Bahan polimer termasuk plastik, getah, serat, filem, pelekat dan salutan. Kerana mereka mempunyai banyak sifat yang berpotensi lebih baik daripada bahan struktur tradisional, mereka digunakan lebih banyak dan lebih luas dalam bidang produk tentera dan awam.
Walau bagaimanapun, dalam proses pemprosesan, penyimpanan dan penggunaan, disebabkan oleh kesan gabungan cahaya, haba, oksigen, air, radiasi tenaga tinggi, hakisan kimia dan biologi dan faktor dalaman dan luaran yang lain, komposisi kimia dan struktur bahan polimer Akan menjalani satu siri perubahan, sifat fizikal juga akan berubah sewajarnya, seperti keras, melekit, rapuh, perubahan warna, kehilangan kekuatan, dan lain -lain, fenomena ini adalah penuaan bahan polimer.
Inti penuaan bahan polimer merujuk kepada perubahan struktur fizikal atau struktur kimia, yang ditunjukkan sebagai penurunan secara beransur -ansur dalam prestasi bahan dan kehilangan nilai penggunaannya. Kegagalan penuaan bahan polimer telah menjadi salah satu masalah utama yang mengehadkan perkembangan selanjutnya dan penggunaan bahan polimer.
Fenomena Penuaan
Oleh kerana pelbagai jenis bahan polimer dan keadaan penggunaan yang berbeza, terdapat fenomena dan ciri -ciri penuaan yang berbeza. Sebagai contoh, filem plastik pertanian selepas matahari dan hujan berlaku perubahan warna, kelembutan, penurunan ketelusan; Plexiglass penerbangan selepas digunakan untuk corak perak yang lama, penurunan ketelusan; Keanjalan produk getah berkurangan, mengeras, retak atau menjadi lembut dan melekit selepas penggunaan jangka panjang; Cat selepas penggunaan jangka panjang, kehilangan cahaya, serbuk, gelembung, mengelupas, dll.
Fenomena penuaan boleh diringkaskan dalam empat perubahan berikut:
1. Perubahan penampilan
Noda, bintik -bintik, perak, retak, pembekuan, serbuk, keletihan, warping, fisheye, berkerut, mengecut, terik, herotan optik, dan perubahan warna optik berlaku.
2. Sifat fizikal berubah
Termasuk kelarutan, bengkak, sifat rheologi dan rintangan sejuk, rintangan haba, kebolehtelapan air, kebolehtelapan udara dan perubahan prestasi lain.
3, sifat mekanikal berubah
Kekuatan tegangan, kekuatan lentur, kekuatan ricih, kekuatan impak, pemanjangan relatif, kelonggaran tekanan dan perubahan sifat lain.
4, Perubahan prestasi elektrik berubah
Seperti rintangan permukaan, rintangan isipadu, pemalar dielektrik, kekuatan pecahan dan perubahan lain.
Faktor penuaan
Ciri -ciri fizikal bahan polimer berkait rapat dengan struktur kimia dan struktur negara pengagregatan mereka.
Struktur kimia adalah struktur rantaian panjang makromolekul yang dihubungkan dengan ikatan kovalen, dan struktur agregasi adalah struktur spatial dari banyak makromolekul yang diatur dan ditimbun oleh daya intermolecular, seperti kristal, amorf, kristal-amorfus. Daya intermolecular yang mengekalkan struktur agregat termasuk daya ikatan ionik, daya ikatan logam, daya ikatan kovalen dan daya van der Waals.
Faktor alam sekitar akan membawa kepada perubahan daya intermolecular, bahkan rehat rantai atau kejatuhan beberapa kumpulan, yang akhirnya akan memusnahkan struktur agregat bahan dan mengubah sifat fizikal bahan. Biasanya terdapat dua faktor yang mempengaruhi penuaan bahan polimer: faktor dalaman dan faktor luaran.
Faktor intrinsik
1. Struktur kimia polimer
Penuaan polimer berkait rapat dengan struktur kimia mereka, dan ikatan lemah struktur kimia mudah dipengaruhi oleh faktor luaran untuk memecahkan dan menjadi radikal bebas. Radikal bebas ini adalah titik permulaan tindak balas radikal.
