(1)老化的原因主要是由于結(jié)構(gòu)或組分內(nèi)部具有易引起老化的弱點(diǎn),如具有不飽和雙鍵、支鏈、羰基、末端上的羥基,等等。外界或環(huán)境因素主要是陽光、氧氣、臭氧、熱、水、機(jī)械應(yīng)力、高能輻射、電、工業(yè)氣體(如、、、等)、海水、鹽霧、霉菌、細(xì)菌、昆蟲,等等。
從結(jié)構(gòu)上的原因來說,聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化,因?yàn)镃—F鍵的鍵能比C—H鍵的鍵能大,它起著保護(hù)碳鏈的作用。聚丙烯不如聚乙烯耐老化,這是因?yàn)榫郾┑奶兼溕嫌屑谆谆荚由系臍湓颖容^容易脫去。由于聚酰胺鏈上有羧基,聚酯纖維中的酯鍵容易水解,因此也容易老化。又如二烯烴聚合的橡膠中含C=C雙鍵,容易發(fā)生熱氧老化、光氧老化、臭氧老化。由于橡膠常在應(yīng)力條件下使用,比較容易發(fā)生臭氧龜裂,因此臭氧老化是橡膠老化的主要原因。氯丁橡膠由于含有吸電子基的氯原子,因而較耐老化。聚合物由于結(jié)構(gòu)上的弱點(diǎn)而在一定外界條件下發(fā)生的各種老化現(xiàn)象如前所述。有的聚合物沒有上述情況也會(huì)發(fā)生老化,如受到輻射特別是高能輻射時(shí),化學(xué)鍵就會(huì)發(fā)生斷裂,即使是近紫外光輻射也能足夠打開一般的單鍵(C—H、O—H那樣的強(qiáng)鍵除外)。
(2)防止老化的措施
從發(fā)生老化的原因來看,一個(gè)主要原因是在高分子結(jié)構(gòu)本身。因此,改善高分子的結(jié)構(gòu)以提高老化的能力是很重要的。例如,橡膠在硫化以后,依然存在著不飽和雙鍵,而橡膠制品在使用時(shí)又難于避免日光、氧氣、臭氧等的侵蝕,所以人們研究合成新的品種就應(yīng)避免或大大減少橡膠的高分子鏈上的雙鍵。當(dāng)納塔①等人用絡(luò)合催化劑定向聚合了聚乙烯以后,他們就預(yù)測可以用乙烯和丙烯兩種單體經(jīng)共聚制成彈性 體,后來,果然合成了二元乙兩橡膠,乙丙橡膠區(qū)別于其他合成橡膠在結(jié)構(gòu)上的一大特點(diǎn)就是主鏈中不含雙鍵,完全飽和,使它成為最耐臭氧、耐化學(xué)品、耐高溫的耐老化橡膠。但是,乙丙橡膠也帶來聚二烯橡膠所沒有的缺點(diǎn),如硫化速率慢,不易跟金屬粘合等。于是人們又研究在乙丙橡膠上接上易硫化的第三單體,以提高硫化速率。目前,乙丙橡膠已成為合成橡膠中有發(fā)展前途的一個(gè)品種。高分子科學(xué)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展,將不斷地改進(jìn)高聚物的性能,使它們延緩老化并延長使用壽命。
其次是在合成材料加工過程中添加防老劑。如添加防止氧氣或臭氧引起老化的抗氧劑,添加紫外光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、防霉劑,等等。再次,還可以用物理防護(hù)的方法,如涂漆、鍍金屬、浸涂防老劑溶液等。總之,對(duì)聚合物的老化和防老化的研究是高分子科學(xué)和技術(shù)的一個(gè)重大問題。在選擇單體、改進(jìn)加工聚合方法、添加防老劑、保護(hù)制品表面等方面,雖已取得顯著成果,但仍需進(jìn)行深入的研究。
我們在使用高分子材料制品時(shí),也要注意保護(hù),以延緩其老化。例如,濕的聚酯纖維衣服不宜在日光下曝曬,塑料雨傘、雨衣在使用后要擦干以防止因霉菌侵蝕而發(fā)霉,等等。但是,有些制品是難于避免這些外界因素的,如塑料地膜、塑料大棚上的薄膜、汽車輪胎、室外電纜包皮等都不能避免日曬雨淋以及氧氣等的侵蝕。這就要依靠從高分子結(jié)構(gòu)、加工等方面來提高質(zhì)量以加強(qiáng)聚合物內(nèi)部防老化的能力。
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