物質の老化
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私たちの物質のほとんどは劣化し、機能を失います。物質の劣化は、物質が酸素と化学反応を起こすことによって引き起こされますが、物質が劣化する原因は他にもあるのでしょうか？彼らはどのようなメカニズムなのか
また、環境中の化学物質との接触もある
主に環境中の物質との接触による酸化で化学結合が切断されるのでしょうか？
この投稿は、2017年7月2日08:35に王根荣によって最終的に編集されました。
一、老化現象の概要
高分子材料には、プラスチック、ゴム、繊維、フィルム、接着剤、塗料などが含まれます。その中で、三大合成高分子材料と呼ばれるプラスチック、合成繊維、合成ゴムは、航空、自動車、船舶、インフラ建設、軍需品など、さまざまな分野でますます広範囲に利用されている。しかし、高分子材料は加工、貯蔵、使用の過程で、光、熱、水、化学的・生物的な侵食といった内外の要因が複合的に作用することにより分解が起こり、性能が徐々に低下し、その結果使用価値の一部または全部を失ってしまいます。この現象が老化です。高分子材料の老化は非常に重要な問題となっており、実際にもたらされる被害は人々が想像するよりもはるかに深刻です。特に過酷な環境下では、機器の早期故障や材料の大量損失を引き起こし、経済的な損失だけでなく資源の無駄遣いにもつながります。さらに、材料が劣化・分解することで環境汚染を引き起こすこともあります。二、老化の原因 老化が起こる主な原因は、構造や成分内部に老化を引き起こしやすい弱点があることであり、例えば不飽和二重結合、過酸化物、分岐鎖、カルボニル基、末端のヒドロキシ基などが挙げられます。外部または環境要因としては、主に太陽光、酸素、オゾン、熱、水、機械的応力、高エネルギー放射線、電気、工業用ガス（二酸化炭素や硫化水素など）、海水、塩霧、カビ、細菌、昆虫などが挙げられます。環境影響因子：温度の影響。温度が上昇すると、高分子鎖の運動が活発になり、化学結合の解離エネルギーを超えると、高分子鎖の熱分解や基団の脱落が引き起こされる。湿度の影響 高分子材料に対する湿度の影響は、水分による材料の膨潤や溶解作用に起因し、高分子材料の集合状態を維持している分子間力が変化することで、材料の集合状態が破壊されます。特に架橋されていない無定形ポリマーの場合、湿度の影響は非常に顕著で、高分子材料が膨潤したり、集合状態が解体したりして、材料の性能が損なわれます。一方、結晶性のプラスチックや繊維の場合は、水分の浸透が制限されるため、湿度の影響はそれほど顕著ではありません。酸素の影響 酸素は高分子材料の老化を引き起こす主な原因であり、酸素の浸透性のため、結晶性ポリマーの方が非結晶性ポリマーよりも酸化に強い。酸素はまず、重合体の主鎖上にある弱い部分、例えば二重結合、ヒドロキシ基、第三級炭素原子上の水素などの基や原子を攻撃し、重合体過酸化物ラジカルや過酸化物を形成する。その後、この部位で主鎖が切断され、深刻な場合にはポリマーの分子量が著しく低下し、ガラス転移温度も下がるためポリマーは粘度を増す。また、ラジカルに容易に分解される開始剤や遷移金属元素が存在すると、酸化反応が促進される傾向がある。光老化ポリマーが光を受けた際に分子鎖が切断されるかどうかは、光エネルギーと解離エネルギーの相対的な大きさ、および高分子の化学構造が光波に対して持つ感受性によって決まる。地球の表面にオゾン層や大気層があるため、地表に到達する太陽光の波長範囲は290nmから4300nmの間であり、光のエネルギーが化学結合の解離エネルギーよりも大きいのは紫外線領域の光のみで、これによって高分子の化学結合が切断される。化学媒体の影響 化学媒体は高分子材料の内部に浸透して初めて作用を発揮し、その作用には共有結合への作用と準共有結合への作用の2種類がある。共有結合の作用は、高分子鎖の切断、架橋、付加、またはこれらの作用の組み合わせとして現れ、これは不可逆的な化学反応である。化学的媒体による二次結合の破壊は化学構造の変化を引き起こさないものの、材料の集合状態の構造が変化し、それに伴って物理的性質も変化する。生物による老化ポリマー材料は長期間、ある環境下に置かれると、微生物が極めて強い遺伝的変異性を持つため、これらのポリマーを分解利用できる酵素を徐々に進化させ、それを炭素源またはエネルギー源として成長するようになる。分解速度は非常に遅いものの、この潜在的な危険性は確かに存在する。しかし、一部の高分子製包装材においては、使用後に速やかに生物によって分解されることが望まれる。三、予防策 湿気により、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、多糖類の高分子は、酸またはアルカリの触媒作用によって水と反応し加水分解を起こす。大気汚染が深刻で酸性雨が頻繁に発生する地域では、このような高分子材料の使用が制限される。このような材料の表面に防水フィルムを被せることができれば、加水分解による老化現象を軽減したり、あるいは防ぐことができる。ポリマーの加工過程において、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄含有有機化合物、およびリン含有化合物が添加される。これらは過酸化ラジカルと迅速に反応し、連鎖反応を早期に終了させることができる。光老化は材料の加工過程において、光安定剤を添加することで、材料の老化や劣化を防ぐことができる。作用機序によれば、この種の光安定剤には光遮蔽剤、紫外線吸収剤、キャップ剤、およびフリーラジカル捕捉剤が含まれる。
