חומרים פולימריים נמצאים כיום בשימוש נרחב בייצור מתקדם, מידע אלקטרוני, תחבורה, חיסכון באנרגיה בבנייה, תעופה וחלל, הגנה לאומית ותחומים רבים אחרים בזכות תכונותיהם המצוינות כגון משקל קל, חוזק גבוה, עמידות בפני טמפרטורה ועמידות בפני קורוזיה. זה לא רק מספק מרחב שוק רחב לתעשיית חומרי הפולימר החדשים, אלא גם מציב דרישות גבוהות יותר לביצועי האיכות, רמת האמינות ויכולת האחריות שלהם.
לכן, כיצד למקסם את הפונקציה של מוצרי חומרים פולימריים בהתאם לעקרונות של חיסכון באנרגיה, פחמן נמוך ופיתוח אקולוגי זוכה לתשומת לב גוברת. והזדקנות היא גורם חשוב המשפיע על אמינותם ועמידותם של חומרים פולימריים.
לאחר מכן, נבחן מהי הזדקנות של חומרים פולימריים, סוגי ההזדקנות, גורמים הגורמים להזדקנות, השיטות העיקריות למניעת הזדקנות וחמשת סוגי הפלסטיק הכלליים.
א. הזדקנות פלסטית
המאפיינים המבניים והמצב הפיזי של חומרי פולימר עצמם והגורמים החיצוניים שלהם כגון חום, אור, חמצן תרמי, אוזון, מים, חומצה, בסיס, חיידקים ואנזימים בתהליך השימוש הופכים אותם לחשופים לפגיעה בביצועים או אובדן בתהליך היישום.
זה לא רק גורם לבזבוז משאבים, ואף עלול לגרום לתאונות גדולות יותר עקב כשל תפקודי, אלא שגם פירוק החומר הנגרם כתוצאה מהזדקנותו עלול לזהם את הסביבה.
הזדקנות של חומרים פולימריים בתהליך השימוש עלולה לגרום לאסונות גדולים ולהפסדים בלתי הפיכים.
לכן, עמידות בפני הזדקנות של חומרים פולימריים הפכה לבעיה שתעשיית הפולימרים צריכה לפתור.
ב. סוגי הזדקנות חומרי פולימר
ישנן תופעות ומאפייני הזדקנות שונים עקב מיני פולימרים שונים ותנאי שימוש שונים. באופן כללי, ניתן לסווג את ההזדקנות של חומרי פולימר לארבעה סוגי שינויים הבאים.
01 שינויים במראה
כתמים, נקודות, קווי כסף, סדקים, ציפוי, גירוד, דביקות, עיוות, עיני דג, קמטים, הצטמקות, חריכה, עיוות אופטי ושינויי צבע אופטיים.
02 שינויים בתכונות פיזיקליות
כולל מסיסות, נפיחות, תכונות ריאולוגיות ושינויים בעמידות לקור, עמידות לחום, חדירות מים, חדירות אוויר ותכונות אחרות.
03 שינויים בתכונות מכניות
שינויים בחוזק מתיחה, חוזק כיפוף, חוזק גזירה, חוזק פגיעות, התארכות יחסית, הרפיית מאמץ ותכונות אחרות.
04 שינויים בתכונות החשמליות
כגון התנגדות פני השטח, התנגדות נפחית, קבוע דיאלקטרי, חוזק פריצה חשמלית ושינויים אחרים.
ג. ניתוח מיקרוסקופי של הזדקנות חומרים פולימריים
פולימרים יוצרים מצבים מעוררים של מולקולות בנוכחות חום או אור, וכאשר האנרגיה גבוהה מספיק, שרשראות המולקולריות נשברות ויוצרות רדיקלים חופשיים, אשר יכולים ליצור תגובות שרשרת בתוך הפולימר ולהמשיך ליזום פירוק ויכולים גם לגרום לקישור צולב.
אם חמצן או אוזון נמצאים בסביבה, מתרחשת גם סדרה של תגובות חמצון, היוצרות הידרופראוקסידים (ROOH) ומתפרקות לקבוצות קרבוניל.
אם יישארו יוני מתכת של הזרז בפולימר, או אם יוני מתכת כגון נחושת, ברזל, מנגן וקובלט מובאים במהלך העיבוד או השימוש, תגובת הפירוק החמצוני של הפולימר תואץ.
ד. השיטה העיקרית לשיפור ביצועי האנטי-אייג'ינג
כיום, ישנן ארבע שיטות עיקריות לשיפור ושיפור ביצועי האנטי-אייג'ינג של חומרים פולימריים כדלקמן.
01 הגנה פיזית (עיבוי, צביעה, תרכובת שכבה חיצונית וכו')
הזדקנות של חומרים פולימריים, ובמיוחד הזדקנות פוטו-אוקסידטיבית, מתחילה מפני השטח של חומרים או מוצרים, המתבטאת בשינוי צבע, התקררות, סדקים, ירידה בברק וכו', ולאחר מכן מעמיקה בהדרגה פנימה. מוצרים דקים נוטים יותר להיכשל מוקדם יותר מאשר מוצרים עבים, כך שניתן להאריך את חיי השירות של המוצרים על ידי עיבוי המוצרים.
עבור מוצרים הנוטים להזדקנות, ניתן למרוח או לצפות שכבה של ציפוי עמיד בפני מזג אוויר על פני השטח, או להרכיב שכבה של חומר עמיד בפני מזג אוויר על השכבה החיצונית של המוצרים, כך שניתן יהיה לחבר שכבת מגן לפני השטח של המוצרים כדי להאט את תהליך ההזדקנות.
02 שיפור טכנולוגיית העיבוד
חומרים רבים בתהליך הסינתזה או ההכנה קיימת גם בעיית הזדקנות. לדוגמה, השפעת החום במהלך הפילמור, הזדקנות תרמית וחמצנית במהלך העיבוד וכו'. בהתאם לכך, ניתן להאט את השפעת החמצן על ידי הוספת מכשיר להסרת אוויר או מכשיר ואקום במהלך הפילמור או העיבוד.
עם זאת, שיטה זו יכולה להבטיח רק את ביצועי החומר במפעל, ושיטה זו ניתנת ליישום רק ממקור הכנת החומר, ואינה יכולה לפתור את בעיית ההזדקנות שלו במהלך עיבוד מחדש ושימוש.
03 תכנון מבני או שינוי חומרים
לחומרים מקרומולקולריים רבים יש קבוצות הזדקנות במבנה המולקולרי, כך שבאמצעות תכנון המבנה המולקולרי של החומר, החלפת קבוצות ההזדקנות בקבוצות שאינן מזדקנות יכולה לעתים קרובות להשפיע לטובה.
04 הוספת תוספים אנטי אייג'ינג
כיום, הדרך היעילה והשיטה הנפוצה לשיפור עמידות ההזדקנות של חומרים פולימריים היא הוספת תוספים אנטי אייג'ינג, הנמצאים בשימוש נרחב בשל עלותם הנמוכה וחוסר הצורך בשינוי תהליך הייצור הקיים. ישנן שתי דרכים עיקריות להוספת תוספים אנטי אייג'ינג אלה.
תוספי אנטי אייג'ינג (אבקה או נוזל) ושרף וחומרי גלם אחרים מעורבבים ישירות לאחר גרגירים שחול או הזרקה וכו'. זוהי דרך פשוטה וקלה להוספה, הנמצאת בשימוש נרחב על ידי רוב מפעלי הזרקה וייצור כדוריות.
זמן פרסום: 26 באוקטובר 2022