高分子材料的老化和防老化的原因和如何防止它老化
材料力学性能第14章-材料的老化与稳定性能
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热降解) （1）Thermal degradation(热降解 ） 热降解
指聚合物在单纯热的作用下发生的降解反应， 指聚合物在单纯热的作用下发生的降解反应，可有三种类 单纯热的作用下发生的降解反应 型： a. Random chain scission(无规断链反应 ： 无规断链反应)： 无规断链反应 在这类降解反应中， 在这类降解反应中，高分子链从其分子组成的弱键发生断 裂，分子链断裂成数条聚合度减小的分子链。分子量下降 分子链断裂成数条聚合度减小的分子链。 迅速，但产物是仍具有一定分子量的低聚物，难以挥发， 迅速，但产物是仍具有一定分子量的低聚物，难以挥发， 因此重量损失较慢。如聚乙烯的热降解： 因此重量损失较慢。如聚乙烯的热降解：
CH3 CH3 C CH2 C COOCH 3 COOCH 3 CH3 C + COOCH 3 CH3 C COOCH 3
CH2
CH2
CH2
解聚反应主要发生于1,1-二取代单体所得的聚合物。 二取代单体所得的聚合物。 解聚反应主要发生于 二取代单体所得的聚合物
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c. Removal of lateral group (侧基脱除 热降解：聚合物热降 侧基脱除)热降解 侧基脱除 热降解： 解时主要以侧基脱除为主，并不发生主链断裂。典型的如 解时主要以侧基脱除为主， 不发生主链断裂。 侧基脱除为主 聚氯乙烯的脱HCl、聚醋酸乙烯酯的脱酸反应： 、聚醋酸乙烯酯的脱酸反应： 聚氯乙烯的脱
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链终止：各种自由基发生偶合或歧化反应。 链终止：各种自由基发生偶合或歧化反应。 在高温条件或光照条件下，还将发生过氧化氢的分解、 在高温条件或光照条件下，还将发生过氧化氢的分解、主 链断裂等反应： 链断裂等反应：
pc材质老化报告
pc材质老化报告一、引言PC材质，也就是聚碳酸酯材质，因其高强度、高韧性、透明度好等特点，广泛应用于电器、光学、医疗、体育用品等领域。
然而，长期使用后，PC材质会出现老化现象，使其性能下降，甚至出现安全隐患。
本文旨在介绍PC材质老化的原因和表现，以及预防和处理措施。
二、PC材质老化原因PC材质的老化主要受以下因素的影响：1. 光照：PC材质的分子结构中含有苯环，容易被紫外线辐射分解，导致材质逐渐变黄、变脆。
2. 温度：高温会使PC材质分子间的键断裂，使材质变脆、易碎；低温则会引起材质的收缩，导致变形。
3. 湿度：湿度过高会导致PC材质吸水膨胀，破坏材质的分子结构，使其变脆、易碎。
4. 化学物质：PC材质容易被酸、碱、油等化学物质侵蚀，使其性能下降。
三、PC材质老化表现PC材质老化的表现主要有以下几个方面：1. 变黄：长期暴露在紫外线下，PC材质会逐渐变黄。
2. 变脆：高温、低温、湿度过高等因素会使PC材质变脆、易碎。
3. 变形：低温、湿度过高等因素会导致PC材质发生收缩、变形。
4. 性能下降：化学物质的侵蚀会使PC材质的性能下降，比如抗冲击性能、耐热性。
四、PC材质老化处理和预防措施1. 防止紫外线照射：可以使用遮阳网、遮阳伞等方式减少PC材质的暴露时间。
2. 控制温度、湿度：在使用环境中控制温度、湿度，避免PC材质受到过高或过低的影响。
3. 防止化学物质侵蚀：避免PC材质与酸、碱、油等化学物质接触。
4. 定期更换：对于PC材质应用频繁、暴露时间长的物品，可以定期更换。
5. 使用保护剂：可以在PC材质表面喷涂保护剂，增加其抗紫外线、耐热性和耐腐蚀性。
养护PC材质产品，延长其使用寿命，是我们每个消费者的责任。
通过以上措施的实施，能够有效地降低PC材质老化的风险，使其更加安全、持久、耐用。
高分子材料的老化及防老化研究
高分子材料的老化及防老化研究【摘要】高分子材料在应用过程中会发生老化现象，影响其性能和使用寿命。
对高分子材料的老化及防老化研究变得至关重要。
