고분자 소재는 경량, 고강도, 내열성, 내식성 등 우수한 특성 덕분에 고급 제조, 전자 정보, 운송, 건물 에너지 절약, 항공우주, 국방 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이는 새로운 고분자 소재 산업에 폭넓은 시장 기회를 제공할 뿐만 아니라, 품질, 성능, 신뢰성, 그리고 보증 능력에 대한 더욱 높은 기준을 제시합니다.
따라서 에너지 절약, 저탄소, 생태 개발의 원칙에 따라 고분자 소재 제품의 기능을 극대화하는 방법에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있습니다. 노화는 고분자 소재의 신뢰성과 내구성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.
다음으로, 폴리머 소재의 노화란 무엇인지, 노화의 종류, 노화를 유발하는 요인, 주요 노화 방지 방법, 그리고 5대 일반 플라스틱의 노화 방지에 대해 살펴보겠습니다.
A. 플라스틱 노화
고분자 소재 자체의 구조적 특성과 물리적 상태, 그리고 사용 과정에서 열, 빛, 열산소, 오존, 물, 산, 알칼리, 박테리아, 효소 등 외부 요인에 의해 성능이 저하되거나 손실될 수 있습니다.
이는 자원 낭비를 초래할 뿐만 아니라, 기능적 고장으로 인해 더 큰 사고를 일으킬 수도 있고, 노후화로 인한 재료 분해로 인해 환경을 오염시킬 수도 있습니다.
폴리머 소재는 사용 과정에서 노화가 일어나면 큰 재해와 회복 불가능한 손실이 발생할 가능성이 더 큽니다.
따라서 폴리머 소재의 노화 방지는 폴리머 산업이 해결해야 할 문제가 되었습니다.
B. 고분자 재료 노화의 종류
다양한 고분자 종류와 사용 조건에 따라 노화 현상과 특성이 다르게 나타납니다. 일반적으로 고분자 재료의 노화는 다음 네 가지 유형의 변화로 분류할 수 있습니다.
01 외모 변화
얼룩, 반점, 은색 선, 균열, 서리, 분필화, 끈적거림, 뒤틀림, 물고기 눈, 주름, 수축, 그을림, 광학적 왜곡 및 광학적 색상 변화.
02 물리적 특성의 변화
용해도, 팽창도, 유동 특성, 내한성, 내열성, 투수성, 공기 투과성 등의 특성 변화를 포함합니다.
03 기계적 성질의 변화
인장강도, 굽힘강도, 전단강도, 충격강도, 상대신장률, 응력완화 및 기타 특성의 변화.
04 전기적 특성의 변화
표면 저항, 체적 저항, 유전율, 전기 파괴 강도 등의 변화입니다.
C. 고분자 재료의 노화에 대한 미시적 분석
폴리머는 열이나 빛이 존재할 때 분자의 들뜬 상태를 형성하고, 에너지가 충분히 높으면 분자 사슬이 끊어져 자유 라디칼을 형성합니다. 자유 라디칼은 폴리머 내에서 연쇄 반응을 일으켜 분해를 계속 시작하고 가교를 일으킬 수도 있습니다.
환경에 산소나 오존이 존재하는 경우 일련의 산화 반응도 유발되어 과산화수소(ROOH)를 형성하고, 더 나아가 카르보닐기로 분해됩니다.
폴리머에 촉매 금속 이온이 잔류하거나, 가공이나 사용 중에 구리, 철, 망간, 코발트 등의 금속 이온이 유입되면 폴리머의 산화 분해 반응이 촉진됩니다.
D. 노화방지 성능을 향상시키는 주요 방법
현재, 폴리머 소재의 노화방지 성능을 개선하고 향상시키는 주요 방법은 다음과 같이 4가지가 있습니다.
01 물리적 보호(두꺼워짐, 도장, 외층 합성 등)
고분자 재료의 노화, 특히 광산화 노화는 재료 또는 제품의 표면에서 시작하여 변색, 백화, 균열, 광택 감소 등으로 나타나며, 점차 내부로 깊이 침투합니다. 얇은 제품은 두꺼운 제품보다 조기에 파손될 가능성이 높으므로, 제품을 두껍게 하면 제품의 수명을 연장할 수 있습니다.
노화되기 쉬운 제품의 경우, 표면에 내후성 코팅층을 도포하거나 코팅할 수 있으며, 제품의 바깥층에 내후성 소재층을 합성하여 제품 표면에 보호층을 부착함으로써 노화 과정을 늦출 수 있습니다.
02 가공기술 향상
많은 재료의 합성 또는 제조 과정에서 노화 문제가 발생합니다. 예를 들어, 중합 중 열의 영향, 가공 중 열 및 산소 노화 등이 있습니다. 따라서 중합 또는 가공 중 탈기 장치나 진공 장치를 추가하면 산소의 영향을 줄일 수 있습니다.
그러나 이 방법은 공장에서 재료의 성능을 보장할 수 있을 뿐이며, 이 방법은 재료의 공급원에서만 구현할 수 있고, 재가공 및 사용 중에 발생하는 노화 문제를 해결할 수 없습니다.
03 구조 설계 또는 재료 변경
많은 거대 분자 재료는 분자 구조에 노화 그룹을 가지고 있기 때문에 재료의 분자 구조를 설계하여 노화 그룹을 노화되지 않는 그룹으로 대체하면 종종 좋은 효과를 낼 수 있습니다.
04 노화방지 첨가제 첨가
현재 고분자 소재의 내노화성을 향상시키는 효과적이고 일반적인 방법은 노화 방지 첨가제를 첨가하는 것입니다. 노화 방지 첨가제는 비용이 저렴하고 기존 생산 공정을 변경할 필요가 없기 때문에 널리 사용됩니다. 노화 방지 첨가제를 첨가하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다.
노화방지 첨가제(분말 또는 액상)와 수지 및 기타 원료를 압출 과립화 또는 사출 성형 등을 거쳐 직접 혼합하여 첨가하는 방식입니다. 이는 첨가 방법이 간단하고 쉬우며, 대부분의 펠릿화 및 사출 성형 공장에서 널리 사용되고 있습니다.
게시 시간: 2022년 10월 26일