Τα πολυμερή υλικά περιλαμβάνουν πλαστικά, καουτσούκ, ίνες, ταινίες, συγκολλητικά και επικαλύψεις. Επειδή έχουν πολλές πιθανές ιδιότητες καλύτερες από τα παραδοσιακά δομικά υλικά, χρησιμοποιούνται όλο και ευρύτερα στον τομέα των στρατιωτικών και πολιτικών προϊόντων.
Ωστόσο, στη διαδικασία επεξεργασίας, αποθήκευσης και χρήσης, λόγω της συνδυασμένης επίδρασης του φωτός, της θερμότητας, του οξυγόνου, του νερού, της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας, της χημικής και βιολογικής διάβρωσης και άλλων εσωτερικών και εξωτερικών παραγόντων, η χημική σύνθεση και η δομή των πολυμερών υλικών Θα υποβληθεί σε μια σειρά αλλαγών, οι φυσικές ιδιότητες θα αλλάξουν επίσης ανάλογα, όπως σκληρά, κολλώδη, εύθραυστα, αποχρωματισμό, απώλεια αντοχής κλπ., Το φαινόμενο αυτό είναι η γήρανση πολυμερών υλικών.
Η ουσία της γήρανσης των πολυμερών υλικών αναφέρεται στην αλλαγή της φυσικής δομής ή της χημικής δομής, η οποία εκδηλώνεται ως η σταδιακή μείωση της απόδοσης του υλικού και η απώλεια της λογικής τιμής της χρήσης. Η αποτυχία της γήρανσης των πολυμερών υλικών έχει γίνει ένα από τα βασικά προβλήματα που περιορίζουν την περαιτέρω ανάπτυξη και εφαρμογή πολυμερών υλικών.
Φαινόμενο γήρανσης
Λόγω των διαφορετικών ποικιλιών πολυμερών υλικών και διαφορετικών συνθηκών χρήσης, υπάρχουν διαφορετικά φαινόμενα γήρανσης και χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, η γεωργική πλαστική μεμβράνη μετά τον ήλιο και τη βροχή εμφανίζονται αποχρωματισμό, ευγένεια, μείωση της διαφάνειας. Aviation Plexiglass μετά τη χρήση για μεγάλο χρονικό διάστημα ασημένιο μοτίβο, μείωση της διαφάνειας. Η ελαστικότητα των ελαστικών προϊόντων μειώνεται, σκληρύνει, ρωγμές ή γίνεται μαλακή και κολλώδης μετά από μακροχρόνια χρήση. Ζωγραφίστε μετά από μακροχρόνια χρήση, απώλεια φωτός, σκόνη, φούσκα, ξεφλούδισμα κ.λπ.
Το φαινόμενο της γήρανσης μπορεί να συνοψιστεί στις ακόλουθες τέσσερις αλλαγές:
1. Αλλαγές εμφάνισης
Οι λεκέδες, οι κηλίδες, οι αργυροχόες, οι ρωγμές, το πάγωμα, η σκόνη, η κολλητικότητα, η στρέβλωση, η ψαράδα, η συρρίκνωση, η συρρίκνωση, η καυτή, η οπτική παραμόρφωση και οι μεταβολές των οπτικών χρωμάτων.
2. Οι φυσικές ιδιότητες αλλάζουν
Συμπεριλαμβανομένης της διαλυτότητας, της διόγκωσης, των ρεολογικών ιδιοτήτων και της αντοχής του κρύου, της αντοχής στη θερμότητα, της διαπερατότητας του νερού, της διαπερατότητας του αέρα και άλλων αλλαγών απόδοσης.
3, οι μηχανικές ιδιότητες αλλάζουν
Η αντοχή σε εφελκυσμό, η αντοχή κάμψης, η αντοχή στη διάτμηση, η αντοχή των επιπτώσεων, η σχετική επιμήκυνση, η χαλάρωση του στρες και άλλες ιδιότητες αλλάζουν.
4, αλλαγές ηλεκτρικής απόδοσης
Όπως η αντίσταση της επιφάνειας, η αντίσταση του όγκου, η διηλεκτρική σταθερά, η αντοχή διάσπασης και άλλες αλλαγές.
Παράγοντας γήρανσης
Οι φυσικές ιδιότητες των πολυμερών υλικών συνδέονται στενά με τη χημική δομή και τη δομή της συσσωμάτωσης.
