我们接触塑料或其他高分子聚合物,也经常听说抗氧剂。或许也大概明白加抗氧剂是为了抗氧化、抗老化,但可能很大部分朋友还不明白这其中的机理。那么,我们就一起来学习学习高分子材料老化的原因、机理以及它的解决办法。
那么,首先要明白,什么是氧化?
专业解释:氧化(oxidation),狭义的意思为氧元素与其他的物质元素发生的化学反应,也是一种重要的化工单元过程。广义的氧化,指物质失电子(氧化数升高)的过程。
通俗解释:风吹日晒雨淋、空气中的氧气、水力、风力侵蚀导致的发黄、老化、变硬、变脆、变软、晦暗、生锈等等现象,都可以粗略的归为氧化。
zui好的例子就是切开后的苹果,在空气中暴露一段时间,渐渐黄变的现象。
其实,不仅苹果会氧化,我们的肌肤也会氧化,塑料制品、高分子聚合物都会氧化、老化!
老化是自然界一个普遍存在的过程,我们身边zui常见的就是生命从出生、成长、衰老的过程,就是zui典型的的一个老化过程。
金属材料的锈蚀也是一种老花,从闪亮的物体变成锈迹斑斑,直到丧失使用价值。
高分子聚合物也一样,在加工、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。
一、分子聚合物老化,会产生什么坏处?
1、降低机械性能
2、褪色
3、降低透明度
4、发黄、变老
5、龟裂
6、臭味(醇类、醛类、酮类)
二、高分子聚合物老化,什么因素在作怪?
1、聚合物的结构:双键、苯环不够稳定的结构,容易导致高分子分解、黄变
2、聚合物合成中的残留的杂质:过氧化物、金属离子导致高分子降解、黄变
3、氧(空气) :氧气,臭氧的存在造成高分子的分解
4、能量:机械应力,热,紫外线
5、空气污染: NOx, SOx.
6、水、潮湿:可能导致抽提、溶解、析出生物:生物酶导致的降解
三、追溯根源,细探高分子老化机理:
为什么会变老?(老化机理)
高分子聚合物在热或光的作用下会形成激发态的分子,当能量足够高,分子链就会断裂形成自由基,自由基可以在聚合物内部形成链式反应,继续引发降解,也可能引起交联。
罪魁祸首:自由基R·
如果环境中存在氧气或臭氧,还会诱发一系列氧化反应,形成氢过氧化物(ROOH),并进一步分解成为羰基。
如果聚合物中存在残余的催化剂金属离子,或在加工、使用中带入金属离子如铜、铁、锰、钴等,会加速聚合物的氧化降解反应。
所以,为了防止高分子聚合物老化,可以隔绝光和热,zui重要的是加入抗氧剂!