高分子材料与环境 [复制链接]

第5版()
专栏：科学知识

高分子材料与环境
刘绍基
高分子材料包括橡胶、塑料、纤维、涂料、复合材料等，这些材料的使用性能与环境有着密切的关系。我们了解这方面的知识，才能更好地利用高分子材料。
多数材料都会遭遇到大气环境的老化，使材料的使用性能下降，最后丧失使用价值。对于最坚硬的岩石来说，要经历千万年以上才有变化，而对于某些高分子材料，只要在大气环境中曝露几天就会有明显的变化。
高分子材料有引人注目的优异性能，它的用途很广，例如在航空工业上，广泛地用于制作飞机的内外零部件；在造船部门，塑料、纤维和复合材料正在取代更多的常用材料；在建筑方面，高分子材料与传统材料如木材、玻璃、金属等展开了有力的竞争；在太阳能利用方面，高分子材料大有可为；在其它各行各业中，高分子材料也都带来了新的变化。而不论在何种场合使用哪种高分子材料，都要经受大气环境的考验。
在人们心目中，高分子材料的弊病是容易老化，因而担心它的使用寿命。关于这个问题，科研工作者经过多年的努力，已经积累了相当的经验，在采取稳定化措施和合理的配方以后，已大大地提高了高分子材料的耐久性能。
高分子材料品种繁多，性能各异，不能用简单的分类方法来判断它的耐气候性能。它的耐候性能是和它周围的环境因素，即所谓小气候有关，例如聚胺酯的水解、橡胶臭氧诱导的应力龟裂、聚氯乙烯塑料的光氧化变色、尼龙的尺寸变化，都说明了环境与高分子之间的相互关系。
影响高分子材料老化的主要因素为太阳光、温度、湿度、风、灰尘、污染物质等。虽然太阳光对于地球上一切生物是不可缺少的，但是，它对高分子材料却是有害的影响因素。太阳光中所含的紫外线成份，容易被高分子化学结构中某些基团如醛基、酮基、羰基所吸收，引起光化学反应，导致材料老化变质，最终丧失使用价值。
空气温度也是一个主要的影响因素，地球表面温度是由它所接受的太阳辐射能而来的，在白天，当有较高比例的太阳辐射能到达地球表面时，地球表面的温度相应升高，在晚间，又以同样比例的能量由地球表面释放出来，所以温度又降低。当白天和夜晚由于云层减弱了辐射能透过时，就降低了最高温度与最低温度的差别；而每天温差的大小，对于高分子材料的环境老化是一个重要的因素。另外，高温可以软化非弹性的热塑性塑料，低温可以减弱橡胶的挠曲性能，虽然这些现象是可逆的，但是在使用这些材料时，也应当加以注意。
使用材料的表面温度会引起材料老化。当太阳光照射物体表面时，物体表面温度是高于周围空气温度的，它们的温度差是与太阳辐射强度、风速、物体形状和这个物体的性质、特别是它表面的光洁度、颜色、热容、热导等有关。
对于某些含有亲水性基团的高分子材料，湿度的影响也很明显。
大气中的污染物质，对于材料的有害影响不可忽视。污染物质包括有惰性微粒物质、生物活性材料和反应性气体。它们对高分子材料的破坏作用有时也是很厉害的，例如灰尘由于它们的化学组成，特别是在潮湿状态下能引起催化氧化作用，使高分子材料遭到破坏。
大气中挥发性污染物质主要有硫的化合物、氮的氧化物、一氧化碳和二氧化碳等。几乎所有的燃料都含有硫，当这些燃料燃烧时，所产生的二氧化硫进入空气中，形成工业污染气体。在二氧化硫存在的条件下，当聚乙烯和聚丙烯曝露时，容易变脆。