高分子材料的老化及防老化研究

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JIABUTUO
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括高分子、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子材料自身的性能较好,被广泛的应用在各行各业中,但是由于高分子材料在生产或储存的过程中,容易产生一些物理或化学变化,导致材料老化,性能降低,造成无法使用。本文主要通过分析高分子材料产生的老化问题,并探讨防治高分子材料老化的一些措施。
  【关键词】 高分子材料;老化问题;预防对策
  由于高分子材料具有其独特的优势,已被广泛地运用于国民经济和日常生活的许多领域。它是高科技和国家经济支柱产业中不可或缺的材料,也是重要的战略储备物资。高分子材料在生产和使用的过程中,其无法避免地会在不同程度上发生老化现象。随着高分子材料的种类、用量的增加和极端使用条件的扩大,其老化问题日益突出,因而对其老化规律、老化机理和防老化的研究也变得日益重要。本文主要针对其发生老化的原因进行讨论,找出预防老化的相应对策。
  一、高分子材料的老化
  (一)高分子材料老化的表现
  1、由于高分子材料品种不同,使用条件各异,因而有不同的老化现象和特征。对于高分子制品来说,生胶经久贮存时会变硬、变脆或者发粘;高分子薄膜制品(如雨衣、雨布等)经过日晒雨淋后会变色,变脆以至破裂;在户外架设的电线、电缆,由于受大气作用会变硬、破裂,以至影响绝缘性;汽车轮胎和飞机轮胎使用日久后会发生龟裂;在实验室中的胶管会变硬或发粘;有些高分子制品还会受到霉菌作用而导致破坏等等。农用塑料薄膜经过日晒雨淋后发生变色、变脆、透明度下降;航空有机玻璃用久后出现银纹、透明度下降;
  2、高分子材料老化发生的变化:首先是外观的改变,出现斑点、裂缝、污渍、喷霜、银纹、发粘、粉化、起皱、翘曲、焦烧、收缩、光学颜色的变化以及光学畸变。其次是使用方面的改变,使用方面的改变又包括物理性能改变,流变性能、溶胀性、溶解性、耐寒性以及耐热、透气透水等性能的变化。还有力学性能发生改变,相对伸长率、弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、应力松驰、剪切强度等性能的变化。
  (二)高分子材料老化的原因
  高分子老化的原因分为内因和外因。内因包括高分子的分子结构、配合组分及杂质等。由于高分子的大分子链结构中存在着支链、侧基、活性基团等的弱键,而这些弱键则是老化反应的引发点,薄弱环节越多则越易老化。不饱和碳链高分子(如天然高分子)存在双键及活泼氢原子,容易发生老化;饱和碳链高分子的氧化反应能力与其化学结构有关,高分子中还常存在微量的Cu、Co、Mn、Fe等金属离子,其有的金属盐对高分子的老化具有强烈的催化作用,它们是加速高分子老化的重要因素之一。外因主要有物理、化学和生物三方面的因素。物理方面的因素主要有热、电、光、机械力、高能辐射等;化学方面的因素主要有氧、臭氧、空气中的水汽、酸、碱、盐等;生物因素包括微生物、细菌、真菌、昆虫、海生物等;外界因素在高分子老化的过程中,往往不是单独起作用,而是几个因素同时发挥作用、相互影响、加速高分子老化进程。
  1、热氧老化:氧是高分子老化的关键因素,而热对氧化有很大影响。在高分子的实际使用过程当中,热和氧往往是伴随着一起使高分子发生老化。高分子材料老化的主要形式是热氧老化,高分子材料的热氧老化主要是温度和氧的影响的,温度较高时,高分子材料的氧化速度加快,高分子材料中的主链自动断裂氧化。在温度和氧气的影响下,高分子材料容易自动发生化学反应,产生大量的过氧化物和自由基,进而发生交联、降解反应,最终导致高分子材料的性能降低。
