O envelhecimento dos materiais poliméricos de borracha é geralmente inseparável da câmara de teste de envelhecimento. Ocâmara de teste de envelhecimento de ozônioé um equipamento de teste essencial para materiais de borracha. A câmara de teste de envelhecimento por ozônio pode detectar a confiabilidade dos produtos de borracha, detectar seus defeitos e, em seguida, melhorar e aumentar a competitividade do produto, ajudando assim as empresas a controlar custos e aumentar os lucros.
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Os materiais poliméricos incluem plásticos, borracha, fibra, filme, adesivo e revestimento. Devido às suas muitas propriedades potenciais superiores aos materiais estruturais tradicionais, eles são cada vez mais utilizados nos campos militar e civil. Os materiais poliméricos são leves, de alta resistência, boa resistência à corrosão e possuem boas propriedades de proteção. Eles são amplamente utilizados na aviação, automóveis, navios, infraestrutura, produtos militares e outros campos.
No entanto, durante o processamento, armazenamento e utilização, devido aos efeitos combinados de factores internos e externos, tais como luz, calor, oxigénio, água, radiação de alta energia, erosão química e biológica, a composição química e a estrutura dos materiais poliméricos sofrerão uma alteração. série de mudanças, e as propriedades físicas também se deteriorarão, como endurecimento, pegajosidade, fragilidade, descoloração, perda de resistência, etc. Este fenômeno é chamado de envelhecimento de materiais poliméricos. A essência do envelhecimento do material polimérico refere-se às mudanças na estrutura física ou química, que se manifesta como o declínio gradual no desempenho do material e a perda do seu devido valor de uso.
O envelhecimento e a falha dos materiais poliméricos tornaram-se uma das principais questões que restringem o desenvolvimento e a aplicação de materiais poliméricos.
Fenômeno do envelhecimento
Devido às diferentes variedades de polímeros e às diferentes condições de uso, existem diferentes fenômenos e características de envelhecimento. Por exemplo, o filme plástico agrícola muda de cor, torna-se quebradiço e tem transparência reduzida após ser exposto ao sol e à chuva; o plexiglass para aviação desenvolve listras prateadas e reduz a transparência após uso prolongado; os produtos de borracha perdem elasticidade, endurecem, racham ou tornam-se macios e pegajosos após uso prolongado; a tinta perde brilho, em pó, bolhas e descasca após uso prolongado. O fenômeno do envelhecimento pode ser resumido nas seguintes quatro mudanças:
1. Mudanças na aparência
Manchas, manchas, listras prateadas, rachaduras, geada, pó, pegajosidade, empenamento, olhos de peixe, rugas, encolhimento, queimadura, distorção óptica e alterações na cor óptica.
2. Mudanças nas propriedades físicas
Incluindo mudanças na solubilidade, inchaço, propriedades reológicas e resistência ao frio, resistência ao calor, permeabilidade à água e permeabilidade ao ar.
3. Mudanças nas propriedades mecânicas
Mudanças em propriedades como resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao cisalhamento, resistência ao impacto, alongamento relativo e relaxamento de tensão.
4. Mudanças nas propriedades elétricas
Tais como mudanças na resistência superficial, resistência de volume, constante dielétrica e resistência à ruptura elétrica.
Fatores de envelhecimento
As propriedades físicas dos materiais poliméricos estão intimamente relacionadas à sua estrutura química e estrutura agregada. A estrutura química é uma estrutura de cadeia longa de macromoléculas conectadas por ligações covalentes, e a estrutura agregada é uma estrutura espacial na qual muitas macromoléculas são organizadas e empilhadas por forças moleculares, como cristalina, amorfa e cristalina-amorfa.
As forças intermoleculares que mantêm a estrutura agregada incluem forças de ligação iônica, forças de ligação metálica, forças de ligação covalente e forças de van der Waals. Fatores ambientais podem causar alterações nas forças intermoleculares, até mesmo quebra de cadeia ou eliminação de certos grupos, o que acabará por destruir a estrutura agregada do material e alterar as propriedades físicas do material. Geralmente existem dois fatores que afetam o envelhecimento dos materiais poliméricos: fatores internos e fatores externos.