2. Borang Fizikal
Beberapa ikatan molekul polimer diperintahkan dan ada yang tidak teratur. Ikatan molekul yang diperintahkan boleh membentuk kawasan kristal, dan ikatan molekul yang tidak teratur adalah kawasan amorf. Bentuk banyak polimer tidak seragam, tetapi separuh kristal, dengan kedua-dua kawasan kristal dan amorf. Reaksi penuaan bermula dari rantau amorf.
3, integrasi tiga dimensi
Stereointegrasi polimer berkait rapat dengan kristalnya. Secara umum, polimer berstruktur mempunyai rintangan penuaan yang lebih baik daripada polimer rawak.
4, berat molekul dan pengedarannya
Secara umum, berat molekul polimer mempunyai hubungan yang sedikit dengan penua , semakin banyak kumpulan akhir, semakin mudah menyebabkan tindak balas penuaan.
5, mengesan kekotoran logam dan kekotoran lain
Apabila polimer diproses, perlu dihubungi dengan logam, dan ia mungkin bercampur dengan logam jejak, atau dalam pempolimeran, beberapa pemangkin logam kekal, yang akan menjejaskan permulaan pengoksidaan automatik (iaitu, penuaan).
Faktor luaran
1. Pengaruh suhu
Apabila suhu meningkat, pergerakan rantai polimer semakin meningkat. Sebaik sahaja tenaga pemisahan ikatan kimia melebihi, ia akan menyebabkan kemerosotan terma rantai polimer atau penumpahan kumpulan. Pada masa ini, kemerosotan haba bahan polimer telah dilaporkan secara meluas. Pengurangan suhu sering menjejaskan sifat mekanik bahan. Titik suhu kritikal yang berkait rapat dengan sifat mekanikal termasuk suhu peralihan kaca, suhu aliran likat dan titik lebur. Keadaan fizikal bahan boleh dibahagikan kepada keadaan kaca, keadaan elastik tinggi dan keadaan aliran likat.
2, Pengaruh kelembapan
Pengaruh kelembapan terhadap bahan polimer boleh dikaitkan dengan pembengkakan dan pembubaran air pada bahan, supaya daya intermolecular yang mengekalkan struktur agregasi bahan polimer berubah, sehingga memusnahkan keadaan agregasi bahan. Terutama untuk polimer amorf yang tidak disambungkan, pengaruh kelembapan sangat jelas, yang akan menyebabkan bengkak dan bahkan pemisahan keadaan bahan polimer, sehingga merosakkan prestasi bahan. Untuk bentuk plastik atau serat kristal, kesan kelembapan tidak begitu jelas kerana kewujudan batasan penembusan air.
3. Kesan oksigen
Oksigen adalah punca utama penuaan bahan polimer. Oleh kerana kebolehtelapan oksigen, polimer kristal lebih tahan terhadap pengoksidaan daripada polimer amorf. Oksigen pertama menyerang pautan lemah pada rantaian utama polimer, seperti ikatan berganda, hidroksil, hidrogen dan kumpulan atau atom lain pada atom karbon tersier, membentuk peroksyradikal polimer atau peroksida, dan kemudian menyebabkan rehat rantaian utama di bahagian ini. Dalam kes -kes yang teruk, berat molekul polimer berkurangan dengan ketara, suhu peralihan kaca berkurangan, dan polimer menjadi likat. Dengan kehadiran beberapa inisiator atau logam peralihan yang mudah diuraikan ke dalam radikal bebas, tindak balas pengoksidaan cenderung dipergiatkan.
4, penuaan ringan
Sama ada polimer disinari oleh cahaya boleh menyebabkan patah rantai molekul bergantung kepada saiz relatif tenaga cahaya dan tenaga pemisahan dan kepekaan struktur kimia polimer ke gelombang cahaya. Oleh kerana kewujudan lapisan ozon dan atmosfera di permukaan bumi, pelbagai panjang gelombang cahaya suria yang dapat mencapai tanah adalah 290 ~ 4300nm, dan tenaga gelombang cahaya lebih besar daripada tenaga pemisahan ikatan kimia hanya dalam ultraviolet hanya dalam ultraviolet hanya di ultraviolet rantau, yang akan menyebabkan patah tulang kimia polimer.
