پدیده پیری مواد پلیمری (محصولات پلاستیکی)

مواد پلیمری شامل پلاستیک ، لاستیک ، الیاف ، فیلم ، چسب و پوشش است. از آنجا که آنها دارای خواص بالقوه زیادی بهتر از مواد ساختاری سنتی هستند ، بیشتر و بیشتر در زمینه محصولات نظامی و غیرنظامی مورد استفاده قرار می گیرند.

با این حال ، در فرآیند پردازش ، ذخیره و استفاده ، به دلیل اثر ترکیبی از نور ، گرما ، اکسیژن ، آب ، تابش انرژی زیاد ، فرسایش شیمیایی و بیولوژیکی و سایر عوامل داخلی و خارجی ، ترکیب شیمیایی و ساختار مواد پلیمری تحت یک سری تغییرات قرار خواهد گرفت ، خصوصیات بدنی نیز به همین ترتیب تغییر خواهد کرد ، مانند سخت ، چسبناک ، شکننده ، تغییر رنگ ، از بین رفتن قدرت و غیره ، این پدیده پیری مواد پلیمری است.

جوهر پیری مواد پلیمری به تغییر ساختار فیزیکی یا ساختار شیمیایی اشاره دارد ، که به عنوان کاهش تدریجی در عملکرد مواد و از دست دادن ارزش استفاده از آن آشکار می شود. عدم موفقیت پیری مواد پلیمری به یکی از مشکلات اساسی تبدیل شده است که توسعه و کاربرد بیشتر مواد پلیمری را محدود می کند.

پدیده پیری

با توجه به انواع مختلف مواد پلیمری و شرایط مختلف استفاده ، پدیده ها و خصوصیات پیری متفاوتی وجود دارد. به عنوان مثال ، فیلم پلاستیکی کشاورزی پس از آفتاب و باران تغییر رنگ ، شستشو ، کاهش شفافیت رخ می دهد. پلکسی گلاس حمل و نقل هوایی پس از استفاده برای یک الگوی نقره ای طولانی مدت ، کاهش شفافیت. خاصیت ارتجاعی محصولات لاستیکی کاهش می یابد ، سخت می شود ، ترک می شود یا بعد از استفاده طولانی مدت نرم و چسبنده می شود. رنگ پس از استفاده طولانی مدت ، از بین رفتن نور ، پودر ، حباب ، لایه برداری و غیره

پدیده پیری را می توان در چهار تغییر زیر خلاصه کرد:

1. ظاهر تغییر می کند

لکه ها ، لکه ها ، سیلورز ، ترک ها ، یخ زدگی ، پودر ، چسبندگی ، پیچ و تاب ، فیش ، چروک ، کوچک شدن ، سوزش ، اعوجاج نوری و تغییر رنگ نوری رخ می دهد.

2. خصوصیات فیزیکی تغییر می کند

از جمله حلالیت ، تورم ، خصوصیات رئولوژیکی و مقاومت در برابر سرما ، مقاومت در برابر حرارت ، نفوذپذیری آب ، نفوذپذیری هوا و سایر تغییرات عملکرد.

3 ، خصوصیات مکانیکی تغییر می کند

استحکام کششی ، قدرت خمش ، مقاومت برشی ، قدرت ضربه ، کشیدگی نسبی ، آرامش استرس و سایر خصوصیات تغییر می کند.

4 ، عملکرد الکتریکی تغییر می کند

مانند مقاومت به سطح ، مقاومت به حجم ، ثابت دی الکتریک ، استحکام تجزیه و سایر تغییرات.

عامل پیری

خصوصیات فیزیکی مواد پلیمری از نزدیک با ساختار شیمیایی و ساختار حالت تجمع آنها ارتباط نزدیکی دارد.

ساختار شیمیایی یک ساختار زنجیره ای طولانی از ماکرومولکول ها است که توسط پیوندهای کووالانسی متصل می شوند ، و ساختار تجمع یک ساختار مکانی از بسیاری از ماکرومولکول ها است که توسط نیروی بین مولکولی مرتب شده و جمع می شوند ، مانند کریستالی ، آمورف ، کریستال آمورف. نیروهای بین مولکولی که ساختار کل را حفظ می کنند شامل نیروی پیوند یونی ، نیروی پیوند فلزی ، نیروی پیوند کووالانسی و نیروی ون در والس هستند.

عوامل محیطی منجر به تغییر نیروهای بین مولکولی ، حتی شکستن زنجیره یا سقوط برخی از گروه ها می شود که در نهایت ساختار کل مواد را از بین می برد و خصوصیات فیزیکی مواد را تغییر می دهد. معمولاً دو عامل وجود دارد که بر پیری مواد پلیمری تأثیر می گذارد: عوامل داخلی و عوامل خارجی.

