ปัจจุบันวัสดุพอลิเมอร์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตขั้นสูง ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ การขนส่ง การประหยัดพลังงานในอาคาร การบินและอวกาศ การป้องกันประเทศ และสาขาอื่นๆ อีกมากมาย เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น น้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง ทนทานต่ออุณหภูมิ และการกัดกร่อน ซึ่งไม่เพียงแต่เปิดตลาดให้อุตสาหกรรมวัสดุพอลิเมอร์ใหม่มีตลาดที่กว้างขวางเท่านั้น แต่ยังสร้างมาตรฐานที่สูงขึ้นในด้านประสิทธิภาพด้านคุณภาพ ระดับความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการรับประกัน
ดังนั้น การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานของผลิตภัณฑ์วัสดุพอลิเมอร์ให้สอดคล้องกับหลักการประหยัดพลังงาน การพัฒนาคาร์บอนต่ำ และการพัฒนาเชิงนิเวศจึงได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ และความเสื่อมสภาพตามกาลเวลาเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความน่าเชื่อถือและความทนทานของวัสดุพอลิเมอร์
ต่อไปเราจะมาดูว่าวัสดุโพลีเมอร์เกิดการเสื่อมสภาพอย่างไร ประเภทของความเสื่อมสภาพ ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ วิธีการหลักในการป้องกันการเสื่อมสภาพ และการป้องกันการเสื่อมสภาพของพลาสติกทั่วไป 5 ประเภท
ก. การเสื่อมสภาพของพลาสติก
ลักษณะโครงสร้างและสถานะทางกายภาพของวัสดุโพลีเมอร์เองและปัจจัยภายนอก เช่น ความร้อน แสง ออกซิเจนความร้อน โอโซน น้ำ กรด ด่าง แบคทีเรีย และเอนไซม์ในกระบวนการใช้งานทำให้ประสิทธิภาพลดลงหรือสูญเสียไปในกระบวนการใช้งาน
สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการสูญเสียทรัพยากรเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุที่ร้ายแรงยิ่งขึ้นเนื่องจากความล้มเหลวในการใช้งาน แต่การสลายตัวของวัสดุที่เกิดจากการเสื่อมสภาพยังอาจก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย
การเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ในระหว่างการใช้งานมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดภัยพิบัติครั้งใหญ่และการสูญเสียที่ไม่สามารถแก้ไขได้
ดังนั้น การป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์จึงกลายเป็นปัญหาที่อุตสาหกรรมโพลีเมอร์ต้องแก้ไข
ข. ประเภทของการเสื่อมสภาพของวัสดุพอลิเมอร์
ปรากฏการณ์และลักษณะการเสื่อมสภาพของวัสดุพอลิเมอร์แต่ละชนิดและสภาพการใช้งานที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันไป โดยทั่วไปแล้ว การเสื่อมสภาพของวัสดุพอลิเมอร์สามารถแบ่งได้เป็น 4 ประเภท ดังนี้
01 การเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์
คราบ จุด เส้นเงิน รอยแตก รอยน้ำตาล รอยชอล์ก ความเหนียว การโก่งตัว ตาปลา ริ้วรอย การหดตัว การไหม้ การบิดเบือนทางแสง และการเปลี่ยนแปลงสีทางแสง
02 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพ
รวมถึงความสามารถในการละลาย การบวม คุณสมบัติการไหล และการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานความเย็น ความต้านทานความร้อน การซึมผ่านของน้ำ การซึมผ่านของอากาศ และคุณสมบัติอื่นๆ
03 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเชิงกล
การเปลี่ยนแปลงของความแข็งแรงแรงดึง ความแข็งแรงการดัด ความแข็งแรงการเฉือน ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก การยืดสัมพันธ์ การคลายความเครียด และคุณสมบัติอื่นๆ
04 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้า
เช่น ความต้านทานพื้นผิว ความต้านทานปริมาตร ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ความแข็งแรงการสลายตัวของไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ
C. การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์