Sebagai contoh, panjang gelombang ultraviolet sebanyak 300 ~ 400nm boleh diserap oleh polimer yang mengandungi kumpulan karbonil dan ikatan berganda, dan rantai makromolekul dipecahkan, struktur kimia berubah, dan sifat -sifat bahan merosot; Polyethylene terephthalate mempunyai penyerapan kuat 280nm UV, dan produk degradasi terutamanya CO, H dan Ch. Polyolefin yang mengandungi hanya bon CC tidak mempunyai penyerapan UV, tetapi dengan kehadiran sedikit kekotoran, seperti kumpulan karbonil, ikatan tak tepu, kumpulan hidroperoksida, residu pemangkin, aromatik dan unsur -unsur logam peralihan, ia dapat menggalakkan reaksi photooxidation polyolefin.
5, pengaruh media kimia
Medium kimia hanya boleh memainkan peranan jika ia menembusi bahagian dalam bahan polimer, dan peranan ini termasuk peranan ikatan kovalen dan peranan bon sekunder. Tindakan ikatan kovalen ditunjukkan sebagai pemecahan rantai, silang silang, penambahan atau gabungan kesan -kesan ini, yang merupakan proses kimia yang tidak dapat dipulihkan. Walaupun pemusnahan ikatan valensi sekunder oleh medium kimia tidak menyebabkan perubahan struktur kimia, struktur agregat bahan akan berubah, dan sifat fizikalnya akan berubah dengan sewajarnya.
Tekanan alam sekitar retak, retak pembubaran, plastik dan perubahan fizikal yang lain adalah manifestasi tipikal penuaan kimia bahan polimer.
Kaedah menghapuskan retak pembubaran adalah untuk menghapuskan tekanan dalaman bahan, dan penyepuhlindapan selepas pencetakan bahan adalah kondusif untuk menghapuskan tekanan dalaman bahan. Plasticizing adalah dalam hal hubungan berterusan antara medium cecair dan bahan polimer, interaksi antara polimer dan medium molekul kecil sebahagiannya menggantikan interaksi antara polimer, supaya segmen rantai polimer lebih mudah bergerak, yang ditunjukkan sebagai Suhu peralihan kaca dikurangkan, kekuatan, kekerasan dan modulus elastik bahan berkurangan, dan pemanjangan pada rehat meningkat.
6. Penuaan Biologi
Oleh kerana produk plastik hampir semua menggunakan pelbagai aditif dalam proses pemprosesan, mereka sering menjadi sumber acuan nutrien. Apabila acuan tumbuh, ia menyerap nutrien di permukaan dan di dalam plastik dan menjadi miselium, yang juga merupakan konduktor, supaya penebat plastik dikurangkan, perubahan berat badan, dan kulit yang teruk akan berlaku. Metabolit pertumbuhan acuan mengandungi asid dan toksin organik, yang akan menjadikan permukaan plastik melekit, perubahan warna, kelembutan, dan kemasan yang dikurangkan, dan juga akan menyebabkan hubungan jangka panjang dengan plastik berjamur ini.
Polysaccharide polimer semulajadi dan sebatian yang diubahsuai mereka boleh diproses ke dalam filem boleh guna, lembaran, bekas, produk berbuih, dan lain -lain dengan cara pengubahsuaian dengan plastik umum. Sisa ini boleh dihidrolisiskan secara beransur -ansur ke dalam sebatian molekul kecil dengan campur tangan amilase dan enzim penguraian polimer polysaccharide yang lain yang luas dalam persekitaran semulajadi. Dan akhirnya memecah masuk ke dalam karbon dioksida dan air tanpa pencemaran dan kembali ke biosfera. Berdasarkan kelebihan ini, sebatian polimer polysaccharide semulajadi yang diwakili oleh kanji masih merupakan bahagian penting dalam plastik yang degradasi.
Fenomena Penuaan Bahan Polimer (Produk Plastik)
2024 12/06