عامل ذاتی

1. ساختار شیمیایی پلیمر

پیری پلیمرها از نزدیک با ساختار شیمیایی آنها ارتباط نزدیکی دارد و پیوند ضعیف ساختار شیمیایی به راحتی توسط عوامل خارجی برای شکستن و تبدیل شدن به رادیکال های آزاد تحت تأثیر قرار می گیرد. این رادیکال آزاد نقطه شروع واکنش های رادیکال است.

2. فرم فیزیکی

برخی از پیوندهای مولکولی پلیمر سفارش داده می شود و برخی از آنها بی نظم هستند. پیوندهای مولکولی مرتب شده می توانند مناطق کریستالی را تشکیل دهند و پیوندهای مولکولی بی نظم مناطق آمورف هستند. شکل بسیاری از پلیمرها یکنواخت نیست ، اما نیمه کریستالی است ، با هر دو منطقه کریستالی و آمورف. واکنش پیری از منطقه آمورف شروع می شود.

3 ، ادغام سه بعدی

استریوناسیون پلیمر از نزدیک با تبلور آن ارتباط دارد. به طور کلی ، پلیمرهای ساختاری نسبت به پلیمرهای تصادفی مقاومت پیری بهتری دارند.

4 ، وزن مولکولی و توزیع آن

به طور کلی ، وزن مولکولی پلیمر رابطه کمی با پیری دارد و توزیع وزن مولکولی تأثیر زیادی در عملکرد پیری پلیمر دارد ، توزیع گسترده تر ، سن آن آسان تر است ، زیرا توزیع گسترده تر است. ، هرچه گروه های انتهایی بیشتر باشد ، باعث واکنش پیری آسان تر می شود.

5 ، ناخالصی های فلزی و سایر ناخالصی ها

هنگامی که پلیمر پردازش می شود ، لازم است با فلز تماس بگیرید و ممکن است با فلزات ردیابی مخلوط شود ، یا در پلیمریزاسیون ، برخی از کاتالیزورهای فلزی باقی بمانند که این امر بر شروع اکسیداسیون اتوماتیک (یعنی پیری) تأثیر می گذارد.

عامل خارجی

1. تأثیر دما

با افزایش دما ، حرکت زنجیره های پلیمری شدت می یابد. پس از تجاوز به انرژی تفکیک پیوندهای شیمیایی ، باعث تخریب حرارتی زنجیره های پلیمری یا ریختن گروه می شود. در حال حاضر ، تخریب حرارتی مواد پلیمری به طور گسترده گزارش شده است. کاهش دما اغلب بر خصوصیات مکانیکی مواد تأثیر می گذارد. نقاط بحرانی که از نزدیک با خواص مکانیکی مرتبط است شامل دمای انتقال شیشه ، دمای جریان چسبناک و نقطه ذوب است. وضعیت فیزیکی مواد را می توان به حالت شیشه ای ، حالت الاستیک بالا و حالت جریان چسبناک تقسیم کرد.

2 ، تأثیر رطوبت

تأثیر رطوبت بر مواد پلیمری را می توان به تورم و انحلال آب بر روی مواد نسبت داد ، به طوری که نیروهای بین مولکولی که ساختار تجمع مواد پلیمری را حفظ می کنند ، تغییر می کنند ، بنابراین وضعیت تجمع مواد را از بین می برد. به خصوص برای پلیمرهای آمورف غیر متقاطع ، تأثیر رطوبت بسیار آشکار است ، که باعث تورم و حتی تجزیه حالت تجمع مواد پلیمری می شود ، بنابراین به عملکرد مواد آسیب می رساند. برای شکل کریستالی پلاستیک یا الیاف ، اثر رطوبت به دلیل وجود محدودیت های نفوذ آب بسیار آشکار نیست.

3. تأثیر اکسیژن

اکسیژن عامل اصلی پیری مواد پلیمری است. با توجه به نفوذپذیری اکسیژن ، پلیمر کریستالی نسبت به پلیمر آمورف در برابر اکسیداسیون مقاوم تر است. اکسیژن ابتدا به پیوندهای ضعیف به زنجیره اصلی پلیمر ، مانند پیوندهای مضاعف ، هیدروکسیل ، هیدروژن و سایر گروهها یا اتم های موجود در اتم کربن سوم حمله می کند و پراکسیررادیلهای پلیمری یا پراکسیدها را تشکیل می دهد و سپس باعث شکستن زنجیره اصلی در این قسمت می شود. در موارد شدید ، وزن مولکولی پلیمر به طور قابل توجهی کاهش می یابد ، دمای انتقال شیشه کاهش می یابد و پلیمر چسبناک می شود. در حضور برخی از مبتکران یا فلزات انتقال که به راحتی در رادیکال های آزاد تجزیه می شوند ، واکنش اکسیداسیون تمایل به شدت دارد.

