Invecchiamento dei materiali polimerici

I materiali polimerici sono ampiamente utilizzati nell'industria sotto forma di rivestimenti e parti intere. Si riferiscono a materiali isolanti elettrici solidi… Sono state sviluppate molte varietà di polimeri, ma tutti soffrono di processi di invecchiamento indesiderati che ne degradano la durata, l'aspetto e la resistenza. L'invecchiamento modifica la struttura e la composizione chimica dei materiali polimerici.

L'invecchiamento dei polimeri può verificarsi a causa di vari fattori:

• luce (radiazione ultravioletta);

• aria (ozono e ossigeno);

• temperatura (alta o bassa, così come le sue differenze);

• umidità;

• carichi meccanici (usura, compressione e trazione, media pressione);

• esposizione ad ambienti aggressivi (acidi e basi);

• esposizione a microrganismi;

• dall'influenza di molti dei suddetti fattori.

I polimeri sono composti ad alto peso molecolare e il meccanismo del loro invecchiamento è dovuto principalmente al processo di distruzione delle catene macromolecolari.

Esistono due tipi di distruzione: caotica e a catena.Nel caso di distruzione casuale, la rottura delle macromolecole e la formazione di composti stabili di ridotto peso molecolare avviene secondo una legge casuale. Secondo questo meccanismo, la distruzione chimica dei polimeri è dovuta all'azione di acidi, basi e reagenti.

La distruzione della catena porta a diversi atti di disintegrazione delle molecole secondo determinati processi, tale meccanismo di invecchiamento del polimero è solitamente innescato dall'influenza di alta energia (temperatura, luce e radiazioni).

Lo studio del problema dell'invecchiamento dei polimeri è complicato dal fatto che la loro natura e struttura sono diverse, rispettivamente, i processi di distruzione delle catene molecolari sono diversi. Non esistono inoltre metodi per la contabilizzazione multifattoriale delle condizioni ambientali che portano all'invecchiamento.

Come criteri che caratterizzano la resistenza dei materiali polimerici all'invecchiamento, vengono utilizzati i concetti di funzionamento (conservazione delle proprietà polimeriche che garantiscono la funzionalità del prodotto) e il periodo di conservazione delle proprietà operative.

Esistono 3 metodi per proteggere i polimeri dall'invecchiamento:

1) protezione attiva,

2) protezione passiva,

3) combinato.

Protezione attiva dei polimeri significa ridurre l'impatto dei fattori di invecchiamento. I metodi passivi includono vari modi per aumentare la stabilità dei polimeri utilizzando additivi stabilizzanti, scavenger di radicali liberi, scavenger di prodotti di invecchiamento attivo, stabilizzanti alla luce, antiossidanti, antiozonanti, ritardanti di fiamma, antiradicali, agenti antiradiazioni sotto stress meccanico, inibitori della corrosione e biocidi con stabilizzazione Proprietà.Inoltre, vengono utilizzati rivestimenti protettivi, che sono più resistenti all'invecchiamento rispetto al materiale polimerico di base.

I più semplici stabilizzanti alla luce dei polimeri sono l'ossido di ferro (contenuto fino all'1%), il nerofumo, la ftalocianina (fino allo 0,1%) e i composti complessi di nichel.

Gli stabilizzanti antiossidanti sono di due tipi: prevengono la decomposizione degli idroperossidi e spezzano la catena delle reazioni chimiche ossidative.

Tra gli antiossidanti che bloccano la distruzione si possono isolare antiossidanti di tipo fenolico e amminico, oltre a mercaptani, solfuri e tiofosfati. L'introduzione di entrambi i tipi di antiossidanti nel polimero migliora l'effetto anti-invecchiamento.

Solitamente i produttori di materiali polimerici producono anche vari tipi di stabilizzanti, dai produttori stranieri di materie prime si possono distinguere i seguenti materiali: Arkema, Francia (Thermolite), Baerlocher, Germania (stabilizzatori a base di CaZn, Pb, CaOrg, Sn, BaZn) , Chemtura, USA (ritardante di fiamma HBCD, Firemaster, stabilizzatori PVC Mark, Lowilite, inibitori Naugard 300-E, antiossidanti Alkanox, Anox, Weston), Ciba, Svizzera (antiossidante IRGANOX, stabilizzante IRGAFOS), stabilizzatori PVC della società tedesca Ika, eccetera.