塑料老化的类型和原因、测试方法
分为以下几种情况
1.在室温和较高的温度下,大多数聚合物都会发生速度不等的自动氧化反应,它引起塑料发黄、降解和强度下降许加入抗氧化剂
2.塑料和其他聚合物吸收了紫外光能量,可引发自动氧化反应,并导致降解。这一过程称为光氧化或光老化许加入光稳定剂
3.热老化主要原因是加工过程中的热降解,有些塑料的加工温度和其热分解温度很接近,这时必须加入热稳定剂.
大多塑料都有一定抗酸抗碱的特性,这要根据各种塑料的物性具体分析了.
人会衰老、死亡,塑料亦有年龄寿命,会出现老化。在加工、储存、使用过程中,塑料暴露于自然或人工环境条件下,性能逐渐变坏、恶化,就是我们常说的塑料老化。那么,塑料老化本质是什么,具体有哪些表现,是什么导致塑料老化,如何预防或延迟塑料老化?下面将一一分析。
一、塑料老化的本质
塑料老化,本质上是降解的结果,即分子中的碳原子数目减少,分子量降低,或大分子分解为较小的分子。
但塑料降解不完全等同塑料老化,这里探讨的是塑料老化、劣化带来的影响使用问题。另一方面,科学家们也在利用降解来减轻或消除废弃塑料对环境造成的污染。
二、塑料老化的表现
塑料制品在一定时间的使用后,原有的性能出现恶化现象,最终影响甚至丧失使用价值,这是塑料老化的信号,一般有如下表现。
1.强度降低
2.发脆
3.断裂
4.变软
5.丧失力学强度
6.变硬
三、塑料老化的原因
引起塑料老化的原因很多,总的来说,塑料老化是内外因素综合影响的结果。
一方面,这是由塑料自身的分子性质决定的。塑料分子链中所含的不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基等,都是容易引起老化的构成,会随着时间的推移发生一定程度的降解。而在降解过程中,降解的产物形成游离基,使得分子链发生链式反应,又会加速降解速度。
另一方面,受环境和外界因素影响,如阳光、氧气、热、水、辐射、工业气体、霉菌、细菌、昆虫等,塑料内部分子量发生变化,从而出现老化现象。
值得注意的是,塑料为合成的高分子化合物,除了主要组分树脂外,还需要加入其他物质。由于不同材料链的结构差异,以及不同的组成物质和生产工艺技术,不用塑料的老化速度也是有差别的。
四、如何延缓塑料老化,延长塑料使用寿命
尽管老化问题是不可逆的过程,是不可避免的,但有没有一些方法可以延缓塑料老化,延长其使用寿命?答案是肯定的,主要有以下几点。
1.通过填料,提高塑料的强度和耐热性能,主要分为有机填料和无机填料,前者如木粉、碎布、纸张和各种织物纤维等,后者如玻璃纤维、硅藻土、石棉、炭黑等。
2.添加增塑剂,增强塑料的可塑性和柔软性,降低脆性,使塑料易于加工成型。
3.添加稳定剂,如硬脂酸盐、环氧树脂等,防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用分解和破坏,延长使用寿命。
4.添加抗氧剂,防止塑料在加热成型或在高温使用过程中受热氧化,而使塑料变黄,发裂等。
5.添加防霉剂,防止被细菌、霉菌等微生物腐蚀。
6.根据制件的具体要求,加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等,以满足不同的使用需求。
7.添加着色剂和润滑剂,使塑料具有各种鲜艳、光滑的外观,也能在一定程度上延缓塑料老化。
8.添加抗静电剂,赋予塑料以轻度至中等的电导性,防止静电荷的积聚。
9.采用物理方法,如电镀、喷漆、涂色、包装等,在一定程度延缓降解。
10.注意日常保养、检查维修、定期更换,把塑料老化带来的隐患事故扼杀在摇篮中。
1、提高初粘性
提高脲醛树脂的初粘性,可加入聚乙烯醇、聚乙二醇、羟甲基纤维素等改性剂,但这些物质价格较高,因此可选用淀粉类物质,尤其是淀粉在脲醛树脂合成开始就加入,效果更好。在合成过程中淀粉可能发生水解作用,生成各种糊精等,由于淀粉相对分子质量很大,溶解后粘度也很大,加入少量就可制得粘度较大的脲醛树脂。同时淀粉分子链上的羟基、羟甲基以及因水解产生的醛基等可能参与脲醛树脂的合成反应,不仅提高了初粘性,而且粘接强度和储存稳定性也有提高。
2、减小收缩性
脲醛树脂固化收缩率大,容易产生裂纹,胶层产生内应力,使粘度强度下降。为了降低脲醛树脂固化时的收缩率,通常向树脂胶液中加入一些填充剂,如面粉、淀粉、血粉和a-纤维素粉、木粉、豆粉等。