4 ، پیری نور

این که آیا پلیمر توسط نور تابش می شود می تواند باعث شکستگی زنجیره مولکولی شود ، بستگی به اندازه نسبی انرژی نور و انرژی تفکیک و حساسیت ساختار شیمیایی پلیمر به موج نور دارد. با توجه به وجود لایه ازن و جو روی سطح زمین ، دامنه طول موج نور خورشیدی که می تواند به زمین برسد 4300 نانومتر 290 است و انرژی موج نور بیشتر از انرژی تفکیک شده از پیوندهای شیمیایی فقط در ماوراء بنفش است. منطقه ، که باعث شکستگی پیوندهای شیمیایی پلیمری خواهد شد.

به عنوان مثال ، طول موج ماوراء بنفش از 400 ~ 400 نانومتر می تواند توسط پلیمرهای حاوی گروه های کربونیل و پیوندهای دوتایی جذب شود ، و زنجیره ماکرومولکولی شکسته می شود ، ساختار شیمیایی تغییر می کند و خصوصیات مواد بدتر می شوند. پلی اتیلن تفاتالات دارای جذب قوی 280 نانومتری اشعه ماوراء بنفش است و محصولات تخریب عمدتا CO ، H و CH هستند. پلی الیفین حاوی تنها اوراق قرضه CC هیچ جذب UV ندارد ، اما در صورت وجود مقدار کمی ناخالصی مانند گروه های کربونیل ، پیوندهای اشباع نشده ، گروه های هیدروپراکسید ، باقیمانده کاتالیزور ، آروماتیک و عناصر فلزی انتقال ، می تواند واکنش فتو اکسیداسیون پلیولفین را ترویج کند.

5 ، تأثیر رسانه های شیمیایی

محیط شیمیایی فقط در صورت نفوذ به فضای داخلی مواد پلیمری می تواند نقش داشته باشد و این نقش ها شامل نقش اوراق قرضه کووالانسی و نقش پیوندهای ثانویه است. عمل پیوند کووالانسی به عنوان شکستن زنجیره ای ، اتصال متقابل ، افزودن یا ترکیبی از این اثرات ، که یک فرآیند شیمیایی برگشت ناپذیر است ، آشکار می شود. اگرچه تخریب پیوند ظرفیت ثانویه توسط محیط شیمیایی باعث تغییر ساختار شیمیایی نمی شود ، ساختار کل مواد تغییر می کند و خصوصیات فیزیکی آن به همین ترتیب تغییر می کند.

ترک خوردگی استرس محیطی ، ترک خوردگی انحلال ، پلاستیک سازی و سایر تغییرات فیزیکی تظاهرات معمولی پیری شیمیایی مواد پلیمری است.

روش از بین بردن ترک خوردگی انحلال ، از بین بردن استرس داخلی مواد است و پس از قالب گیری مواد برای از بین بردن استرس داخلی مواد ، کمک می کند. پلاستیک سازی در صورت تماس مداوم بین محیط مایع و مواد پلیمری ، تعامل بین پلیمر و محیط مولکول کوچک تا حدودی تعامل بین پلیمر را جایگزین می کند ، به طوری که بخش زنجیره ای پلیمر برای جابجایی آسان تر است ، که به عنوان آشکار می شود. دمای انتقال شیشه کاهش می یابد ، استحکام ، سختی و مدول الاستیک مواد کاهش می یابد و کشیدگی در هنگام استراحت افزایش می یابد.

6. پیری بیولوژیکی

از آنجا که محصولات پلاستیکی تقریباً همه از انواع مواد افزودنی در فرآیند پردازش استفاده می کنند ، آنها اغلب به یک منبع مغذی قالب تبدیل می شوند. هنگامی که قالب رشد می کند ، مواد مغذی موجود در سطح و داخل پلاستیک را جذب می کند و میسلیوم می شود ، که این یک هادی است ، به طوری که عایق پلاستیک کاهش می یابد ، وزن تغییر می کند و پوست شدید رخ می دهد. متابولیت های رشد قالب حاوی اسیدهای آلی و سموم هستند که باعث می شود سطح پلاستیکی چسبنده ، تغییر رنگ ، شستشو و کاهش به پایان برسد و همچنین باعث تماس طولانی مدت با این پلاستیک کپک زده می شود.

پلیمرهای طبیعی پلی ساکارید و ترکیبات اصلاح شده آنها را می توان با استفاده از ترکیب با پلاستیک های عمومی ، به فیلم های یکبار مصرف ، برگه ها ، ظروف ، محصولات کف و غیره منتقل کرد. با مداخله آمیلاز و سایر آنزیم های تجزیه پلیمر طبیعی پلی ساکارید که به طور گسترده در محیط طبیعی وجود دارد ، می توان زباله ها را به تدریج در ترکیبات مولکولی کوچک هیدرولیز کرد. و سرانجام به دی اکسید کربن و آب بدون آلودگی تقسیم می شود و به زیست کره باز می گردد. بر اساس این مزایا ، ترکیبات پلیمری طبیعی پلی ساکارید که توسط نشاسته نشان داده شده است ، هنوز بخش مهمی از پلاستیک های قابل تجزیه است.