有關(guān)高分子材料老化性能的思考

1、有關(guān)高分子材料老化性能的思考2011-10-22論文代寫作者：王文軍摘要：高分子材料性能優(yōu)異，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在戶外工程中市場占有率很高。但由于使用過程中高分子材料受光、濕度和溫度等環(huán)境因素作用，導(dǎo)致力學(xué)性能和外觀發(fā)生變化。為改善高分子材料的抗老化性能，必須充分認(rèn)識其老化機(jī)理和老化進(jìn)程，進(jìn)而有目的地進(jìn)行防老化改性。關(guān)鍵詞：高分子材料；降解；老化；進(jìn)展高分子材料在加工、貯存和使用過程中，由于內(nèi)外因素的綜合影響，逐步發(fā)生物理化學(xué)性質(zhì)變化，物理機(jī)械性能變壞，以致最后喪失使用價值，這一過程稱為“老化”。老化現(xiàn)象有如下幾種:外觀變化，材料發(fā)粘、變硬、變形、變色等；物理性質(zhì)變化，溶解、溶脹和流變性能改變；機(jī)

2、械性能變化和電性能變化等。引起高分子材料老化的內(nèi)在因素有：材料本身化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及配方條件等；外在因素有：物理因素，包括熱、光、高能輻射和機(jī)械應(yīng)力等；化學(xué)因素，包括氧、臭氧、水、酸、堿等的作用；生物因素，如微生物、昆蟲的作用。老化往往是內(nèi)外因素綜合作用的極為復(fù)雜的過程。高分子材料的老化縮短了制品的使用壽命，并影響制品使用的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，限制了制品的應(yīng)用范圍。因此，研究引發(fā)高分子材料老化的原因及其微觀機(jī)理具有非常重要的意義。近年來，高分子老化研究主要集中在探討高分子材料老化的規(guī)律、機(jī)理，以及環(huán)境因素對材料老化的影響等方面，這些工作對于發(fā)展新的實驗技術(shù)和測試方法，改善材料的生產(chǎn)技術(shù)、研制特

3、種材料、逐步達(dá)到按指定性能設(shè)計新材料等具有重大的指導(dǎo)作用。1 戶外因素對高分子材料老化行為的影響為的影響高分子材料在戶外曝露于太陽光和含氧大氣中，分子鏈發(fā)生種種物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致鏈斷裂或交聯(lián)，且伴隨著生成含氧基團(tuán)如酮、羧酸、過氧化物和醇，導(dǎo)致材料韌性和強(qiáng)度急劇下降。關(guān)于光氧化降解過程和防止這種降解過程的發(fā)生，已有很多研究報導(dǎo)，這些研究工作的基礎(chǔ)是光化學(xué)效應(yīng)，即物質(zhì)在吸收光后所發(fā)生的反應(yīng)。紫外波長300n m400nm，能被含有羰基及雙鍵的聚合物吸收，而使大分子鏈斷裂，化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致材料性能劣化，因此歷來是研究熱點。Ibnelwaleed A.等通過自然環(huán)境曝露和人工加速試驗，研究了不同支

4、鏈形式LLDPE、HDPE的耐紫外光老化性能。Ibnelwaleed A.等從流變學(xué)角度分析了PE紫外光老化歷程，發(fā)現(xiàn)LLDPE在紫外光老化過程中同時發(fā)生交聯(lián)和斷鏈，短支鏈含量高低和老化時間長短直接影響材料性能。另外，(Z-N)催化合成的LLDPE和茂金屬催化合成的LLDPE降解機(jī)理相似，但是，對于相同重均分子量和支化度的PE，茂金屬催化合成的LLDPE比齊格勒納塔催化合成的LLDPE耐降解，而且發(fā)現(xiàn)單體的類型對紫外光老化降解影響不大。在80和300W紫外光輻照條件下對有機(jī)硅和聚氨酯兩種建筑密封膠進(jìn)行5000小時人工加速老化試驗。發(fā)現(xiàn)密封膠老化機(jī)理是由于輻照產(chǎn)生的熱作用引起的，在老化開始階段，

5、熱作用使密封膠交聯(lián)；而在老化后階段，主要發(fā)生分子量下降；紫外線輻射往往破壞側(cè)鏈基團(tuán)。2高分子材料的老化性能表征技術(shù)及應(yīng)用在高分子材料老化研究中，性能表征方法對正確反映老化現(xiàn)象、認(rèn)識并探索老化機(jī)理、進(jìn)而采取合理措施改性，有著非常重要的作用。目前，在高分子材料老化研究中多種表征手段聯(lián)用，對高分子材料性能進(jìn)行多角度考察，深入了解高分子材料老化機(jī)理。Lei Song利用TEM、FTIR、X射線光電子能譜、燃燒量熱法等方法考察了PC/TPOSS 的混合物結(jié)構(gòu)和熱降解行為，發(fā)現(xiàn)TPOSS顯著影響PC的熱降解過程，因為添加TPOSS明顯降低混合物的熱峰值，并且當(dāng)TPOSS的添加量在2時達(dá)到最低值。 利用熱重

6、分析、紅外光譜分析、熱解氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，考察了聚碳酸酯與聚硅氧烷的共混材料在氮保護(hù)條件下的熱降解行為。研究發(fā)現(xiàn)，共混物主要的分解溫度在430550左右。添加聚硅氧烷可以降低聚碳酸酯在主要降解段的質(zhì)量下降速率，在800時，添加聚硅氧烷的共混物的殘渣比純凈的聚碳酸酯高，隨著添加量的增加，殘渣從最初的21增加到45，研究還發(fā)現(xiàn)，聚硅氧烷能促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)和炭化。隨著老化程度提高，彈性模量增加，應(yīng)力和伸長率下降；老化較少的樣品顯示韌性，老化時間長久的樣品顯示更多的脆性；另外，老化材料的斷裂，是由于結(jié)晶導(dǎo)致的應(yīng)力開裂。S.Etienne利用低頻拉曼散射(LFRS)、小角X射線散射(SAXS)和DSC，

7、對PMMA、PS、PC、PEN物理老化過程的次級松弛，松弛及相關(guān)松弛過程進(jìn)行了研究。利用直接插入探針質(zhì)譜裂解研究了PC/PMMA共混物的熱氧老化行為。還利用熱刺激去極化電流法(TSDC)、動態(tài)介電譜(DDS)聯(lián)用方法，研究了聚碳酸酯在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后松弛時間的變化，得到PC樣品的（Tg）為110s，通過(T)和（Tg）可以確定玻璃態(tài)熔融態(tài)脆化指數(shù)m。3 結(jié)論隨著人們對材料使用效率和環(huán)境友好意識的增強(qiáng)，對高分子材料老化與防老化的研究日益廣泛。但是，在相關(guān)的文獻(xiàn)中，對戶外環(huán)境中使用的高分子材料的老化性能系統(tǒng)研究的報道比較少，各國研究人員采用的具體研究對象和方法也不盡相同得出的結(jié)論也有不一致之處。因此對于高分子材料的老化研究還要在幾個方面深入：在典型環(huán)境下老化的普遍規(guī)律和共性機(jī)理問題；多因素環(huán)境因子（如光、熱、濕度等）協(xié)同作用對高分子材料的結(jié)構(gòu)性能的影響；光引發(fā)機(jī)理和光穩(wěn)定機(jī)理仍需進(jìn)一步研究尋求合適的人工加速老化強(qiáng)度，以及人工加速老化實驗同戶外真實環(huán)境試驗的相關(guān)性；如何有效地提高高分子材料的抗老化性能，各種防老劑間的協(xié)同效應(yīng)研究，以