I materiali polimerici sono oggi ampiamente utilizzati nella produzione di fascia alta, nell'informatica elettronica, nei trasporti, nel risparmio energetico degli edifici, nell'industria aerospaziale, nella difesa nazionale e in molti altri settori grazie alle loro eccellenti proprietà come leggerezza, elevata resistenza, resistenza alle temperature e alla corrosione. Ciò non solo offre un ampio spazio di mercato per la nuova industria dei materiali polimerici, ma impone anche requisiti più elevati in termini di prestazioni qualitative, affidabilità e capacità di garanzia.
Pertanto, sta ricevendo sempre più attenzione la ricerca su come massimizzare la funzionalità dei prodotti polimerici, in linea con i principi del risparmio energetico, delle basse emissioni di carbonio e dello sviluppo ecologico. L'invecchiamento è un fattore importante che influisce sull'affidabilità e sulla durata dei materiali polimerici.
Successivamente, esamineremo cos'è l'invecchiamento dei materiali polimerici, i tipi di invecchiamento, i fattori che causano l'invecchiamento, i principali metodi anti-invecchiamento e l'anti-invecchiamento di cinque plastiche generali.
A. Invecchiamento della plastica
Le caratteristiche strutturali e lo stato fisico dei materiali polimerici stessi, nonché i fattori esterni quali calore, luce, ossigeno termico, ozono, acqua, acidi, basi, batteri ed enzimi, durante il processo di utilizzo, li rendono soggetti a degradazione o perdita delle prestazioni durante l'applicazione.
Ciò non solo provoca uno spreco di risorse e può addirittura causare incidenti più gravi a causa del suo guasto funzionale, ma anche la decomposizione del materiale causata dal suo invecchiamento può inquinare l'ambiente.
L'invecchiamento dei materiali polimerici durante il processo di utilizzo può causare gravi disastri e perdite irreparabili.
Pertanto, l'anti-invecchiamento dei materiali polimerici è diventato un problema che l'industria dei polimeri deve risolvere.
B. Tipi di invecchiamento dei materiali polimerici
Esistono diversi fenomeni e caratteristiche di invecchiamento dovuti alle diverse specie polimeriche e alle diverse condizioni di utilizzo. In generale, l'invecchiamento dei materiali polimerici può essere suddiviso nei seguenti quattro tipi di alterazioni.
01 Cambiamenti nell'aspetto
Macchie, aloni, linee argentate, crepe, glassatura, sfarinamento, appiccicosità, deformazioni, occhi di pesce, grinze, restringimenti, bruciature, distorsioni ottiche e cambiamenti ottici del colore.
02 Cambiamenti nelle proprietà fisiche
Inclusi solubilità, rigonfiamento, proprietà reologiche e variazioni nella resistenza al freddo, resistenza al calore, permeabilità all'acqua, permeabilità all'aria e altre proprietà.
03 Cambiamenti nelle proprietà meccaniche
Variazioni nella resistenza alla trazione, alla flessione, al taglio, all'impatto, all'allungamento relativo, al rilassamento delle sollecitazioni e ad altre proprietà.
04 Cambiamenti nelle proprietà elettriche
Come la resistenza superficiale, la resistenza di volume, la costante dielettrica, la resistenza alla scarica elettrica e altre variazioni.
C. Analisi microscopica dell'invecchiamento dei materiali polimerici
I polimeri formano stati eccitati di molecole in presenza di calore o luce e, quando l'energia è sufficientemente elevata, le catene molecolari si rompono formando radicali liberi, che possono dare origine a reazioni a catena all'interno del polimero e continuare a innescare la degradazione, oltre a causare la reticolazione.
Se nell'ambiente è presente ossigeno o ozono, vengono indotte anche una serie di reazioni di ossidazione, che formano idroperossidi (ROOH) e si decompongono ulteriormente in gruppi carbonilici.
Se nel polimero sono presenti ioni metallici residui del catalizzatore, o se durante la lavorazione o l'uso vengono introdotti ioni metallici quali rame, ferro, manganese e cobalto, la reazione di degradazione ossidativa del polimero verrà accelerata.
D. Il metodo principale per migliorare le prestazioni anti-invecchiamento
Attualmente, esistono quattro metodi principali per migliorare e potenziare le prestazioni anti-invecchiamento dei materiali polimerici, come segue.
01 Protezione fisica (ispessimento, verniciatura, strato esterno composto, ecc.)
L'invecchiamento dei materiali polimerici, in particolare l'invecchiamento fotoossidativo, inizia dalla superficie dei materiali o dei prodotti, manifestandosi con scolorimento, sfarinamento, screpolature, diminuzione della lucentezza, ecc., e poi si estende gradualmente verso l'interno. I prodotti sottili hanno maggiori probabilità di deteriorarsi prima rispetto a quelli spessi, quindi la durata di vita dei prodotti può essere prolungata ispessendoli.
Per i prodotti soggetti a invecchiamento, è possibile applicare o rivestire la superficie con uno strato di rivestimento resistente alle intemperie, oppure è possibile stendere uno strato di materiale resistente alle intemperie sullo strato esterno dei prodotti, in modo da poter fissare uno strato protettivo sulla superficie dei prodotti e rallentare il processo di invecchiamento.
02 Miglioramento della tecnologia di elaborazione
Molti materiali, durante il processo di sintesi o preparazione, presentano anche il problema dell'invecchiamento. Ad esempio, l'influenza del calore durante la polimerizzazione, l'invecchiamento termico e da ossigeno durante la lavorazione, ecc. Di conseguenza, l'influenza dell'ossigeno può essere rallentata aggiungendo un dispositivo di deaerazione o un dispositivo per il vuoto durante la polimerizzazione o la lavorazione.
Tuttavia, questo metodo può garantire le prestazioni del materiale solo in fabbrica, può essere implementato solo dalla fonte di preparazione del materiale e non può risolvere il problema dell'invecchiamento durante la rielaborazione e l'uso.
03 Progettazione strutturale o modifica dei materiali
Molti materiali macromolecolari presentano gruppi di invecchiamento nella struttura molecolare, quindi, attraverso la progettazione della struttura molecolare del materiale, la sostituzione dei gruppi di invecchiamento con gruppi non di invecchiamento può spesso avere un effetto positivo.
04 Aggiunta di additivi anti-invecchiamento
Attualmente, il metodo più efficace e diffuso per migliorare la resistenza all'invecchiamento dei materiali polimerici è l'aggiunta di additivi anti-invecchiamento, ampiamente utilizzati per il basso costo e la possibilità di non modificare il processo produttivo esistente. Esistono due metodi principali per aggiungere questi additivi anti-invecchiamento.
Gli additivi anti-invecchiamento (in polvere o liquidi), la resina e altre materie prime vengono miscelati direttamente dopo l'estrusione, la granulazione o lo stampaggio a iniezione, ecc. Si tratta di un metodo di aggiunta semplice e facile, ampiamente utilizzato dalla maggior parte degli impianti di pellettizzazione e stampaggio a iniezione.
Data di pubblicazione: 26-10-2022