تُستخدم مواد البوليمر الآن على نطاق واسع في التصنيع المتطور والمعلومات الإلكترونية والنقل وتوفير الطاقة في المباني والفضاء والدفاع الوطني والعديد من المجالات الأخرى بسبب خصائصها الممتازة مثل الوزن الخفيف والقوة العالية ومقاومة درجات الحرارة ومقاومة التآكل. وهذا لا يوفر مساحة سوقية واسعة لصناعة مواد البوليمر الجديدة فحسب، بل يضع أيضًا متطلبات أعلى لأداء الجودة ومستوى الموثوقية وقدرة الضمان.
ولذلك، فإن كيفية تعظيم وظيفة منتجات مادة البوليمر بما يتماشى مع مبدأ توفير الطاقة وانخفاض الكربون والتنمية البيئية تحظى باهتمام متزايد. والشيخوخة عامل مهم يؤثر على موثوقية ومتانة مواد البوليمر.
بعد ذلك، سوف ننظر إلى ما هو شيخوخة المواد البوليمرية، وأنواع الشيخوخة، والعوامل المسببة للشيخوخة، والطرق الرئيسية لمكافحة الشيخوخة ومكافحة الشيخوخة لخمسة مواد بلاستيكية عامة.
أ. شيخوخة البلاستيك
إن الخصائص الهيكلية والحالة الفيزيائية لمواد البوليمر نفسها وعواملها الخارجية مثل الحرارة والضوء والأكسجين الحراري والأوزون والماء والأحماض والقلويات والبكتيريا والإنزيمات في عملية الاستخدام تجعلها عرضة لتدهور الأداء أو الخسارة في العملية من التطبيق.
ولا يؤدي هذا إلى إهدار الموارد فحسب، بل قد يتسبب في حوادث أكبر بسبب فشلها الوظيفي، ولكن أيضًا تحلل المادة الناتج عن تقادمها قد يؤدي أيضًا إلى تلويث البيئة.
من المرجح أن يتسبب تقادم مواد البوليمر أثناء عملية الاستخدام في حدوث كوارث كبيرة وخسائر لا يمكن إصلاحها.
لذلك، أصبحت مقاومة شيخوخة مواد البوليمر مشكلة يتعين على صناعة البوليمر حلها.
ب. أنواع تقادم مادة البوليمر
هناك ظواهر وخصائص مختلفة للشيخوخة بسبب اختلاف أنواع البوليمر وظروف الاستخدام المختلفة. بشكل عام، يمكن تصنيف عمر مواد البوليمر إلى الأنواع الأربعة التالية من التغييرات.
01 التغييرات في المظهر
البقع، البقع، الخطوط الفضية، الشقوق، الصقيع، الطباشير، اللزوجة، الاعوجاج، عيون السمكة، التجاعيد، الانكماش، الحارقة، التشوه البصري وتغير اللون البصري.
02 التغيرات في الخصائص الفيزيائية
بما في ذلك الذوبان والانتفاخ والخصائص الريولوجية والتغيرات في مقاومة البرد ومقاومة الحرارة ونفاذية الماء ونفاذية الهواء وغيرها من الخصائص.
03 التغيرات في الخواص الميكانيكية
التغيرات في قوة الشد، قوة الانحناء، قوة القص، قوة التأثير، الاستطالة النسبية، استرخاء الإجهاد وغيرها من الخصائص.
04 التغيرات في الخواص الكهربائية
مثل مقاومة السطح ومقاومة الحجم وثابت العزل الكهربائي وقوة الانهيار الكهربائي وغيرها من التغييرات.
ج. التحليل المجهري لشيخوخة المواد البوليمرية
تشكل البوليمرات حالات مثارة للجزيئات في وجود الحرارة أو الضوء، وعندما تكون الطاقة عالية بدرجة كافية، تنكسر السلاسل الجزيئية لتشكل جذور حرة، والتي يمكن أن تشكل تفاعلات متسلسلة داخل البوليمر وتستمر في بدء التحلل وقد تسبب أيضًا تقاطعات ربط.