  2、湿氧老化: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高分子材料,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、光老化:一些高分子材料经常会在室外使用,户外大气老化的主要原因之一是太阳光,太阳光是一种连续光谱,由于太阳光中紫外光谱的波长短、能量高,足以切断有机物的化学键,其是对高分子材料户外老化起破坏作用的主要因素。其次,高分子材料对紫外光较为敏感,通过查阅资料得出,高分子材料在紫外光影响下,老化初期表面颜色随老化时间的延长逐渐变黄变亮,光泽度增加,18天后光泽度开始下降;拉伸强度随老化时间的延长和交联密度的增加而增大。红外光谱显示有-C=O和-C-O-C-基团生成,说明在紫外人工气候条件下,EPDM的降解产物为碳基化物和醚或酯。随紫外光照时间的延长,高分子材料的硬度线性增加而拉伸强度则线性下降,交联密度则逐渐上升。红外谱图分析表明高分子材料在紫外老化过程中分子结构中的双键与异丙基特征峰强度降低,而羟基、羧基和甲基的特征峰强度增大。其形貌观察发现高分子材料表面产生粉化与裂纹,且随紫外光老化时间延长其表面裂纹的数目增多。
  二、高分子材料的预防老化对策
  (一)高分子材料在生产和储存中的防老化措施
  1、选取适合的防老剂:防老剂的选择应考虑其着色性(污染性)、相容性、挥发性、迁移性、抽出性、水解和加工稳定性、环保性等方面。由于一般胺类防老剂具有着色性,会使高分子材料着色,并且会迁移到高分子材料表面或者与高分子材料接触的材料上,从而使高分子材料制品产生污染。在受到热、光照射的条件下,会导致高分子材料制品明显变色。而酚类防老剂一般无污染性、不变色,具有突出的非污染性能,适用于浅色或彩色高分子材料制品,因此,可以选用酚类防老剂用在无色或浅色高分子材料及制品中,而选用胺类防老剂用在深色高分子材料及制品中。
  2、对于抗氧剂的添加:抗氧剂是在高分子材料加工工序中或是在最后阶段的聚合反应中加入,对于高分子材料的防老剂添加,对于胶类物质来说,是在聚合反应完成后,将其直接加入到胶液中,并且要保持均匀。高分子材料所使用的防老剂在100℃水中可能会有部分溶解而损失,因此,在加工干燥过程中,尤其是在开炼机上部分防老剂由于起到防老化作用而損失。因此,在添加不同量的防老剂时,需要对高分子材料进行测定。   3、对于温度及抗氧老化的预防:对高分子材料进行生产加工时,在材料的成型加工过程中,加入增塑剂,在提高材料可加工性的同时,可以降低玻璃化温度而提高了材料的耐寒性,也可以提高大分子链的柔性和适当降低交联度,从而降低其温度。添加增塑剂是通过共聚的方法改变高分子材料的化学组成使高分子之间的相互作用减弱而达到增塑的目的。对于一些容易受低温影响老化的高分子材料,可以在这类材料的表面覆盖一层防水薄膜,就能够降低甚至避免水解老化现象的发生。其加入不同的抗氧化分子,其高分子材料的反应也不相同。
  4、光老化预防措施:在高分子材料生产加工过程中,根据老化反应,添加稳定剂,一般稳定剂都包含有紫外吸收剂、屏蔽剂以及淬火剂等。其中,紫外吸收剂能吸收紫外光,自身处于激发态,然后放出荧光、磷光或热而回到基态;屏蔽剂能反射紫外光,避免透人高分子材料内部,减少光激发反应;淬灭剂能够吸收紫外光而处于激发态,然后将能量转移给淬灭剂,回到基态。
  5、提升高分子材料的生产质量:改进高分子材料成型加工工艺,减少加工过程中杂质的引入量,尽量消除高分子材料中的内应力,适当控制高分子材料的聚集态结构。在高分子材料中加入稳定剂。通过添加各种稳定剂来提高高分子材料的稳定性,是当前为降低高分子材料老化速度而广泛采用的一种十分重要的方法。稳定剂的加入对高分子材料力学性能的影响及稳定剂的使用量。运用物理方式进行防护,可以采用在材料上涂抹防护蜡进行保护。
  (二)抗氧剂的选择
  1、粉体抗氧化剂:
  ①AO-50(1076):白色粉末,受阻酚类抗氧化剂,增加塑料耐候性,预防塑料变脆,稳定性好,在光和热作用下不会退色和黄变,可以取代BHT,高性价比。广泛应用于ABS、PS、PP、PVC、PE、工程塑料、PU树脂、合成橡胶等高分子材料中。其中最为典型的为耐高温受阻酚抗氧剂SumilizerGM和GS。