本文首先介绍了老化机理的研究，探讨了高分子材料常见的老化方式，并分析了影响老化的因素。
接着讨论了各种防老化方法，包括添加稳定剂、控制材料制备、采用新型防老化技术等。
还介绍了材料老化测试方法，如人工加速老化试验、实地暴露试验等。
展望了高分子材料的老化及防老化研究的前景，提出了未来研究方向和挑战。
通过本文的研究，可以为高分子材料的设计、生产和应用提供一定的指导，促进材料科学领域的发展。
【关键词】高分子材料、老化、防老化、研究、机理、方式、方法、测试、技术、展望、挑战、未来1. 引言1.1 高分子材料的老化及防老化研究的重要性高分子材料在日常生活和工业生产中被广泛应用，如塑料制品、橡胶制品、涂料等，但随着时间的推移，高分子材料会出现老化现象，导致其性能下降，甚至失效。
研究高分子材料的老化及防老化对于延长材料的使用寿命、提升产品质量至关重要。
高分子材料的老化是一个复杂且持续的过程，涉及化学、物理、力学等多方面因素。
了解老化机理有助于预测材料的寿命，并采取相应的防护措施。
分析常见的老化方式如光热氧老化、臭氧老化等，有助于提高材料的抗老化性能。
通过探讨防老化方法，可以有效延缓高分子材料的老化速度，如添加抗氧化剂、紫外吸收剂等。
对材料老化测试方法的介绍和新型防老化技术的研究也是解决老化问题的关键。
展望未来，高分子材料的老化及防老化研究将持续深入，为材料科学领域的发展提供新的思路和突破口，但也面临着挑战，需要不断改进和创新。
2. 正文2.1 老化机理研究高分子材料的老化是指在长期使用或储存过程中，受到外界环境因素的作用而发生结构和性能的逐渐变化的过程。
老化过程是一个复杂的物理化学过程，通常会导致高分子材料的力学性能、光学性能、热学性能等各方面的性能逐渐下降。
了解高分子材料的老化机理是进行防老化研究的基础。
耐老化高分子材料的研究及应用
耐老化高分子材料的研究及应用聚合物及其制品在使用或贮存过程中，由于受众多环境因素（光、热、氧、潮湿、应力、化学侵蚀等）的影响，其性能（强度、弹性、硬度、颜色等）逐渐变坏，如外观上变色发黄、变软发粘，变脆发硬，物化性质上分子量、溶解度、玻璃化温度的增减，力学性能上强度、弹性的消失等等，这些现象统称为老化。
其实它跟金属的腐蚀是相似的。
高分子的老化方式主要有光氧化、热氧化、化学侵蚀、生物侵蚀等。
一、光氧化涂料、塑料、橡胶、合成纤维等制品在日光或强的荧光下(因为含有害紫外线较普通荧光灯多），因吸收紫外线而引发自我氧化，导致聚合物降解，使制品的外观和物理机械性能恶化，这一过程称为光氧化还原或光老化聚合物在光的照射下，分子链的断裂取决于光的波长与聚合物的键能，各种键的离解能为167～586kJ/mol 。
在可见光范围内，聚合物一般不被离解，但呈激发状态。
应此在氧存在下，聚合物易发生光氧化过程。
例如聚烯烃RH，被激发了的C —H 键容易与氧作用。
—RH+ O2 —→R•+•O—OHR•+O2—→R—O—O•—RH→R—O2H+R•此后开始连锁式的自动氧化降解过程。
水、微量的金属元素特别是过渡金属及其化合物都能加速光氧化过程。
为延缓或防止聚合物的光氧化过程，需要加入光稳定剂。
光稳定剂凡能屏障或抑制光氧化还原或光老化过程而加入的一些物质称为光稳定剂。
太阳辐射的电磁波在通过空间和臭氧层时，290nm以下和3000nm以上的射线几乎都被滤除，实际到达地面的为290nm—3000nm的电磁波，其中波长范围为400—800nm（约占40%）的是可见光，波长约为800—3000nm（约占55%）的是红外线，而波长约为290—400nm（仅占5%）的是紫外线，其中，紫外线对聚合物的破坏作用最大。
为了阻止紫外线对高分子材料的老化作用，可以加入光稳定剂。
工业上对光老化的有效防止阻缓，多以两种以上有不同作用机理的抗老化剂复配，因为各种抗老化剂特别是光吸收剂都有自身对紫外线不同的吸收波段。
高分子材料的耐老化性能与应用探索
高分子材料的耐老化性能与应用探索在现代科技和工业领域中，高分子材料扮演着举足轻重的角色。
从日常生活中的塑料制品到航空航天领域的高性能部件，高分子材料的应用无处不在。
然而，高分子材料在使用过程中往往会面临老化的问题，这不仅会影响其性能和使用寿命，还可能带来安全隐患。
