高分子材料因其具有质轻、高强度、耐温、耐腐蚀等优异的性能，现在被广泛应用于高端制造、电子信息、交通运输、建筑节能、航空航天、国防军工等诸多领域。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。

 

因此，如何本着节能、低碳和生态发展的原则，最大程度地发挥高分子材料制品的功能，就越来越受到人们的关注。而老化正是影响高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。

 

接下来我们就来看一下什么是高分子材料的老化、老化类型、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结构特点和物理状态及其在使用过程中受到的热、光、热氧、臭氧、水、酸、碱、菌和酶等外在因素使得其在应用过程中，会出现性能下降或损失。

 

这不仅造成资源浪费，甚至会因其功能失效酿成更大的事故，而且其老化引起的材料分解也可能会对环境产生污染。

 

高分子材料在使用过程中发生的老化更有可能造成巨大的灾难和不可挽回的损失。

 

因此，高分子材料的防老化成为高分子行业不得不解决的问题。

 

二、高分子材料老化类型

 

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。总的来说，高分子材料的老化可归为以下四种类型的变化：

 

1、外观的变化

 

出现污渍、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。

 

2、 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。

 

3、 力学性能的变化

 

拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松弛等性能的变化。

 

4、 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。

 

三、高分子材料老化的微观分析

 

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。

 

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种：

 

1、 物理防护（加厚、涂装、外层复合等）

 

高分子材料的老化，特别是光氧老化，首先是从材料或制品的表面开始，表现为变色、粉化、龟裂、光泽度下降等，然后逐渐往内部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通过加厚制品的方法可以延长制品的使用寿命。

 

对于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一层耐候性好的涂层，或在制品外层复合一层耐候性好的材料，从而使制品表面附上一层防护层，从而延缓老化进程。

 

2、 改进加工工艺

 

很多材料在合成或制备过程中，也存在老化的问题。如，聚合过程中热的影响、加工过程中的热氧老化等等。那么相应地，可以通过在聚合或加工过程中增加除氧装置或抽真空装置等减缓氧气的影响。

 

但这种方法只能保证材料在出厂时的性能，而且这种方法只能从材料的制备源头实施，无法解决其在再加工和使用过程中的老化问题。

 

3、 材料的结构设计或改性

 

很多高分子材料分子结构中存在极易老化的基团，那么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。

 

4、 添加抗老化助剂

 

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：

 

即将抗老化助剂（粉末或液体）与树脂等原料直接混合搅拌后挤出造粒或注塑等等。这种添加方式由于简单易行，从而为广大的抽粒和注塑厂所广泛采用。

 

在对产品品质和质量稳定性要求较高的厂家，更多的是采用在生产时添加抗老化母粒的方式。

 

其应用优势在于抗老化助剂在母粒制备过程中首先实现了预分散，那么在后期材料加工的过程中，抗老化助剂得到二次分散，达到了助剂在高分子材料基体中均匀分散的目的，不仅保证了产品的质量稳定性，也避免了生产时的粉尘污染，使得生产更为绿色环保。

 

五、五大通用塑料的防老化

 

下面这五大类塑料占据了塑料原料使用的绝大多数，所以防老化格外重要：

 

1、 聚乙烯及其防老化

 

聚乙烯（polyethylene ，简称PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。

 

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。

 

常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。PE是产量最大、消费量也是最大的塑料品种，其消费结构包括薄膜、注塑制品、线缆、中空容器及包装箱、管材、棒材、板材、塑编等等。

 

防老化聚乙烯最典型的应用就是农用薄膜了，此外还有电线电缆的防热氧老化及户外架空线缆的耐候、大型中空容器及罐体的户外应用耐候等等之类。

 

防老化的薄膜及塑编等聚乙烯薄制品等基本通过添加防老化母粒（如LS-121系列）来解决，这主要是由制品特点所决定的。母粒的好处在于其清洁卫生性、防老化助剂的均匀分散性、制品质量的稳定性。

 

2、 聚丙烯及其防老化

 

聚丙烯（polypropylene，简称PP），是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。

 

通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小，是最轻的通用塑料。

 

其主要应用领域包括塑编、薄膜、注塑制品（如汽车、家电等）、纤维等等。其缺点除了耐低温冲击性差以外，易老化是最需要关注和解决（如LS-133系列）的。

 

3、 聚苯乙烯及其防老化

 

聚苯乙烯（Polystyrene，简称PS），包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。

 

普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。

 

似玻璃状脆性材料，具有优良的光学性能，透光率达88%～92%、折射率为1.59～1.60，可以透过所有波长的可见光，透明性材料在塑料中仅次于有机玻璃等丙烯酸类聚合物。

 

但聚苯乙烯耐候性较差，长期使用或存放时受阳光、灰尘作用，会出现浑浊、发黄等现象，因而用聚苯乙烯制作光学部件等高透明制品时需考虑加入适当品种和用量的防老剂。而HIPS由于含有丁二烯链段，耐候性也较差，同样需要防老化改性（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），简称ABS），是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。ABS树脂外观微黄不透明，相对密度1.04。它具有良好尺寸稳定性，突出的耐冲击性、耐热性、介电性、耐磨性，表面光泽性好，易涂装和着色等优点。

 

丙烯腈使ABS具有较好的化学稳定性和表面硬度，丁二烯使ABS具有橡胶体的韧性和抗冲击性能，苯乙烯使ABS具有良好的加工流动性、着色性和可电镀性。ABS树脂可与多种树脂配混成共混物，如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，产生新性能和新的应用领域，广泛应用于制备仪表、电气、电器、机械等各种零件。

 

与HIPS类似，由于其分子结构中含有双键，耐热性和耐候性都比较差，尤其是耐候性特别差，即使在室内，也会发黄变色，通过加入合适的防老化体系（如LS-151系列）可有效延缓ABS制品的老化变色，特别是浅色系制品。

 

5、 聚氯乙烯及其防老化

 

聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，简称PVC），是氯乙烯单体（vinyl chloride monomer, 简称VCM）在过氧化物、偶氮化合物等引发剂；或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。

 

氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称之为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小，相对密度1.4左右，玻璃化温度77~90℃。PVC曾是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。

 

在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。

 

聚氯乙烯的稳定性较差，在不加热稳定剂的情况下，聚氯乙烯100℃时即开始分解，130℃以上分解更快。受热分解放出氯化氢气体使其变色，由白色→浅黄色→红色→褐色→黑色。

 

阳光中的紫外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后发脆，在实际应用中必须加入稳定剂（如B150X系列）以提高对热和光的稳定性。

 

 

来源：Internet

关键词： 高分子材料 防老化性能