高分子材料包罗塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。由于其具备优于保守布局材料的很多潜在功能，使得它们在军民品周围的用处越来越广。高分子材料原料轻、强度高、抗腐蚀功能好，具备很好的庇护功能，洪量用于航空、汽车、船舰、基本建设、军用品等周围。然而在加工、蕴藏和行使过程中，由于遭到光、热、氧、水、高能辐射、化学以及生物腐蚀等表里要素的归纳营用，高分子材料的化学构成和布局会产生一系列变动，物理功能也会响应变坏，如发硬、发粘、变脆、变色、得到强度等，这类景象就被是高分子材料的老化。高分子材料老化的实质是指物理布局或化学布局产生的改动，呈现为材料的功能逐步降落，并得到其应有的行使价钱。
在高分子材料宽泛运用的当日，高分子材料的老化景象曾经成为一个特别重大的实际题目。高分子材料的老化，特为是在刻薄处境前提下的加快老化，常致使高分子产品过早生效，这不只产生资本虚耗，以至会因其机能生效造成更大的事件，并且其老化引发的材料分解也或许会对处境产生玷污。于是高分子材料的老化引发的迫害要比设想的严峻良多。高分子材料的老化生效题目已成为束缚高分子材料进一步进展和运用的关键题目之一。
老化景象
由于齐集物品种不同，行使前提互异，于是有不同的老化景象和特点。比方农用塑料薄膜过程日晒雨淋后产生变色、变脆、通明度降落；航空有机玻璃用久后浮现银纹、通明度降落；橡胶成品悠久行使后弹性降落、变硬、开裂也许变软、发粘；涂料悠久行使后产生失光、粉化、气泡、剥落等。老化景象归结起来有以下四种变动：
1、外面的变动
浮现污渍、黑点、银纹、罅隙、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、萎缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变动。
2、物理功能的变动
包罗熔解性、溶胀性、流变功能以及耐寒、耐热、透水、透气等功能的变动。
3、力学功能的变动
拉伸强度、委曲强度、剪切强度、打击强度、相对伸长率、应力松驰等功能的变动。
4、电功能的变动
如表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变动。
老化要素
高分子材料呈现出来的物理功能与其化学布局、聚合态布局有亲昵关连。化学布局是高分子借助共价键贯通起来的长链布局，聚合态布局是很多大分子借助分子问做使劲罗列、堆砌起来的空间布局，如结晶态、非晶态、结晶一非晶态。保持聚合态布局的分子间做使劲包罗离子键力、金属键力、共价键力以及范德华力。处境要素会致使分子间做使劲的改动、以至是链的断裂或某些基团的零落，最后会摧残材料的聚合态布局，使材料的物理功能产生改动。影响高分子材料产生老化的要素每每有两种：内涵要素与外表要素。
内涵要素
1、齐集物的化学布局
齐集物产生老化与自己的化学布局有亲昵关连，化学布局的弱键部位轻易遭到外界要素的影响产生断裂成为自如基。这类自如基是引发自如基响应的肇端点。
2、物理形状
齐集物的分子键有些是有序罗列的，有些是无序的。有序罗列的分子键可产生结晶区，无序罗列的分子键为非晶区，良多齐集物的形状并不是匀称的，而是半结晶状况，既有晶区也有非晶区，老化响应首先从非晶区起头。
3、平面归整性
齐集物的平面归整性与它的结晶度有亲昵关连。普遍地，规整的齐集物比无规齐集物耐老化功能好。
4、分子量及其散布普遍景况
齐集物的分子量与老化关连不大，而分子量的散布对齐集物的老化功能影响很大，散布越宽越轻易老化，由于散布越宽端基越多，越轻易引发老化响应。
5、微量金属杂质和其余杂质
高分子在加工时，要和金属来往，有或许混入微量金属，或在齐集时，残留一些金属催化剂，这都邑影响主动氧化(即老化)的引发生用。
外表要素
1、温度的影响
