橡膠老化及橡膠老化的防護方法

    在1885年人們就發現受到拉伸的橡膠在老化過程中發生龜裂，當時人們曾認為是由于陽光的照射所致，但后來發現未經陽光照射的橡膠制品上，同樣也有龜裂產生。后來經過分析發現，不受陽光的照射的橡膠拉伸所產生的龜裂，是由于大氣中存在的臭氧所致。

 

    在距離地面20－30km的高空，氧氣分子在陽光照射下會產生牛氣分子形成一層臭氧層。盡管地表的臭氧濃度較低，但引起的橡膠老化現象也不容忽視，越來越受眾的重視。

 

    老化是指塑料在加工、貯存和使用過程中，由于受內外因素的綜合作用，其性能逐漸變壞，以致最后喪失使用價值的現象。老化是一種不可逆的變化，它是材料的通病。

 

    橡膠的臭氧老化與其他因素所產生的老化有所不同，主要有如下表現。

 

    （1）橡膠的臭氧老化是一種表面反應，未受應力的橡膠表面反應嘗試為10－40個分子厚，或（10～50）＊10－6次方mm厚。

 

    （2）未受拉伸的橡膠暴露在O3環境中時，橡膠與O3反應直到表面上的雙鍵完全反應完后終止，在表面上形成一層類似噴霜狀的灰色硬脆膜，使其失去光澤。受拉伸的橡膠在產生臭氧老化時，表面要產生臭氧龜裂，但通過研究認為，橡膠的臭氧龜裂有一臨界應力存在，當橡膠的伸長或所受的應力低于臨界值時，在發生臭氧老化時是不會產生龜裂的，這是橡膠的固有特性。

 

    3）橡膠在產生臭氧龜裂時，裂紋的方向與受力的方向垂直，這是臭氧龜裂與光氧老化致龜裂的不同之處，介應當注意，在多方向受到應力的橡膠產生臭氧老化時，所產生的臭氧龜裂很有難看出方向性，與光氧老化所產生的龜裂相似。

 

    老化是橡膠等高分子材料中存在的一種較為普遍的現象，它會使橡膠的性能劣化，影響橡膠制品的使用價值及使用壽命，橡膠防護體系是延緩橡膠的老化，延長制品的使用壽命。橡膠防護體系主要是防老劑，防老劑型按作用原理可分為化學防老劑和物理防老劑；按防護的目標分為抗氧劑、護臭氧劑、光屏蔽劑、金屬鈍化劑等，也可按化學結構進行分類。

 

    （1）橡膠老化的現象：生膠或橡膠制品在加工、貯存或使用過程中，會受到熱、氧、光等一干二凈因素的影響而逐漸發生物理及化學變化，使其性能下降，并喪失用途，這種現象稱為橡膠的老化。橡膠老化過程中常常會伴隨一些顯著的現象，如在外觀上可以發現長期貯存的天然橡膠變軟、發黏、出現斑點；橡膠制品有變形、變脆、變硬、龜裂、發霉、失光及顏色改變等。在物理性能上橡膠有溶脹、流變性能等的改變。在力學性能上會發生拉伸強度、斷裂伸長率、沖擊強度、彎曲強度、壓縮率、彈性等指標下降。

 

    （2）橡膠老化的原因：橡膠發生老化現象源于其長期受熱、氧、光、機械力、輻射、化學介質、空氣中的臭氧等外部因素的作用，使其大分子鏈發生化學變化，破壞了橡膠原有化學結構，從而導致橡膠性能變壞。導致橡膠發生老化現象的外部因素主要有物理因素、化學因素及生物因素。物理因素包括熱、光、電、應力等；化學因素包括氧、臭氧、酸、堿、鹽及金屬離子等；生物因素包括微生物（霉菌、細菌）、昆蟲（白蟻等）。這些外界因素在橡膠老化過程中，往往不是單獨起作用，而是相互影響，加速橡膠老化進程。如輪胎胎側在使用過程中就會受到熱、光、交變應力和應變、氧、臭氧等多種形式因素的影響。

 

    不同的制品在不同的使用條件下，各種因素的作用程度不同，其老化情況也不一樣。即使同一制品，因使用的季節和地區不同，老化情況也有區別。因此，橡膠的老化是由多種因素引起的綜合的化學反應。在這些因素中，最常見且最重要的化學因素是氧和臭氧；物理因素是熱、光和機械應力。一般橡膠制品的老化均是由它們中的一種或幾種因素共同作用的結果，最常見的熱氧老化，其次有臭氧老化、疲勞老化和光氧老化。

 

    （3）橡膠老化的防護方法：隨著橡膠的老化進程，橡膠性能逐漸下降，其使用價值也逐步喪失。因此，研究的老化及防護方法有著極為重要的實用和經濟意義。由于橡膠的老化是一種復雜的綜合化學反應過程，而且要絕對防止橡膠老化的發生是不可能的。因此，只有認真的研究導致橡膠發生老化的各種原因，并根據這些原因對癥下藥，采取適當的措施，延緩橡膠老化的速度，從而達到延長橡膠使用壽命的目的。由于導致橡膠制品老化的因素各不相同，因而應根據不同的老化機理采取相應的防老化措施，主要有物理防護及化學防護法。物理防護法是指盡量避免橡膠與各種老化因素相互作用，如采用橡塑共混、表面鍍層或處理、加光屏蔽劑、加石蠟等。化學防護法是指主動加入物質來防止或延緩橡膠老化反應繼續進行，如加入胺類或酚類化學防老劑。

 

    防老化主要是從減少硫化橡膠的高分子鏈上的不飽和雙鍵為主，比如，用一些支鏈改性，利用特殊的化學反應，使不飽和鍵飽和，從而使分子結構的層面予以提高耐老化能力，延緩老化并延長其使用壽命。

 

    其次是在橡膠，塑料等加工過程中添加防老劑，比如，在硫化橡膠的配方中添加紫外線穩定劑，防霉劑，熱穩定劑等，添加防止臭氧或氧氣引起老化的抗氧劑。

 

    再次，還可用增加涂層和防護膜的物理防護方法，如浸凃防老化劑溶液，涂漆，鍍金屬等。