一、老化現象の概要
高分子材料には、プラスチック、ゴム、繊維、フィルム、接着剤、塗料などが含まれます。その中で、三大合成高分子材料と呼ばれるプラスチック、合成繊維、合成ゴムは、航空、自動車、船舶、インフラ建設、軍需品など、さまざまな分野でますます広範囲に利用されている。しかし、高分子材料は加工、貯蔵、使用の過程で、光、熱、水、化学的・生物的な侵食といった内外の要因が複合的に作用することにより分解が起こり、性能が徐々に低下し、その結果使用価値の一部または全部を失ってしまいます。この現象が老化です。高分子材料の老化は非常に重要な問題となっており、実際にもたらされる被害は人々が想像するよりもはるかに深刻です。特に過酷な環境下では、機器の早期故障や材料の大量損失を引き起こし、経済的な損失だけでなく資源の無駄遣いにもつながります。さらに、材料が劣化・分解することで環境汚染を引き起こすこともあります。二、老化の原因 老化が起こる主な原因は、構造や成分内部に老化を引き起こしやすい弱点があることであり、例えば不飽和二重結合、過酸化物、分岐鎖、カルボニル基、末端のヒドロキシ基などが挙げられます。外部または環境要因としては、主に太陽光、酸素、オゾン、熱、水、機械的応力、高エネルギー放射線、電気、工業用ガス（二酸化炭素や硫化水素など）、海水、塩霧、カビ、細菌、昆虫などが挙げられます。環境影響因子：温度の影響。温度が上昇すると、高分子鎖の運動が活発になり、化学結合の解離エネルギーを超えると、高分子鎖の熱分解や基団の脱落が引き起こされる。湿度の影響 高分子材料に対する湿度の影響は、水分による材料の膨潤や溶解作用に起因し、高分子材料の集合状態を維持している分子間力が変化することで、材料の集合状態が破壊されます。特に架橋されていない無定形ポリマーの場合、湿度の影響は非常に顕著で、高分子材料が膨潤したり、集合状態が解体したりして、材料の性能が損なわれます。一方、結晶性のプラスチックや繊維の場合は、水分の浸透が制限されるため、湿度の影響はそれほど顕著ではありません。酸素の影響 酸素は高分子材料の老化を引き起こす主な原因であり、酸素の浸透性のため、結晶性ポリマーの方が非結晶性ポリマーよりも酸化に強い。酸素はまず、重合体の主鎖上にある弱い部分、例えば二重結合、ヒドロキシ基、第三級炭素原子上の水素などの基や原子を攻撃し、重合体過酸化物ラジカルや過酸化物を形成する。その後、この部位で主鎖が切断され、深刻な場合にはポリマーの分子量が著しく低下し、ガラス転移温度も下がるためポリマーは粘度を増す。また、ラジカルに容易に分解される開始剤や遷移金属元素が存在すると、酸化反応が促進される傾向がある。光老化ポリマーが光を受けた際に分子鎖が切断されるかどうかは、光エネルギーと解離エネルギーの相対的な大きさ、および高分子の化学構造が光波に対して持つ感受性によって決まる。地球の表面にオゾン層や大気層があるため、地表に到達する太陽光の波長範囲は290nmから4300nmの間であり、光のエネルギーが化学結合の解離エネルギーよりも大きいのは紫外線領域の光のみで、これによって高分子の化学結合が切断される。化学媒体の影響 化学媒体は高分子材料の内部に浸透して初めて作用を発揮し、その作用には共有結合への作用と準共有結合への作用の2種類がある。共有結合の作用は、高分子鎖の切断、架橋、付加、またはこれらの作用の組み合わせとして現れ、これは不可逆的な化学反応である。化学的媒体による二次結合の破壊は化学構造の変化を引き起こさないものの、材料の集合状態の構造が変化し、それに伴って物理的性質も変化する。生物による老化ポリマー材料は長期間、ある環境下に置かれると、微生物が極めて強い遺伝的変異性を持つため、これらのポリマーを分解利用できる酵素を徐々に進化させ、それを炭素源またはエネルギー源として成長するようになる。分解速度は非常に遅いものの、この潜在的な危険性は確かに存在する。しかし、一部の高分子製包装材においては、使用後に速やかに生物によって分解されることが望まれる。三、予防策 湿気により、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、多糖類の高分子は、酸またはアルカリの触媒作用によって水と反応し加水分解を起こす。大気汚染が深刻で酸性雨が頻繁に発生する地域では、このような高分子材料の使用が制限される。このような材料の表面に防水フィルムを被せることができれば、加水分解による老化現象を軽減したり、あるいは防ぐことができる。ポリマーの加工過程において、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄含有有機化合物、およびリン含有化合物が添加される。これらは過酸化ラジカルと迅速に反応し、連鎖反応を早期に終了させることができる。光老化は材料の加工過程において、光安定剤を添加することで、材料の老化や劣化を防ぐことができる。作用機序によれば、この種の光安定剤には光遮蔽剤、紫外線吸収剤、キャップ剤、およびフリーラジカル捕捉剤が含まれる。
日差しや雨にさらされ、運転条件が大きく変動し、慢性的な腐食、生化学反応――大体これらです