温度抬高，高分子链的行动加重，一旦超出化学键的离解能，就会引发高分子链的热降解或基团零落，方今高分子材料的热降解有洪量文件报导；温度低沉，时常会影响材料的力学功能。与力学功能亲昵关联的临界温度点包罗玻璃化温度T、粘流温度Tf和熔点Tm，材料的物理状况可区分为玻璃态、高弹态、粘流态。在临界温度双侧，高分子材料的聚合态布局或高分子长链会产生显然的变动，从而使材料的物理功能产生显著的改动。橡胶属于高度交联的、非晶齐集物，行使处境应保证其处于高弹态下，行使温度须高于玻璃化温度、低于粘流温度及分解温度；纤维是高度结晶的高分子材料，请求行使温度远低于熔点Tm，以便于熨烫；对于结晶型塑料，玻璃化温度Tg行使温度熔点Tm，但对于非晶塑料，行使温度须小于玻璃化温度Tg约50～75℃。
在极寒地区，温度对于塑料及橡胶成品的功能影响极大。对于结晶型塑料，假使处境温度低于材料的玻璃化温度，会使高分子链段的自如行动遭到阻止，呈现为塑料变脆、变硬而易折断；酷寒处境对于非晶塑料的影响不大。对于橡胶成品，温度低于玻璃化温度的呈现会与结晶型塑料如同，流失了橡胶应有的功能。酷寒处境对于纤维材料的物理功能没有影响。
2、湿度的影响
湿度对高分子材料的影响可归结于水份对材料的溶胀及熔解效用，使保持高分子材料聚合态布局的分子间做使劲改动，从而摧残了材料的聚合状况，特为对于非交联的非晶齐集物，湿度的影响极为显然，会使高分子材料产生溶胀以至聚合态崩溃，从而使材料的功能遭到毁坏；对于结晶形状的塑料或纤维，由于存在水份浸透束缚，湿度的影响不是很显然。
3、氧气的影响
氧是引发高分子材料老化的重要缘故，由于氧的浸透性，结晶型齐集物较无定型齐集物耐氧化。氧首先攻击高分子主链上的薄弱关节，如双键、羟基、叔碳原子上的氢等基团或原子，产生高分子过氧自如基或过氧化物，尔后在此部位引发主链的断裂，严峻时，齐集物分子量显著降落，玻璃化温度低沉，而使齐集物变粘，在某些易分解为自如基的引发剂或过渡金属元素存不才，有加重氧化响应的趋向。
4、光老化
齐集物受光的照耀，是不是引发分子链的断裂，取决于光能与离解能的相对巨细及高分子化学布局对光波的敏锐性。由于地球表面存在臭氧层及大气层，能够抵达大地的太阳光线波长周围为nm～nm之间，光波能量大于化学键离解能的惟独紫外地区的光波，会引发高分子化学键的断裂。比方，紫外波长nm～rim，能被含有羰基及双键的齐集物汲取，而使大分子链断裂，化学布局改动，而使材料功能变差；聚对苯二甲酸乙二醇酯对nm的紫内线具备剧烈汲取，降解产品主假如CO、H、CH；只含有C-C键的聚烯烃对紫内线无汲取，但在存在少许杂质的景况下，如羰基、不饱和键、氢过氧化基团、催化剂残基、芳烃和过渡金属元素，能够推进聚烯烃的光氧化响应。
5、化学介质的影响
化学介质惟独浸透到高分子材料的内部，才力表现效用，这些效用包罗对共价键的效用与次价键的效用两类。共价键的效用呈现为高分子链的断链、交联、加成或这些效用的归纳，这是一个弗成逆的化学过程；化学介质对次价键的摧残虽然没有引发化学布局的改动，但材料的聚合态布局会改动，使其物理功能产生响应改动。
处境应力开裂、溶裂、增塑等物理变动，是高分子材料的化学介质老化的模范呈现。当双向受力的齐集物表面存在少许的非溶剂的液体介质时，会浮现微弱的裂纹或银纹，称为处境应力开裂，这类表面景象是在化学介质的增塑和材料表面应力召集效用下，材料个别处所的表面应力超出其降服应力的成绩。在某些场地，处境应力开裂可借助改动齐集物的结晶表率和结晶度来避让，增长分子量和链支化度能够削减齐集物的结晶性，升高其耐处境应力开裂性。当少许溶剂与受应力的齐集物来往时，可引发溶裂，溶裂在无定型和结晶型齐集物中都能产生，形状学的探索讲明，溶裂实践上是齐集物在应力方位上从新定向的成绩。消除溶裂的法子是消除材料的内应力，在材料的成型加工撤退火，有益于消除材料的内应力。增塑是在液体介质与高分子材料接续来往的场地，高分子与小分子介质间的彼此效用部份庖代了高分子之间的彼此效用，使高分子链段较易行动，呈现为玻璃化温度低沉，材料的强度、硬度与弹性模量降落，断裂伸长率增长等。
