Polimer malzemeler arasında plastik, kauçuk, lifler, filmler, yapıştırıcılar ve kaplamalar bulunur. Geleneksel yapısal malzemelerden daha iyi birçok potansiyel özelliğe sahip oldukları için, askeri ve sivil ürünler alanında giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bununla birlikte, ışık, ısı, oksijen, su, yüksek enerjili radyasyon, kimyasal ve biyolojik erozyon ve diğer iç ve dış faktörlerin birleşik etkisi nedeniyle işleme, depolama ve kullanım sürecinde, polimer malzemelerin kimyasal bileşimi ve yapısı Bir dizi değişiklik geçirecek, fiziksel özellikler de sert, yapışkan, kırılgan, renk değişikliği, güç kaybı vb. Gibi buna göre değişecektir. Bu fenomen polimer malzemelerin yaşlanmasıdır.
Polimer malzemelerin yaşlanmasının özü, malzemenin performansında kademeli düşüş ve gerekli kullanım değerinin kaybı olarak ortaya çıkan fiziksel yapının veya kimyasal yapının değişmesini ifade eder. Polimer malzemelerin yaşlanma başarısızlığı, polimer malzemelerin daha da geliştirilmesini ve uygulanmasını sınırlayan temel sorunlardan biri haline gelmiştir.
Yaşlanma fenomeni
Farklı polimer malzemeleri ve farklı kullanım koşulları nedeniyle, farklı yaşlanma fenomenleri ve özellikleri vardır. Örneğin, güneş ve yağmurdan sonra tarımsal plastik film renk değişikliği, kırılganlık, şeffaflık düşüşü; Havacılık Pleksiglas Uzun bir gümüş desen, şeffaflık düşüşü için kullanıldıktan sonra; Kauçuk ürünlerin esnekliği, uzun süreli kullanımdan sonra azalır, sertleşir, çatlaklar veya yumuşak ve yapışkan hale gelir; Uzun süreli kullanımdan sonra boya, ışık kaybı, toz, kabarcık, soyma vb.
Yaşlanan fenomen aşağıdaki dört değişiklikte özetlenebilir:
1. Görünüm Değişiklikleri
Lekeler, lekeler, gümüş, çatlaklar, buzlanma, toz, yapışkanlık, bükülme, balıkgez, kırışıklık, küçülme, kavurma, optik bozulma ve optik renk değişiklikleri meydana gelir.
2. Fiziksel Özellikler Değişimi
Çözünürlük, şişme, reolojik özellikler ve soğuk direnç, ısı direnci, su geçirgenliği, hava geçirgenliği ve diğer performans değişiklikleri dahil.
3, mekanik özellikler değişir
Çekme mukavemeti, eğilme mukavemeti, kesme mukavemeti, darbe mukavemeti, göreceli uzama, stres gevşemesi ve diğer özellikler değişir.
4, Elektrik Performans Değişiklikleri
Yüzey direnci, hacim direnci, dielektrik sabiti, arıza mukavemeti ve diğer değişiklikler gibi.
Yaşlanma faktörü
Polimer malzemelerin fiziksel özellikleri, kimyasal yapıları ve toplama durumu yapıları ile yakından ilişkilidir.
Kimyasal yapı, kovalent bağlarla bağlanan makromoleküllerin uzun zincirli bir yapısıdır ve agregasyon yapısı, kristal, amorf, kristal amorfous gibi moleküller arası kuvvetle düzenlenmiş ve yığılmış birçok makromolekülün uzamsal bir yapısıdır. Toplam yapıyı koruyan moleküller arası kuvvetler arasında iyonik bağ kuvveti, metalik bağ kuvveti, kovalent bağ kuvveti ve van der Waals kuvveti bulunmaktadır.
Çevresel faktörler, moleküller arası kuvvetlerin değişmesine, hatta zincirin kırılmasına veya bazı grupların düşmesine yol açacak, bu da sonunda malzemenin toplam yapısını yok edecek ve malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirecektir. Genellikle polimer malzemelerinin yaşlanmasını etkileyen iki faktör vardır: iç faktörler ve dış faktörler.
İçsel faktör
1. Polimerin kimyasal yapısı
Polimerlerin yaşlanması kimyasal yapıları ile yakından ilişkilidir ve kimyasal yapının zayıf bağı, kırılması ve serbest radikaller haline gelmesi için dış faktörlerden kolayca etkilenir. Bu serbest radikal radikal reaksiyonların başlangıç noktasıdır.
