Старение вещества

Также контакт с химическими веществами в окружающей среде

В основном это происходит из-за окисления при контакте с веществами в окружающей среде, что приводит к разрыву химических связей?

Последнее изменение в этом посте было сделано Ван Гэнронгом 2 июля 2017 года в 08:35. I. Краткое описание процесса старения. Полимерные материалы включают пластики, резину, волокна, пленки, клеи и краски и т. д. Среди них пластмассы, синтетические волокна и синтетический каучук, известные как три основных вида синтетических полимеров, находят все более широкое применение в таких областях, как авиация, автомобилестроение, судостроение, строительство, военная промышленность и др. Однако в процессе обработки, хранения и использования полимерных материалов под действием таких внутренних и внешних факторов, как свет, тепло, вода, химическое и биологическое воздействие, происходит их разложение. В результате этого снижается их качество, что приводит к частичной или полной потере их практической ценности. Это явление называется старением. Старение полимерных материалов стало крайне важной проблемой. Причиняемый им ущерб гораздо серьезнее, чем можно себе представить. Особенно в экстремальных условиях это приводит к преждевременной поломке оборудования и значительным потерям материалов. Это не только влечет за собой большие экономические потери и расточительство ресурсов, но также может привести к загрязнению окружающей среды из-за разложения материалов. II. Причины старения. Основной причиной старения являются слабые места в структуре или составе вещества, способствующие процессу старения. К таким слабым местам относятся ненасыщенные двойные связи, пероксиды, ветвящиеся структуры, карбонильные группы, гидроксильные группы на концах молекул и т. д. Внешние или факторы окружающей среды в основном включают солнечный свет, кислород, озон, тепло, воду, механические нагрузки, высокоэнергетическое излучение, электричество, промышленные газы (такие как углекислый газ, сероводород и т. д.), морскую воду, соленую пыль, плесень, бактерии, насекомых и так далее. Факторы окружающей среды: температура. При повышении температуры усиливается движение молекул полимерных цепей. Как только энергия разрыва химических связей превышается, это приводит к тепловому разложению молекул полимерных цепей или отслаиванию их групп. Влияние влажности. Влияние влажности на полимерные материалы можно объяснить действием воды, которая приводит к разбуханию и растворению материала. Это изменяет силы межмолекулярных взаимодействий, отвечающие за поддержание структуры полимерного материала, в результате чего нарушается его структура. Особенно заметно влияние влажности на некрестосвязанные аморфные полимеры – оно может привести к разбуханию материала или даже к разрушению его структуры, что в свою очередь негативно сказывается на его свойствах. Что касается кристаллических пластиков или волокон, то из-за ограничений, связанных с проникновением воды, влияние влажности здесь не так заметно. Влияние кислорода. Кислород является основной причиной старения полимерных материалов. Благодаря способности кислорода проникать в структуру материала, кристаллические полимеры более устойчивы к окислению, чем аморфные полимеры. Кислород в первую очередь атакует слабые звенья в основной цепи полимера – такие как двойные связи, гидроксильные группы, атомы водорода на терциарных углеродных атомах и т. д. В результате этого образуются пероксигруппы или пероксиды. Затем в этих местах происходит разрыв основной цепи. В серьезных случаях молярная масса полимера значительно снижается, понижается температура стеклования, что приводит к увеличению вязкости полимера. При наличии катализаторов, способных расщепляться на свободные радикалы, или переходных металлов процесс окисления усиливается. То, приводит ли воздействие света на полимеры, подверженные фотостарению, к разрыву молекулярных цепей, зависит от относительного размера энергии света и энергии диссоциации, а также от чувствительности химической структуры полимера к световым волнам. Благодаря озоновому слою и атмосфере на поверхности Земли длины волн солнечного света, которые могут достичь земной поверхности, находятся в диапазоне от 290 нм до 4300 нм. Лишь в ультрафиолетовом диапазоне энергия световых волн превышает энергию, необходимую для разрыва химических связей; поэтому именно ультрафиолетовые лучи способны приводить к разрыву химических связей в полимерах. Влияние химических сред Воздействие химических сред возможно только тогда, когда они проникают внутрь полимерных материалов. Это воздействие включает два типа: воздействие на ковалентные связи и воздействие на нековалентные связи. Действие ковалентных связей проявляется в разрыве молекулярных цепей, их перекрестном соединении, аддитивных реакциях или комбинации этих процессов. Это необратимый химический процесс. Хотя действие химических сред на субковалентные связи не приводит к изменению химической структуры, изменяется структура материала в его агрегатном состоянии, что в свою очередь влияет на его физические свойства. Полимерные материалы, подверженные биологическому старению, находясь в течение длительного времени в определенной среде, из-за высокой генетической изменчивости микроорганизмов постепенно развивают ферменты, способные расщеплять эти полимеры. Таким образом микроорганизмы могут использовать их в качестве источника углерода или энергии для своего роста. Хотя скорость разложения очень низкая, такая потенциальная угроза действительно существует. Однако для некоторых высокомолекулярных упаковочных материалов желательно, чтобы они быстро подвергались биологическому разложению после использования. III. Меры предотвращения. Полиэстеры, полиакеталы, полиамиды и полисахаридные полимеры при катализе кислот или щелочей могут подвергаться гидролизу в присутствии воды. В регионах с сильным загрязнением воздуха и частыми осадками кислотного характера использование таких высокомолекулярных материалов ограничивается. Если на поверхность таких материалов нанести водонепроницаемую пленку, можно снизить или даже предотвратить процесс гидролитического старения. В процессе обработки полимеров добавляются аминные антиоксиданты, фенольные антиоксиданты, органические соединения, содержащие серу, и соединения, содержащие фосфор. Эти вещества способны быстро реагировать с пероксильными свободными радикалами, тем самым прерывая цепную реакцию на более ранней стадии. Под воздействием света происходит старение материалов в процессе их обработки. Однако при добавлении светостабилизаторов можно предотвратить старение и разрушение материалов. Согласно механизму действия, к таким светостабилизаторам относятся светозащитные вещества, абсорбенты ультрафиолетового излучения, средства для подавления реакций и агенты для захвата свободных радикалов.

Солнечные лучи и дождь, сильные колебания условий эксплуатации, хроническая коррозия, биохимические реакции — вот примерно все