6、生物老化
由于塑料成品在加工过程中险些都行使了各样各式的增加剂，于是经常成为霉菌的养分源。霉菌生永劫汲取了塑料表面和内部的养分物资并成为菌丝体，菌丝体又是导体，于是使塑料的绝缘性降落，重质变动，严峻时会浮现剥落。霉菌生永劫的代谢物中含有有机酸和毒素，会使塑料的表面浮现发粘、变色，变脆、光洁度低沉等景象，还会使永劫直来往这类霉腐塑料的人染上疾病。这类景况特为在湿热带地区和海洋性天气前提下行使的塑料成品中较为罕见。其余，嘉峪探测网暗示齐集物材N-永劫间处于某种处境中，由于微生物具备极强的遗传变异性，会逐步退化出能够分解操纵这些高聚物的酶类，从而能够以其为碳源或动力成长，虽然降解速度极低，但这类潜在迫害是确切存在的，但对于某些高分子包装物，行使后却渴望其能够疾速被生物降解。
高聚物材料加人酚类以及含铜、汞或锡的有机化合物，能够避让其菌解；对于渴望其产生菌解的高聚物，能够思虑操纵天然的高分子材料，经化学或物理改性后，以增长其强度，做为包装物。20世纪90年头往后，天然高分子淀粉类、纤维素类、甲壳素类及其改性高分子化合物被宽泛运用于可降解塑料的各个运用周围。多糖类天然高分子及其改性化合物过程与通用塑料的共混改性等机谋能够加工成可降解的一次性薄膜、片材、容器、发泡成品等，其废除物能够过程天然处境中宽泛存在的淀粉酶等多糖类天然高分子分解酶的介人，逐步水解成小分子化合物，并且最后分解成无玷污的二氧化碳和水，回归生物圈。基于这些益处，以淀粉为代表的多糖类天然高分子化合物于今仍为可降解塑料的一个重大构成部份。
老化功能评估
高分子材料的老化实行大要上可分红两大类：天然处境老化实行和人为加快老化实行。
1、天然处境老化实行
天然处境老化实行是操纵天然处境前提或天然介质施行的实行，重要包罗：大气老化实行、埋地实行、堆栈蕴藏实行、海水浸渍实行、水下埋没实行等等。天然处境老化实行成绩更适合实践、所需花费较低并且操纵简药便利，是国表里宽泛采取的法子。个中对高分子材料而言，运用至多的是天然天气曝露实行(又称户外天气实行)。
天然天气曝露实行即是将试样置于天然天气处境下曝露，使其承担日光、温度、氧等天气要素的归纳营用，过程测定其功能的变动来评估塑料的耐候性。方今我国对于直接天然天气曝露的实行法子重要有光解性塑料户外曝露实行法子、涂层天然天气曝露实行法子和塑料天然天气曝露实行法子。其余，将材料置于玻璃板后的天然天气曝露的实行法子有硫化橡胶在玻璃下耐阳光曝露实行法子和塑料在玻璃板过滤后的日光下直接曝露实行法子。它们别离规章了各样材料天然天气曝露实行法子的请求及关节，用于评估高分子材料在室外天然前提以及经玻璃过滤后的日光曝露下的耐候性。
由于大气曝露与蕴藏实行周期长。为了赢得天然前提的老化数据，同时相对加快天然老化的过程，人们又研发了户外天然加快曝露实行法子。户外天然加快曝露实行法子是在大气曝露实行法子的基本上，人为加强并遏制某些处境要素，来加快材料或构件的腐蚀和老化。近20年来，国表里研发了在天然前提下加快曝露实行法子和设立，以升高实行和评估的效率和程度。方今罕见的法子有7种，别离是橡胶动态曝露实行、追光式跟踪太阳曝露实行、聚光式跟踪太阳曝露实行、加快凝露曝露实行、喷淋加快曝露实行、黑框曝露实行、玻璃框下曝露实行。
天然天气曝露实行是评估高分子材料老化个性最实在的法子，但材料在大气中受日照、雨淋、冻融等处境前提变动引发的外面、物理与化学功能的变动特地慢慢，于是，施行天然老化，不只旷日耐久，并且由于处境前提变动与影响要素繁杂，对实行成绩很难确切评估。
2、人为加快老化实行
