Verouderingsfenomeen van polymeermaterialen (plastic producten)

Polymeermaterialen omvatten plastic, rubber, vezels, films, lijmen en coatings. Omdat ze veel potentiële eigenschappen beter hebben dan traditionele structurele materialen, worden ze steeds breder gebruikt op het gebied van militaire en civiele producten.

In het proces van verwerking, opslag en gebruik, vanwege het gecombineerde effect van licht, warmte, zuurstof, water, energieraad, chemische en biologische erosie en andere interne en externe factoren, de chemische samenstelling en structuur van polymeermaterialen Zal een reeks veranderingen ondergaan, fysieke eigenschappen zullen ook dienovereenkomstig veranderen, zoals harde, plakkerige, brosse, verkleuring, krachtverlies, enz., Dit fenomeen is het verouderen van polymeermaterialen.

De essentie van veroudering van polymeermaterialen verwijst naar de verandering van fysieke structuur of chemische structuur, die zich manifesteert als de geleidelijke afname van de prestaties van het materiaal en het verlies van de due nutswaarde. Het verouderende falen van polymeermaterialen is een van de belangrijkste problemen geworden die de verdere ontwikkeling en toepassing van polymeermaterialen beperken.

Verouderd fenomeen

Vanwege de verschillende soorten polymeermaterialen en verschillende gebruiksomstandigheden zijn er verschillende verouderingsfenomenen en kenmerken. Agricultural Plastic Film na de zon en regen komen bijvoorbeeld op verkleuring, brosheid, transparantiedaling; Aviation plexiglas na gebruik voor een lang zilverpatroon, transparantie -achteruitgang; De elasticiteit van rubberproducten neemt af, verhardt, barst of wordt zacht en plakkerig na langdurig gebruik; Verf na langdurig gebruik, verlies van licht, poeder, bubbel, peeling, enz.

Het verouderende fenomeen kan worden samengevat in de volgende vier wijzigingen:

1. Veranderingen van uiterlijk

Vlekken, vlekken, zilvers, scheuren, glazuur, poederen, plakkerigheid, kromtrekken, fisheye, rimpelen, krimpen, branden, optische vervorming en optische kleurveranderingen treden op.

2. Veranderende fysieke eigenschappen

Inclusief oplosbaarheid, zwelling, reologische eigenschappen en koude weerstand, hittebestendigheid, waterpermeabiliteit, luchtpermeabiliteit en andere prestatieveranderingen.

3, mechanische eigenschappen veranderen

Trekkingssterkte, buigsterkte, afschuifsterkte, impactsterkte, relatieve verlenging, stressontspanning en andere eigenschappen veranderen.

4, elektrische prestaties verandert

Zoals oppervlakteweerstand, volumeweerstand, diëlektrische constante, afbraaksterkte en andere veranderingen.

Verouderingsfactor

De fysische eigenschappen van polymeermaterialen zijn nauw verwant met hun chemische structuur en de structuur van de aggregatietoestand.

De chemische structuur is een lange ketenstructuur van macromoleculen verbonden door covalente bindingen, en de aggregatiestructuur is een ruimtelijke structuur van vele macromoleculen gerangschikt en opgestapeld door intermoleculaire kracht, zoals kristallijn, amorf, kristal-aramfous. De intermoleculaire krachten die de geaggregeerde structuur handhaven, omvatten ionische bindingskracht, metaalbindingskracht, covalente bindingskracht en van der Waals -kracht.

Omgevingsfactoren zullen leiden tot de verandering van intermoleculaire krachten, zelfs de breuk van de keten of de val van sommige groepen, die uiteindelijk de geaggregeerde structuur van het materiaal zullen vernietigen en de fysische eigenschappen van het materiaal zullen veranderen. Er zijn meestal twee factoren die de veroudering van polymeermaterialen beïnvloeden: interne factoren en externe factoren.

Intrinsieke factor

1. Chemische structuur van polymeer

Het verouderen van polymeren is nauw verwant aan hun chemische structuur en de zwakke binding van de chemische structuur wordt gemakkelijk beïnvloed door externe factoren om te breken en vrije radicalen te worden. Dit vrije radicaal is het startpunt van radicale reacties.