Fatores internos
1. Estrutura química dos polímeros
O envelhecimento dos polímeros está intimamente relacionado com a sua própria estrutura química. As partes de ligação fraca da estrutura química são facilmente afetadas por fatores externos e quebram-se para se tornarem radicais livres. Este radical livre é o ponto de partida para iniciar reações de radicais livres.
2. Forma física
Algumas das ligações moleculares dos polímeros estão organizadas em ordem, enquanto outras estão desordenadas. Ligações moleculares ordenadas podem formar áreas cristalinas, e ligações moleculares organizadas desordenadamente são áreas amorfas. A morfologia de muitos polímeros não é uniforme, mas semicristalina, com áreas cristalinas e amorfas. A reação de envelhecimento começa na área amorfa.
3. Regularidade estereoscópica
A regularidade estereoscópica de um polímero está intimamente relacionada à sua cristalinidade. Geralmente, os polímeros regulares têm melhor resistência ao envelhecimento do que os polímeros aleatórios.
4. Peso molecular e sua distribuição geral
O peso molecular de um polímero tem pouco a ver com o envelhecimento, mas a distribuição do peso molecular tem grande influência no desempenho do envelhecimento do polímero. Quanto mais ampla for a distribuição, mais fácil será envelhecer, porque quanto mais ampla for a distribuição, mais grupos finais e mais fácil será causar reações de envelhecimento.
5. Rastreie impurezas metálicas e outras impurezas
Quando os polímeros são processados, eles entram em contato com metais, e vestígios de metais podem ser misturados, ou alguns catalisadores metálicos podem permanecer durante a polimerização, o que afetará o início da auto-oxidação (isto é, envelhecimento).
Fatores externos
1. A influência da temperatura
À medida que a temperatura aumenta, o movimento das cadeias poliméricas se intensifica. Uma vez excedida a energia de dissociação das ligações químicas, causará degradação térmica das cadeias poliméricas ou eliminação de grupos. Atualmente, há um grande número de relatos na literatura sobre a degradação térmica de materiais poliméricos; quando a temperatura diminui, as propriedades mecânicas do material são frequentemente afetadas. Os pontos críticos de temperatura intimamente relacionados às propriedades mecânicas incluem temperatura de transição vítrea T, temperatura de fluxo viscoso Tf e ponto de fusão Tm. O estado físico do material pode ser dividido em estado vítreo, estado altamente elástico e estado de fluxo viscoso.
2. A influência da umidade
A influência da umidade nos materiais poliméricos pode ser atribuída ao inchaço e à dissolução da água no material, o que altera as forças intermoleculares que mantêm a estrutura agregada do material polimérico, destruindo assim o estado agregado do material. Especialmente para polímeros amorfos não reticulados, a influência da umidade é extremamente óbvia, o que fará com que o material polimérico inche ou mesmo se desintegre no estado agregado, prejudicando assim o desempenho do material; para plásticos ou fibras cristalinas, devido à existência de restrições à penetração de água, a influência da umidade não é muito óbvia.
3. A influência do oxigênio
O oxigênio é a principal causa do envelhecimento dos materiais poliméricos. Devido à permeabilidade ao oxigênio, os polímeros cristalinos são mais resistentes à oxidação do que os polímeros amorfos. O oxigênio primeiro ataca os elos fracos da cadeia principal dos polímeros, como ligações duplas, grupos hidroxila, grupos de hidrogênio ou átomos em átomos de carbono terciários, formando radicais peroxila ou peróxidos do polímero, e então faz com que a cadeia principal se quebre nesta posição. Em casos graves, o peso molecular do polímero diminui significativamente, a temperatura de transição vítrea diminui e o polímero torna-se pegajoso. Na presença de certos iniciadores ou elementos de metais de transição que são facilmente decompostos em radicais livres, existe uma tendência a intensificar a reação de oxidação.