في حالة وجود الأكسجين أو الأوزون في البيئة، يتم أيضًا تحفيز سلسلة من تفاعلات الأكسدة، مما يشكل هيدرو بيروكسيدات (ROOH) ويتحلل بشكل أكبر إلى مجموعات كربونيل.
إذا كانت أيونات المعادن المحفزة المتبقية موجودة في البوليمر، أو إذا تم إحضار أيونات معدنية مثل النحاس والحديد والمنغنيز والكوبالت أثناء المعالجة أو الاستخدام، فسيتم تسريع تفاعل التحلل التأكسدي للبوليمر.
د. الطريقة الرئيسية لتحسين الأداء المضاد للشيخوخة
في الوقت الحاضر، هناك أربع طرق رئيسية لتحسين وتعزيز أداء مكافحة الشيخوخة لمواد البوليمر على النحو التالي.
01 الحماية المادية (التسميك، الطلاء، مركب الطبقة الخارجية، إلخ.)
تبدأ شيخوخة مواد البوليمر، وخاصة الشيخوخة المؤكسدة الضوئية، من سطح المواد أو المنتجات، والتي تتجلى في تغير اللون، والطباشير، والتشقق، وانخفاض اللمعان، وما إلى ذلك، ثم تتعمق تدريجيًا إلى الداخل. من المرجح أن تفشل المنتجات الرقيقة في وقت أبكر من المنتجات السميكة، لذلك يمكن إطالة عمر خدمة المنتجات عن طريق زيادة سماكة المنتجات.
بالنسبة للمنتجات المعرضة للشيخوخة، يمكن تطبيق أو طلاء طبقة من الطلاء المقاوم للعوامل الجوية على السطح، أو يمكن تركيب طبقة من المواد المقاومة للعوامل الجوية على الطبقة الخارجية للمنتجات، بحيث يمكن لصق طبقة واقية عليها سطح المنتجات لإبطاء عملية الشيخوخة.
02 تحسين تكنولوجيا المعالجة
العديد من المواد في عملية التوليف أو التحضير، وهناك أيضا مشكلة الشيخوخة. على سبيل المثال، تأثير الحرارة أثناء البلمرة، والشيخوخة الحرارية والأكسجين أثناء المعالجة، وما إلى ذلك. وبالتالي، يمكن إبطاء تأثير الأكسجين عن طريق إضافة جهاز نزع الهواء أو جهاز التفريغ أثناء البلمرة أو المعالجة.
ومع ذلك، لا يمكن لهذه الطريقة ضمان أداء المادة إلا في المصنع، ولا يمكن تنفيذ هذه الطريقة إلا من مصدر تحضير المادة، ولا يمكنها حل مشكلة تقادمها أثناء إعادة المعالجة والاستخدام.
03 التصميم الإنشائي أو تعديل المواد
تحتوي العديد من المواد الجزيئية الكبيرة على مجموعات شيخوخة في البنية الجزيئية، لذلك من خلال تصميم البنية الجزيئية للمادة، يمكن لاستبدال مجموعات الشيخوخة بالمجموعات غير الشيخوخة أن يلعب في كثير من الأحيان تأثيرًا جيدًا.
04 إضافة إضافات مضادة للشيخوخة
في الوقت الحاضر، الطريقة الفعالة والطريقة الشائعة لتحسين مقاومة الشيخوخة لمواد البوليمر هي إضافة إضافات مضادة للشيخوخة، والتي تستخدم على نطاق واسع بسبب التكلفة المنخفضة وعدم الحاجة إلى تغيير عملية الإنتاج الحالية. هناك طريقتان رئيسيتان لإضافة هذه الإضافات المضادة للشيخوخة.
يتم خلط المضافات المضادة للشيخوخة (المسحوق أو السائل) والراتنج والمواد الخام الأخرى مباشرة وخلطها بعد التحبيب بالبثق أو القولبة بالحقن، وما إلى ذلك. هذه طريقة بسيطة وسهلة للإضافة، والتي تستخدم على نطاق واسع من قبل غالبية عمليات التكوير و مصانع صب الحقن.
وقت النشر: 26 أكتوبر 2022