중합체 재료의 노화 현상 (플라스틱 제품)
December 06, 2024
중합체 물질에는 플라스틱, 고무, 섬유, 필름, 접착제 및 코팅이 포함됩니다. 그것들은 전통적인 구조물보다 많은 잠재적 특성을 가지고 있기 때문에 군사 및 민간 제품 분야에서 점점 더 광범위하게 사용됩니다.
그러나 가공, 보관 및 사용 과정에서 빛, 열, 산소, 물, 고 에너지 방사선, 화학 및 생물학적 침식 및 기타 내부 및 외부 요인의 결합 된 영향으로 인해 중합체 물질의 화학 조성 및 구조 일련의 변화를 겪을 것이고, 물리적 특성은 단단하고 끈적 끈적하고 부서지기 쉬운, 변색, 강도 손실 등과 같이 그에 따라 변할 것입니다.이 현상은 중합체 물질의 노화입니다.
중합체 물질의 노화의 본질은 물리적 구조 또는 화학 구조의 변화를 말하며, 이는 재료의 성능의 점진적인 감소와 그로부터의 사용 값의 손실로 나타납니다. 중합체 물질의 노화 실패는 중합체 물질의 추가 개발 및 적용을 제한하는 주요 문제 중 하나가되었다.
노화 현상
다른 품종의 중합체 물질과 다른 사용 조건으로 인해 다른 노화 현상과 특성이 있습니다. 예를 들어, 태양과 비 후 농업 플라스틱 필름은 변색, 브리티스, 투명성 감소가 발생합니다. 오랜은 패턴, 투명성 감소를 사용한 후 항공 플렉시 글라스; 장기 사용 후 고무 제품의 탄력성은 장기 사용 후 감소, 경화, 균열 또는 부드럽고 끈적 끈적해진다. 장기 사용 후 페인트, 빛의 손실, 가루, 거품, 껍질 등.
노화 현상은 다음 네 가지 변화로 요약 될 수 있습니다.
1. 외관이 변경됩니다
얼룩, 반점, 실버, 균열, 프로스팅, 가루, 끈적 끈적 함, 뒤틀림, 어안, 주름, 수축, 성가신, 광학 왜곡 및 광 색상 변화가 발생합니다.
2. 물리적 특성이 변경됩니다
용해도, 붓기, 유변학 적 특성 및 냉간 저항, 내열성, 물 투과성, 공기 투과성 및 기타 성능 변화를 포함합니다.
3, 기계적 특성 변화
인장 강도, 굽힘 강도, 전단 강도, 충격 강도, 상대 신장, 응력 완화 및 기타 특성 변화.
4, 전기 성능이 변경됩니다
표면 저항, 부피 저항, 유전 상수, 파괴 강도 및 기타 변화와 같은.
노화 요인
중합체 물질의 물리적 특성은 화학 구조 및 응집 상태 구조와 밀접한 관련이있다.
화학적 구조는 공유 결합에 의해 연결된 거대 분자의 장쇄 구조이며, 응집 구조는 결정질, 비 모성, 결정에 의해 분자간 힘에 의해 배열되고 쌓인 많은 거대 분자의 공간 구조이다. 골재 구조를 유지하는 분자간 힘은 이온 결합력, 금속 결합력, 공유 결합력 및 반 데르 발스 힘을 포함한다.
환경 적 요인은 분자간 힘의 변화, 심지어 사슬의 파손 또는 일부 그룹의 추락으로 이어질 것이며, 이는 결국 재료의 골재 구조를 파괴하고 재료의 물리적 특성을 변화시킬 것입니다. 중합체 재료의 노화에 영향을 미치는 두 가지 요인이 일반적으로 있습니다 : 내부 요인 및 외부 요인.
본질적인 요인
1. 중합체의 화학 구조
폴리머의 노화는 화학 구조와 밀접한 관련이 있으며 화학 구조의 약한 결합은 외부 요인에 의해 쉽게 영향을 받고 자유 라디칼이됩니다. 이 자유 라디칼은 급진적 반응의 출발점입니다.
