הזדקנות של חומרים פולימריים

חומרים פולימריים נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה בצורה של ציפויים וחלקים שלמים. הם מתייחסים ל חומרי בידוד חשמליים מוצקים... פותחו זנים רבים של פולימרים, אך כולם סובלים מתהליכי התיישנות לא רצויים הפוגעים בעמידותם, במראהם ובחוזקם. ההזדקנות משנה את המבנה וההרכב הכימי של חומרים פולימריים.

הזדקנות פולימרים יכולה להתרחש כתוצאה מגורמים שונים:

• אור (קרינה אולטרה סגולה);

• אוויר (אוזון וחמצן);

• טמפרטורה (גבוהה או נמוכה, כמו גם ההבדלים שלה);

• לַחוּת;

• עומסים מכניים (בלאי, דחיסה ומתח, לחץ בינוני);

• חשיפה לסביבות אגרסיביות (חומצות ובסיסים);

• חשיפה למיקרואורגניזמים;

• מהשפעתם של כמה מהגורמים לעיל.

פולימרים הם תרכובות במשקל מולקולרי גבוה ומנגנון ההזדקנות שלהם נובע בעיקר מתהליך ההרס של שרשראות מקרומולקולריות.

ישנם שני סוגי הרס - כאוטי ושרשרת.במקרה של הרס אקראי מתרחשת קרע של מקרומולקולות ויצירת תרכובות יציבות במשקל מולקולרי מופחת על פי חוק אקראי. לפי מנגנון זה, ההרס הכימי של פולימרים נובע מפעולת חומצות, בסיסים וריאגנטים.

הרס השרשרת מוביל למספר פעולות של פירוק המולקולות על פי תהליכים מסוימים, מנגנון כזה של הזדקנות פולימר מופעל בדרך כלל על ידי השפעת אנרגיה גבוהה (טמפרטורה, אור וקרינה).

חקר בעיית ההזדקנות של פולימרים מסובך על ידי העובדה שטבעם ומבנהם שונים, בהתאמה, תהליכי ההרס של שרשראות מולקולריות שונות. אין גם שיטות לחשבונאות רב-גורמית של תנאים סביבתיים המובילים להזדקנות.

כקריטריונים המאפיינים את עמידותם של חומרים פולימריים להתיישנות, נעשה שימוש במושגי הפעולה (שימור תכונות פולימריות המבטיחות את יכולת השירות של המוצר) ותקופת שימור התכונות התפעוליות.

ישנן 3 שיטות להגן על פולימרים מפני הזדקנות:

1) הגנה אקטיבית,

2) הגנה פסיבית,

3) בשילוב.

הגנה אקטיבית על פולימרים פירושה הפחתת השפעת גורמי ההזדקנות. שיטות פסיביות כוללות דרכים שונות להגביר את היציבות של פולימרים באמצעות תוספים מייצבים, שואבי רדיקלים חופשיים, שואבי מוצרי הזדקנות פעילים, מייצבי אור, נוגדי חמצון, נוגדי אוזוננטים, מעכבי בעירה, אנטי רדיקלים, חומרים נגד קרינה בלחץ מכני, מעכבי קורוזיה וביוצידים עם ייצוב נכסים.כמו כן, נעשה שימוש בציפויים מגן, אשר עמידים יותר להזדקנות מאשר החומר הפולימרי הבסיסי.

מייצבי האור הפשוטים ביותר של פולימרים הם תחמוצת ברזל (תכולה של עד 1%), פחמן שחור, phthalocyanine (עד 0.1%) ותרכובות קומפלקס ניקל.

מייצבים נוגדי חמצון הם משני סוגים: מניעת פירוק של הידרופרוקסידים ושבירת שרשרת התגובות הכימיות החמצוניות.

בין נוגדי החמצון שעוצרים את ההרס ניתן לבודד נוגדי חמצון מסוג פנולי ואמינים וכן מרקפטנים, סולפידים ותיופוספטים. החדרת שני סוגי נוגדי החמצון לפולימר מגבירה את אפקט האנטי אייג'ינג.

לרוב, יצרני חומרים פולימריים מייצרים גם סוגים שונים של מייצבים. ניתן להבחין בין החומרים הבאים מיצרנים זרים של חומרי גלם: Arkema, צרפת (Thermolite), Baerlocher, גרמניה (מייצבים על בסיס CaZn, Pb, CaOrg, Sn, BaZn) , Chemtura, ארה"ב (מעכב בעירה HBCD, Firemaster, מייצבי PVC Mark, Lowilite, מעכבי Naugard 300-E, נוגדי חמצון Alkanox, Anox, Weston), Ciba, שוויץ (נוגד חמצון IRGANOX, מייצב IRGAFOS), מייצבי PVC של חברת Ika הגרמנית, וכו '