人为加快老化实行是用人为的法子，在室内或设立内模仿类似于大气处境前提或某种特定的处境前提，并加强某些要素，以期在短期内赢得实行成绩。其目标是供给相对倏地的衡量材料在永劫间行使中产生的个性改动程度的法子。假使起头的加快法子不能产生实践行使中产生的老化效用，或在永劫间实行中没有发觉应浮现的机理，加快实行就理当从新判定，在题目肯定和预实行解析阶段得到数据后加以改良。到底采取哪类实行法子取决于要测试的材料、材料的最后运用处地、材料遭摧残的大局和财力等方面。于是，列国准则多数采取这类法子来评估材料的抗老化功能。
人为加快老化实行法子重要包罗：耐候性实行、热老化实行(绝氧、热空气热氧化吸氧等实行)、湿热老化实行、臭氧老化实行、盐雾腐蚀实行、耐寒性实行以及抗霉实行等等。
2.1耐候性实行
在天然处境下，材料的平常行使寿命统称为耐候性。在天然处境下评估高分子材料寿命的实行法子有室外老化实行及人为老化实行。室外老化实验是评估材料有用性最适当的法子，但引发高分子材料老化是热、光、死板磨擦、化学方剂、微生物等要素的归纳营用，而个中日照量、风雨等都是难以遏制的天气要素，于是实行周期较量长。在实行室模仿户外天气前提施行加快老化实行是耐候性实行的重大方法。每每耐候性实行采取天气老化实验箱，该装配采取碳弧灯、氙灯或紫外荧光灯照耀模仿日光的紫内线照耀，周期性地向试样喷洒盐溶液来模仿降雨及盐粒子的效用，多重处境因子的瓜代效用构成实行过程。
2.2热老化实行
热是推进高聚物产生老化响应的重要要素之一，热能够使高聚物分子产生链断裂从而产生自如基，产生自如基链式响应，致使齐集物降解和交联，功能劣化。热老化实行过程加快材料在氧、热效用下的老化过程，响应材料耐热氧老化功能。依照材料的行使要乞降实行目确切定实行温度。温度上限可依照关联手艺典范肯定，普遍对于热塑性材料应低于其维卡软化点，对于热固性材料应低于其热变形温度，也许过程谋求实行，采选不致产生试样分解或显然变形的温度。重要通畅的实行法子有塑料热空气曝露实行法子、硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加快老化和耐热实行及漆膜耐热性测定法。
2.3湿热老化实行
在大气处境下，温度(热)和湿度(水份)是客观存在的要素。有些高分子材料是在高温高湿的处境中保存、输送或行使。于是湿热老化实验是具备必然的实践意义和经济价钱的劳动。高温下的水汽对高分子材料具备必然的浸透才力，在热的效用下，这类浸透才力更强，能够浸透到材料编制内部并积攒起来产生水泡，从而低沉了分子间的彼此效用，致使材料的功能老化。湿热老化实行普遍行使湿热实验箱，它能供给准则无玷污的大气处境(实行气体由N：，0，CO2和水蒸气构成)，温度40～60℃，相对湿度90％RH以上。
2.4臭氧老化实行
臭氧在大气中的含量很少，倒是橡胶龟裂的重要要素，臭氧老化法过程模仿和加强大气中的臭氧前提，探索臭氧对橡胶的效用规律，倏地判定和评估橡胶抗臭氧老化功能与抗臭氧剂防备效用，从而选择灵验的防老化法子，以升高橡胶成品的行使寿命。橡胶防水材料、高分子齐集物防水材料须施行此项实行。
2.5盐雾腐蚀实行
当盐雾的微粒沉降附着在材料的表面上，便疾速吸潮熔解成氯化物的水溶液，在必然的温湿度前提下，溶液中的氯离子过程材料的微孔逐步浸透到内部，引发材料的老化或金属的腐蚀。盐雾实验用来判定材料的防电化学腐蚀的功能。
2.6耐寒性实行
齐集物的耐寒性是指它抵御低温引发功能变动的才力，但处境温度抵达某一低温地区，齐集物会脆化。低温蕴藏实验能够判定材料的低温蕴藏个性。耐寒性与齐集物的链行动、大分子间的做使劲和链的和婉性关联，饱和齐集物的主链单键，由于分子链上没有极性基或位阻大的庖代基，和婉性好，耐寒性也罢。反之，假使侧基为位阻大的刚性庖代基，也许重度交联的齐集物耐寒性就较差。
2.7抗霉实行
霉菌是一种微生物，霉菌标奇立异的分泌物(有机酸)会致使材料的生效。为了评估材料的长霉程度，每每采取人为抗霉实验。霉菌实验罕用的菌种有：黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、青霉、球毛壳霉等。由于不同材料遭遇到腐蚀摧残的霉菌品种有所不同，于是对不同的高分子材料应采用不同的实验菌种。人为抗霉实验的周期为28d。方今常采取霉菌老化实验箱，该实验箱是在必然的温湿度前提下过程培植真菌来实验高分子材料产品的抗菌老化才力。
