降解，也可能引起交聯(lián)。

 

如果環(huán)境中存在氧氣或臭氧，還會(huì)誘發(fā)一系列氧化反應(yīng)，形成氫過(guò)氧化物（ROOH），并進(jìn)一步分解成羰基。

 

如果聚合物中存在殘余的催化劑金屬離子，或在加工、使用中帶入金屬離子如銅、鐵、錳、鈷等，會(huì)加速聚合物的氧化降解反應(yīng)。

 

四、提高防老化性能的主要方法

 

目前，改善和提高高分子材料防老化性能的主要方法有以下四種：

 

1、 物理防護(hù)（加厚、涂裝、外層復(fù)合等）

 

高分子材料的老化，特別是光氧老化，首先是從材料或制品的表面開(kāi)始，表現(xiàn)為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等，然后逐漸往內(nèi)部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通過(guò)加厚制品的方法可以延長(zhǎng)制品的使用壽命。

 

對(duì)于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一層耐候性好的涂層，或在制品外層復(fù)合一層耐候性好的材料，從而使制品表面附上一層防護(hù)層，從而延緩老化進(jìn)程。

 

2、 改進(jìn)加工工藝

 

很多材料在合成或制備過(guò)程中，也存在老化的問(wèn)題。如，聚合過(guò)程中熱的影響、加工過(guò)程中的熱氧老化等等。那么相應(yīng)地，可以通過(guò)在聚合或加工過(guò)程中增加除氧裝置或抽真空裝置等減緩氧氣的影響。

 

但這種方法只能保證材料在出廠時(shí)的性能，而且這種方法只能從材料的制備源頭實(shí)施，無(wú)法解決其在再加工和使用過(guò)程中的老化問(wèn)題。

 

3、 材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或改性

 

很多高分子材料分子結(jié)構(gòu)中存在極易老化的基團(tuán)，那么通過(guò)材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以不易老化的基團(tuán)替代易老化的基團(tuán)，往往可以起到良好的效果。

 

4、 添加抗老化助劑

 

目前，提高高分子材料耐老化性的有效途徑和常用方法就是添加抗老化助劑，其由于成本較低、且無(wú)需改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝而得到廣泛應(yīng)用。這些抗老化助劑的添加方式主要有兩種：

 

即將抗老化助劑（粉末或液體）與樹(shù)脂等原料直接混合攪拌后擠出造?；蜃⑺艿鹊?。這種添加方式由于簡(jiǎn)單易行，從而為廣大的抽粒和注塑廠所廣泛采用。

 

在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量穩(wěn)定性要求較高的廠家，更多的是采用在生產(chǎn)時(shí)添加抗老化母粒的方式。

 

其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于抗老化助劑在母粒制備過(guò)程中首先實(shí)現(xiàn)了預(yù)分散，那么在后期材料加工的過(guò)程中，抗老化助劑得到二次分散，達(dá)到了助劑在高分子材料基體中均勻分散的目的，不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，也避免了生產(chǎn)時(shí)的粉塵污染，使得生產(chǎn)更為綠色環(huán)保。

 

五、五大通用塑料的防老化

 

下面這五大類塑料占據(jù)了塑料原料使用的絕大多數(shù)，所以防老化格外重要：

 

1、 聚乙烯及其防老化

 

聚乙烯（polyethylene ，簡(jiǎn)稱PE）是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹(shù)脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。

 

聚乙烯無(wú)臭，無(wú)毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質(zhì)的酸）。

 

常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性優(yōu)良。PE是產(chǎn)量最大、消費(fèi)量也是最大的塑料品種，其消費(fèi)結(jié)構(gòu)包括薄膜、注塑制品、線纜、中空容器及包裝箱、管材、棒材、板材、塑編等等。

 

防老化聚乙烯最典型的應(yīng)用就是農(nóng)用薄膜了，此外還有電線電纜的防熱氧老化及戶外架空線纜的耐候、大型中空容器及罐體的戶外應(yīng)用耐候等等之類。

 

防老化的薄膜及塑編等聚乙烯薄制品等基本通過(guò)添加防老化母粒（如LS-121系列）來(lái)解決，這主要是由制品特點(diǎn)所決定的。母粒的好處在于其清潔衛(wèi)生性、防老化助劑的均勻分散性、制品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

 

2、 聚丙烯及其防老化

 

