مواد پلیمری اکنون به دلیل خواص عالی مانند وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت در برابر دما و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده در تولیدات پیشرفته، اطلاعات الکترونیکی، حمل و نقل، صرفهجویی در مصرف انرژی در ساختمان، هوافضا، دفاع ملی و بسیاری از زمینههای دیگر مورد استفاده قرار میگیرند. این امر نه تنها فضای بازار گستردهای را برای صنعت جدید مواد پلیمری فراهم میکند، بلکه الزامات بالاتری را برای عملکرد کیفی، سطح قابلیت اطمینان و قابلیت تضمین آن مطرح میکند.
بنابراین، چگونگی به حداکثر رساندن عملکرد محصولات پلیمری در راستای اصل صرفهجویی در انرژی، کاهش کربن و توسعه زیستمحیطی، توجه روزافزونی را به خود جلب میکند و فرسودگی عامل مهمی است که بر قابلیت اطمینان و دوام مواد پلیمری تأثیر میگذارد.
در ادامه، به بررسی پیری مواد پلیمری، انواع پیری، عوامل ایجاد کننده پیری، روشهای اصلی ضد پیری و ضد پیری پنج پلاستیک عمومی خواهیم پرداخت.
الف. پیرشدگی پلاستیک
ویژگیهای ساختاری و حالت فیزیکی خود مواد پلیمری و عوامل خارجی آنها مانند گرما، نور، اکسیژن حرارتی، ازن، آب، اسید، قلیا، باکتریها و آنزیمها در فرآیند استفاده، آنها را در معرض تخریب یا از دست دادن عملکرد در فرآیند کاربرد قرار میدهد.
این امر نه تنها باعث اتلاف منابع میشود و حتی ممکن است به دلیل نقص عملکردی آن باعث حوادث بزرگتری شود، بلکه تجزیه مواد ناشی از فرسودگی آن نیز ممکن است محیط زیست را آلوده کند.
پیر شدن مواد پلیمری در فرآیند استفاده، احتمال بیشتری دارد که باعث فجایع بزرگ و خسارات جبرانناپذیری شود.
بنابراین، ضد پیری مواد پلیمری به مشکلی تبدیل شده است که صنعت پلیمر باید آن را حل کند.
ب. انواع پیرشدگی مواد پلیمری
به دلیل گونههای مختلف پلیمر و شرایط استفاده متفاوت، پدیدهها و ویژگیهای پیری متفاوتی وجود دارد. به طور کلی، پیری مواد پلیمری را میتوان به چهار نوع تغییر زیر طبقهبندی کرد.
01 تغییرات ظاهری
لکهها، نقاط، خطوط نقرهای، ترکها، یخزدگی، گچی شدن، چسبندگی، تاب برداشتن، چشم ماهی، چروکیدگی، آبرفتگی، سوختگی، اعوجاج نوری و تغییرات رنگ نوری.
02 تغییرات در خواص فیزیکی
از جمله حلالیت، تورم، خواص رئولوژیکی و تغییرات مقاومت در برابر سرما، مقاومت در برابر گرما، نفوذپذیری آب، نفوذپذیری هوا و سایر خواص.
03 تغییرات در خواص مکانیکی
تغییرات در استحکام کششی، استحکام خمشی، استحکام برشی، استحکام ضربه، ازدیاد طول نسبی، میزان تنش و سایر خواص.
04 تغییرات در خواص الکتریکی
مانند مقاومت سطحی، مقاومت حجمی، ثابت دی الکتریک، قدرت شکست الکتریکی و سایر تغییرات.
ج. آنالیز میکروسکوپی پیرشدگی مواد پلیمری
پلیمرها در حضور گرما یا نور، حالتهای برانگیخته مولکولها را تشکیل میدهند و هنگامی که انرژی به اندازه کافی زیاد باشد، زنجیرههای مولکولی شکسته میشوند و رادیکالهای آزاد تشکیل میدهند که میتوانند واکنشهای زنجیرهای را در داخل پلیمر تشکیل دهند و به شروع تخریب ادامه دهند و همچنین ممکن است باعث ایجاد پیوند عرضی شوند.