Η χημική δομή είναι μια δομή μακρινής αλυσίδας μακρομόρων που συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς και η δομή συσσωμάτωσης είναι μια χωρική δομή πολλών μακρομορίων που διατεταγμένες και συσσωρευμένες με διαμοριακή δύναμη, όπως κρυσταλλική, άθικτη, κρυσταλλική-συστατική. Οι διαμοριακές δυνάμεις που διατηρούν τη συνολική δομή περιλαμβάνουν δύναμη ιοντικού δεσμού, μεταλλική δύναμη δεσμών, ομοιοπολική δύναμη δεσμού και δύναμη van der Waals.
Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες θα οδηγήσουν στην αλλαγή των διαμοριακών δυνάμεων, ακόμη και στο σπάσιμο της αλυσίδας ή στην πτώση ορισμένων ομάδων, οι οποίες τελικά θα καταστρέψουν τη συνολική δομή του υλικού και θα αλλάξουν τις φυσικές ιδιότητες του υλικού. Υπάρχουν συνήθως δύο παράγοντες που επηρεάζουν τη γήρανση των πολυμερών υλικών: εσωτερικούς παράγοντες και εξωτερικούς παράγοντες.
Εγγενής παράγοντας
1. Χημική δομή πολυμερούς
Η γήρανση των πολυμερών σχετίζεται στενά με τη χημική τους δομή και ο ασθενής δεσμός της χημικής δομής επηρεάζεται εύκολα από εξωτερικούς παράγοντες για να σπάσει και να γίνει ελεύθερες ρίζες. Αυτή η ελεύθερη ρίζα είναι το σημείο εκκίνησης των ριζοσπαστικών αντιδράσεων.
2. Φυσική μορφή
Μερικοί από τους μοριακούς δεσμούς του πολυμερούς διατάσσονται και ορισμένοι είναι διαταραγμένοι. Οι διατεταγμένοι μοριακοί δεσμοί μπορούν να σχηματίσουν κρυσταλλικές περιοχές και οι διαταραγμένοι μοριακοί δεσμοί είναι άμορφες περιοχές. Το σχήμα πολλών πολυμερών δεν είναι ομοιόμορφο, αλλά ημι-κρυσταλλικό, με κρυσταλλικές και άμορφες περιοχές. Η αντίδραση γήρανσης αρχίζει από την άμορφη περιοχή.
3, τρισδιάστατη ενσωμάτωση
Η στερεοκατοικία του πολυμερούς σχετίζεται στενά με την κρυσταλλικότητά του. Γενικά, τα δομημένα πολυμερή έχουν καλύτερη αντίσταση γήρανσης από τα τυχαία πολυμερή.
4, μοριακό βάρος και διανομή του
Γενικά, το μοριακό βάρος του πολυμερούς έχει ελάχιστη σχέση με τη γήρανση και η κατανομή του μοριακού βάρους έχει μεγάλη επίδραση στη γήρανση του πολυμερούς, τόσο ευρύτερη είναι η κατανομή, τόσο πιο εύκολο είναι να γερνάει, επειδή η ευρύτερη διανομή , όσο πιο τελικές ομάδες, τόσο πιο εύκολο είναι να προκαλέσει αντίδραση γήρανσης.
5, ιχνοστοιχεία μεταλλικών ακαθαρσιών και άλλες ακαθαρσίες
Όταν το πολυμερές υποβληθεί σε επεξεργασία, είναι απαραίτητο να έρθει σε επαφή με το μέταλλο και μπορεί να αναμιχθεί με ιχνοστοιχεία ή στον πολυμερισμό, παραμένουν ορισμένοι μεταλλικοί καταλύτες, γεγονός που θα επηρεάσει την έναρξη της αυτόματης οξείδωσης (δηλαδή τη γήρανση).
Εξωτερικός παράγοντας
1. Η επίδραση της θερμοκρασίας
Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, εντείνεται η κίνηση των αλυσίδων πολυμερών. Μόλις ξεπεραστεί η ενέργεια διάσπασης των χημικών δεσμών, θα προκαλέσει θερμική αποικοδόμηση πολυμερών αλυσίδων ή απόρριψης ομάδων. Επί του παρόντος, έχει αναφερθεί εκτενώς θερμική αποικοδόμηση πολυμερών υλικών. Η μείωση της θερμοκρασίας συχνά επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες των υλικών. Τα κρίσιμα σημεία θερμοκρασίας που σχετίζονται στενά με τις μηχανικές ιδιότητες περιλαμβάνουν θερμοκρασία μετάβασης από γυαλί, θερμοκρασία ιξώδους ροής και σημείο τήξης. Η φυσική κατάσταση του υλικού μπορεί να χωριστεί σε υαλώδη κατάσταση, υψηλή ελαστική κατάσταση και ιξώδη κατάσταση ροής.
