January 11, 2024
Aldrende fænomen af polymermaterialer (plastprodukter)
Polymermaterialer inkluderer plast, gummi, fibre, film, klæbemidler og belægninger. Fordi de har mange potentielle egenskaber bedre end traditionelle strukturelle materialer, bruges de mere og mere bredt inden for militære og civile produkter.
I processen med behandling, opbevaring og anvendelse på grund af den kombinerede effekt af lys, varme, ilt, vand, højenergi-stråling, kemisk og biologisk erosion og andre interne og eksterne faktorer, den kemiske sammensætning og struktur af polymermaterialer Vil gennemgå en række ændringer, fysiske egenskaber vil også ændre sig i overensstemmelse hermed, såsom hårde, klistrede, sprøde, misfarvning, tab af styrke osv., Dette fænomen er aldring af polymermaterialer.
Essensen af aldring af polymermaterialer henviser til ændringen af fysisk struktur eller kemisk struktur, der manifesteres som den gradvise fald i udførelsen af materialet og tabet af dets værdiforringede værdi. Aldringssvigt af polymermaterialer er blevet et af de vigtigste problemer, der begrænser den videre udvikling og anvendelse af polymermaterialer.
Aldrende fænomen
På grund af de forskellige sorter af polymermaterialer og forskellige anvendelsesbetingelser er der forskellige aldrende fænomener og egenskaber. For eksempel forekommer landbrugsplastfilm efter solen og regnen misfarvning, spredning, gennemsigtighedsnedgang; Luftfart plexiglas efter brug i lang tid sølvmønster, gennemsigtighedsnedgang; Elasticiteten af gummiprodukter falder, hærder, revner eller bliver blød og klistret efter langvarig brug; Maling efter langvarig brug, tab af lys, pulver, boble, skrælning osv.
Det aldrende fænomen kan sammenfattes i de følgende fire ændringer:
1. Udseende ændres
Pletter, pletter, sølvere, revner, frosting, pulverisering, klæbrighed, snoing, fiskeye, rynke, krympning, brændende, optisk forvrængning og optiske farveændringer forekommer.
2. Fysiske egenskaber ændres
Herunder opløselighed, hævelse, reologiske egenskaber og kold modstand, varmemodstand, vandpermeabilitet, luftpermeabilitet og andre ydelsesændringer.
3, mekaniske egenskaber ændres
Trækstyrke, bøjningsstyrke, forskydningsstyrke, påvirkningsstyrke, relativ forlængelse, stressafslapning og andre egenskaber ændres.
4, elektriske ydelser ændringer
Såsom overflademodstand, volumenresistens, dielektrisk konstant, nedbrydningsstyrke og andre ændringer.
Aldrende faktor
De fysiske egenskaber ved polymermaterialer er tæt knyttet til deres kemiske struktur og aggregeringstilstand.
Den kemiske struktur er en lang kædestruktur af makromolekyler forbundet med kovalente bindinger, og aggregeringsstrukturen er en rumlig struktur af mange makromolekyler arrangeret og stablet af intermolekylær kraft, såsom krystallinsk, amorf, krystal-amorphous. De intermolekylære kræfter, der opretholder den samlede struktur, inkluderer ionisk bindingskraft, metallisk bindingskraft, kovalent bindingskraft og van der Waals -kraft.
Miljøfaktorer vil føre til ændring af intermolekylære kræfter, selv kædens pause eller faldet af nogle grupper, som til sidst vil ødelægge materialets samlede struktur og ændre materialets fysiske egenskaber. Der er normalt to faktorer, der påvirker aldring af polymermaterialer: interne faktorer og eksterne faktorer.
Iboende faktor
1. Kemisk struktur af polymer
Aldringen af polymerer er tæt knyttet til deres kemiske struktur, og den svage binding af den kemiske struktur påvirkes let af eksterne faktorer for at bryde og blive frie radikaler. Denne frie radikal er udgangspunktet for radikale reaktioner.