  ②AO-60(1010):白色粉末,高分子量受阻酚类抗氧化剂,高效、多功能抗氧化剂,很好的相容性和热稳定性,加工过程中挥发极小,高性价比。
  ③2112(168):白色粉末,亚磷酸酯类辅抗氧化剂,治疗黄变,极好的抗水解性能,优秀的加工稳定性和对材料色泽改善作用,具有很好耐热性,高性价比。本品与酚类抗氧剂复配后广泛用于PE、PP、PS、PA、PC、ABS等高分子材料。
  ④抗氧剂CA:白色结晶粉末,熔点180~188℃,毒性低,溶于丙酮、乙醇、甲苯和醋酸乙酯。适合于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS和聚酰胺树脂中的抗氧助剂,并可用于与铜接触的电线、电缆。一般用量不超过0.5%。
  ⑤抗氧剂DLTP:白色结晶粉末,熔点在40℃左右,毒性低,不溶于水,能溶于苯、四氯化碳、丙酮。用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚氯乙烯树脂的辅助抗氧剂,可改变制品的耐热性和抗氧性。一般用量为0.05%~1.5%
  2、液体抗氧剂
  ①抗氧剂TNP:浅黄色粘稠液体,凝固点低于-5℃沸点大于105℃,无味,无毒,不溶于水,溶于丙酮、乙醇。苯和四氯化碳。适合于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、抗冲击聚苯乙烯和ABS、聚酯等树脂,高温中抗氧化性能高,使用量不超过1.5%。
  ②抗氧剂TPP:浅黄色透明液体,凝固点19~24℃,沸点220℃,溶于醇、苯、丙酮。适合于聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS树脂的辅助抗氧剂,使用量应不超过3%。
  三、抗老化实验
  1、材料
  高密度抗氧化聚乙烯(HDPE)片材:產品型号¢508mm×560mm,厚1.2mm,样品外观平整无缺陷;哑铃形切片刀具一台;全自动恒温老化试验箱一台;电子拉力试验机一台。
  2、步骤
  把上述制得的样品7张(平行样),放电子拉力机上,测断裂伸长率和断裂拉伸强度;把样品7张(平行样)放入已设定恒温至150℃的老化试验箱中,168小时后取出;把老化后的样品冷却至室温后,放电子拉力机上测断裂伸长率和断裂拉伸强度。
  3、试验数据及分析
  老化前PE样品的平均断裂伸长率=602.14%;老化前PE样品的平均断裂拉伸强度=20.39Mpa;老化后PE样品的平均断裂伸长率=593.57%;老化后PE样品的平均断裂拉伸强度=19.14Mpa。
  4、结论
  本批次产品的断裂伸长率和断裂拉伸强度均大于合格品的技术标准。
  四、应用前景
  抗氧剂市场需求与合成树脂产量与消费休戚相关,我国作为全球世界制造工厂,伴随我国炼化一体化和煤制烯烃的装置快速发展,国内合成树脂产销量将保持快速增长的态势,尽管产量不断增加但目前每年进口量超过1600万吨。根据中国石化联合会统计数据和海关数据显示,2011年我国五大合成树脂消费量接近5400万吨左右。近年来我国主要合成树脂及塑料制品产量统计见表1。
  五、结束语
  高分子材料防老化后所产生的经济效益及社会效益需补充。本文通过针对高分子材料容易出现老化现象的因素进行分析后,对预防高分子材料老化提出了相关的解决措施。对于高分子材料的老化问题,最主要的是在生产过程中改善加工工艺,在使用过程中正确防护,储存过程中,做好预防措施,从而全面的保证高分子材料的良好性能。
  参考文献:
  [1]刘景军,李效玉.高分子材料的环境行为与老化机理研究进展[J].高分子通报,2005,(3):62—69.
  [2]谭晓倩,史鸣军.高分子材料的老化性能研究[J].山西建筑,2006,32:179-180.