พอลิเมอร์สร้างสถานะที่กระตุ้นของโมเลกุลเมื่อมีความร้อนหรือแสง และเมื่อมีพลังงานสูงเพียงพอ โซ่โมเลกุลก็จะแตกออกเพื่อสร้างอนุมูลอิสระ ซึ่งสามารถสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ภายในพอลิเมอร์และเริ่มการสลายตัวต่อไป และอาจก่อให้เกิดการเชื่อมโยงกันได้ด้วย
หากมีออกซิเจนหรือโอโซนอยู่ในสิ่งแวดล้อม ก็จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้นเป็นไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (ROOH) และสลายตัวต่อไปเป็นกลุ่มคาร์บอนิล
หากมีไอออนโลหะตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหลืออยู่ในพอลิเมอร์ หรือหากมีการนำไอออนโลหะ เช่น ทองแดง เหล็ก แมงกานีส และโคบอลต์ เข้ามาในระหว่างการประมวลผลหรือการใช้งาน ปฏิกิริยาการสลายตัวแบบออกซิเดชันของพอลิเมอร์จะเร่งขึ้น
D. วิธีการหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพการต่อต้านวัย
ในปัจจุบันมีวิธีการหลักสี่วิธีในการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพในการต่อต้านการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ ดังต่อไปนี้
01 การป้องกันทางกายภาพ (การเพิ่มความหนา การทาสี การผสมชั้นนอก ฯลฯ)
การเสื่อมสภาพของวัสดุพอลิเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเสื่อมสภาพจากปฏิกิริยาออกซิเดชันจากแสง (photo-oxidative aging) เริ่มต้นจากพื้นผิวของวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ ซึ่งแสดงอาการเปลี่ยนสี ลอกร่อน แตกร้าว ความเงาลดลง ฯลฯ จากนั้นจะค่อยๆ ลุกลามลึกลงไปถึงภายใน ผลิตภัณฑ์บางมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพเร็วกว่าผลิตภัณฑ์หนา ดังนั้นการเพิ่มความข้นจึงช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ได้
สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีแนวโน้มเสื่อมสภาพได้ง่าย สามารถทาหรือเคลือบชั้นเคลือบป้องกันสภาพอากาศบนพื้นผิว หรืออาจผสมวัสดุป้องกันสภาพอากาศลงบนชั้นนอกของผลิตภัณฑ์ เพื่อสร้างชั้นป้องกันบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เพื่อชะลอการเกิดริ้วรอย
02 การปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผล
วัสดุหลายชนิดในกระบวนการสังเคราะห์หรือเตรียมสาร มักมีปัญหาเรื่องการเสื่อมสภาพ เช่น อิทธิพลของความร้อนระหว่างกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน การเสื่อมสภาพจากความร้อนและออกซิเจนระหว่างกระบวนการ เป็นต้น ดังนั้น อิทธิพลของออกซิเจนจึงสามารถชะลอลงได้โดยการเพิ่มอุปกรณ์ไล่อากาศหรืออุปกรณ์สุญญากาศระหว่างกระบวนการพอลิเมอไรเซชันหรือกระบวนการ
อย่างไรก็ตาม วิธีนี้สามารถรับประกันประสิทธิภาพของวัสดุที่โรงงานได้เท่านั้น และวิธีการนี้สามารถทำได้จากแหล่งที่มาของการเตรียมวัสดุเท่านั้น และไม่สามารถแก้ปัญหาการเสื่อมสภาพระหว่างการแปรรูปและการใช้งานได้
03 การออกแบบโครงสร้างหรือการปรับเปลี่ยนวัสดุ
วัสดุโมเลกุลขนาดใหญ่หลายชนิดมีกลุ่มที่เสื่อมสภาพในโครงสร้างโมเลกุล ดังนั้น การออกแบบโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุจึงสามารถแทนที่กลุ่มที่เสื่อมสภาพด้วยกลุ่มที่ไม่เสื่อมสภาพได้ ซึ่งมักจะส่งผลดี
04 การเติมสารต่อต้านวัย
ปัจจุบัน วิธีที่มีประสิทธิภาพและวิธีการที่นิยมใช้กันทั่วไปในการปรับปรุงความทนทานต่อการเสื่อมสภาพของวัสดุพอลิเมอร์คือการเติมสารเติมแต่งป้องกันการเสื่อมสภาพ ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีต้นทุนต่ำและไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงกระบวนการผลิตเดิม มีสองวิธีหลักในการเติมสารเติมแต่งป้องกันการเสื่อมสภาพเหล่านี้
สารเติมแต่งป้องกันการเสื่อมสภาพ (ผงหรือของเหลว) และเรซินและวัตถุดิบอื่น ๆ จะถูกผสมและผสมกันโดยตรงหลังจากการอัดรีด การอัดเม็ดหรือการฉีดขึ้นรูป ฯลฯ นี่เป็นวิธีการเติมที่ง่ายและสะดวก ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานอัดเม็ดและฉีดขึ้นรูปส่วนใหญ่
เวลาโพสต์: 26 ต.ค. 2565