Aldrende fenomen av polymermaterialer (plastprodukter)

Polymermaterialer inkluderer plast, gummi, fibre, filmer, lim og belegg. Fordi de har mange potensielle egenskaper bedre enn tradisjonelle strukturelle materialer, brukes de mer og mer bredt innen militære og sivile produkter.

Imidlertid, i prosessen med prosessering, lagring og bruk, på grunn av den kombinerte effekten av lys, varme, oksygen, vann, høyenergistråling, kjemisk og biologisk erosjon og andre interne og eksterne faktorer, er den kjemiske sammensetningen og strukturen til polymermaterialer Vil gjennomgå en serie endringer, fysiske egenskaper vil også endre seg i samsvar med det, for eksempel hard, klissete, sprø, misfarging, tap av styrke, etc., dette fenomenet er aldring av polymermaterialer.

Essensen av aldring av polymermaterialer refererer til endring av fysisk struktur eller kjemisk struktur, som manifesteres som den gradvise nedgangen i ytelsen til materialet og tapet av dens behørige bruksverdi. Aldringssvikt av polymermaterialer har blitt et av de viktigste problemene som begrenser videre utvikling og anvendelse av polymermaterialer.

Aldrende fenomen

På grunn av de forskjellige variantene av polymermaterialer og forskjellige bruksbetingelser, er det forskjellige aldrende fenomener og egenskaper. For eksempel oppstår jordbruksplastfilm etter solen og regn misfarging, sprøhet, gjennomsiktighetsnedgang; Luftfartsplexiglass etter bruk i lang tid sølvmønster, gjennomsiktighetsnedgang; Elastisiteten til gummiprodukter avtar, herder, sprekker eller blir myk og klissete etter langvarig bruk; Maling etter langvarig bruk, tap av lys, pulver, boble, peeling osv.

Det aldrende fenomenet kan oppsummeres i de følgende fire endringene:

1. Utseende endres

Flekker, flekker, sølv, sprekker, frosting, pulvering, klistring, skjevhet, fisheye, rynking, krymping, brennende, optisk forvrengning og optiske fargeendringer oppstår.

2. Fysiske egenskaper endres

Inkludert løselighet, hevelse, reologiske egenskaper og kulde motstand, varmebestandighet, vannpermeabilitet, luftpermeabilitet og andre ytelsesendringer.

3, Mekaniske egenskaper endres

Strekkfasthet, bøyestyrke, skjærstyrke, påvirkningsstyrke, relativ forlengelse, stressavslapping og andre egenskaper endres.

4, Endringer i elektrisk ytelse

Slik som overflatemotstand, volummotstand, dielektrisk konstant, nedbrytningsstyrke og andre endringer.

Aldringsfaktor

De fysiske egenskapene til polymermaterialer er nært beslektet med deres kjemiske struktur og aggregeringstilstandsstruktur.

Den kjemiske strukturen er en langkjedestruktur av makromolekyler forbundet med kovalente bindinger, og aggregeringsstrukturen er en romlig struktur av mange makromolekyler anordnet og stablet opp med intermolekylær kraft, så som krystallinsk, amorf, krystall-amorfe. De intermolekylære kreftene som opprettholder den samlede strukturen inkluderer ionisk bindingskraft, metallisk bindingskraft, kovalent bindingskraft og van der Waals kraft.

Miljøfaktorer vil føre til endring av intermolekylære krefter, til og med bruddet i kjeden eller fallet av noen grupper, som til slutt vil ødelegge materialets samlede struktur og endre de fysiske egenskapene til materialet. Det er vanligvis to faktorer som påvirker aldring av polymermaterialer: interne faktorer og eksterne faktorer.

Iboende faktor

1. Kjemisk struktur av polymer

Aldring av polymerer er nært beslektet med deres kjemiske struktur, og den svake bindingen av den kjemiske strukturen påvirkes lett av ytre faktorer for å bryte og bli frie radikaler. Denne frie radikale er utgangspunktet for radikale reaksjoner.