2. Fysieke vorm

Sommige van de moleculaire bindingen van het polymeer worden geordend en sommige zijn wanordelijk. De geordende moleculaire bindingen kunnen kristallijne gebieden vormen en de ongeordende moleculaire bindingen zijn amorfe gebieden. De vorm van veel polymeren is niet uniform, maar semi-kristallijn, met zowel kristallijne als amorfe gebieden. De verouderingsreactie begint vanuit het amorfe gebied.

3, driedimensionale integratie

De stereointegratie van polymeer is nauw verwant aan de kristalliniteit. Over het algemeen hebben gestructureerde polymeren een betere verouderingsweerstand dan willekeurige polymeren.

4, molecuulgewicht en de verdeling ervan

In het algemeen heeft het molecuulgewicht van het polymeer weinig relatie met veroudering en heeft de verdeling van het molecuulgewicht een grote impact op de verouderingsprestaties van het polymeer, hoe breder de verdeling, hoe gemakkelijker het is, omdat hoe breder de verdeling , hoe meer eindgroepen, hoe gemakkelijker het is om verouderingsreactie te veroorzaken.

5, trace metaalonzuiverheden en andere onzuiverheden

Wanneer het polymeer wordt verwerkt, is het noodzakelijk om contact op te nemen met het metaal en kan het worden gemengd met sporenmetalen, of in de polymerisatie, bestaan er enkele metaalkatalysatoren, die de initiatie van automatische oxidatie (dat wil zeggen veroudering) beïnvloeden.

Externe factor

1. De invloed van temperatuur

Wanneer de temperatuur stijgt, wordt de beweging van polymeerketens intensiveerd. Zodra de dissociatie -energie van chemische bindingen is overschreden, zal dit thermische afbraak van polymeerketens of groepsafstoten veroorzaken. Momenteel is thermische afbraak van polymeermaterialen uitgebreid gerapporteerd. De afname van de temperatuur beïnvloedt vaak de mechanische eigenschappen van materialen. De kritieke temperatuurpunten die nauw verband houden met mechanische eigenschappen omvatten glasovergangstemperatuur, viskeuze stroomtemperatuur en smeltpunt. De fysieke toestand van het materiaal kan worden verdeeld in glasachtige toestand, hoge elastische toestand en viskeuze stroomstatus.

2, de invloed van vochtigheid

De invloed van vochtigheid op polymeermaterialen kan worden toegeschreven aan de zwelling en oplossing van water op het materiaal, zodat de intermoleculaire krachten die de aggregatiestructuur van polymeermaterialen veranderen, waardoor de aggregatietoestand van het materiaal wordt vernietigd. Vooral voor niet-verknoopte amorfe polymeren is de invloed van vochtigheid uiterst duidelijk, waardoor de zwelling en zelfs de aggregatietoestand desintegratie van polymeermaterialen zullen veroorzaken, waardoor de prestaties van het materiaal worden beschadigd. Voor de kristallijne vorm van kunststoffen of vezels is het effect van vochtigheid niet erg duidelijk vanwege het bestaan van beperkingen van waterpenetratie.

3. Het effect van zuurstof

Zuurstof is de belangrijkste oorzaak van veroudering van polymeermaterialen. Vanwege de permeabiliteit van zuurstof is kristallijn polymeer beter bestand tegen oxidatie dan amorf polymeer. Zuurstof valt eerst de zwakke verbindingen aan op de hoofdketen van het polymeer, zoals dubbele bindingen, hydroxyl, waterstof en andere groepen of atomen op het tertiaire koolstofatoom, waardoor polymeerperoxyradicalen of peroxiden worden gevormd en vervolgens de breuk van de hoofdketen in dit deel veroorzaakt. In ernstige gevallen neemt het molecuulgewicht van het polymeer aanzienlijk af, neemt de glasovergangstemperatuur af en wordt het polymeer viskeus. In aanwezigheid van sommige initiatiefnemers of overgangsmetalen die gemakkelijk worden ontleed in vrije radicalen, wordt de oxidatiereactie vaak geïntensiveerd.

