Fenomeno anziano dei materiali polimerici (prodotti in plastica)

I materiali polimerici includono materie plastiche, gomma, fibre, film, adesivi e rivestimenti. Poiché hanno molte potenziali proprietà migliori dei materiali strutturali tradizionali, vengono utilizzate sempre più nel campo dei prodotti militari e civili.

Tuttavia, nel processo di elaborazione, stoccaggio e utilizzo, a causa dell'effetto combinato di luce, calore, ossigeno, acqua, radiazioni ad alta energia, erosione chimica e biologica e altri fattori interni ed esterni, la composizione chimica e la struttura dei materiali polimerici Subirà una serie di cambiamenti, le proprietà fisiche cambieranno anche di conseguenza, come duro, appiccicoso, fragile, scolorimento, perdita di forza, ecc., Questo fenomeno è l'invecchiamento dei materiali polimerici.

L'essenza dell'invecchiamento dei materiali polimerici si riferisce al cambiamento della struttura fisica o della struttura chimica, che si manifesta come un graduale declino delle prestazioni del materiale e la perdita del suo valore di utilizzo. L'invecchiamento del fallimento dei materiali polimerici è diventato uno dei problemi chiave che limitano l'ulteriore sviluppo e l'applicazione dei materiali polimerici.

Fenomeno invecchiamento

A causa delle diverse varietà di materiali polimerici e diverse condizioni di utilizzo, ci sono diversi fenomeni e caratteristiche di invecchiamento. Ad esempio, il film di plastica agricola dopo il sole e la pioggia si verificano scolorimento, fragilità, declino della trasparenza; Plexiglass per aviazione dopo l'uso per un modello d'argento a lungo, il declino della trasparenza; L'elasticità dei prodotti in gomma diminuisce, indurisce, si spezza o diventa morbida e appiccicosa dopo un uso a lungo termine; Dipingi dopo uso a lungo termine, perdita di luce, polvere, bolla, peeling, ecc.

Il fenomeno che invecchia può essere riassunto nelle seguenti quattro modifiche:

1. Cambiamenti di aspetto

Macchie, macchie, argenti, crepe, glassa, polvere, appiccicosità, deformazione, pesce, rughe, restringimento, bruciatura, distorsione ottica e cambiamenti di colore ottico.

2. Cambia delle proprietà fisiche

Tra cui solubilità, gonfiore, proprietà reologiche e resistenza al freddo, resistenza al calore, permeabilità all'acqua, permeabilità all'aria e altri cambiamenti di prestazione.

3, Cambia le proprietà meccaniche

La resistenza alla trazione, la forza di flessione, la resistenza al taglio, la resistenza all'impatto, l'allungamento relativo, il rilassamento dello stress e altre proprietà cambiano.

4, Cambiamenti delle prestazioni elettriche

Come resistenza alla superficie, resistenza al volume, costante dielettrica, resistenza alla rottura e altri cambiamenti.

Fattore di invecchiamento

Le proprietà fisiche dei materiali polimerici sono strettamente correlate alla loro struttura chimica e alla struttura dello stato di aggregazione.

La struttura chimica è una struttura a catena lunga di macromolecole collegate da legami covalenti e la struttura di aggregazione è una struttura spaziale di molte macromolecole disposte e ammucchiate da una forza intermolecolare, come cristallino, amorfo, cristallo-amorfo. Le forze intermolecolari che mantengono la struttura aggregata comprendono la forza del legame ionico, la forza del legame metallico, la forza del legame covalente e la forza di van der Waals.

I fattori ambientali porteranno al cambiamento delle forze intermolecolari, persino alla rottura della catena o alla caduta di alcuni gruppi, che alla fine distruggerà la struttura aggregata del materiale e cambierà le proprietà fisiche del materiale. Di solito ci sono due fattori che influenzano l'invecchiamento dei materiali polimerici: fattori interni e fattori esterni.