聚丙烯（polypropylene，簡(jiǎn)稱PP），是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。

 

通常為半透明無(wú)色固體，無(wú)臭無(wú)毒。由于結(jié)構(gòu)規(guī)整而高度結(jié)晶化，故熔點(diǎn)可高達(dá)167℃。耐熱、耐腐蝕，制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點(diǎn)。密度小，是最輕的通用塑料。

 

其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括塑編、薄膜、注塑制品（如汽車、家電等）、纖維等等。其缺點(diǎn)除了耐低溫沖擊性差以外，易老化是最需要關(guān)注和解決（如LS-133系列）的。

 

3、 聚苯乙烯及其防老化

 

聚苯乙烯（Polystyrene，簡(jiǎn)稱PS），包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯（EPS)，高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。

 

普通聚苯乙烯樹(shù)脂為無(wú)毒，無(wú)臭，無(wú)色的透明顆粒，電絕緣性能好，易著色，加工流動(dòng)性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂，耐熱性差及不耐沸水等。

 

似玻璃狀脆性材料，具有優(yōu)良的光學(xué)性能，透光率達(dá)88%～92%、折射率為1.59～1.60，可以透過(guò)所有波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，透明性材料在塑料中僅次于有機(jī)玻璃等丙烯酸類聚合物。

 

但聚苯乙烯耐候性較差，長(zhǎng)期使用或存放時(shí)受陽(yáng)光、灰塵作用，會(huì)出現(xiàn)渾濁、發(fā)黃等現(xiàn)象，因而用聚苯乙烯制作光學(xué)部件等高透明制品時(shí)需考慮加入適當(dāng)品種和用量的防老劑。而HIPS由于含有丁二烯鏈段，耐候性也較差，同樣需要防老化改性（如LS-152系列）。

 

4、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其防老化

 

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Poly（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene），簡(jiǎn)稱ABS），是一種強(qiáng)度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子材料。ABS樹(shù)脂外觀微黃不透明，相對(duì)密度1.04。它具有良好尺寸穩(wěn)定性，突出的耐沖擊性、耐熱性、介電性、耐磨性，表面光澤性好，易涂裝和著色等優(yōu)點(diǎn)。

 

丙烯腈使ABS具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和表面硬度，丁二烯使ABS具有橡膠體的韌性和抗沖擊性能，苯乙烯使ABS具有良好的加工流動(dòng)性、著色性和可電鍍性。ABS樹(shù)脂可與多種樹(shù)脂配混成共混物，如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，產(chǎn)生新性能和新的應(yīng)用領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于制備儀表、電氣、電器、機(jī)械等各種零件。

 

與HIPS類似，由于其分子結(jié)構(gòu)中含有雙鍵，耐熱性和耐候性都比較差，尤其是耐候性特別差，即使在室內(nèi)，也會(huì)發(fā)黃變色，通過(guò)加入合適的防老化體系（如LS-151系列）可有效延緩ABS制品的老化變色，特別是淺色系制品。

 

5、 聚氯乙烯及其防老化

 

聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，簡(jiǎn)稱PVC），是氯乙烯單體（vinyl chloride monomer, 簡(jiǎn)稱VCM）在過(guò)氧化物、偶氮化合物等引發(fā)劑；或在光、熱作用下按自由基聚合反應(yīng)機(jī)理聚合而成的聚合物。

 

氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物統(tǒng)稱之為氯乙烯樹(shù)脂。PVC為無(wú)定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小，相對(duì)密度1.4左右，玻璃化溫度77~90℃。PVC曾是世界上產(chǎn)量最大的通用塑料，應(yīng)用非常廣泛。

 

在建筑材料、工業(yè)制品、日用品、地板革、地板磚、人造革、管材、電線電纜、包裝膜、瓶、發(fā)泡材料、密封材料、纖維等方面均有廣泛應(yīng)用。

 

聚氯乙烯的穩(wěn)定性較差，在不加熱穩(wěn)定劑的情況下，聚氯乙烯100℃時(shí)即開(kāi)始分解，130℃以上分解更快。受熱分解放出氯化氫氣體使其變色，由白色→淺黃色→紅色→褐色→黑色。

 

陽(yáng)光中的紫外線和氧會(huì)使聚氯乙烯發(fā)生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后發(fā)脆，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑（如B150X系列）以提高對(duì)熱和光的穩(wěn)定性。