  [3]化学工业部合成材料老化研究所.高分子材料老化与防老化[M].北京:化学工业出版社,1979
其他文献
【摘 要】 本文通过对潍坊某商业综合体项目的设计介绍,探讨了一些商业综合体项目给排水、消防系统的设计思路和方法。本项目综合考虑消防系统可靠性和经济性,在整个地块的居中位置设置一处消防水池及消防泵房,为整个项目提供消防供水是可靠经济合理的。本项目地下共有6个高低压变配电室,总面积达1480m2,通过经济技术比较选择高压细水雾自动灭火系统是较为经济合理的方案。  【关键词】 商业综合体;给水;消防;高
期刊
【摘 要】 本文详细分析了城市电力电缆故障产生的原因,全面阐述了城市电力电缆的多种故障类型。在此基础上,本文主要针对城市地埋电力电缆的检测和日常维护等问题,提出了有效、可行的检测方法和维护措施。  【关键词】 电力电缆;故障检测;日常维护  1.引言  电力电缆供电以其安全可靠,有利于美化城市与产区布局等优点,获得越来越广泛的应用。电力电缆多施工在地面之下,一旦发生故障,查寻及排除故障十分困难,往
期刊
【摘 要】 城市道路照明设计是城市建设的基础工程,有效的保证了城市道路的正常运行,同时提高了城市交通的运输率,为人们在夜晚出行提供了方便。在另一方面,为城市形象提升,也做出了突出贡献。城市道路照明的设计中,要严格按照相关标准进行,采用有效的方法,提高城市道路照明的设计水平,满足人们照明需求的同时,提高经济效益和环境、社会效益。基于此,本文就市政道路照明设计及节能对策进行了探讨。  【关键词】 市政
期刊
【摘 要】 伴随着我国城市建设的快速发展,水污染对环境的破坏问题逐渐成为了我国城市发展的障碍,虽然近些年来对污水处理事业发展的更加重视,加大了资金投入及治理力度,但其中还存在着许多问题需要解决,本文分析了城市污水处理工艺的现状及存在的问题。  【关键词】 处理技术;现状;问题  一、我国水资源、水环境及污水处理现状  目前,我国的水资源总量位于全世界第六,储存量高达28000亿立方米,但是人均水资
期刊
【摘 要】 随着我国经济的不断发展,市政工程得到了充分发展,特别是市政给排水工程,它是城市建设与发展的基础设施,它的质量直接关系到人们的日常生活。然而,它的管理中仍然存在很多的问题,给其他基础设施的正常运行造成了一定的不便。所以要加强市政给排水工程项目的管理工作,来推动城市经济的持续发展。  【关键词】 市政工程:给排水:管理  引言:  市政给排水工程,遍布于城市的每个角落,是维系整个城市正常运
期刊
【摘 要】 对于当前的城建工作来讲,燃气管线设计是非常关键的一个要素,它的设计和建设的品质会关乎到工业活动以及广大群众的生活品质。文章具体的阐述了高层的该项技术难题,而且对管线的防腐等多项要素展开了具体的分析。  【关键词】 建筑燃气;管道设计;管道防腐;立管补偿  引言:  由于当前的燃气事业发展速度非常快,此时城市已经离不开燃气管了。在其设计的时候要认真分析管线的运作模式,不但要有远见,还要合
期刊
【摘 要】 自1974年ASME在世界范围内实行颁发许可证制度以来,我国的石油、化工、化肥、炼油及电力行业的很多企业先后取得了ASME授权证书及产品钢印,一些从事电力建设施工的工程公司也根据自身需求,向ASME协会提出取证申请。在ASME规范产品制造过程中,无损检测是十分重要的过程,主要用于检测材料、焊缝及制造零件和组件的表面与内部的物理结构或外形的任何缺陷。无损检测也是ASME钢印取证换证过程中
期刊
【摘 要】 我国,建筑能耗占总能耗的27%以上,每年还在以1个百分点的速度增加,从节能设计的角度有效控制其能量的消耗,节约使用能源,成为设计工作的重要环节。如何实现高效率地利用资源,最低限度造成对环境的影响是节约能源的重要环节。本文在此从几个不同的角度对节能设计做了详细的研究。  【关键词】 建筑设计;节能;总体  前言:  近年来,国家经济方面迅猛发展,但是在其他各方面的发展不甚平衡。在我国,建
期刊
【摘 要】 根据飞剪控制系统在安钢第二炼轧厂1780生产线的应用,分析了飞剪控制系统在热连轧工业生产的应用,并结合工艺特点对系统功能做了简要描述。  【关键词】 轮毂式;飞剪;控制模型  【Abstract】 According to the application of flying shear control system in Angang Second Steelmaking and ro
期刊
【摘 要】 现阶段我国行政事业单位处在一种比较好、比较健康的发展态势中,但是当前我国行政事业单位的资产管理内部控制方面还存在很多的问题,上升的空间很大。本文通过对于当前我国行政事业单位资产管理现状的分析,对单位内部的控制在管理过程中的应用进行了分析和研究,从而提出了改善的方法,进一步完善行政事业单位的资产管理模式。  【关键词】 行政事业单位;内部控制;资产管理  引言:  内部控制是为了确保行政
期刊