Fattore intrinseco

1. Struttura chimica del polimero

L'invecchiamento dei polimeri è strettamente correlato alla loro struttura chimica e il debole legame della struttura chimica è facilmente influenzato da fattori esterni per rompere e diventare radicali liberi. Questo radicale libero è il punto di partenza delle reazioni radicali.

2. Forma fisica

Alcuni dei legami molecolari del polimero sono ordinati e alcuni sono disordinati. I legami molecolari ordinati possono formare regioni cristalline e i legami molecolari disordinati sono regioni amorfe. La forma di molti polimeri non è uniforme, ma semi-cristallina, con regioni sia cristalline che amorfe. La reazione di invecchiamento inizia dalla regione amorfa.

3, integrazione tridimensionale

La stereointegrazione del polimero è strettamente correlata alla sua cristallinità. In generale, i polimeri strutturati hanno una migliore resistenza all'invecchiamento rispetto ai polimeri casuali.

4, peso molecolare e sua distribuzione

In generale, il peso molecolare del polimero ha poca relazione con l'invecchiamento e la distribuzione del peso molecolare ha un grande impatto sulle prestazioni dell'invecchiamento del polimero, più ampia è la distribuzione, più facile è invecchiare, perché più ampia è la distribuzione , più gruppi finali, più facile è causare una reazione di invecchiamento.

5, tracce di impurità metalliche e altre impurità

Quando il polimero viene elaborato, è necessario contattare con il metallo e può essere miscelato con metalli in tracce o nella polimerizzazione, per alcuni catalizzatori metallici, che influenzerà l'inizio dell'ossidazione automatica (cioè l'invecchiamento).

Fattore esterno

1. L'influenza della temperatura

Quando la temperatura aumenta, il movimento delle catene polimeriche si intensifica. Una volta superata l'energia di dissociazione dei legami chimici, causerà la degradazione termica delle catene polimeriche o lo spargimento di gruppo. Allo stato attuale, è stato ampiamente riportato un degrado termico dei materiali polimerici. La diminuzione della temperatura influenza spesso le proprietà meccaniche dei materiali. I punti di temperatura critica strettamente correlati alle proprietà meccaniche includono la temperatura di transizione del vetro, la temperatura del flusso viscoso e il punto di fusione. Lo stato fisico del materiale può essere diviso in stato vetroso, stato elastico elevato e stato di flusso viscoso.

2, l'influenza dell'umidità

L'influenza dell'umidità sui materiali polimerici può essere attribuita al gonfiore e alla dissoluzione dell'acqua sul materiale, in modo che le forze intermolecolari che mantengono la struttura di aggregazione dei materiali polimerici cambiano, distruggendo così lo stato di aggregazione del materiale. Soprattutto per i polimeri amorfi non reciproci, l'influenza dell'umidità è estremamente evidente, il che causerà il gonfiore e persino la disintegrazione dello stato di aggregazione dei materiali polimerici, danneggiando così le prestazioni del materiale. Per la forma cristallina di materie plastiche o fibre, l'effetto dell'umidità non è molto evidente a causa dell'esistenza delle limitazioni di penetrazione dell'acqua.

3. L'effetto dell'ossigeno

L'ossigeno è la causa principale dell'invecchiamento dei materiali polimerici. A causa della permeabilità dell'ossigeno, il polimero cristallino è più resistente all'ossidazione del polimero amorfo. L'ossigeno attacca prima i legami deboli sulla catena principale del polimero, come doppi legami, idrossile, idrogeno e altri gruppi o atomi sull'atomo di carbonio terziario, formando perossiradici o perossidi polimerici, quindi provoca la rottura della catena principale in questa parte. Nei casi gravi, il peso molecolare del polimero diminuisce in modo significativo, la temperatura di transizione del vetro diminuisce e il polimero diventa viscoso. In presenza di alcuni iniziatori o metalli di transizione che sono facilmente decomposti nei radicali liberi, la reazione di ossidazione tende ad essere intensificata.