2. Fysisk form
Nogle af de molekylære bindinger af polymeren bestilles, og nogle er forstyrrede. De bestilte molekylære bindinger kan danne krystallinske regioner, og de forstyrrede molekylære bindinger er amorfe regioner. Formen på mange polymerer er ikke ensartet, men halvkrystallinsk med både krystallinske og amorfe regioner. Den aldrende reaktion begynder fra den amorfe region.
3, tredimensionel integration
Stereointegration af polymer er tæt knyttet til dens krystallinitet. Generelt har strukturerede polymerer bedre aldringsmodstand end tilfældige polymerer.
4, molekylvægt og dens distribution
Generelt har polymerens molekylvægt lidt forhold til aldring, og fordelingen af molekylvægt har en stor indflydelse på den aldrende ydeevne af polymeren, jo bredere er fordelingen, jo lettere er det at alder, fordi jo bredere fordel , jo flere slutgrupper, jo lettere er det at forårsage aldringsreaktion.
5, Spor metal urenheder og andre urenheder
Når polymeren behandles, er det nødvendigt at kontakte metallet, og det kan blandes med spormetaller eller i polymerisationen, der er tilbage nogle metalkatalysatorer, hvilket vil påvirke initieringen af automatisk oxidation (dvs. aldring).
Ekstern faktor
1. påvirkningen af temperatur
Når temperaturen øges, intensiveres bevægelsen af polymerkæder. Når dissocieringsenergien af kemiske bindinger er overskredet, vil den forårsage termisk nedbrydning af polymerkæder eller gruppeudgydelse. På nuværende tidspunkt er termisk nedbrydning af polymermaterialer rapporteret i vid udstrækning. Faldet i temperaturen påvirker ofte materialernes mekaniske egenskaber. De kritiske temperaturpunkter, der er tæt knyttet til mekaniske egenskaber, inkluderer glasovergangstemperatur, viskøs strømningstemperatur og smeltepunkt. Materialets fysiske tilstand kan opdeles i glasagtig tilstand, høj elastisk tilstand og viskøs strømningstilstand.
2, indflydelse af fugtighed
Indflydelsen af fugtighed på polymermaterialer kan tilskrives hævelsen og opløsningen af vand på materialet, så de intermolekylære kræfter, der opretholder aggregeringsstrukturen af polymermaterialer, ændrer sig og dermed ødelægger materialets aggregeringstilstand. Især for ikke-crosslinkede amorfe polymerer er påvirkningen af fugtighed ekstremt åbenlyst, hvilket vil forårsage hævelse og endda aggregeringstilstandens opløsning af polymermaterialer, hvilket skader materialets ydeevne. For den krystallinske form af plast eller fibre er virkningen af fugtighed ikke meget åbenlyst på grund af eksistensen af vandindtrængningsbegrænsninger.
3. Effekten af ilt
Oxygen er den vigtigste årsag til aldring af polymermaterialer. På grund af permeabiliteten af ilt er krystallinsk polymer mere resistent over for oxidation end amorf polymer. Oxygen angriber først de svage forbindelser på polymerens hovedkæde, såsom dobbeltbindinger, hydroxyl, brint og andre grupper eller atomer på tertiær carbonatom, danner polymerperoxyradikaler eller peroxider og forårsager derefter pausen af hovedkæden i denne del. I alvorlige tilfælde falder polymerens molekylvægt markant, glasovergangstemperaturen falder, og polymeren bliver viskøs. I nærvær af nogle initiativtagere eller overgangsmetaller, der let nedbrydes til frie radikaler, har oxidationsreaktionen en tendens til at blive intensiveret.
