วัสดุพอลิเมอร์รวมถึงพลาสติกยางเส้นใยฟิล์มกาวและการเคลือบ เนื่องจากพวกเขามีคุณสมบัติที่มีศักยภาพมากมายดีกว่าวัสดุโครงสร้างแบบดั้งเดิมพวกเขาจึงใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ ในด้านผลิตภัณฑ์ทางทหารและพลเรือน
อย่างไรก็ตามในกระบวนการประมวลผลการจัดเก็บและการใช้งานเนื่องจากผลรวมของแสงความร้อนออกซิเจนน้ำการแผ่รังสีพลังงานสูงการกัดเซาะทางเคมีและชีวภาพและปัจจัยภายในและภายนอกอื่น ๆ องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุพอลิเมอร์ จะได้รับการเปลี่ยนแปลงหลายชุดคุณสมบัติทางกายภาพจะเปลี่ยนไปเช่นกันเช่นแข็งเหนียวเปราะเปราะเปลี่ยนสีการสูญเสียความแข็งแรง ฯลฯ ปรากฏการณ์นี้เป็นอายุของวัสดุพอลิเมอร์
สาระสำคัญของอายุของวัสดุพอลิเมอร์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างทางกายภาพหรือโครงสร้างทางเคมีซึ่งแสดงให้เห็นว่าการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในประสิทธิภาพของวัสดุและการสูญเสียค่าการใช้งานที่เหมาะสม ความล้มเหลวของอายุของวัสดุพอลิเมอร์ได้กลายเป็นหนึ่งในปัญหาสำคัญที่ จำกัด การพัฒนาเพิ่มเติมและการประยุกต์ใช้วัสดุพอลิเมอร์
ปรากฏการณ์ความชรา
เนื่องจากวัสดุพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันและเงื่อนไขการใช้งานที่แตกต่างกันจึงมีปรากฏการณ์และลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นฟิล์มพลาสติกเกษตรหลังจากดวงอาทิตย์และฝนเกิดการเปลี่ยนสีความเปราะบางการลดลงของความโปร่งใส Plexiglass การบินหลังจากใช้เป็นเวลานานเงินสีเงินลดลงความโปร่งใส; ความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์ยางลดลงแข็งตัวแตกหรืออ่อนนุ่มและเหนียวหลังจากใช้งานในระยะยาว ทาสีหลังการใช้งานระยะยาวการสูญเสียแสงผงฟองสบู่ปอกเปลือก ฯลฯ
ปรากฏการณ์ริ้วรอยสามารถสรุปได้ในการเปลี่ยนแปลงสี่ครั้งต่อไปนี้:
1. การเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์
คราบ, สปอต, สีเงิน, รอยร้าว, น้ำค้างแข็ง, ผง, หนวด, เหนียว, การแปรปรวน, ฟิชอาย, รอยย่น, การหดตัว, การแผดเผา, การบิดเบือนแบบออพติคอลและการเปลี่ยนแปลงสีออปติคัลเกิดขึ้น
2. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ
รวมถึงความสามารถในการละลายบวมคุณสมบัติการไหลและความต้านทานความเย็นความต้านทานความร้อนการซึมผ่านของน้ำการซึมผ่านของอากาศและการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพอื่น ๆ
3 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเชิงกล
ความแข็งแรงแรงดึงความแข็งแรงของการดัดความแข็งแรงของแรงเฉือนความแข็งแรงของแรงกระแทกการยืดตัวของญาติการผ่อนคลายความเครียดและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอื่น ๆ
4 การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
เช่นความต้านทานพื้นผิว, ความต้านทานปริมาตร, ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก, ความแข็งแรงของการสลายและการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ
ปัจจัยผู้สูงอายุ
คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุพอลิเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางเคมีและโครงสร้างสถานะการรวมตัว
โครงสร้างทางเคมีเป็นโครงสร้างห่วงโซ่ยาวของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์และโครงสร้างการรวมตัวเป็นโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่จำนวนมากที่จัดเรียงและซ้อนกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุลเช่นผลึก กองกำลังระหว่างโมเลกุลที่รักษาโครงสร้างรวม ได้แก่ แรงพันธบัตรไอออนิกแรงพันธบัตรโลหะแรงพันธบัตรโควาเลนต์และแรง Van der Waals
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของกองกำลังระหว่างโมเลกุลแม้แต่การแตกของโซ่หรือการล่มสลายของบางกลุ่มซึ่งในที่สุดจะทำลายโครงสร้างรวมของวัสดุและเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ มักจะมีสองปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่ออายุของวัสดุพอลิเมอร์: ปัจจัยภายในและปัจจัยภายนอก
ปัจจัยที่แท้จริง
1. โครงสร้างทางเคมีของพอลิเมอร์
อายุของโพลีเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางเคมีของพวกเขาและพันธะที่อ่อนแอของโครงสร้างทางเคมีได้รับผลกระทบอย่างง่ายดายจากปัจจัยภายนอกที่จะทำลายและกลายเป็นอนุมูลอิสระ อนุมูลอิสระนี้เป็นจุดเริ่มต้นของปฏิกิริยาที่รุนแรง
2. รูปแบบทางกายภาพ
พันธะโมเลกุลบางส่วนของพอลิเมอร์ได้รับคำสั่งและบางส่วนก็ไม่เป็นระเบียบ พันธบัตรโมเลกุลที่สั่งสามารถสร้างพื้นที่ผลึกและพันธะโมเลกุลที่ไม่เป็นระเบียบนั้นเป็นภูมิภาคอสัณฐาน รูปร่างของโพลีเมอร์จำนวนมากนั้นไม่สม่ำเสมอ แต่เป็นผลึกกึ่งผลึกทั้งผลึกและพื้นที่อสัณฐาน ปฏิกิริยาริ้วรอยเริ่มต้นจากภูมิภาคอสัณฐาน
3 การรวมสามมิติ
Stereointegration ของพอลิเมอร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความเป็นผลึก โดยทั่วไปโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างมีความต้านทานต่อริ้วรอยมากกว่าโพลีเมอร์แบบสุ่ม
4, น้ำหนักโมเลกุลและการกระจาย
โดยทั่วไปน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์มีความสัมพันธ์เพียงเล็กน้อยกับความชราและการกระจายน้ำหนักโมเลกุลมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการชราภาพของพอลิเมอร์การกระจายที่กว้างขึ้น ยิ่งกลุ่มสิ้นสุดมากขึ้นเท่าไหร่ก็ยิ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาอายุมากขึ้น
5, ติดตามสิ่งสกปรกโลหะและสิ่งสกปรกอื่น ๆ
เมื่อโพลีเมอร์ถูกประมวลผลจำเป็นต้องติดต่อกับโลหะและอาจผสมกับโลหะร่องรอยหรือในพอลิเมอไรเซชันตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะบางตัวยังคงอยู่ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการเริ่มต้นของการเกิดออกซิเดชันอัตโนมัติ (นั่นคืออายุ)
ปัจจัยภายนอก
1. อิทธิพลของอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นการเคลื่อนไหวของโซ่พอลิเมอร์จะทวีความรุนแรงมากขึ้น เมื่อเกินพลังงานการแยกตัวของพันธะเคมีจะทำให้เกิดการสลายตัวทางความร้อนของโซ่พอลิเมอร์หรือการปลดกลุ่ม ในปัจจุบันการย่อยสลายความร้อนของวัสดุพอลิเมอร์ได้รับการรายงานอย่างกว้างขวาง การลดลงของอุณหภูมิมักส่งผลต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ จุดอุณหภูมิวิกฤตที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติเชิงกลรวมถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกอุณหภูมิการไหลของความหนืดและจุดหลอมเหลว สถานะทางกายภาพของวัสดุสามารถแบ่งออกเป็นสถานะแก้วสถานะยืดหยุ่นสูงและสถานะการไหลของความหนืด
2, อิทธิพลของความชื้น
อิทธิพลของความชื้นต่อวัสดุพอลิเมอร์สามารถนำมาประกอบกับการบวมและการสลายตัวของน้ำบนวัสดุเพื่อให้แรงระหว่างโมเลกุลที่รักษาโครงสร้างการรวมตัวของการเปลี่ยนแปลงของวัสดุพอลิเมอร์จึงทำลายสถานะการรวมตัวของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโพลีเมอร์อสัณฐานที่ไม่เชื่อมโยงกันอิทธิพลของความชื้นนั้นชัดเจนอย่างยิ่งซึ่งจะทำให้เกิดอาการบวมและแม้แต่การรวมตัวของสารพอลิเมอร์ทำให้เกิดความเสียหายต่อประสิทธิภาพของวัสดุ สำหรับรูปแบบผลึกของพลาสติกหรือเส้นใยผลของความชื้นไม่ชัดเจนนักเนื่องจากการมีข้อ จำกัด การเจาะน้ำ
3. ผลของออกซิเจน
ออกซิเจนเป็นสาเหตุหลักของอายุของวัสดุพอลิเมอร์ เนื่องจากการซึมผ่านของออกซิเจนพอลิเมอร์ผลึกมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันมากกว่าโพลีเมอร์อสัณฐาน ออกซิเจนครั้งแรกโจมตีการเชื่อมโยงที่อ่อนแอในห่วงโซ่หลักของพอลิเมอร์เช่นพันธะคู่ไฮดรอกซิลไฮโดรเจนและกลุ่มอื่น ๆ หรืออะตอมในอะตอมคาร์บอนตติยภูมิสร้างพอลิเมอร์เปอร์ออกซิราดิคัลหรือเปอร์ออกไซด์แล้วทำให้เกิดการแตกของห่วงโซ่หลักในส่วนนี้ ในกรณีที่รุนแรงน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ลดลงอย่างมีนัยสำคัญอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วจะลดลงและพอลิเมอร์จะมีความหนืด ในการปรากฏตัวของผู้ริเริ่มบางคนหรือโลหะทรานซิชันที่ถูกย่อยสลายเป็นอนุมูลอิสระปฏิกิริยาออกซิเดชันมีแนวโน้มที่จะทวีความรุนแรงมากขึ้น
4, อายุเบา
ไม่ว่าพอลิเมอร์จะถูกฉายรังสีด้วยแสงอาจทำให้เกิดการแตกหักของโซ่โมเลกุลขึ้นอยู่กับขนาดสัมพัทธ์ของพลังงานแสงและพลังงานการแยกตัวและความไวของโครงสร้างสารเคมีพอลิเมอร์ต่อคลื่นแสง เนื่องจากการมีอยู่ของชั้นโอโซนและบรรยากาศบนพื้นผิวโลกช่วงความยาวคลื่นของแสงอาทิตย์ที่สามารถไปถึงพื้นได้คือ 290 ~ 4300Nm และพลังงานคลื่นแสงมากกว่าพลังงานแยกตัวของพันธะเคมีเฉพาะในอัลตราไวโอเลต ภูมิภาคซึ่งจะทำให้เกิดการแตกหักของพันธะเคมีพอลิเมอร์
ตัวอย่างเช่นความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตที่ 300 ~ 400Nm สามารถดูดซึมได้โดยโพลีเมอร์ที่มีกลุ่มคาร์บอนิลและพันธะคู่และโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่จะแตกโครงสร้างทางเคมีจะเปลี่ยนไปและคุณสมบัติของวัสดุจะลดลง polyethylene terephthalate มีการดูดซึมที่แข็งแกร่งของ UV 280nm และผลิตภัณฑ์การย่อยสลายส่วนใหญ่เป็น CO, H และ CH Polyolefin ที่มีพันธะ CC เท่านั้นไม่มีการดูดซึมรังสียูวี แต่ในการปรากฏตัวของสิ่งสกปรกเล็กน้อยเช่นกลุ่มคาร์บอนิลพันธะที่ไม่อิ่มตัวกลุ่มไฮโดรเปอร์ออกไซด์ตัวเร่งปฏิกิริยาสารตัวเร่งปฏิกิริยาอะโรเมติกส์และองค์ประกอบโลหะทรานซิชัน