因此，深入研究高分子材料的耐老化性能，并探索其在不同领域的应用，具有重要的现实意义。
一、高分子材料老化的原因高分子材料的老化是一个复杂的过程，受到多种因素的综合影响。
其中，最主要的因素包括以下几个方面：1、光氧老化阳光中的紫外线是导致高分子材料老化的重要因素之一。
紫外线能够激发高分子材料分子链中的化学键，使其发生断裂和交联，从而改变材料的物理和化学性能。
例如，塑料在长期暴露于阳光下会变得脆化、褪色。
2、热氧老化温度的升高会加速高分子材料的氧化反应。
在有氧存在的情况下，高分子材料容易发生热氧老化，导致分子链的降解和性能下降。
高温环境下，橡胶制品容易变软、发粘甚至失去弹性。
3、化学介质老化高分子材料在接触到化学介质，如酸、碱、盐等时，可能会发生化学反应，导致材料的结构和性能受到破坏。
例如，某些聚合物在强酸或强碱环境中会被腐蚀。
4、生物老化在一些特定的环境中，如潮湿、微生物滋生的场所，高分子材料可能会受到生物因素的影响而老化。
微生物的代谢产物或酶的作用可能会侵蚀高分子材料的表面。
二、高分子材料耐老化性能的评估方法为了准确评估高分子材料的耐老化性能，科研人员和工程师们采用了一系列的测试方法。
1、力学性能测试通过拉伸试验、弯曲试验等力学性能测试，可以了解高分子材料在老化前后的强度、模量、韧性等指标的变化。
2、外观观察直接观察材料的外观变化，如颜色、光泽、表面粗糙度等，也是一种简单而直观的评估方法。
3、热分析热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）等热分析技术可以用于研究高分子材料在老化过程中的热稳定性和相变情况。
4、红外光谱分析利用红外光谱可以分析高分子材料分子结构的变化，从而判断其老化程度。
高分子材料耐候老化测试技术-SGS
昆虫，等等。
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热 (温度)
热化学作用 反应速度 膨胀/收缩
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水（露水、雨水和湿度）
物理作用 水合/脱水过程 热冲击 冲刷/侵蚀 化学作用
溶剂/水解
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其它因素
氧气，臭氧 高能辐射 工业气体 海水 盐雾 霉菌，细菌 昆虫，等等
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防止老化的措施
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Solar全日光模拟（金属卤化物灯）
金属卤化物灯是伴随着汽车行业对大型零部件和 整车人工曝晒试验的需要而诞生的。
现在也开始逐渐被广泛的应用于电子及其他行业 。
能较好的模拟日光中的紫外光，可见光和红外光 ，被认为是全光谱日光模拟的光源。
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金属卤化物灯
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金属卤化物灯光谱
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几个基本概念
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荧光紫外光源
¾ UVB-313 老化速度最快，相关性很差 ¾ UVB-FS40 老化速度很快，相关性很差 ¾ UVA-340 老化速度较快，相关性较好 ¾ UVA-351 模拟透过玻璃窗的老化，相关性较好
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Fluorescent 荧光紫外
UVB-313光管曾经是最广 泛应用的测试光源，仍广 泛使用在汽车耐候漆的实 物室筛选
