循环湿热老化过程中物理老化的定量研究：耦合现象的揭示

本研究针对环氧树脂涂层在湿热环境下的性能退化问题，通过调制差示扫描量热法（MDSC）定量分析物理老化（P.A.）与湿热老化的耦合效应。研究发现，水分子渗透会加速物理老化（达2.4 J/g），而脱附过程可消除老化效应。该工作首次揭示了物理老化与塑化现象的竞争机制，为聚合物涂层的寿命预测提供了新视角。

　　

在金属防腐领域，环氧树脂涂层因其优异的屏障性能被广泛应用，但湿热环境会引发复杂的降解过程。传统研究多关注化学老化，而忽视物理老化（Physical ageing, P.A.）——这种由玻璃态聚合物结构松弛导致的性能演变现象。更棘手的是，湿热条件可能加速P.A.，并与水分子塑化效应耦合，但两者如何相互作用尚不明确。为此，研究人员以DGEBA/Jeffamine D-230环氧体系为模型，开展了一项突破性研究。

为揭示P.A.与湿热老化的动态耦合，团队设计了三步实验策略：首先通过不同冷却工艺制备含/不含初始P.A.的样品（2.3 J/g vs. 0 J/g）；随后进行50°C水浸循环实验（吸附-脱附-再吸附）；最后采用调制差示扫描量热法（MDSC）定量P.A.程度，并结合力学测试分析性能演变。

材料与样品制备
通过调控DGEBA树脂与Jeffamine D-230固化剂的交联过程，制备两类样品：快速冷却（无P.A.）与退火处理（含P.A.）。所有样品经精密机械加工确保测试一致性。

结果与讨论
初始状态差异
含P.A.样品展现出更高的玻璃化转变温度（T_g）、杨氏模量（+15%）和最大应力（+20%），证实结构致密化效应。

水吸附阶段
MDSC检测到水浸18天后，两类样品P.A.量趋同（2.4 J/g），首次证明水分子渗透诱导P.A.。力学性能同步下降，但P.A.样品仍保持更高强度，显示老化与塑化的竞争。

脱附阶段
干燥48小时后，P.A.量归零，表明分子重排消除老化效应。此时两类样品力学性能无差异，验证P.A.的可逆性。

再吸附阶段
再浸水后P.A.量达3.1 J/g——超过初始值，揭示"老化记忆效应"。力学性能降幅达35%，凸显循环老化累积损伤。

结论与意义
该研究通过MDSC定量技术，首次阐明湿热老化中P.A.的动态演变规律：水分子既是塑化剂（降低T_g），又是P.A.加速器。脱附过程通过分子重排"重置"材料状态，而再吸附会引发更剧烈的老化。这些发现发表于《Polymer Degradation and Stability》，为开发抗老化涂层提供了关键理论支撑——未来设计需同时考虑P.A.阈值控制与水分屏障优化。