اگر اکسیژن یا ازن در محیط وجود داشته باشد، یک سری واکنشهای اکسیداسیون نیز القا میشوند که هیدروپراکسیدها (ROOH) را تشکیل میدهند و سپس به گروههای کربونیل تجزیه میشوند.
اگر یونهای فلزی کاتالیزور باقیمانده در پلیمر وجود داشته باشند، یا اگر یونهای فلزی مانند مس، آهن، منگنز و کبالت در حین پردازش یا استفاده وارد شوند، واکنش تخریب اکسیداتیو پلیمر تسریع میشود.
د. روش اصلی برای بهبود عملکرد ضد پیری
در حال حاضر، چهار روش اصلی برای بهبود و افزایش عملکرد ضد پیری مواد پلیمری به شرح زیر وجود دارد.
01 حفاظت فیزیکی (ضخیمسازی، رنگآمیزی، ترکیب لایه بیرونی و غیره)
پیری مواد پلیمری، به ویژه پیری فتواکسیداتیو، از سطح مواد یا محصولات شروع میشود که به صورت تغییر رنگ، گچی شدن، ترک خوردن، کاهش براقیت و غیره بروز میکند و سپس به تدریج به عمق بیشتری از سطح داخلی میرود. محصولات نازک احتمال بیشتری دارد که زودتر از محصولات ضخیم از بین بروند، بنابراین میتوان با ضخیمتر کردن محصولات، عمر مفید آنها را افزایش داد.
برای محصولاتی که مستعد فرسودگی هستند، میتوان یک لایه پوشش مقاوم در برابر آب و هوا را روی سطح اعمال یا پوشش داد، یا یک لایه از مواد مقاوم در برابر آب و هوا را روی لایه بیرونی محصولات ترکیب کرد، به طوری که یک لایه محافظ به سطح محصولات متصل شود تا روند فرسودگی را کند کند.
02 بهبود فناوری پردازش
بسیاری از مواد در فرآیند سنتز یا آمادهسازی، مشکل پیرشدگی نیز دارند. به عنوان مثال، تأثیر گرما در طول پلیمریزاسیون، پیرشدگی حرارتی و اکسیژنی در طول پردازش و غیره. بنابراین، بر این اساس، میتوان با اضافه کردن دستگاه هوازدایی یا دستگاه خلاء در طول پلیمریزاسیون یا پردازش، تأثیر اکسیژن را کاهش داد.
با این حال، این روش فقط میتواند عملکرد ماده را در کارخانه تضمین کند و این روش فقط از منبع تهیه ماده قابل اجرا است و نمیتواند مشکل پیری آن را در طول پردازش مجدد و استفاده حل کند.
03 طراحی سازه یا اصلاح مصالح
بسیاری از مواد ماکرومولکولی در ساختار مولکولی خود دارای گروههای پیرشونده هستند، بنابراین از طریق طراحی ساختار مولکولی ماده، جایگزینی گروههای پیرشونده با گروههای غیر پیرشونده اغلب میتواند تأثیر خوبی داشته باشد.
04 افزودن افزودنیهای ضد پیری
در حال حاضر، روش مؤثر و رایج برای بهبود مقاومت در برابر پیری مواد پلیمری، افزودن افزودنیهای ضد پیری است که به دلیل هزینه کم و عدم نیاز به تغییر فرآیند تولید موجود، به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. دو روش اصلی برای افزودن این افزودنیهای ضد پیری وجود دارد.
مواد افزودنی ضد پیری (پودر یا مایع) و رزین و سایر مواد اولیه مستقیماً پس از گرانول اکستروژن یا قالب گیری تزریقی و غیره مخلوط و مخلوط می شوند. این یک روش ساده و آسان برای افزودن است که به طور گسترده توسط اکثر کارخانه های گلوله سازی و قالب گیری تزریقی استفاده می شود.
زمان ارسال: ۲۶ اکتبر ۲۰۲۲