Els materials polimèrics s'utilitzen àmpliament en la fabricació d'alta gamma, la informació electrònica, el transport, l'estalvi d'energia en edificis, l'aeroespacial, la defensa nacional i molts altres camps a causa de les seves excel·lents propietats, com ara el pes lleuger, l'alta resistència, la resistència a la temperatura i la resistència a la corrosió. Això no només proporciona un ampli espai de mercat per a la nova indústria de materials polimèrics, sinó que també planteja requisits més alts pel que fa al seu rendiment de qualitat, nivell de fiabilitat i capacitat de garantia.
Per tant, cada cop es presta més atenció a com maximitzar la funció dels productes de materials polimèrics d'acord amb el principi d'estalvi d'energia, baixes emissions de carboni i desenvolupament ecològic. I l'envelliment és un factor important que afecta la fiabilitat i la durabilitat dels materials polimèrics.
A continuació, analitzarem què és l'envelliment dels materials polimèrics, els tipus d'envelliment, els factors que causen l'envelliment, els principals mètodes antienvelliment i l'antienvelliment de cinc plàstics generals.
A. Envelliment plàstic
Les característiques estructurals i l'estat físic dels materials polimèrics en si, així com els seus factors externs com la calor, la llum, l'oxigen tèrmic, l'ozó, l'aigua, l'àcid, l'àlcali, els bacteris i els enzims durant el procés d'ús, els fan susceptibles de degradar o perdre el seu rendiment durant l'aplicació.
Això no només provoca un malbaratament de recursos i fins i tot pot causar accidents més grans a causa del seu error funcional, sinó que la descomposició del material causada pel seu envelliment també pot contaminar el medi ambient.
L'envelliment dels materials polimèrics durant el procés d'ús és més probable que causi grans desastres i pèrdues irreparables.
Per tant, l'antienvelliment dels materials polimèrics s'ha convertit en un problema que la indústria dels polímers ha de resoldre.
B. Tipus d'envelliment de materials polimèrics
Hi ha diferents fenòmens i característiques d'envelliment a causa de les diferents espècies de polímer i les diferents condicions d'ús. En general, l'envelliment dels materials polimèrics es pot classificar en els quatre tipus de canvis següents.
01 Canvis d'aspecte
Taques, punts, línies platejades, esquerdes, glaçat, enguixament, enganxositat, deformació, ulls de peix, arrugues, contracció, cremat, distorsió òptica i canvis de color òptic.
02 Canvis en les propietats físiques
Incloent-hi solubilitat, inflor, propietats reològiques i canvis en la resistència al fred, la resistència a la calor, la permeabilitat a l'aigua, la permeabilitat a l'aire i altres propietats.
03 Canvis en les propietats mecàniques
Canvis en la resistència a la tracció, la resistència a la flexió, la resistència al cisallament, la resistència a l'impacte, l'elongació relativa, la relaxació de tensions i altres propietats.
04 Canvis en les propietats elèctriques
Com ara la resistència superficial, la resistència volumètrica, la constant dielèctrica, la resistència a la ruptura elèctrica i altres canvis.
C. Anàlisi microscòpica de l'envelliment de materials polimèrics
Els polímers formen estats excitats de molècules en presència de calor o llum, i quan l'energia és prou alta, les cadenes moleculars es trenquen per formar radicals lliures, que poden formar reaccions en cadena dins del polímer i continuar iniciant la degradació i també poden causar entrecreuament.
Si hi ha oxigen o ozó presents a l'ambient, també s'indueixen una sèrie de reaccions d'oxidació, formant hidroperòxids (ROOH) i descomponent-se posteriorment en grups carbonils.
Si hi ha ions metàl·lics catalitzadors residuals al polímer, o si s'hi incorporen ions metàl·lics com ara coure, ferro, manganès i cobalt durant el processament o l'ús, s'accelerarà la reacció de degradació oxidativa del polímer.
D. El mètode principal per millorar el rendiment antienvelliment
Actualment, hi ha quatre mètodes principals per millorar i potenciar el rendiment antienvelliment dels materials polimèrics, de la manera següent.
01 Protecció física (espessament, pintura, compost de la capa exterior, etc.)
L'envelliment dels materials polimèrics, especialment l'envelliment fotooxidatiu, comença des de la superfície dels materials o productes, que es manifesta com a decoloració, enguixament, esquerdes, disminució de la brillantor, etc., i després s'endinsa gradualment cap a l'interior. Els productes prims tenen més probabilitats de fallar abans que els productes gruixuts, de manera que la vida útil dels productes es pot allargar engrossint-los.
Per a productes propensos a l'envelliment, es pot aplicar o recobrir una capa de recobriment resistent a la intempèrie a la superfície, o es pot combinar una capa de material resistent a la intempèrie sobre la capa exterior dels productes, de manera que es pugui adherir una capa protectora a la superfície dels productes per alentir el procés d'envelliment.
02 Millora de la tecnologia de processament
Molts materials en el procés de síntesi o preparació també presenten el problema de l'envelliment. Per exemple, la influència de la calor durant la polimerització, l'envelliment tèrmic i d'oxigen durant el processament, etc. Aleshores, la influència de l'oxigen es pot alentir afegint un dispositiu de desaireació o un dispositiu de buit durant la polimerització o el processament.
Tanmateix, aquest mètode només pot garantir el rendiment del material a la fàbrica i només es pot implementar des de la font de preparació del material i no pot resoldre el seu problema d'envelliment durant el reprocessament i l'ús.
03 Disseny estructural o modificació de materials
Molts materials macromoleculars tenen grups d'envelliment a l'estructura molecular, de manera que mitjançant el disseny de l'estructura molecular del material, la substitució dels grups d'envelliment pels grups no envellidors sovint pot tenir un bon efecte.
04 Addició d'additius antienvelliment
Actualment, la manera eficaç i el mètode comú per millorar la resistència a l'envelliment dels materials polimèrics és afegir additius antienvelliment, que s'utilitzen àmpliament a causa del baix cost i no cal canviar el procés de producció existent. Hi ha dues maneres principals d'afegir aquests additius antienvelliment.
Els additius antienvelliment (en pols o líquid) i la resina i altres matèries primeres es barregen directament després de l'extrusió, la granulació o el modelat per injecció, etc. Aquesta és una manera senzilla i fàcil d'afegir-hi, que és àmpliament utilitzada per la majoria de plantes de pelletització i modelat per injecció.
Data de publicació: 26 d'octubre de 2022