5 อิทธิพลของสื่อเคมี
สื่อเคมีสามารถมีบทบาทได้ก็ต่อถ้ามันแทรกซึมเข้าไปในภายในของวัสดุพอลิเมอร์และบทบาทเหล่านี้รวมถึงบทบาทของพันธะโควาเลนต์และบทบาทของพันธะทุติยภูมิ การกระทำของพันธะโควาเลนต์นั้นแสดงออกมาเป็นการทำลายโซ่การเชื่อมขวางการเพิ่มหรือการรวมกันของผลกระทบเหล่านี้ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่กลับไม่ได้ แม้ว่าการทำลายพันธะวาเลนซ์ทุติยภูมิโดยสื่อเคมีไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างทางเคมี แต่โครงสร้างรวมของวัสดุจะเปลี่ยนไปและคุณสมบัติทางกายภาพของมันจะเปลี่ยนไปตามลำดับ
การแตกความเครียดจากสิ่งแวดล้อมการแตกสลายการละลายพลาสติกและการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพอื่น ๆ เป็นอาการทั่วไปของอายุเคมีของวัสดุพอลิเมอร์
วิธีการกำจัดการแตกสลายการละลายคือการกำจัดความเครียดภายในของวัสดุและการหลอมหลังจากการขึ้นรูปของวัสดุนั้นเอื้อต่อการกำจัดความเครียดภายในของวัสดุ การทำให้เป็นพลาสติกอยู่ในกรณีของการสัมผัสอย่างต่อเนื่องระหว่างสื่อของเหลวและวัสดุพอลิเมอร์การทำงานร่วมกันระหว่างพอลิเมอร์และโมเลกุลขนาดเล็กส่วนหนึ่งจะแทนที่การทำงานร่วมกันระหว่างพอลิเมอร์เพื่อให้ส่วนโซ่พอลิเมอร์ง่ายต่อการเคลื่อนที่ อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้วจะลดลงความแข็งแรงความแข็งและโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุจะลดลงและการยืดตัวที่แตกจะเพิ่มขึ้น
6. อายุชีวภาพ
เนื่องจากผลิตภัณฑ์พลาสติกเกือบทั้งหมดใช้สารเติมแต่งที่หลากหลายในกระบวนการประมวลผลพวกเขามักจะกลายเป็นแหล่งสารอาหารของเชื้อรา เมื่อเชื้อราเติบโตมันจะดูดซับสารอาหารบนพื้นผิวและด้านในของพลาสติกและกลายเป็นไมซีเลียมซึ่งเป็นตัวนำเพื่อให้ฉนวนพลาสติกลดลงการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักและเปลือกที่รุนแรงจะเกิดขึ้น สารเมตาโบไลต์ของการเจริญเติบโตของเชื้อรามีกรดอินทรีย์และสารพิษซึ่งจะทำให้พื้นผิวของพลาสติกเหนียว, เปลี่ยนสี, ความเปราะบางและการลดลงของผิวและจะทำให้เกิดการสัมผัสระยะยาวกับพลาสติกแม่พิมพ์นี้
โพลีแซคคาไรด์โพลีเมอร์ธรรมชาติและสารประกอบดัดแปลงของพวกเขาสามารถประมวลผลเป็นฟิล์มแบบใช้แล้วทิ้งที่ย่อยสลายได้แผ่นภาชนะบรรจุผลิตภัณฑ์โฟม ฯลฯ โดยการผสมผสานการดัดแปลงกับพลาสติกทั่วไป ของเสียสามารถค่อยๆไฮโดรไลซ์เป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็กโดยการแทรกแซงของอะไมเลสและเอนไซม์การสลายตัวของพอลิเมอร์ตามธรรมชาติโพลีแซคคาไรด์อื่น ๆ ที่มีอยู่อย่างกว้างขวางในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และในที่สุดก็แบ่งออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ปราศจากมลพิษและน้ำและกลับไปที่ชีวมณฑล จากข้อได้เปรียบเหล่านี้สารประกอบพอลิเมอร์ธรรมชาติโพลีแซคคาไรด์ที่แสดงโดยแป้งยังคงเป็นส่วนสำคัญของพลาสติกที่ย่อยสลายได้
ปรากฏการณ์อายุของวัสดุพอลิเมอร์ (ผลิตภัณฑ์พลาสติก)
2024 12/06