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配备有日光过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间的比较
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配备有玻璃窗过滤器的Q-SUN光谱和透过玻璃窗的太阳 光谱之间的比较
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配备有Q/B扩展紫外线过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间 的比较
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氙灯和荧光紫外灯的光谱对比
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Xenon Arc氙弧灯
辐照度可独立控制，光/暗循环 降雨、冷凝与湿度多种水分作用方式 样品温度、环境温度独立控制 良好的重复性与重现性 人工加速老化的主流
高分子防老化
高分子防老化高分子防老化是高分子化学中的一个重要课题。
高分子老化主要是热氧老化和光氧老化；对于不饱和的高分子，臭氧老化也占一定的地位。
主要的防老化措施有：①在高分子中添加各种稳定剂（高分子防老剂）；②用物理方法进行防护；③改进聚合和加工工艺；④进行聚合物的改性。
其中，添加稳定剂是防老化常用的方法。
防热氧老化通常，改进加工成型工艺，例如降低加工温度和受热时间，避免不必要的露天曝晒，都可以收到防热氧老化的效果。
但更为有效的方法是添加各种防热氧老化稳定剂。
稳定剂按其稳定作用可以分为两大类：第一类是使活性自由基反应终止的自由基链破坏剂；第二类为能抑制引发反应发生的抑制性抗氧剂。
第一类稳定剂又称主抗氧剂，分为三种：①自由基捕获体它能与由热、光和氧的作用生成的高分子自由基R·或过氧化物自由基ROO·反应，生成不能再引发反应的物质，例如苯醌就是一种自由基捕获体。
②电子给予体为具有能提供电子的一类化合物,如叔胺类。
当叔胺与自由基RO2·相遇时，由于电子转移，使活性链反应终止：③氢原子给予体为具有活泼氢原子的一类化合物，它能使自由基R·或RO2·稳定化，自身变成一个活性低的、但又能捕获其他活性基团的稳定自由基，从而使链式反应终止。
这类抗氧剂常用的有仲芳胺和阻碍酚两大类。
以仲芳胺为例，其"捕捉"高分子自由基从而抑制老化的机理如下：第二类抗氧剂又称辅助抗氧剂，有过氧化物分解剂和金属离子钝化剂两种。
过氧化物分解剂如含硫或含磷有机化合物等能使过氧化物分解成非活性物质，从而使链式反应终止。
某些金属离子的存在对聚合物的自动氧化起着催化作用，同时还能促进过氧化物分解为自由基。
金属离子钝化剂实际上是一些能与金属离子生成络合物的螯合剂，它使金属离子形成络合物而失去其催化作用，如芳香胺、酰胺类等。
不同的抗氧剂并用，可以产生加和效应或协同效应，但也可能产生对抗效应。
高分子材料耐候老化测试技术-SGS
UVA-351光管普遍使用于 模拟透过窗玻璃太阳光的 老化
独立控制各种老化因素： 辐照度、黑板温度、冷凝 喷淋
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Xenon Arc氙弧灯
第一台氙灯发明于1954年。
氙弧灯是一种石英球罩密封的精确气体放电灯， 使用滤光片调节光谱能量分布以模拟各种自然日 光。
辐照度E：单位表面积上辐射通量，w/m2 如常见的0.68 w/m2
光谱辐照度Eλ：用波长为函数表示的辐照强度,w/m2.nm 如,0.77 w/m2.nm@340nm, 45 w/m2@300~400nm
辐射量H：辐射的时间累积，H=∫Edt (J/m2) 如,广州的年平均总辐射量为4590 MJ/ m2
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Relative Photon Energy 相对光能
辐射能与波长的关系
E = hν = h c/λ
E = Energy 辐射能 h = Planck’s Constant 普朗克常 ν = Frequency 频率 c = Velocity 光速 λ = Wavelength 波长
