老化

化学名词

在高分子材料的使用过程中，由于受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作用，高分子材料的化学组成和结构会发生一系列变化，物理性能也会相应变坏，如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等，这些变化和现象称为老化，高分子材料老化的本质是其物理结构或化学结构的改变。

简介

高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中被称为三大合成高分子材料的塑料、合成纤维和合成橡胶，已在航空、汽车、船舰、基础构建、军用品等不同领域有着越来越广泛的应用。然而，高分子材料在加工、贮存和使用过程中，在光、热、水、化学与生物侵蚀等内外因素的综合作用下，产生降解，表现为性能逐渐下降，从而部分丧失或丧失其使用价值，这种现象就是老化。

高分子材料的老化已成为一个非常重要的问题，实际造成的危害要比人们想象的严重得多，尤其是在苛刻环境条件下，常导致设备过早失效、材料大量流失，不但在经济上受到很大损失，导致资源的浪费，甚至因材料的失效分解造成对环境的污染。

老化原因

发生老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点，如具有不饱和双键、过氧化物、支链、羰基、末端上的羟基，等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体（如二氧化碳、硫化氢等）、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫，等等。

环境影响因素

3.1 温度影响

温度升高，高分子链的运动加剧，一旦超过化学键的离解能，就会引起高分子链的热降解或基团脱落。

3.2 湿度的影响

湿度对高分子材料的影响可归结于水分对材料的溶胀及溶解作用，使维持高分子材料聚集态结构的分子间作用力改变，从而破坏了材料的聚集状态，尤其对于非交联的无定形聚合物，湿度的影响极其明显，会使高分子材料发生溶胀甚至聚集态解体，从而使材料的性能受到损坏；对于结晶形态的塑料或纤维，由于存在水分渗透限制，湿度的影响不是很明显。

3.3氧气的影响

氧是引起高分子材料老化的主要原因，由于氧的渗透性，结晶型聚合物较无定型聚合物耐氧化。氧首先进攻高分子主链上的薄弱环节，如双键、羟基、叔碳原子上的氢等基团或原子，形成高分子过氧自由基或过氧化物，然后在此部位引起主链的断裂，严重时，聚合物分子量显著下降，玻璃化温度降低，而使聚合物变粘，在某些易分解为自由基的引发剂或过渡金属元素存在下，有加剧氧化反应的趋势。

3.4 光老化

聚合物受光的照射，是否引起分子链的断裂，取决于光能与离解能的相对大小及高分子化学结构对光波的敏感性。由于地球表面存在臭氧层及大气层，能够到达地面的太阳光线波长范围为290nm～4300nm之间，光波能量大于化学键离解能的只有紫外区域的光波，会引起高分子化学键的断裂。

3.5 化学介质的影响

化学介质只有渗透到高分子材料的内部，才能发挥作用，这些作用包括对共价键的作用与次价键的作用两类。共价键的作用表现为高分子链的断链、交联、加成或这些作用的综合，这是一个不可逆的化学过程；化学介质对次价键的破坏虽然没有引起化学结构的改变，但材料的聚集态结构会改变，使其物理性能发生相应改变。

3.6 生物老化

聚合物材料长期处于某种环境中，由于微生物具有极强的遗传变异性，会逐步进化出能够分解利用这些高聚物的酶类，从而能够以其为碳源或能源生长，尽管降解速率极低，但这种潜在危害是确实存在的，但对于某些高分子包装物，使用后却希望其能够迅速被生物降解。

预防措施

4.1湿度

聚酯、聚缩醛、聚酰胺和多糖类高聚物在酸或碱催化下，遇水能够发生水解，在空气污染严重，频繁产生酸雨的地域，这类高分子材料的使用会受到限制。如能够在这类材料的表面覆盖一层防水薄膜，就可降低甚至避免水解老化现象的发生。

4.2 氧

在高聚物加工过程中，加入胺类抗氧化物、酚类抗氧化物、含硫有机化合物和含磷化合物，它们能够与过氧自由基迅速反应，而使连锁反应提早终止。

4.3 光老化