Vật liệu polymer hiện đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cao cấp, thông tin điện tử, vận tải, tiết kiệm năng lượng xây dựng, hàng không vũ trụ, quốc phòng và nhiều lĩnh vực khác nhờ những đặc tính ưu việt như trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn. Điều này không chỉ mở ra thị trường rộng lớn cho ngành công nghiệp vật liệu polymer mới mà còn đặt ra những yêu cầu cao hơn về hiệu suất chất lượng, độ tin cậy và khả năng bảo hành.
Do đó, việc làm thế nào để tối đa hóa chức năng của sản phẩm vật liệu polymer theo nguyên tắc tiết kiệm năng lượng, ít carbon và phát triển sinh thái đang ngày càng được quan tâm. Và lão hóa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ tin cậy và độ bền của vật liệu polymer.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét quá trình lão hóa của vật liệu polyme là gì, các loại lão hóa, các yếu tố gây lão hóa, các phương pháp chống lão hóa chính và chống lão hóa của năm loại nhựa thông thường.
A. Lão hóa nhựa
Đặc điểm cấu trúc và trạng thái vật lý của vật liệu polyme cũng như các yếu tố bên ngoài như nhiệt, ánh sáng, oxy nhiệt, ozon, nước, axit, kiềm, vi khuẩn và enzym trong quá trình sử dụng khiến chúng dễ bị suy giảm hoặc mất hiệu suất trong quá trình ứng dụng.
Điều này không chỉ gây lãng phí tài nguyên, thậm chí có thể gây ra nhiều tai nạn hơn do lỗi chức năng, mà sự phân hủy vật liệu do lão hóa cũng có thể gây ô nhiễm môi trường.
Sự lão hóa của vật liệu polyme trong quá trình sử dụng rất dễ gây ra những thảm họa lớn và tổn thất không thể khắc phục.
Do đó, việc chống lão hóa vật liệu polymer đã trở thành vấn đề mà ngành công nghiệp polymer phải giải quyết.
B. Các loại lão hóa vật liệu polyme
Tùy thuộc vào từng loại polyme và điều kiện sử dụng khác nhau mà hiện tượng lão hóa và đặc điểm lão hóa có thể khác nhau. Nhìn chung, quá trình lão hóa của vật liệu polyme có thể được phân loại thành bốn loại thay đổi sau.
01 Thay đổi về ngoại hình
Vết bẩn, đốm, đường bạc, vết nứt, sương giá, phấn hóa, dính, cong vênh, mắt cá, nhăn, co rút, cháy xém, biến dạng quang học và thay đổi màu sắc quang học.
02 Sự thay đổi tính chất vật lý
Bao gồm độ hòa tan, độ trương nở, tính chất lưu biến và những thay đổi về khả năng chịu lạnh, chịu nhiệt, thấm nước, thấm khí và các tính chất khác.
03 Thay đổi về tính chất cơ học
Thay đổi về độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền cắt, độ bền va đập, độ giãn dài tương đối, độ giãn ứng suất và các đặc tính khác.
04 Thay đổi tính chất điện
Chẳng hạn như điện trở bề mặt, điện trở thể tích, hằng số điện môi, cường độ điện đánh thủng và các thay đổi khác.
C. Phân tích vi mô quá trình lão hóa của vật liệu polyme
Các polyme tạo thành trạng thái kích thích của các phân tử khi có nhiệt hoặc ánh sáng, và khi năng lượng đủ cao, các chuỗi phân tử sẽ bị phá vỡ để tạo thành các gốc tự do, có thể tạo ra các phản ứng dây chuyền bên trong polyme và tiếp tục bắt đầu quá trình phân hủy và cũng có thể gây ra liên kết chéo.
Nếu có oxy hoặc ozon trong môi trường, một loạt các phản ứng oxy hóa cũng được kích hoạt, tạo thành hydroperoxide (ROOH) và phân hủy thành các nhóm cacbonyl.
Nếu các ion kim loại xúc tác còn sót lại có trong polyme, hoặc nếu các ion kim loại như đồng, sắt, mangan và coban được đưa vào trong quá trình xử lý hoặc sử dụng, phản ứng phân hủy oxy hóa của polyme sẽ được đẩy nhanh.
D. Phương pháp chính để cải thiện hiệu suất chống lão hóa
Hiện nay, có bốn phương pháp chính để cải thiện và nâng cao hiệu suất chống lão hóa của vật liệu polymer như sau.
01 Bảo vệ vật lý (làm dày, sơn, hợp chất lớp ngoài, v.v.)
Quá trình lão hóa của vật liệu polyme, đặc biệt là lão hóa quang oxy hóa, bắt đầu từ bề mặt vật liệu hoặc sản phẩm, biểu hiện bằng sự đổi màu, phấn hóa, nứt nẻ, giảm độ bóng, v.v., sau đó dần dần đi sâu vào bên trong. Sản phẩm mỏng có khả năng hư hỏng sớm hơn sản phẩm dày, do đó có thể kéo dài tuổi thọ của sản phẩm bằng cách làm dày sản phẩm.
Đối với những sản phẩm dễ bị lão hóa, có thể áp dụng hoặc phủ một lớp sơn chống chịu thời tiết lên bề mặt, hoặc có thể phủ một lớp vật liệu chống chịu thời tiết lên lớp ngoài của sản phẩm, để tạo thành một lớp bảo vệ trên bề mặt sản phẩm nhằm làm chậm quá trình lão hóa.
02 Cải tiến công nghệ chế biến
Nhiều vật liệu trong quá trình tổng hợp hoặc chế tạo cũng có vấn đề lão hóa. Ví dụ, ảnh hưởng của nhiệt trong quá trình trùng hợp, lão hóa nhiệt và oxy trong quá trình xử lý, v.v. Do đó, có thể làm chậm ảnh hưởng của oxy bằng cách bổ sung thiết bị khử khí hoặc thiết bị chân không trong quá trình trùng hợp hoặc xử lý.
Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có thể đảm bảo hiệu suất của vật liệu tại nhà máy và chỉ có thể triển khai từ nguồn chuẩn bị vật liệu, không thể giải quyết vấn đề lão hóa trong quá trình tái chế và sử dụng.
03 Thiết kế kết cấu hoặc cải tạo vật liệu
Nhiều vật liệu đại phân tử có nhóm lão hóa trong cấu trúc phân tử, do đó, thông qua thiết kế cấu trúc phân tử của vật liệu, việc thay thế các nhóm lão hóa bằng các nhóm không lão hóa thường có thể mang lại hiệu quả tốt.
04 Thêm phụ gia chống lão hóa
Hiện nay, phương pháp hiệu quả và phổ biến để cải thiện khả năng chống lão hóa của vật liệu polymer là bổ sung phụ gia chống lão hóa. Phụ gia chống lão hóa được sử dụng rộng rãi vì chi phí thấp và không cần thay đổi quy trình sản xuất hiện có. Có hai cách chính để bổ sung các chất phụ gia chống lão hóa này.
Các chất phụ gia chống lão hóa (dạng bột hoặc dạng lỏng) và nhựa cùng các nguyên liệu thô khác được trộn trực tiếp và hỗn hợp sau khi đùn ép tạo hạt hoặc ép phun, v.v. Đây là cách bổ sung đơn giản và dễ dàng, được phần lớn các nhà máy ép phun và tạo viên sử dụng rộng rãi.
Thời gian đăng: 26-10-2022