ポリマー材料は、軽量、高強度、耐熱性、耐腐食性といった優れた特性を有するため、ハイエンド製造、電子情報、輸送、建築省エネ、航空宇宙、国防など、様々な分野で広く利用されています。これは、新しいポリマー材料産業に広範な市場機会を提供するだけでなく、その品質性能、信頼性、保証能力に対するより高い要求を突きつけています。
そのため、省エネ、低炭素、エコロジー開発の理念に沿って、ポリマー材料製品の機能を最大限に引き出すことがますます重要になっています。そして、経年劣化はポリマー材料の信頼性と耐久性に影響を与える重要な要因です。
次に、高分子材料の老化とは何か、老化の種類、老化を引き起こす要因、老化防止の主な方法、および一般的な 5 つのプラスチックの老化防止について見ていきます。
A. プラスチックの老化
ポリマー材料自体の構造特性と物理的状態、および使用過程における熱、光、熱酸素、オゾン、水、酸、アルカリ、細菌、酵素などの外部要因により、適用過程で性能が低下したり損失したりする可能性があります。
これは資源の無駄になるだけでなく、機能不全により大きな事故を引き起こす可能性もあるだけでなく、経年劣化による材質の分解により環境を汚染する可能性もあります。
ポリマー材料は使用過程において劣化が進むと、大きな災害や取り返しのつかない損失を引き起こす可能性が高くなります。
そのため、ポリマー材料の老化防止はポリマー業界が解決しなければならない課題となっています。
B. ポリマー材料の老化の種類
ポリマーの種類や使用条件によって、老化現象や特性は異なります。一般的に、ポリマー材料の老化は以下の4つの変化に分類できます。
01 外見の変化
汚れ、シミ、銀線、ひび割れ、霜降り、白亜化、べたつき、反り、フィッシュアイ、しわ、縮み、焦げ、光学的歪み、光学的色の変化。
02 物理的性質の変化
溶解性、膨潤性、レオロジー特性、耐寒性、耐熱性、透水性、通気性などの特性の変化を含みます。
03 機械的性質の変化
引張強度、曲げ強度、せん断強度、衝撃強度、相対伸び、応力緩和などの特性の変化。
04 電気特性の変化
表面抵抗、体積抵抗、誘電率、絶縁破壊強度などの変化。
C. 高分子材料の老化の顕微鏡的分析
ポリマーは、熱や光の存在下で分子の励起状態を形成し、エネルギーが十分に高くなると、分子鎖が破壊されてフリーラジカルを形成します。これにより、ポリマー内で連鎖反応が形成され、劣化が継続して開始され、架橋を引き起こすこともあります。
環境中に酸素またはオゾンが存在する場合、一連の酸化反応も誘発され、ヒドロペルオキシド（ROOH）が形成され、さらにカルボニル基に分解されます。
ポリマー中に残留触媒金属イオンが存在したり、加工中や使用中に銅、鉄、マンガン、コバルトなどの金属イオンが持ち込まれたりすると、ポリマーの酸化分解反応が加速されます。
D. 抗老化性能を向上させる主な方法
現在、ポリマー材料の耐老化性能を改善・強化するための主な方法は次の 4 つです。
01 物理的保護（増粘、塗装、外層コンパウンドなど）
ポリマー材料の劣化、特に光酸化劣化は、材料または製品の表面から始まり、変色、白亜化、ひび割れ、光沢の低下などとして現れ、徐々に内部へと進行します。薄い製品は厚い製品よりも早く故障する可能性が高いため、製品を厚くすることで製品の耐用年数を延ばすことができます。
老化しやすい製品の場合、表面に耐候性コーティング層を塗布またはコーティングしたり、製品の外層に耐候性材料の層を配合したりすることで、製品の表面に保護層を取り付け、老化プロセスを遅らせることができます。
02 加工技術の向上
多くの材料は、合成または調製プロセスにおいて老化の問題を抱えています。例えば、重合中の熱の影響、加工中の熱および酸素による老化などです。そのため、重合または加工中に脱気装置や真空装置を追加することで、酸素の影響を遅らせることができます。
しかし、この方法では工場での材料の性能しか保証できず、材料の準備段階からしか実行できず、再処理および使用中の劣化の問題を解決することはできません。
03 構造設計または材料の変更
多くの高分子材料は分子構造内に老化基を持っているため、材料の分子構造の設計を通じて、老化基を非老化基に置き換えると、多くの場合良い効果を発揮することができます。
04 抗老化添加剤の添加
現在、ポリマー材料の耐老化性を向上させる効果的かつ一般的な方法は、老化防止添加剤を添加することです。これは、コストが低く、既存の製造プロセスを変更する必要がないため、広く利用されています。これらの老化防止添加剤を添加する方法は主に2つあります。
老化防止添加剤（粉末または液体）と樹脂およびその他の原料を、押出造粒または射出成形など後に直接混合して混合します。これはシンプルで簡単な添加方法であり、ほとんどのペレット化および射出成形プラントで広く使用されています。
投稿日時: 2022年10月26日