4, let aldring
Hvorvidt polymeren er bestrålet af lys, kan forårsage brud på molekylkæden afhænger af den relative størrelse af lysenergi og dissocieringsenergi og følsomheden af polymerskemisk struktur for lysbølge. På grund af eksistensen af ozonlaget og atmosfæren på jordoverfladen er bølgelængdeområdet for sollys, der kun kan nå jorden 290 ~ 4300nm, og lysbølgeenergien er større end dissocieringsenergien for kemiske bindinger i det ultraviolet Region, der vil forårsage brud på polymerkemiske bindinger.
For eksempel kan den ultraviolette bølgelængde på 300 ~ 400Nm absorberes af polymerer, der indeholder carbonylgrupper og dobbeltbindinger, og den makromolekylære kæde er brudt, den kemiske struktur ændres, og de materielle egenskaber forværres; Polyethylenterephthalat har stærk absorption af 280 nm UV, og nedbrydningsprodukterne er hovedsageligt CO, H og CH. Polyolefin, der kun indeholder CC -bindinger, har ingen UV -absorption, men i nærvær af en lille mængde urenheder, såsom carbonylgrupper, umættede bindinger, hydroperoxidgrupper, katalysatorrester, aromater og overgangsmetalelementer, kan det fremme fotooxideringsreaktionen af polyolefin.
5, påvirkningen af kemiske medier
Det kemiske medium kan kun spille en rolle, hvis det trænger ind i det indre af polymermaterialet, og disse roller inkluderer rollen som kovalente bindinger og rollen som sekundære bindinger. Handlingen af kovalent binding manifesteres som kædebrydning, tværbinding, tilføjelse eller kombinationen af disse effekter, som er en irreversibel kemisk proces. Selvom ødelæggelsen af den sekundære valensbinding fra det kemiske medium ikke forårsager ændring af kemisk struktur, ændres den samlede struktur af materialet, og dets fysiske egenskaber vil ændre sig i overensstemmelse hermed.
Miljøstresskrakning, opløsningskrakning, plasticiserende og andre fysiske ændringer er typiske manifestationer af kemisk aldring af polymermaterialer.
Metoden til at eliminere opløsning af revner er at eliminere materialets indre stress, og udglødning efter støbning af materialet er befordrende for at eliminere materialets indre stress. Plasticisering er tilfældet med kontinuerlig kontakt mellem det flydende medium og polymermaterialet, interaktionen mellem polymeren og det lille molekylemedium erstatter delvist samspillet mellem polymeren, så polymerkædesegmentet er lettere at bevæge sig, hvilket manifesteres som Glasovergangstemperaturen reduceres, styrken, hårdheden og elastisk modul af materialet reduceres, og forlængelsen ved pause øges.
6. Biologisk aldring
Da plastprodukter næsten alle bruger en række tilsætningsstoffer i behandlingsprocessen, bliver de ofte en næringsstofskilde. Når muggen vokser, absorberer det næringsstofferne på overfladen og inde i plasten og bliver mycelium, som også er en leder, så isoleringen af plasten reduceres, vægten ændres, og den alvorlige skræl vil forekomme. Metabolitterne af skimmelvækst indeholder organiske syrer og toksiner, hvilket vil gøre overfladen på plastikken klistret, misfarvning, skørhed og reduceret finish og vil også forårsage langvarig kontakt med denne mugne plast.
Polysaccharid -naturlige polymerer og deres modificerede forbindelser kan behandles til nedbrydelige disponible film, ark, containere, skumningsprodukter osv. Ved hjælp af blanding af ændring med generel plast. Affaldet kan gradvist hydrolyseres i små molekylære forbindelser ved indgriben af amylase og andre polysaccharid -naturlige polymer nedbrydningsenzymer, der er vidt eksisterende i det naturlige miljø. Og til sidst nedbrydes i forureningsfrit kuldioxid og vand og vender tilbage til biosfæren. Baseret på disse fordele er polysaccharid -naturlige polymerforbindelser, der er repræsenteret ved stivelse, stadig en vigtig del af nedbrydning af plast.