2, η επιρροή της υγρασίας
Η επίδραση της υγρασίας στα πολυμερή υλικά μπορεί να αποδοθεί στην διόγκωση και τη διάλυση του νερού στο υλικό, έτσι ώστε οι διαμοριακές δυνάμεις που διατηρούν τη δομή συσσωμάτωσης των υλικών πολυμερών, καταστρέφοντας έτσι την κατάσταση συσσωμάτωσης του υλικού. Ειδικά για τα μη σταυροειδείς άμορφα πολυμερή, η επίδραση της υγρασίας είναι εξαιρετικά προφανής, γεγονός που θα προκαλέσει την διόγκωση και την αποσύνθεση της κατάστασης συσσωμάτωσης των πολυμερών υλικών, με αποτέλεσμα να καταστρέφει έτσι την απόδοση του υλικού. Για την κρυσταλλική μορφή πλαστικών ή ινών, η επίδραση της υγρασίας δεν είναι πολύ προφανής λόγω της ύπαρξης περιορισμών διείσδυσης νερού.
3. Η επίδραση του οξυγόνου
Το οξυγόνο είναι η κύρια αιτία γήρανσης πολυμερών υλικών. Λόγω της διαπερατότητας του οξυγόνου, το κρυσταλλικό πολυμερές είναι πιο ανθεκτική στην οξείδωση από το άμορφο πολυμερές. Το οξυγόνο επιτίθεται αρχικά στους αδύναμους δεσμούς στην κύρια αλυσίδα πολυμερούς, όπως οι διπλοί δεσμοί, το υδροξυλικό, το υδρογόνο και άλλες ομάδες ή τα άτομα στο άτομο τριτοταγούς άνθρακα, σχηματίζοντας πολυμερές υπεροξυραδικά ή υπεροξείδια και στη συνέχεια προκαλεί το διάλειμμα της κύριας αλυσίδας σε αυτό το μέρος. Σε σοβαρές περιπτώσεις, το μοριακό βάρος του πολυμερούς μειώνεται σημαντικά, η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού μειώνεται και το πολυμερές γίνεται ιξώδες. Με την παρουσία ορισμένων εκκινητών ή μεταβατικών μετάλλων που εύκολα αποσυντίθενται σε ελεύθερες ρίζες, η αντίδραση οξείδωσης τείνει να εντείνεται.
4, γήρανση φωτός
Το αν το πολυμερές ακτινοβολείται από το φως μπορεί να προκαλέσει το κάταγμα της μοριακής αλυσίδας εξαρτάται από το σχετικό μέγεθος της ενέργειας της φωτεινής ενέργειας και της αποσύνδεσης και την ευαισθησία της χημικής δομής πολυμερούς σε ελαφρύ κύμα. Λόγω της ύπαρξης του στρώματος του όζοντος και της ατμόσφαιρας στην επιφάνεια της γης, το εύρος μήκους κύματος του ηλιακού φωτός που μπορεί να φτάσει στο έδαφος είναι 290 ~ 4300nm και η ενέργεια του ελαφρού κύματος είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια διάστασης των χημικών δεσμών μόνο στο Ultraviolet περιοχή, η οποία θα προκαλέσει το κάταγμα χημικών δεσμών πολυμερούς.
Για παράδειγμα, το υπεριώδες μήκος κύματος 300 ~ 400nm μπορεί να απορροφηθεί από πολυμερή που περιέχουν ομάδες καρβονυλίου και διπλούς δεσμούς και η μακρομοριακή αλυσίδα σπάει, η χημική δομή αλλάζει και οι ιδιότητες του υλικού επιδεινώνονται. Το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο έχει ισχυρή απορρόφηση 280Nm UV και τα προϊόντα αποικοδόμησης είναι κυρίως CO, Η και Ch. Η πολυολεφίνη που περιέχει μόνο δεσμούς CC δεν έχει απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας, αλλά παρουσία μικρής ποσότητας ακαθαρσιών, όπως ομάδες καρβονυλίου, ακόρεστους δεσμούς, ομάδες υδροϋροξειδίου, υπολείμματα καταλύτη, αρωματικά και μεταβατικά μεταλλικά στοιχεία, μπορεί να προάγει την αντίδραση φωτοξείδωσης της πολυολεφίνης.