防老化法子
1、热老化小心法子
对于结晶型塑料及橡胶，请求行使温度应处于玻璃化温度以上，但低温处境有或许会使材料的行使温度低于玻璃化温度，材料的物理功能产生改动而影响行使功能“。嘉峪探测网暗示在高分子材料临盆加工过程中，低沉材料的结晶度、提伟岸分子链的柔性和恰当低沉交联度，玻璃化温度也会响应低沉；或在材料的成型加工过程中，加人增塑剂，在升高材料可加工性的同时，能够低沉玻璃化温度而升高了材料的耐寒性。增塑剂的效用机理包罗分子增塑(含内增塑)和布局增塑，分子增塑是增塑剂在分子程度上与高分子混溶，低沉了高分子链之间的彼此做使劲，而增长了高分子链的和婉性；内增塑是过程共聚的法子改动齐集物的化学构成使高分子之间的彼此效用松开而抵达增塑的目标；布局增塑是增塑剂以分子尺寸的厚度散布于齐集物的聚合态布局之间，而起到一种非常的光滑效用。
非晶塑料的行使温度须低于玻璃化温度，结晶型塑料与纤维的行使温度须远低于熔点，橡胶的行使温度须低于粘流温度。某些高分子材料如永劫间处于高温下行使，也存在老化的危急，增长高分子链的刚性如在侧链中惹人苯环，恰当升高材料的结晶度、交联程度和分子量，能够升高熔点或粘流温度，但材料的可加工性有或许变的难题。别的，对高分子合金而言，若须要升高热安定性，可在齐集物中恰当介入些相容剂。
2、湿热小心法子
聚酯、聚缩醛、聚酰胺和多糖类高聚物在酸或碱催化下，遇水能够产生水解，在空气玷污严峻，频仍产生酸雨的地区，这类高分子材料的行使会遭到束缚。如能够在这类材料的表面遮蔽一层防水薄膜，便可低沉以至避让水解老化景象的产生。
3、氧老化小心法子
在高聚物加工过程中，介入胺类抗氧化物、酚类抗氧化物、含硫有机化合物和含磷化合物，它们能够与过氧自如基疾速响应，而使连锁响应提前终了。依照效用机理，抗氧剂分为自如基受体型和自如基分解型，自如基受体型抗氧剂如某些胺类和酚类抗氧剂，其能够与高分子自如基或过氧自如基疾速响应，使其活性低沉，而自己也变为活性低，不能延续链响应的自如基；自如基分解型抗氧剂如含硫有机化合物和含磷化合物，能够使高分子过氧自如基转换为安定的羟基化合物。但对于酚类抗氧剂，由于存在氢过氧化物自分解成自如基的趋向，最好的安定剂编制应由抗氧剂与氢过氧化物均裂压制剂构成。假使自如基受体型抗氧剂与自如基分解型抗氧剂配合行使，时常会产生较好的协同功效。由于某些过渡金属元素的存在会加重高分子材料的氧化老化，以是在成型加工过程中，须介入金属鳌合剂，与其产生络合物而使其得到催化效用。
4、光老化小心法子
在材料的加工过程中，假使加人光安定剂，能够避让材料的老化降解。依照效用机理，这类光安定剂包罗光樊篱剂、紫外汲取剂、淬灭剂和自如基捕获剂。光樊篱剂能反射紫外光，避让透人齐集物内部，削减光唆使响应，起光樊篱效用的安定剂包罗炭黑、钛白粉等；紫外汲取剂能汲取紫外光，自己处于唆使态，尔后放出荧光、磷光或热而回到基态；淬灭剂的效用机理是，高聚物汲取紫外光而处于唆使态，尔后将能量转变给淬灭剂，回到基态，淬灭剂着末将所赢得能量以光或热的大局释放出去，而复原到基态；自如基捕获剂能够灵验的捕获高分子自如基而使链响应终了。
另据报导，Decker等在齐集物表面涂抹一层防紫外的丙烯酸涂料，可灵验增加齐集物的光安定性，涂层越厚，光安定性越好。
5、生物老化小心法子
能使塑料产生微生物老化的重要表率是霉菌，其次为细菌、袖珍藻类和原活跃物。于是，对霉菌的防备法子致关重大。方今，避让霉腐的法子有多种，最适当于塑料成品的法子即是塑估中增加防霉剂的法子或行使反微生物因子涂覆。
泉源：《高分子材料的老化探索》-周勇
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