4, Invecchiamento leggero

Se il polimero è irradiato dalla luce può causare la frattura della catena molecolare dipende dalla dimensione relativa dell'energia della luce e dall'energia di dissociazione e dalla sensibilità della struttura chimica polimerica all'onda luminosa. A causa dell'esistenza dello strato di ozono e dell'atmosfera sulla superficie terrestre, l'intervallo di lunghezza d'onda di luce solare che può raggiungere il terreno è 290 ~ 4300 nm e l'energia delle onde luminose è maggiore dell'energia di dissociazione dei legami chimici solo nell'ultravioletto ultravioletto regione, che causerà la frattura dei legami chimici polimerici.

Ad esempio, la lunghezza d'onda ultravioletta di 300 ~ 400 nm può essere assorbita da polimeri contenenti gruppi carbonilici e doppi legami e la catena macromolecolare è rotta, la struttura chimica viene modificata e le proprietà del materiale sono deteriorate; Il polietilene tereftalato ha un forte assorbimento di UV a 280 nm e i prodotti di degradazione sono principalmente CO, H e CH. La poliolefina contenente solo legami CC non ha assorbimento UV, ma in presenza di una piccola quantità di impurità, come gruppi carbonilici, legami insaturi, gruppi di idroperossido, residui di catalizzatore, aromatici e elementi di metallo di transizione, può promuovere la reazione di fotoossidazione della poliolefina.

5, l'influenza dei media chimici

Il mezzo chimico può svolgere un ruolo solo se penetra nell'interno del materiale polimerico e questi ruoli includono il ruolo dei legami covalenti e il ruolo dei legami secondari. L'azione del legame covalente si manifesta come rottura a catena, reticolazione, aggiunta o combinazione di questi effetti, che è un processo chimico irreversibile. Sebbene la distruzione del legame di valenza secondaria da parte del mezzo chimico non provoca il cambiamento della struttura chimica, la struttura aggregata del materiale cambierà e le sue proprietà fisiche cambieranno di conseguenza.

Cracking dello stress ambientale, cracking di dissoluzione, plastificanti e altri cambiamenti fisici sono manifestazioni tipiche di invecchiamento chimico dei materiali polimerici.

Il metodo per eliminare il cracking di dissoluzione è quello di eliminare lo stress interno del materiale e la ricottura dopo che lo stampaggio del materiale è favorevole all'eliminazione dello stress interno del materiale. La plastificazione è in caso di contatto continuo tra il mezzo liquido e il materiale polimerico, l'interazione tra il polimero e il mezzo di piccole molecole sostituisce in parte l'interazione tra il polimero, in modo che il segmento della catena del polimero sia più facile da spostare, che si manifesta come si manifesta come si manifesta La temperatura di transizione del vetro è ridotta, la resistenza, la durezza e il modulo elastico del materiale sono ridotti e l'allungamento a rottura è aumentato.

6. Invecchiamento biologico

Poiché i prodotti in plastica quasi tutti usano una varietà di additivi nel processo di trasformazione, spesso diventano una fonte nutritiva di muffa. Quando la muffa cresce, assorbe i nutrienti sulla superficie e all'interno della plastica e diventa micelio, che è anche un conduttore, in modo che l'isolamento della plastica sia ridotto, si verificano il peso e si verificano la buccia grave. I metaboliti della crescita della muffa contengono acidi organici e tossine, che renderà la superficie del plastica appiccicoso, scolorimento, fragilità e finitura ridotta e causerà anche contatti a lungo termine con questa plastica ammuffita.

I polimeri naturali polisaccaridici e i loro composti modificati possono essere elaborati in pellicole monouso degradabili, fogli, contenitori, prodotti schiumogeni, ecc. Mediante miscelazione di modifiche con materie plastiche generali. I rifiuti possono essere gradualmente idrolizzati in piccoli composti molecolari dall'intervento di amilasi e altri enzimi di decomposizione del polimero naturale polisaccaridico ampiamente esistenti nell'ambiente naturale. E alla fine si rompe in anidride carbonica e acqua senza inquinamento e torna alla biosfera. Sulla base di questi vantaggi, i composti polimerici naturali polisaccaridici rappresentati dall'amido sono ancora una parte importante della plastica degradabile.