2. Fiziksel Form
Polimerin moleküler bağlarından bazıları sipariş edilir ve bazıları düzensizdir. Sıralı moleküler bağlar kristal bölgeler oluşturabilir ve düzensiz moleküler bağlar amorf bölgelerdir. Birçok polimerin şekli düzgün değil, hem kristalli hem de amorf bölgelerle yarı kristalindir. Yaşlanma reaksiyonu amorf bölgeden başlar.
3, üç boyutlu entegrasyon
Polimerin stereo -entegrasyonu, kristalliği ile yakından ilişkilidir. Genel olarak, yapılandırılmış polimerler rastgele polimerlerden daha iyi yaşlanma direncine sahiptir.
4, moleküler ağırlık ve dağılımı
Genel olarak, polimerin moleküler ağırlığının yaşlanma ile çok az ilişkisi vardır ve moleküler ağırlığın dağılımının polimerin yaşlanma performansı üzerinde büyük bir etkisi vardır, ne kadar geniş olursa, daha geniş olursa, yaşlanması o kadar kolaydır, çünkü dağılım o kadar geniş olursa , ne kadar çok son grup olursa, yaşlanma reaksiyonuna neden olmak o kadar kolay olur.
5, Metal safsızlıkları ve diğer safsızlıkları izler
Polimer işlendiğinde, metalle temas etmek gerekir ve eser metallerle veya polimerizasyonda karıştırılabilir, bazı metal katalizörler kalır, bu da otomatik oksidasyonun başlatılmasını (yani yaşlanma) etkileyecektir.
Harici faktör
1. Sıcaklığın etkisi
Sıcaklık arttığında, polimer zincirlerinin hareketi yoğunlaşır. Kimyasal bağların ayrışma enerjisi aşıldıktan sonra, polimer zincirlerinin veya grup dökülmesinin termal bozulmasına neden olacaktır. Şu anda, polimer malzemelerin termal bozulması kapsamlı bir şekilde bildirilmiştir. Sıcaklığın azalması genellikle malzemelerin mekanik özelliklerini etkiler. Mekanik özelliklerle yakından ilişkili kritik sıcaklık noktaları, cam geçiş sıcaklığı, viskoz akış sıcaklığı ve erime noktasını içerir. Malzemenin fiziksel durumu camsı durum, yüksek elastik durum ve viskoz akış durumuna ayrılabilir.
2, nemin etkisi
Nemin polimer malzemeler üzerindeki etkisi, suyun malzeme üzerindeki şişmesine ve çözülmesine bağlanabilir, böylece polimer malzemelerinin toplama yapısını koruyan moleküller arası kuvvetler değişir, böylece malzemenin agregasyon durumunu yok eder. Özellikle çapraz bağlı olmayan amorf polimerler için, nemin etkisi son derece açıktır, bu da polimer malzemelerin şişmesine ve hatta toplama durumunun parçalanmasına neden olur, böylece malzemenin performansına zarar verir. Plastiklerin veya liflerin kristalin formu için, su penetrasyon sınırlamalarının varlığı nedeniyle nemin etkisi çok açık değildir.
3. Oksijenin etkisi
Oksijen, polimer malzemelerin yaşlanmasının ana nedenidir. Oksijenin geçirgenliği nedeniyle, kristal polimer oksidasyona amorf polimerden daha dirençlidir. Oksijen ilk olarak polimer ana zincirindeki çift bağlar, hidroksil, hidrojen ve üçüncül karbon atomundaki diğer gruplar veya atomlar gibi zayıf bağlantılara saldırır, polimer peroksiradikler veya peroksitler oluşturur ve daha sonra bu kısımda ana zincirin kırılmasına neden olur. Şiddetli durumlarda, polimerin moleküler ağırlığı önemli ölçüde azalır, cam geçiş sıcaklığı azalır ve polimer viskoz hale gelir. Serbest radikallere kolayca ayrılan bazı başlatıcıların veya geçiş metallerinin varlığında, oksidasyon reaksiyonu yoğunlaşma eğilimindedir.
