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高分子材料耐候性

/weathering resistance of polymer materials/
条目作者杨睿

杨睿

最后更新 2022-12-23
浏览 163
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高分子材料抵抗自然环境因素(如热、光、湿、臭氧等)影响,保持其使用性能(如强度、韧性、透光性等)的能力。

英文名称
weathering resistance of polymer materials
所属学科
材料科学与工程

在户外使用的材料,如农膜、汽车涂料、建筑涂料等,尤其关注其耐候性。

不同品种和配方的高分子材料,其耐候性有很大差别。高分子材料的耐候性,主要取决于作为主体的聚合物的分子结构。聚合物分子结构中如果有化学性质不稳定的单元,如聚丙烯中的叔碳原子、橡胶的不饱和键、聚酯中易水解的酯键,则容易在高温、紫外光、臭氧、水分的作用下发生氧化、分子链断裂、水解、交联等反应,材料的稳定性较差。通过共聚引入稳定的结构单元,通过后固化减少残余的不饱和键,或通过后处理提高结晶度等方法都可以提高材料的稳定性,延长材料的使用寿命。

实际生产中更常用的方法是通过添加合适的防老剂来提高高分子材料的耐候性。防老剂主要包括光稳定剂(包括光屏蔽剂、紫外线吸收剂、激发态猝灭剂、自由基捕捉剂等)和抗氧剂(包括酚类和胺类抗氧剂等)两大类,通过破坏材料光/热氧化的自由基链式反应,来抑制分子链断裂和交联等老化反应,提高材料的耐候性。光稳定剂和抗氧剂常常配合使用,最常用的有受阻胺光稳定剂(HALS)和受阻酚抗氧剂(BHT)。

高分子材料的耐候性还与气候特点有关,在一种气候条件下耐候性很好的材料可能在另一种气候条件下耐候性较差。耐候性通常采用两种方式进行检验。一种是在室外直接曝晒,检验材料在不同自然条件下的耐候性。例如美国在亚利桑那(高温干燥气候)和佛罗里达(高温高湿气候)建有两个大型的曝晒场,中国也在代表不同气候类型的多个地方,如吐鲁番、敦煌、拉萨、成都、武汉、三亚等地建立了多个自然曝晒场。虽然评价周期较长,但能最为直接地反映材料性能。另一种是在天候老化试验箱中,模拟自然条件设定试验条件(光照、温度、喷淋)及试验周期来进行加速老化,评价材料的耐候性。不同材料在不同条件下的加速试验可以参照国内外标准,但需要关注实验室评价结果与户外曝晒之间的相关性。

  • 冯新德.高分子辞典.北京:中国石化出版社,1998.
  • 钟世云,许乾慰,王公善.聚合物降解与稳定化.北京:化学工业出版社,2002.

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