2. Fysisk form

Noen av molekylære bindinger til polymeren bestilles og noen er forstyrret. De bestilte molekylære bindingene kan danne krystallinske regioner, og de forstyrrede molekylære bindingene er amorfe regioner. Formen på mange polymerer er ikke ensartet, men semi-krystallinsk, med både krystallinske og amorfe regioner. Aldringsreaksjonen begynner fra den amorfe regionen.

3, tredimensjonal integrasjon

Stereointegrasjonen av polymer er nært beslektet med dens krystallinitet. Generelt har strukturerte polymerer bedre aldringsmotstand enn tilfeldige polymerer.

4, molekylvekt og distribusjon

Generelt sett har molekylvekten til polymeren lite sammenheng med aldring, og fordelingen av molekylvekt har stor innvirkning på aldringsytelsen til polymeren, jo større distribusjon, jo lettere er å alder, fordi desto bredere distribusjon , jo flere sluttgrupper, jo lettere er det å forårsake aldringsreaksjon.

5, Spormetallforurensninger og andre urenheter

Når polymeren blir behandlet, er det nødvendig å kontakte metallet, og det kan blandes med spormetaller, eller i polymerisasjonen, gjenstår noen metallkatalysatorer, noe som vil påvirke initiering av automatisk oksidasjon (det vil si aldring).

Ekstern faktor

1. Påvirkning av temperaturen

Når temperaturen øker, intensiveres bevegelsen av polymerkjeder. Når dissosiasjonsenergien til kjemiske bindinger er overskredet, vil den forårsake termisk nedbrytning av polymerkjeder eller gruppekassering. For tiden er termisk nedbrytning av polymermaterialer blitt mye rapportert. Temperaturens reduksjon påvirker ofte de mekaniske egenskapene til materialer. De kritiske temperaturen peker nært relatert til mekaniske egenskaper inkluderer overgangstemperatur for glass, tyktflytende strømningstemperatur og smeltepunkt. Materialets fysiske tilstand kan deles inn i glassaktig tilstand, høy elastisk tilstand og tyktflytende strømningstilstand.

2, påvirkning av fuktighet

Påvirkningen av fuktighet på polymermaterialer kan tilskrives hevelse og oppløsning av vann på materialet, slik at de intermolekylære kreftene som opprettholder aggregeringsstrukturen til polymermaterialer endres, og dermed ødelegger aggregeringstilstanden til materialet. Spesielt for ikke-kryssbundne amorfe polymerer, er påvirkningen av fuktighet ekstremt åpenbar, noe som vil forårsake hevelse og til og med aggregeringstilstandens oppløsning av polymermaterialer, og dermed skade ytelsen til materialet. For den krystallinske formen for plast eller fibre er effekten av luftfuktighet ikke veldig åpenbar på grunn av eksistensen av begrensning av vanngjennomtrengning.

3. Effekten av oksygen

Oksygen er den viktigste årsaken til aldring av polymermaterialer. På grunn av permeabiliteten av oksygen er krystallinsk polymer mer motstandsdyktig mot oksidasjon enn amorf polymer. Oksygen angriper først de svake koblingene på polymerens hovedkjede, for eksempel dobbeltbindinger, hydroksyl, hydrogen og andre grupper eller atomer på det tertiære karbonatom, og danner polymerperoksyradikaler eller peroksider, og forårsaker deretter brudd på hovedkjeden i denne delen. I alvorlige tilfeller synker molekylvekten til polymeren betydelig, glassovergangstemperaturen avtar, og polymeren blir tyktflytende. I nærvær av noen initiatorer eller overgangsmetaller som lett blir dekomponert i frie radikaler, har oksidasjonsreaksjonen en tendens til å bli forsterket.