4. Fotoenvelhecimento
Se o polímero é exposto à luz e causa a quebra da cadeia molecular depende do tamanho relativo da energia luminosa e da energia de dissociação e da sensibilidade da estrutura química do polímero às ondas de luz. Devido à presença da camada de ozônio e da atmosfera na superfície da Terra, a faixa de comprimento de onda da luz solar que pode atingir o solo está entre 290 nm e 4300 nm. Somente as ondas de luz na região ultravioleta possuem energia de onda de luz maior que a energia de dissociação das ligações químicas, o que fará com que as ligações químicas dos polímeros se quebrem.
Por exemplo, comprimentos de onda ultravioleta de 300 nm a 400 nm podem ser absorvidos por polímeros contendo grupos carbonila e ligações duplas, causando a quebra de cadeias macromoleculares, a alteração de estruturas químicas e a deterioração das propriedades do material; o tereftalato de polietileno tem uma forte absorção de raios ultravioleta de 280 nm e os produtos de degradação são principalmente CO, H e CH; poliolefinas contendo apenas ligações CC não possuem absorção de raios ultravioleta, mas na presença de uma pequena quantidade de impurezas, como grupos carbonila, ligações insaturadas, grupos hidroperóxidos, resíduos de catalisadores, hidrocarbonetos aromáticos e elementos de metais de transição, podem promover a fotooxidação. reação de poliolefinas.
5. Influência dos meios químicos
Os meios químicos só podem desempenhar um papel quando penetram no interior dos materiais poliméricos. Esses efeitos incluem ligações covalentes e ligações secundárias. O efeito das ligações covalentes se manifesta como cisão da cadeia, reticulação, adição ou uma combinação desses efeitos das cadeias poliméricas. Este é um processo químico irreversível; embora a destruição das ligações secundárias pelos meios químicos não provoque alterações na estrutura química, a estrutura agregada do material mudará, causando alterações correspondentes nas suas propriedades físicas.
Mudanças físicas, como rachaduras por tensão ambiental, rachaduras por dissolução e plastificação são manifestações típicas do envelhecimento em meio químico de materiais poliméricos.
A maneira de eliminar a fissuração por dissolução é eliminar a tensão interna do material. O recozimento após a formação do material conduz à eliminação da tensão interna do material. A plastificação ocorre quando o meio líquido está em contato contínuo com o material polimérico. A interação entre o polímero e o meio de molécula pequena substitui parcialmente a interação entre os polímeros, facilitando a movimentação dos segmentos da cadeia polimérica, o que se manifesta como diminuição da temperatura de transição vítrea, diminuição da resistência, dureza e módulo de elasticidade de o material e um aumento no alongamento na ruptura.
6. Envelhecimento biológico
Como quase todos os produtos plásticos usam uma variedade de aditivos durante o processo de processamento, eles muitas vezes se tornam uma fonte de nutrição para mofo. Quando o mofo cresce, ele absorve nutrientes na superfície e no interior do plástico e se transforma em micélio, que também é condutor, reduzindo o isolamento do plástico, alterando seu peso e descascando em casos graves. Os metabólitos do crescimento de mofo contêm ácidos orgânicos e toxinas, que tornarão a superfície do plástico pegajosa, descolorida, quebradiça e reduzirão a suavidade, e também farão com que as pessoas que têm contato prolongado com esses plásticos mofados contraiam doenças.
Polímeros naturais de polissacarídeos e seus compostos modificados podem ser processados em filmes descartáveis degradáveis, folhas, recipientes, produtos de espuma, etc. através de mistura e modificação com plásticos em geral. Seus resíduos podem ser gradualmente hidrolisados em pequenos compostos moleculares através da intervenção de enzimas de decomposição de polímeros naturais de polissacarídeos, como a amilase, que estão amplamente presentes no ambiente natural, e finalmente decompostos em dióxido de carbono e água livres de poluição, retornando à biosfera. Com base nessas vantagens, os compostos poliméricos naturais polissacarídeos representados pelo amido ainda são um componente importante dos plásticos degradáveis.
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