5, η επίδραση των χημικών μέσων
Το χημικό μέσο μπορεί να διαδραματίσει μόνο ένα ρόλο εάν διεισδύει στο εσωτερικό του πολυμερούς υλικού και αυτοί οι ρόλοι περιλαμβάνουν το ρόλο των ομοιοπολικών δεσμών και του ρόλου των δευτερογενών δεσμών. Η δράση του ομοιοπολικού δεσμού εκδηλώνεται ως σπάσιμο αλυσίδας, διασταυρούμενη σύνδεση, προσθήκη ή συνδυασμός αυτών των επιδράσεων, που είναι μια μη αναστρέψιμη χημική διαδικασία. Αν και η καταστροφή του δευτερογενούς δεσμού σθένους από το χημικό μέσο δεν προκαλεί την αλλαγή της χημικής δομής, η συνολική δομή του υλικού θα αλλάξει και οι φυσικές του ιδιότητες θα αλλάξουν ανάλογα.
Η ρωγμή περιβαλλοντικού στρες, η ρωγμή διάλυσης, η πλαστικοποίηση και άλλες φυσικές αλλαγές είναι τυπικές εκδηλώσεις χημικής γήρανσης πολυμερών υλικών.
Η μέθοδος εξάλειψης της διάλυσης διάλυσης είναι η εξάλειψη του εσωτερικού στρες του υλικού και η ανόπτηση μετά τη χύτευση του υλικού ευνοεί την εξάλειψη του εσωτερικού στρες του υλικού. Η πλαστικοποίηση βρίσκεται στην περίπτωση συνεχούς επαφής μεταξύ του υγρού μέσου και του πολυμερούς υλικού, η αλληλεπίδραση μεταξύ του πολυμερούς και του μέσου μικρού μορίου αντικαθιστά εν μέρει την αλληλεπίδραση μεταξύ του πολυμερούς, έτσι ώστε το τμήμα της αλυσίδας πολυμερούς να είναι ευκολότερη μετακίνηση, Η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού μειώνεται, η αντοχή, η σκληρότητα και το ελαστικό μέτρο του υλικού μειώνεται και η επιμήκυνση κατά το διάλειμμα αυξάνεται.
6. Βιολογική γήρανση
Δεδομένου ότι τα πλαστικά προϊόντα σχεδόν όλα χρησιμοποιούν μια ποικιλία προσθέτων στη διαδικασία επεξεργασίας, συχνά γίνονται μια θρεπτική πηγή μούχλας. Όταν το μούχλα αναπτύσσεται, απορροφά τα θρεπτικά συστατικά στην επιφάνεια και στο εσωτερικό του πλαστικού και γίνεται μυκήλιο, το οποίο είναι επίσης αγωγός, έτσι ώστε να μειωθεί η μόνωση του πλαστικού, να αλλάξει το βάρος και η σοβαρή φλούδα. Οι μεταβολίτες της ανάπτυξης των καλουπιών περιέχουν οργανικά οξέα και τοξίνες, οι οποίες θα κάνουν την επιφάνεια του πλαστικού κολλώδους, αποχρωματισμού, ευγένειας και μειωμένου φινιρίσματος και θα προκαλέσουν επίσης μακροχρόνια επαφή με αυτό το μούχλα πλαστικό.
Τα φυσικά πολυμερή πολυσακχαρίτη και οι τροποποιημένες ενώσεις τους μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε αποικοδομήσιμες ταινίες μίας χρήσης, φύλλα, δοχεία, αφρώδη προϊόντα κ.λπ. μέσω της τροποποίησης ανάμειξης με γενικά πλαστικά. Τα απόβλητα μπορούν να υδρολυθούν σταδιακά σε μικρές μοριακές ενώσεις με την παρέμβαση της αμυλάσης και άλλων ενζύμων αποσύνθεσης πολυμερούς πολυσακχαρίτη που υπάρχουν ευρέως στο φυσικό περιβάλλον. Και τελικά καταρρέει σε διοξείδιο του άνθρακα χωρίς ρύπανση και νερό και επιστρέφει στη βιόσφαιρα. Με βάση αυτά τα πλεονεκτήματα, οι φυσικές ενώσεις πολυμερούς πολυσακχαρίτη που αντιπροσωπεύονται από άμυλο εξακολουθούν να αποτελούν σημαντικό μέρος των αποικοδομήσιμων πλαστικών.
Φαινόμενο γήρανσης πολυμερών υλικών (πλαστικά προϊόντα)
2024 12/06