2. 물리적 형태
중합체의 분자 결합 중 일부는 주문되고 일부는 무질서합니다. 정렬 된 분자 결합은 결정질 영역을 형성 할 수 있으며, 무질서한 분자 결합은 비정질 영역이다. 많은 폴리머의 형태는 결정질 및 비정질 영역과 함께 균일하지 않지만 반 결정질입니다. 노화 반응은 비정질 영역에서 시작됩니다.
3, 3 차원 통합
중합체의 입체 신혈은 그의 결정 성과 밀접한 관련이있다. 일반적으로, 구조화 된 폴리머는 랜덤 폴리머보다 더 나은 노화 저항성을 갖는다.
4, 분자량 및 분포
일반적으로, 중합체의 분자량은 노화와 거의 관계가 없으며, 분자량의 분포는 중합체의 노화 성능에 큰 영향을 미치며, 분포가 더 넓을수록 분포가 더 넓기 때문에 나이가 더 쉽습니다. , 최종 그룹이 많을수록 노화 반응을 일으킬 수 있습니다.
5, 미량 금속 불순물 및 기타 불순물
중합체가 가공 될 때, 금속과 접촉해야하며, 미량 금속과 혼합 될 수 있거나 중합에서 일부 금속 촉매가 남아있어 자동 산화의 개시 (즉, 노화)에 영향을 미칩니다.
외부 요인
1. 온도의 영향
온도가 증가하면 중합체 사슬의 움직임이 강화됩니다. 화학 결합의 해리 에너지가 초과되면, 중합체 사슬 또는 그룹 흘림의 열 분해를 유발할 것이다. 현재, 중합체 물질의 열 분해가 광범위하게보고되었다. 온도의 감소는 종종 재료의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 기계적 특성과 밀접한 관련된 임계 온도 지점에는 유리 전이 온도, 점성 유동 온도 및 융점이 포함됩니다. 물질의 물리적 상태는 유리 상태, 높은 탄성 상태 및 점성 흐름 상태로 나눌 수 있습니다.
2, 습도의 영향
중합체 물질에 대한 습도의 영향은 물질에 물의 팽창 및 용해에 기인 할 수 있으므로, 중합체 물질의 응집 구조를 유지하는 분자간 힘이 변화하여 재료의 응집 상태를 파괴 할 수있다. 특히 십자형 비정형 중합체의 경우 습도의 영향은 매우 명백하여 팽창 및 심지어 고분자 물질의 응집 상태 붕해를 유발하여 재료의 성능을 손상시킬 수 있습니다. 결정질 형태의 플라스틱 또는 섬유의 경우, 습도의 효과는 물 침투 한계의 존재로 인해 그다지 명백하지 않습니다.
3. 산소의 효과
산소는 중합체 물질의 노화의 주요 원인입니다. 산소의 투과성으로 인해, 결정질 중합체는 비정질 중합체보다 산화에 더 내성이있다. 산소는 먼저 이중 결합, 하이드 록실, 수소 및 기타 그룹 또는 3 차 탄소 원자의 원자와 같은 중합체 주 사슬의 약한 링크를 공격하여 중합체 퍼 옥시 라디칼 또는 퍼 옥사이드를 형성 한 다음이 부분에서 주간의 파손을 유발합니다. 중증의 경우, 중합체의 분자량은 유의하게 감소하고, 유리 전이 온도가 감소하고, 중합체는 점성이된다. 자유 라디칼로 쉽게 분해되는 일부 개시제 또는 전이 금속의 존재 하에서, 산화 반응은 강화되는 경향이있다.
4, 가벼운 노화
중합체가 빛에 의해 조사되는지 여부는 분자 사슬의 파괴를 유발할 수있다. 분자 사슬의 파괴는 광 에너지의 상대적 크기 및 해리 에너지 및 광파에 대한 중합체 화학 구조의 감도에 의존 할 수있다. 오존층의 존재와 지구 표면의 대기로 인해지면에 도달 할 수있는 태양 광의 파장 범위는 290 ~ 4300nm이며, 광파 에너지는 자외선에서 화학 결합의 해리 에너지보다 큽니다. 폴리머 화학 결합의 골절을 유발하는 영역.
