Starnutie polymérnych materiálov

Polymérne materiály sú široko používané v priemysle vo forme povlakov a celých častí. Odvolávajú sa na pevné elektroizolačné materiály… Bolo vyvinutých mnoho druhov polymérov, ale všetky trpia nežiaducimi procesmi starnutia, ktoré zhoršujú ich trvanlivosť, vzhľad a pevnosť. Starnutím sa mení štruktúra a chemické zloženie polymérnych materiálov.

K starnutiu polymérov môže dôjsť v dôsledku rôznych faktorov:

• svetlo (ultrafialové žiarenie);

• vzduch (ozón a kyslík);

• teplota (vysoká alebo nízka, ako aj jej rozdiely);

• vlhkosť;

• mechanické zaťaženie (opotrebenie, stlačenie a napätie, stredný tlak);

• vystavenie agresívnemu prostrediu (kyseliny a zásady);

• vystavenie mikroorganizmom;

• od vplyvu viacerých vyššie uvedených faktorov.

Polyméry sú zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou a mechanizmus ich starnutia je spôsobený najmä procesom deštrukcie makromolekulových reťazcov.

Existujú dva druhy ničenia – chaotické a reťazové.V prípade náhodnej deštrukcie dochádza k prasknutiu makromolekúl a tvorbe stabilných zlúčenín so zníženou molekulovou hmotnosťou podľa náhodného zákona. Podľa tohto mechanizmu je chemická deštrukcia polymérov spôsobená pôsobením kyselín, zásad a činidiel.

Deštrukcia reťazca vedie k niekoľkým aktom rozpadu molekúl podľa určitých procesov, pričom takýto mechanizmus starnutia polyméru je zvyčajne spúšťaný vplyvom vysokej energie (teplota, svetlo a žiarenie).

Štúdium problému starnutia polymérov je komplikované skutočnosťou, že ich povaha a štruktúra sú odlišné, respektíve procesy deštrukcie molekulových reťazcov sú odlišné. Neexistujú ani metódy na multifaktorové účtovanie environmentálnych podmienok vedúcich k starnutiu.

Ako kritériá charakterizujúce odolnosť polymérnych materiálov voči starnutiu sa používajú koncepty prevádzky (zachovanie vlastností polyméru, ktoré zaručujú použiteľnosť výrobku) a doba zachovania prevádzkových vlastností.

Existujú 3 spôsoby ochrany polymérov pred starnutím:

1) aktívna ochrana,

2) pasívna ochrana,

3) kombinované.

Aktívna ochrana polymérov znamená zníženie vplyvu faktorov starnutia. Pasívne metódy zahŕňajú rôzne spôsoby zvýšenia stability polymérov pomocou stabilizačných prísad, lapačov voľných radikálov, lapačov aktívnych produktov starnutia, svetelných stabilizátorov, antioxidantov, antiozonantov, retardérov horenia, antiradikálov, antiradiačných činidiel pri mechanickom namáhaní, inhibítorov korózie a biocídov so stabilizáciou Vlastnosti.Používajú sa aj ochranné nátery, ktoré sú odolnejšie voči starnutiu ako základný polymérny materiál.

Najjednoduchšími svetelnými stabilizátormi polymérov sú oxid železa (obsah do 1 %), sadze, ftalokyanín (do 0,1 %) a komplexné zlúčeniny niklu.

Antioxidačné stabilizátory sú dvoch typov: zabraňujú rozkladu hydroperoxidov a prerušujú reťazec oxidačných chemických reakcií.

Z antioxidantov, ktoré zastavujú deštrukciu, možno izolovať antioxidanty fenolového a amínového typu, ako aj merkaptány, sulfidy a tiofosfáty. Zavedenie oboch typov antioxidantov do polyméru zvyšuje účinok proti starnutiu.

Zvyčajne výrobcovia polymérnych materiálov vyrábajú aj rôzne druhy stabilizátorov.Od zahraničných výrobcov surovín možno odlíšiť tieto materiály: Arkema, Francúzsko (Thermolit), Baerlocher, Nemecko (stabilizátory na báze CaZn, Pb, CaOrg, Sn, BaZn) , Chemtura, USA (antioxidant HBCD, Firemaster, PVC stabilizátory Mark, Lowilite, inhibítory Naugard 300-E, antioxidanty Alkanox, Anox, Weston), Ciba, Švajčiarsko (antioxidant IRGANOX, stabilizátor IRGAFOS), PVC stabilizátory nemeckej firmy Ika, atď.