Los materiales poliméricos se utilizan ampliamente en la fabricación de alta gama, la electrónica, el transporte, la eficiencia energética en la construcción, la industria aeroespacial, la defensa nacional y muchos otros sectores debido a sus excelentes propiedades, como su ligereza, alta resistencia, resistencia a la temperatura y a la corrosión. Esto no solo ofrece un amplio mercado para la industria de los nuevos materiales poliméricos, sino que también plantea mayores exigencias en cuanto a su calidad, fiabilidad y capacidad de garantía.
Por lo tanto, cada vez se presta más atención a cómo maximizar la funcionalidad de los productos de materiales poliméricos en consonancia con los principios de ahorro energético, bajas emisiones de carbono y desarrollo ecológico. El envejecimiento es un factor importante que afecta a la fiabilidad y durabilidad de los materiales poliméricos.
A continuación, analizaremos qué es el envejecimiento de los materiales poliméricos, los tipos de envejecimiento, los factores que lo causan, los principales métodos antienvejecimiento y el antienvejecimiento de cinco plásticos generales.
A. Envejecimiento plástico
Las características estructurales y el estado físico de los propios materiales poliméricos, así como factores externos como el calor, la luz, el oxígeno térmico, el ozono, el agua, los ácidos, los álcalis, las bacterias y las enzimas durante su uso, los hacen susceptibles a la degradación o pérdida de su rendimiento durante su aplicación.
Esto no solo supone un desperdicio de recursos, e incluso puede provocar accidentes mayores debido a su fallo funcional, sino que además la descomposición del material causada por su envejecimiento también puede contaminar el medio ambiente.
El envejecimiento de los materiales poliméricos durante su uso tiene más probabilidades de causar grandes desastres y pérdidas irreparables.
Por lo tanto, el antienvejecimiento de los materiales poliméricos se ha convertido en un problema que la industria de los polímeros tiene que resolver.
B. Tipos de envejecimiento de materiales poliméricos
Existen diferentes fenómenos y características de envejecimiento debido a las distintas especies de polímeros y a las diferentes condiciones de uso. En general, el envejecimiento de los materiales poliméricos se puede clasificar en los siguientes cuatro tipos de cambios.
01 Cambios en la apariencia
Manchas, puntos, líneas plateadas, grietas, escarcha, formación de polvo, pegajosidad, deformación, ojos de pez, arrugas, encogimiento, quemaduras, distorsión óptica y cambios ópticos de color.
02 Cambios en las propiedades físicas
Incluye solubilidad, hinchamiento, propiedades reológicas y cambios en la resistencia al frío, resistencia al calor, permeabilidad al agua, permeabilidad al aire y otras propiedades.
03 Cambios en las propiedades mecánicas
Cambios en la resistencia a la tracción, resistencia a la flexión, resistencia al corte, resistencia al impacto, elongación relativa, relajación de tensiones y otras propiedades.
04 Cambios en las propiedades eléctricas
Tales como la resistencia superficial, la resistencia volumétrica, la constante dieléctrica, la rigidez dieléctrica y otros cambios.
C. Análisis microscópico del envejecimiento de materiales poliméricos
Los polímeros forman estados excitados de las moléculas en presencia de calor o luz, y cuando la energía es suficientemente alta, las cadenas moleculares se rompen para formar radicales libres, que pueden formar reacciones en cadena dentro del polímero y continuar iniciando la degradación y también pueden causar reticulación.
Si hay oxígeno u ozono en el ambiente, también se induce una serie de reacciones de oxidación que forman hidroperóxidos (ROOH) y que posteriormente se descomponen en grupos carbonilo.
Si en el polímero hay iones metálicos catalíticos residuales, o si durante el procesamiento o uso se introducen iones metálicos como cobre, hierro, manganeso y cobalto, la reacción de degradación oxidativa del polímero se acelerará.
D. El método principal para mejorar el rendimiento antienvejecimiento
Actualmente, existen cuatro métodos principales para mejorar y potenciar el rendimiento antienvejecimiento de los materiales poliméricos, como se indica a continuación.
01 Protección física (espesamiento, pintura, compuesto de capa exterior, etc.)
El envejecimiento de los materiales poliméricos, especialmente el envejecimiento fotooxidativo, comienza en la superficie, manifestándose como decoloración, caleo, agrietamiento y pérdida de brillo, entre otros, y luego se extiende gradualmente hacia el interior. Los productos delgados son más propensos a fallar antes que los gruesos, por lo que aumentar su grosor puede prolongar su vida útil.
Para productos propensos al envejecimiento, se puede aplicar o recubrir la superficie con una capa de revestimiento resistente a la intemperie, o bien, se puede componer una capa de material resistente a la intemperie en la capa exterior de los productos, de manera que se adhiera una capa protectora a la superficie de los productos para ralentizar el proceso de envejecimiento.
02 Mejora de la tecnología de procesamiento
Muchos materiales, durante su síntesis o preparación, también se enfrentan al problema del envejecimiento. Por ejemplo, la influencia del calor durante la polimerización, el envejecimiento térmico y por oxígeno durante el procesamiento, etc. En consecuencia, la influencia del oxígeno puede mitigarse mediante la incorporación de un sistema de desaireación o de vacío durante la polimerización o el procesamiento.
Sin embargo, este método solo puede garantizar el rendimiento del material en la fábrica, y solo puede implementarse desde la fuente de preparación del material, y no puede resolver su problema de envejecimiento durante el reprocesamiento y el uso.
03 Diseño estructural o modificación de materiales
Muchos materiales macromoleculares poseen grupos de envejecimiento en su estructura molecular, por lo que, mediante el diseño de dicha estructura, la sustitución de estos grupos por grupos que no envejecen suele tener un efecto positivo.
04 Adición de aditivos antienvejecimiento
Actualmente, el método más eficaz y común para mejorar la resistencia al envejecimiento de los materiales poliméricos consiste en añadir aditivos antienvejecimiento, ampliamente utilizados por su bajo coste y porque no requieren modificar el proceso de producción existente. Existen dos métodos principales para añadir estos aditivos antienvejecimiento.
Los aditivos antienvejecimiento (en polvo o líquido), la resina y otras materias primas se mezclan directamente después de la granulación por extrusión o el moldeo por inyección, etc. Este es un método de adición simple y fácil, ampliamente utilizado por la mayoría de las plantas de granulación y moldeo por inyección.
Fecha de publicación: 26 de octubre de 2022