4, hafif yaşlanma
Polimerin ışıkla ışınlanıp ışunlamadığı moleküler zincirin kırılmasına neden olabilir, ışık enerjisinin nispi boyutuna ve ayrışma enerjisine ve polimer kimyasal yapının ışık dalgasına duyarlılığına bağlıdır. Ozon tabakasının varlığı ve toprak yüzeyindeki atmosfer nedeniyle, yere ulaşabilen dalga boyu güneş ışığı aralığı 290 ~ 4300nm'dir ve ışık dalgası enerjisi sadece ultraviyole olan kimyasal bağların ayrışma enerjisinden daha büyüktür. polimer kimyasal bağların kırılmasına neden olacak bölge.
Örneğin, 300 ~ 400nm'lik ultraviyole dalga boyu, karbonil grupları ve çift bağlar içeren polimerler tarafından emilebilir ve makromoleküler zincir kırılır, kimyasal yapı değiştirilir ve malzeme özellikleri bozulur; Polietilen tereftalat, 280NM UV'nin güçlü emilimine sahiptir ve bozunma ürünleri esas olarak CO, H ve CH'dir. Sadece CC bağları içeren poliolefin UV emilimi yoktur, ancak karbonil grupları, doymamış bağlar, hidroperoksit grupları, katalizör kalıntıları, aromatik ve geçiş metal elemanları gibi az miktarda safsızlık varlığında, poliolefinin fotooksidasyon reaksiyonunu teşvik edebilir.
5, kimyasal ortamın etkisi
Kimyasal ortam, ancak polimer malzemenin iç kısmına nüfuz ederse rol oynayabilir ve bu roller kovalent bağların rolünü ve ikincil bağların rolünü içerir. Kovalent bağın etkisi, geri dönüşü olmayan bir kimyasal işlem olan zincir kırma, çapraz bağlama, ilave veya bu etkilerin kombinasyonu olarak kendini gösterir. İkincil değerlik bağının kimyasal ortam tarafından yok edilmesi kimyasal yapının değişmesine neden olmasa da, malzemenin agrega yapısı değişecektir ve fiziksel özellikleri buna göre değişecektir.
Çevresel stres çatlaması, çözünme çatlaması, plastikleştirme ve diğer fiziksel değişiklikler, polimer malzemelerin kimyasal yaşlanmasının tipik belirtileridir.
Çözme çatlağını ortadan kaldırma yöntemi, malzemenin iç stresini ortadan kaldırmaktır ve malzemenin kalıplanmasından sonra tavlama, malzemenin iç stresini ortadan kaldırmaya elverişlidir. Plastikleştirme, sıvı ortam ve polimer malzeme arasında sürekli temas durumunda, polimer ve küçük molekül ortamı arasındaki etkileşim, polimer arasındaki etkileşimin yerini alır, böylece polimer zincir segmentinin hareket etmesi daha kolay, Cam geçiş sıcaklığı azalır, malzemenin mukavemeti, sertliği ve elastik modülü azalır ve kırılmadaki uzama artar.
6. Biyolojik Yaşlanma
Plastik ürünler neredeyse tümü işleme işleminde çeşitli katkı maddeleri kullandığından, genellikle besin maddesi kaynağı haline gelirler. Küf büyüdüğünde, yüzeydeki ve plastiğin içindeki besinleri emer ve aynı zamanda bir iletken olan miselyum haline gelir, böylece plastiğin yalıtımı azalır, ağırlık değişir ve şiddetli soyulur. Küf büyümesinin metabolitleri, plastik yapışkan, renk değişikliği, kırılganlık ve azaltılmış yüzeyin yüzeyini yapacak ve ayrıca bu küflü plastikle uzun süreli temasa neden olacak organik asitler ve toksinler içerir.
Polisakkarit doğal polimerler ve bunların modifiye edilmiş bileşikleri, modifikasyonu genel plastiklerle karıştırarak bozunabilir tek kullanımlık filmler, tabakalar, kaplar, köpük ürünleri vb. Atık, doğal ortamda yaygın olarak mevcut olan amilaz ve diğer polisakkarit doğal polimer ayrışma enzimlerinin müdahalesi ile küçük moleküler bileşiklere yavaş yavaş hidrolize edilebilir. Ve nihayetinde kirliliksiz karbondioksit ve suya parçalanır ve biyosfere geri döner. Bu avantajlara dayanarak, nişasta tarafından temsil edilen polisakkarit doğal polimer bileşikleri hala bozunabilir plastiklerin önemli bir parçasıdır.
Yaşlanan polimer malzemeleri (plastik ürünler)
2024 12/06