예를 들어, 300 ~ 400nm의 자외선 파장은 카르 보닐기 및 이중 결합을 함유하는 중합체에 의해 흡수 될 수 있고, 거대 분자 사슬이 파손되고 화학 구조가 변화되고 재료 특성이 악화된다; 폴리에틸렌 테레 프탈레이트는 280nm UV의 강한 흡수를 가지며, 분해 생성물은 주로 CO, H 및 CH이다. CC 결합 만 함유하는 폴리올레핀은 UV 흡수가 없지만, 카르 보닐기, 불포화 결합, 히드로 옥사이드 그룹, 촉매 잔류 물, 아로마 학 및 전이 금속 원소와 같은 소량의 불순물이 존재하므로 폴리올레핀의 광분진 반응을 촉진 할 수있다.
5, 화학 매체의 영향
화학 배지는 중합체 물질의 내부에 침투하는 경우에만 역할을 할 수 있으며, 이러한 역할에는 공유 결합의 역할과 2 차 결합의 역할이 포함됩니다. 공유 결합의 작용은 사슬 파괴, 가교, 첨가 또는 이들 효과의 조합으로 나타나며, 이는 돌이킬 수없는 화학 공정이다. 화학 배지에 의한 2 차 원자가 결합의 파괴는 화학 구조의 변화를 일으키지 않지만, 재료의 골재 구조는 변할 것이며, 물리적 특성은 그에 따라 변할 것이다.
환경 스트레스 균열, 용해 균열, 가소 화 및 기타 물리적 변화는 중합체 물질의 화학 노화의 전형적인 표현입니다.
용해 균열을 제거하는 방법은 재료의 내부 응력을 제거하고 재료의 성형 후 어닐링은 재료의 내부 응력을 제거하는 데 도움이됩니다. 소성 화는 액체 배지와 중합체 물질 사이의 연속 접촉의 경우, 중합체와 소분자 배지 사이의 상호 작용은 중합체 사이의 상호 작용을 부분적으로 대체하여 중합체 사슬 세그먼트가 이동하기가 더 쉽고, 이는 유리 전이 온도가 감소하고, 재료의 강도, 경도 및 탄성 계수가 감소하고, 파손시 신장이 증가합니다.
6. 생물학적 노화
플라스틱 제품은 거의 모두 가공 공정에서 다양한 첨가제를 사용하기 때문에 종종 영양소의 곰팡이 공급원이됩니다. 곰팡이가 자라면 표면과 플라스틱 내부의 영양소를 흡수하고 균사체가되어 도체이기도하여 플라스틱의 단열재가 줄어들고 중량이 변하고 심한 껍질이 발생합니다. 곰팡이 성장의 대사 산물에는 유기산과 독소가 포함되어 있으며, 이는 플라스틱 끈적 끈적한, 변색, 브랜드 니스 및 마감 감소가 이루어지며,이 곰팡이가 많은 플라스틱과 장기간 접촉 할 것입니다.
다당류 천연 폴리머 및 이들의 변형 된 화합물은 일반 플라스틱과 혼합 변형을 통해 분해 가능한 일회용 필름, 시트, 용기, 거품 제품 등으로 가공 될 수있다. 폐기물은 자연 환경에 널리 존재하는 아밀라제 및 기타 다당류 천연 중합체 분해 효소의 중재에 의해 소분자 화합물로 점차적으로 가수 분해 될 수있다. 결국 오염이없는 이산화탄소와 물로 분해되어 생물권으로 돌아갑니다. 이러한 장점에 기초하여, 전분에 의해 대표되는 다당류 천연 중합체 화합물은 여전히 분해성 플라스틱의 중요한 부분이다.