4, lett aldring

Hvorvidt polymeren blir bestrålet av lys, kan forårsake brudd på molekylkjeden avhenger av den relative størrelsen på lysenergi og dissosiasjonsenergi og følsomheten til polymerkjemisk struktur for lysbølge. På grunn av eksistensen av ozonlaget og atmosfæren på jordoverflaten, er bølgelengdeområdet for solcellelys som kan nå bakken 290 ~ 4300nm, og lysbølgenergien er større enn dissosiasjonsenergien til kjemiske bindinger bare i ultrafiolett Region, som vil forårsake brudd på kjemiske bindinger.

For eksempel kan den ultrafiolette bølgelengden på 300 ~ 400nm tas opp av polymerer som inneholder karbonylgrupper og dobbeltbindinger, og den makromolekylære kjeden er ødelagt, den kjemiske strukturen endres, og materialegenskapene blir dårligere; Polyetylen -tereftalat har sterk absorpsjon av 280 nm UV, og nedbrytningsproduktene er hovedsakelig CO, H og CH. Polyolefin som bare inneholder CC -bindinger har ingen UV -absorpsjon, men i nærvær av en liten mengde urenheter, for eksempel karbonylgrupper, umettede bindinger, hydroperoksydgrupper, katalysatorrester, aromater og overgangsmetallelementer, kan den fremme fotoksydasjonsreaksjonen til polyolefin.

5, innflytelsen fra kjemiske medier

Det kjemiske mediet kan bare spille en rolle hvis det trenger inn i det indre av polymermaterialet, og disse rollene inkluderer rollen som kovalente bindinger og rollen som sekundære bindinger. Handlingen av kovalent binding manifesteres som kjedebrudd, tverrbinding, tilsetning eller kombinasjonen av disse effektene, som er en irreversibel kjemisk prosess. Selv om ødeleggelsen av den sekundære valensbindingen av det kjemiske mediet ikke forårsaker endring av kjemisk struktur, vil den samlede strukturen til materialet endre seg, og dets fysiske egenskaper vil endre seg deretter.

Miljøspenningssprekking, oppløsningssprekker, plastisering og andre fysiske endringer er typiske manifestasjoner av kjemisk aldring av polymermaterialer.

Metoden for å eliminere oppløsningsprekker er å eliminere den indre belastningen av materialet, og annealing etter støping av materialet bidrar til å eliminere materialets indre belastning. Plikator er i tilfelle kontinuerlig kontakt mellom det flytende medium og polymermaterialet, interaksjonen mellom polymeren og det små molekylmediet erstatter delvis interaksjonen mellom polymeren, slik at polymerkjedesegmentet er lettere å bevege seg, noe som er manifestert som som Glassovergangstemperaturen reduseres, styrken, hardheten og elastisk modulen til materialet reduseres, og forlengelsen ved brudd økes.

6. Biologisk aldring

Siden plastprodukter nesten alle bruker en rekke tilsetningsstoffer i prosesseringsprosessen, blir de ofte en næringskilde til mugg. Når mugg vokser, absorberer den næringsstoffene på overflaten og innsiden av plasten og blir mycel, som også er en leder, slik at isolasjonen av plasten reduseres, vektendringene og den alvorlige skallet vil oppstå. Metabolittene av muggvekst inneholder organiske syrer og giftstoffer, noe som vil gjøre overflaten på plasten klissete, misfarging, sprøhet og redusert finish, og vil også forårsake langvarig kontakt med denne mugte plasten.

Polysakkarid naturlige polymerer og deres modifiserte forbindelser kan behandles til nedbrytbare engangsfilmer, ark, containere, skummende produkter, etc. ved å blande modifisering med generell plast. Avfallet kan gradvis hydrolyseres til små molekylære forbindelser ved intervensjon av amylase og andre polysakkarid naturlig polymer -dekomponeringsenzymer som er vidt eksisterende i det naturlige miljøet. Og til slutt bryte ned i forurensningsfri karbondioksid og vann og går tilbake til biosfæren. Basert på disse fordelene er polymerforbindelsene polymerforbindelser som er representert med stivelse fortsatt en viktig del av nedbrytbar plast.