Os materiais poliméricos são hoje amplamente utilizados em manufatura de alta tecnologia, informação eletrônica, transporte, eficiência energética em edifícios, aeroespacial, defesa nacional e muitos outros campos, devido às suas excelentes propriedades, como leveza, alta resistência, resistência à temperatura e resistência à corrosão. Isso não só proporciona um amplo mercado para a nova indústria de materiais poliméricos, como também impõe exigências mais elevadas em relação à sua qualidade, confiabilidade e capacidade de garantia.
Portanto, a busca por maximizar a funcionalidade de produtos de materiais poliméricos, em consonância com os princípios de economia de energia, baixa emissão de carbono e desenvolvimento ecológico, tem recebido cada vez mais atenção. Além disso, o envelhecimento é um fator importante que afeta a confiabilidade e a durabilidade dos materiais poliméricos.
A seguir, analisaremos o que é o envelhecimento de materiais poliméricos, os tipos de envelhecimento, os fatores que o causam, os principais métodos de prevenção do envelhecimento e o antienvelhecimento de cinco tipos comuns de plásticos.
A. Envelhecimento do plástico
As características estruturais e o estado físico dos materiais poliméricos, bem como fatores externos como calor, luz, oxigênio térmico, ozônio, água, ácidos, álcalis, bactérias e enzimas durante o uso, fazem com que eles estejam sujeitos à degradação ou perda de desempenho durante a aplicação.
Isso não só causa desperdício de recursos, podendo inclusive provocar acidentes maiores devido a falhas de funcionamento, como também a decomposição do material causada pelo seu envelhecimento pode poluir o meio ambiente.
O envelhecimento dos materiais poliméricos durante o uso tem maior probabilidade de causar grandes desastres e perdas irreparáveis.
Portanto, o combate ao envelhecimento de materiais poliméricos tornou-se um problema que a indústria de polímeros precisa resolver.
B. Tipos de envelhecimento de materiais poliméricos
Existem diferentes fenômenos e características de envelhecimento devido às diferentes espécies de polímeros e às diferentes condições de uso. Em geral, o envelhecimento de materiais poliméricos pode ser categorizado nos quatro tipos de alterações a seguir.
01 Alterações na aparência
Manchas, pontos, linhas prateadas, rachaduras, esbranquiçamento, aspecto calcário, pegajosidade, deformação, olhos de peixe, rugas, encolhimento, queimaduras, distorção óptica e alterações ópticas de cor.
02 Alterações nas propriedades físicas
Incluindo solubilidade, intumescimento, propriedades reológicas e alterações na resistência ao frio, resistência ao calor, permeabilidade à água, permeabilidade ao ar e outras propriedades.
03 Alterações nas propriedades mecânicas
Alterações na resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao cisalhamento, resistência ao impacto, alongamento relativo, relaxamento de tensão e outras propriedades.
04 Alterações nas propriedades elétricas
Tais como resistência superficial, resistência volumétrica, constante dielétrica, rigidez dielétrica e outras alterações.
C. Análise microscópica do envelhecimento de materiais poliméricos
Os polímeros formam estados excitados de moléculas na presença de calor ou luz e, quando a energia é suficientemente alta, as cadeias moleculares se rompem para formar radicais livres, que podem iniciar reações em cadeia dentro do polímero e continuar a degradá-lo, podendo também causar ligações cruzadas.
Se houver oxigênio ou ozônio presentes no ambiente, uma série de reações de oxidação também são induzidas, formando hidroperóxidos (ROOH) e se decompondo ainda mais em grupos carbonila.
Se íons metálicos residuais do catalisador estiverem presentes no polímero, ou se íons metálicos como cobre, ferro, manganês e cobalto forem introduzidos durante o processamento ou uso, a reação de degradação oxidativa do polímero será acelerada.
D. O principal método para melhorar o desempenho antienvelhecimento
Atualmente, existem quatro métodos principais para melhorar e aprimorar o desempenho antienvelhecimento de materiais poliméricos, conforme descrito a seguir.
01 Proteção física (espessamento, pintura, composto de camada externa, etc.)
O envelhecimento de materiais poliméricos, especialmente o envelhecimento foto-oxidativo, inicia-se na superfície dos materiais ou produtos, manifestando-se como descoloração, esbranquiçamento, fissuras, diminuição do brilho, etc., e gradualmente se propaga para o interior. Produtos finos são mais propensos a falhas prematuras do que produtos espessos, portanto, a vida útil dos produtos pode ser prolongada aumentando sua espessura.
Para produtos propensos ao envelhecimento, uma camada de revestimento resistente às intempéries pode ser aplicada na superfície, ou uma camada de material resistente às intempéries pode ser incorporada à camada externa dos produtos, de modo que uma camada protetora seja fixada à superfície dos produtos para retardar o processo de envelhecimento.
02 Aprimoramento da tecnologia de processamento
Em muitos materiais, durante o processo de síntese ou preparação, existe também o problema do envelhecimento. Por exemplo, a influência do calor durante a polimerização, o envelhecimento térmico e por oxigênio durante o processamento, etc. Assim, a influência do oxigênio pode ser atenuada pela adição de um dispositivo de desaerificação ou um dispositivo de vácuo durante a polimerização ou o processamento.
No entanto, esse método só pode garantir o desempenho do material na fábrica e só pode ser implementado a partir da fonte de preparação do material, não resolvendo o problema de envelhecimento durante o reprocessamento e uso.
03 Projeto estrutural ou modificação de materiais
Muitos materiais macromoleculares possuem grupos que sofrem envelhecimento em sua estrutura molecular, portanto, através do projeto da estrutura molecular do material, a substituição desses grupos por grupos que não sofrem envelhecimento pode frequentemente apresentar um efeito benéfico.
04 Adição de aditivos antienvelhecimento
Atualmente, a maneira mais eficaz e comum de melhorar a resistência ao envelhecimento de materiais poliméricos é adicionar aditivos antienvelhecimento, que são amplamente utilizados devido ao baixo custo e à não necessidade de alterar o processo de produção existente. Existem duas maneiras principais de adicionar esses aditivos antienvelhecimento.
Os aditivos antienvelhecimento (em pó ou líquido) são misturados diretamente com resina e outras matérias-primas após a extrusão, granulação ou moldagem por injeção, etc. Este é um método de adição simples e fácil, amplamente utilizado pela maioria das fábricas de granulação e moldagem por injeção.
Data da publicação: 26/10/2022