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
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人工加速耐候设备的选择
Carbon Arc 碳弧灯 Fluorescent 荧光紫外灯 Xenon Arc 氙弧灯 Solar 全日光模拟（金属卤化物灯）
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Cabon Arc碳弧灯
碳弧灯是早期的人工耐候老化测试设备，它通过 燃烧碳棒成为光源。
封闭式碳弧灯（UV型） 开放式碳弧灯（Sunshine型）
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试验标准的选择
可根据样品的类别选用相关标准 如：ASTM D4587专门针对油漆及相关涂层 ASTM D4329则针对塑料类产品
聚碳酸酯 老化
聚碳酸酯老化
聚碳酸酯，作为一种重要的工程塑料，在各种工业领域中得到广泛应用，例如电子电器、汽车、医疗器械等领域。
然而，随着时间的推移，聚碳酸酯材料也会发生老化现象，这种老化会对其性能和可靠性产生负面影响，因此研究聚碳酸酯老化的机理和预防措施变得至关重要。
聚碳酸酯老化的主要原因之一是光热老化。
这是因为聚碳酸酯在长时间的暴露于紫外线和热量下会发生分子链断裂和降解，导致材料变脆、色泽变化以及表面粗糙等现象。
另外，聚碳酸酯在长期高温环境下也容易发生老化，高温会加速分子链的运动和交联反应，从而进一步降解材料性能。
除了光热老化外，化学老化也是聚碳酸酯老化的重要因素之一。
聚碳酸酯在遇到一些化学物质时会发生化学反应，导致分子结构的改变和性能下降。
例如，一些溶剂、酸碱等会对聚碳酸酯材料产生侵蚀作用，使其失去原有的性能，甚至发生龟裂、变形等现象。
为了延缓聚碳酸酯老化的发生，可以采取一些预防措施。
首先，在产品设计阶段就应该考虑材料的选择和使用环境，尽量避免暴露在长时间紫外线和高温环境下。
其次，可以通过添加抗氧化剂、紫外线吸收剂等助剂来提高材料的耐老化性能。
此外，定期对使用中的聚碳酸酯制品进行检查和维护，及时更换老化严重的零部件也是非常重要的。
总的来说，聚碳酸酯老化是一个复杂的过程，受到光热、化学等多种因素的影响。
通过深入研究其老化机理，并采取相应的预防和修复措施，可以有效延缓材料老化，提高产品的使用寿命和可靠性，保障其在各个领域的应用。
1。
高分子材料老化试验分析：高分子材料试验室加速老化
高分子材料老化试验分析：高分子材料试验室加速老化高分子材料自身技术含量高、附加值高，一直是发达国家和跨国公司十分重视的发展领域，具有广阔的市场空间。
因此，也对其质量性能、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求。
如何本着节能、低碳和生态发展的原则，最大程度的发挥高分子材料制品的功能，就越来越受到人们的。
而老化正是影响高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。
高分子材料的老化现象老化由物理老化和化学老化两种类型。
高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受到各种外界环境因素的影响，其性能逐渐由好变坏，以致最后丧失使用价值，这种现象就属于高分子材料的老化。
不仅造成资源浪费，甚至会因其功能失效酿成更大的事故，而且其老化引起的材料分解也可能会对环境产生污染。
影响高分子材料老化的因素1.宏观影响因素因为高分子聚合物在加工、使用过程中，会受到氧、臭氧、热、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作用, 其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，如变色和褪色、聚合物发黄、变糊、开裂、龟裂、剥离和分层、翘曲、脆化、拉伸强度损失、粉化、起泡、失光等，这些变化和现象就称为老化。
