Polimerni materiali se danes pogosto uporabljajo v vrhunski proizvodnji, elektronskih informacijah, transportu, varčevanju z energijo v stavbah, vesoljski industriji, nacionalni obrambi in mnogih drugih področjih zaradi svojih odličnih lastnosti, kot so majhna teža, visoka trdnost, temperaturna odpornost in odpornost proti koroziji. To ne le zagotavlja širok tržni prostor za novo industrijo polimernih materialov, temveč postavlja tudi višje zahteve glede njihove kakovosti, zanesljivosti in garancijske sposobnosti.
Zato se vse več pozornosti posveča temu, kako maksimirati delovanje polimernih materialov v skladu z načelom varčevanja z energijo, nizkoogljičnega in ekološkega razvoja. Staranje je pomemben dejavnik, ki vpliva na zanesljivost in trajnost polimernih materialov.
Nato si bomo ogledali, kaj je staranje polimernih materialov, vrste staranja, dejavnike, ki povzročajo staranje, glavne metode proti staranju in pet splošnih vrst plastike proti staranju.
A. Staranje plastike
Strukturne značilnosti in fizikalno stanje samih polimernih materialov ter njihovi zunanji dejavniki, kot so toplota, svetloba, toplotni kisik, ozon, voda, kisline, alkalije, bakterije in encimi, med uporabo povzročijo, da se njihove lastnosti poslabšajo ali izgubijo med uporabo.
To ne povzroča le potrate virov in lahko zaradi funkcionalne okvare povzroči celo večje nesreče, temveč lahko tudi razgradnja materiala zaradi staranja onesnaži okolje.
Staranje polimernih materialov med uporabo lahko povzroči velike nesreče in nepopravljive izgube.
Zato je preprečevanje staranja polimernih materialov postalo problem, ki ga mora rešiti polimerna industrija.
B. Vrste staranja polimernih materialov
Zaradi različnih vrst polimerov in različnih pogojev uporabe obstajajo različni pojavi in značilnosti staranja. Na splošno lahko staranje polimernih materialov razdelimo na naslednje štiri vrste sprememb.
01 Spremembe videza
Madeži, lise, srebrne črte, razpoke, glazura, kreda, lepljivost, upogibanje, ribje oči, gubanje, krčenje, ožganost, optično popačenje in optične spremembe barve.
02 Spremembe fizikalnih lastnosti
Vključno s topnostjo, nabrekanjem, reološkimi lastnostmi in spremembami odpornosti na mraz, odpornosti na toploto, prepustnosti vode, prepustnosti zraka in drugimi lastnostmi.
03 Spremembe mehanskih lastnosti
Spremembe natezne trdnosti, upogibne trdnosti, strižne trdnosti, udarne trdnosti, relativnega raztezka, sproščanja napetosti in drugih lastnosti.
04 Spremembe električnih lastnosti
Kot so površinska upornost, volumska upornost, dielektrična konstanta, električna prebojna trdnost in druge spremembe.
C. Mikroskopska analiza staranja polimernih materialov
Polimeri tvorijo vzbujena stanja molekul v prisotnosti toplote ali svetlobe, in ko je energija dovolj visoka, se molekularne verige prekinejo in tvorijo proste radikale, ki lahko tvorijo verižne reakcije znotraj polimera in še naprej sprožijo razgradnjo ter lahko povzročijo tudi zamreženje.
Če je v okolju prisoten kisik ali ozon, se sproži tudi vrsta oksidacijskih reakcij, pri čemer nastajajo hidroperoksidi (ROOH) in se nadalje razgradijo v karbonilne skupine.
Če so v polimeru prisotni preostali katalizatorski kovinski ioni ali če se med predelavo ali uporabo vnesejo kovinski ioni, kot so baker, železo, mangan in kobalt, se bo reakcija oksidativne razgradnje polimera pospešila.
D. Glavna metoda za izboljšanje učinkovitosti proti staranju
Trenutno obstajajo štiri glavne metode za izboljšanje in povečanje učinkovitosti polimernih materialov proti staranju, kot sledi.
01 Fizična zaščita (odebelitev, barvanje, spojina zunanje plasti itd.)
Staranje polimernih materialov, zlasti fotooksidativno staranje, se začne na površini materialov ali izdelkov, kar se kaže kot razbarvanje, kredanje, razpoke, zmanjšanje sijaja itd., nato pa postopoma prodira globlje v notranjost. Tanki izdelki pogosteje odpovedo prej kot debeli izdelki, zato je mogoče življenjsko dobo izdelkov podaljšati z odebelitvijo izdelkov.
Pri izdelkih, ki so nagnjeni k staranju, se lahko na površino nanese ali premaže plast vremensko odpornega premaza ali pa se na zunanjo plast izdelkov nanese plast vremensko odpornega materiala, tako da se na površino izdelkov pritrdi zaščitna plast, ki upočasni proces staranja.
02 Izboljšanje tehnologije predelave
Pri mnogih materialih se v procesu sinteze ali priprave pojavlja tudi problem staranja. Na primer, vpliv toplote med polimerizacijo, termično in kisikovo staranje med obdelavo itd. Vpliv kisika se lahko upočasni z dodajanjem naprave za odzračevanje ali vakuumske naprave med polimerizacijo ali obdelavo.
Vendar pa lahko ta metoda zagotovi delovanje materiala le v tovarni, in to metodo je mogoče izvesti le iz vira priprave materiala in ne more rešiti problema staranja med predelavo in uporabo.
03 Strukturna zasnova ali modifikacija materialov
Številni makromolekularni materiali imajo v molekularni strukturi skupine, ki se starajo, zato lahko z zasnovo molekularne strukture materiala zamenjava skupin, ki se starajo, z ne-starajočimi skupinami pogosto doseže dober učinek.
04 Dodajanje dodatkov proti staranju
Trenutno je učinkovit in pogost način za izboljšanje odpornosti polimernih materialov proti staranju dodajanje dodatkov proti staranju, ki se pogosto uporabljajo zaradi nizkih stroškov in ni potrebe po spreminjanju obstoječega proizvodnega procesa. Obstajata dva glavna načina dodajanja teh dodatkov proti staranju.
Dodatki proti staranju (prašek ali tekočina) ter smola in druge surovine se neposredno mešajo in mešajo po ekstruzijski granulaciji ali brizganju itd. To je preprost in enostaven način dodajanja, ki ga večina peletirnic in brizgalk pogosto uporablja.
Čas objave: 26. oktober 2022