4, licht veroudering

Of het polymeer wordt bestraald door licht kan de breuk van de moleculaire ketting veroorzaken, hangt af van de relatieve grootte van lichte energie en dissociatie -energie en de gevoeligheid van polymeerchemische structuur voor lichtgolf. Vanwege het bestaan van de ozonlaag en de atmosfeer op het aardoppervlak, is het golflengtebereik van zonnelampje dat de grond kan bereiken 290 ~ 4300 nm en de lichtgolfenergie is groter dan de dissociatie -energie van chemische bindingen alleen in de ultraviolet Regio, dat de breuk van chemische bindingen van polymeer zal veroorzaken.

De ultraviolette golflengte van 300 ~ 400 Nm kan bijvoorbeeld worden geabsorbeerd door polymeren die carbonylgroepen en dubbele bindingen bevatten, en de macromoleculaire ketting wordt verbroken, de chemische structuur wordt veranderd en de materiaaleigenschappen zijn verslechterd; Polyethyleentereftalaat heeft een sterke absorptie van 280 nm UV en de afbraakproducten zijn voornamelijk CO, H en CH. Polyolefine die alleen CC -bindingen bevat, heeft geen UV -absorptie, maar in aanwezigheid van een kleine hoeveelheid onzuiverheden, zoals carbonylgroepen, onverzadigde bindingen, hydroperoxidegroepen, katalysatorresiduen, aromatica en overgangsmetaalelementen, kan het de fotooxidatiereactie van polyolefine bevorderen.

5, De invloed van chemische media

Het chemische medium kan alleen een rol spelen als het doordringt in het interieur van het polymeermateriaal, en deze rollen omvatten de rol van covalente bindingen en de rol van secundaire bindingen. De werking van covalente binding wordt gemanifesteerd als kettingbreuk, verknoping, toevoeging of de combinatie van deze effecten, wat een onomkeerbaar chemisch proces is. Hoewel de vernietiging van de secundaire valentiebinding door het chemische medium niet de verandering van chemische structuur veroorzaakt, zal de aggregaatstructuur van het materiaal veranderen en zullen de fysische eigenschappen dienovereenkomstig veranderen.

Omgevingsstress barsten, oplossende scheuren, plastic en andere fysieke veranderingen zijn typische manifestaties van chemische veroudering van polymeermaterialen.

De methode voor het elimineren van oplossende scheuren is het elimineren van de interne spanning van het materiaal en het gloeien na het vormen van het materiaal is bevorderlijk om de interne spanning van het materiaal te elimineren. Plastic maken is in het geval van continu contact tussen het vloeibare medium en het polymeermateriaal, de interactie tussen het polymeer en het medium met kleine molecuul vervangt gedeeltelijk de interactie tussen het polymeer, zodat het polymeerketensegment gemakkelijker te verplaatsen is, wat wordt gemanifesteerd als De glasovergangstemperatuur is verlaagd, de sterkte, hardheid en elastische modulus van het materiaal worden verlaagd en de verlenging bij de pauze wordt verhoogd.

6. Biologische veroudering

Omdat plastic producten bijna allemaal een verscheidenheid aan additieven in het verwerkingsproces gebruiken, worden ze vaak een voedingsbron van schimmel. Wanneer schimmel groeit, absorbeert het de voedingsstoffen op het oppervlak en de binnenkant van het plastic en wordt het mycelium, dat ook een geleider is, zodat de isolatie van het plastic wordt verminderd, de gewichtsveranderingen en de ernstige schil zullen optreden. De metabolieten van schimmelgroei bevatten organische zuren en toxines, die het oppervlak van de plastic plakkerige, verkleuring, brosheid en verminderde afwerking zullen maken en ook langdurig contact met dit beschimmelde plastic zullen veroorzaken.

Natuurlijke polymeren van polysaccharide en hun gemodificeerde verbindingen kunnen worden verwerkt in afbreekbare wegwerpfilms, vellen, containers, schuimproducten, enz. Door middel van het mengen van modificatie met algemene kunststoffen. Het afval kan geleidelijk worden gehydrolyseerd in kleine moleculaire verbindingen door de interventie van amylase en andere polysaccharide natuurlijke polymeerontleding enzymen die breed bestaan in de natuurlijke omgeving. En uiteindelijk afbreken in vervuilingsvrij koolstofdioxide en water en terugkeren naar de biosfeer. Op basis van deze voordelen zijn de natuurlijke polymeerverbindingen van het polysacharide dat wordt voorgesteld door zetmeel nog steeds een belangrijk onderdeel van afbreekbare kunststoffen.