2.微观影响因素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。
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，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。
高分子材料试验室加速老化为加快试验周期，更快的得到老化数据，试验室通常使用人造光源模拟日光辐射，匹配不同的温湿度及淋雨条件等，可以模拟各种自然气候。
1）光源的选择常用的人造光源有氙弧灯、金属卤素灯及紫外荧光灯。
紫外荧光灯在中波紫外和短波紫外范围内，能很好的模拟日光。
而氙弧灯和金属卤素灯在全光谱均能很好的模拟日光。
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（1）发生老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点，如具
有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基，等等。外界或环境因素主要是阳光、
氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体（如、、、等）、海
水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫，等等。
从结构上的原因来说，聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化，因为C—F键的键能比
C—H键的键能大，它起着保护碳链的作用。聚丙烯不如聚乙烯耐老化，这是因
为聚丙烯的碳链上有甲基，甲基碳原子上的氢原子比较容易脱去。由于聚酰胺链
上有羧基，聚酯纤维中的酯键容易水解，因此也容易老化。又如二烯烃聚合的橡
胶中含C=C双键，容易发生热氧老化、光氧老化、臭氧老化。由于橡胶常在应
力条件下使用，比较容易发生臭氧龟裂，因此臭氧老化是橡胶老化的主要原因。
氯丁橡胶由于含有吸电子基的氯原子，因而较耐老化。
聚合物由于结构上的弱点而在一定外界条件下发生的各种老化现象如前所
述。有的聚合物没有上述情况也会发生老化，如受到辐射特别是高能辐射时，化
学键就会发生断裂，即使是近紫外光辐射也能足够打开一般的单键（C—H、O—H
那样的强键除外）。
(2）防止老化的措施
从发生老化的原因来看，一个主要原因是在高分子结构本身。因此，改善高
分子的结构以提高老化的能力是很重要的。例如，橡胶在硫化以后，依然存在着
不饱和双键，而橡胶制品在使用时又难于避免日光、氧气、臭氧等的侵蚀，所以
人们研究合成新的品种就应避免或大大减少橡胶的高分子链上的双键。当纳塔①
等人用络合催化剂定向聚合了聚乙烯以后，他们就预测可以用乙烯和丙烯两种单
体经共聚制成弹性体，后来，果然合成了二元乙两橡胶，乙丙橡胶区别于其他合
成橡胶在结构上的一大特点就是主链中不含双键，完全饱和，使它成为最耐臭氧、
耐化学品、耐高温的耐老化橡胶。但是，乙丙橡胶也带来聚二烯橡胶所没有的缺
点，如硫化速率慢，不易跟金属粘合等。于是人们又研究在乙丙橡胶上接上易硫
化的第三单体，以提高硫化速率。目前，乙丙橡胶已成为合成橡胶中有发展前途
的一个品种。高分子科学和生产工艺的发展，将不断地改进高聚物的性能，使它
们延缓老化并延长使用寿命。
其次是在合成材料加工过程中添加防老剂。如添加防止氧气或臭氧引起老化的
抗氧剂，添加紫外光稳定剂、热稳定剂、防霉剂，等等。
再次，还可以用物理防护的方法，如涂漆、镀金属、浸涂防老剂溶液等。
先说一下概念，老化本身是一个综合的塑料性能的退化过程，老化也有很多种。
所以说防老化剂概念比较大，抗氧剂、紫外线吸收剂都是抗老化剂的一种。
塑料的各个不同种类，耐老化性能也不同，老化方式也不同，其中，氧化导致老
化比较多见，比如PP，易于被氧化，所以PP的抗老化剂中一定会有抗氧剂的
存在。
紫外线UV通常指在室外的情况，阳光中的UV是高能粒子，会导致塑料分子长
链断裂，使塑料性能下降。而紫外线吸收剂会吸收UV，把UV的能量转换为热
量，保护塑料分子链。