3、降低脆性
为了降低脆性,提高韧性可加入聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛溶液、聚醋酸乙烯乳液、VAE溶液等,同时也可提高初粘性和耐老化性。
4、改进耐水性
在合成脲醛树脂时加入少量的三聚氰胺、苯酚、间苯二酚、烷基胺、糖醛等都能有效地改进脲醛树脂的耐水性。加入硫酸铝、磷酸铝等作为交联剂,也可明显提高耐水性。在调胶时加入木粉、面粉、豆粉、氧化铁、膨胀土等填料,也能提高耐水性。
采用苯酚改性脲醛树脂,在树脂中引入苯环结构,封闭了树脂的吸水基团,使树脂的耐水性和耐老化性显著改善。也可将间苯二酚或三聚氰胺加入固化剂组分之中,还可将丙烯酸酯共聚乳液与脲醛树脂共混都可以提高耐水性。
5、提高粘接强度
采用多元复合添加剂如聚乙烯醇和苯酚,可改善脆性,提高耐水性和粘接强度。再采用中性-弱酸-弱碱复合工艺,在中温下进行反应,制得的脲醛树脂剪切强度是原脲醛胶的10倍以上,耐水性和耐沸性大为提高。
脲醛树脂根据不同的使用要求,加入改性剂后可明显改善性能。
塑料制品不足: 主要由于供料不足、融料填充流动不良,充气过多及排气不良等原因导致填充型腔不满,塑料制品外形残缺不完整或多型腔时个别型腔填充不 满。
尺寸不稳定: 主要由于模具强度不良,精度不良、注射机工作不稳定及成形条件不稳定等原因,使塑料制品尺寸变化不稳定。
气泡: 由于融料内充气过多或排气不良而导致塑料制品内残留气体,并呈体积较小或成串的空穴(注意应与真空泡区别)。
塌坑(凹痕)或真空泡: 由于保压补缩不良,塑料制品冷却不匀,壁厚不匀及塑料收缩率大。
飞边过大: 由于合模不良,间隙过大,塑料流动性太好,加料过多使塑料制品沿边缘出现多余薄翅。
熔接不良: 由于融料分流汇合时料温下降,树脂与附合物不相溶等原因,使融料分流汇合时,熔接不良,沿塑料制品表面或内部产生明显的细接缝线。
表面波纹: 由于融料沿模具表面不是平滑流动填充型腔,而是成半固化波动状态沿型腔表面流动或融料有滞流现象。
银丝斑纹: 由于料内水分或充气,及挥发物过多,融料受剪切作用过大,融料与模具表面密合不良,或急速冷却或混人异料或分解变质,而使塑料制品表 面沿料流方向出现银白色光泽的针状条纹或云母片妆斑纹(水迹痕)。
翘曲,变形: 由于成形时残余应力、剪切应力、冷却应力及收缩不均等造成的内应力;脱模不良,冷却不足,塑料制品强度不足、模具变形等原因,使塑料制品 发生形状畸变,翘曲不平自型孔偏,壁厚不匀等现象。
裂纹: 由于塑料制品内应力过大、脱模不良、冷却不匀,塑料性能不良或塑料制品设计不良及其他弊病(如变形)等原因,使塑料制品表面及进料口附加产生 细裂纹,或开裂或在负荷和溶剂作用下发生开裂等现象。
黑点、黑条: 由于塑料制品分解或料中可燃性挥发物,空气等在高温高压下分解燃烧,燃烧物随融料注入型腔,在塑料制品表面呈现黑点、黑条纹,或沿塑料制品表 面呈炭状烧伤现象。
色泽不匀或变色: 由于颜料或填料分布不良,塑料或颜料变色在塑料制品表面的色泽不匀。色泽不匀随呈现的现象不同其原因也不同。进料口附近主要是颜料分 布不匀,如整个塑料制品色泽不匀时则为塑料热稳定不良所致,熔接部位色泽不匀时则与颜料性质有关。
塑料制品脆弱: 由于塑料不良,方向性明显,内应力大及塑料制品结构不良,使塑料制品强度下降,发脆易裂(尤其沿料流方向更易开裂)。
脱模不良: 由于填充作用过强,模具脱模性能不良等原因,使塑料制品脱模困难或脱模后塑料制品变形、破裂,或塑料制品残留方向不符合设计要求。
云母片状分层脱皮: 由于混入异料或模温低,融料沿模具表面流动时剪切作用过大,使料成簿层状剥落,物理性能下降。 浇口粘模: 由于浇口套内有机械阻力,冷却不够或拉杆失灵,使浇口粘在浇口套内。
冷块,僵块: 由于有冷料或塑化不良,有未充分塑化的料,使塑料制品内夹有硬块塑料。
透明度不良: 由于融料与模具表面接触不良,塑料制品表面有细小凹穴造成光线乱散射或塑料分解,有异物杂质,或模具表面不光亮,使透明塑料透明度不 良或不匀。
有杂质,异物: 由于塑料不纯,使塑料制品中有杂质异物。 表面不光泽: 由于模具粗糙度不良,融料与模具表面不密合,料温及模温不当等,使塑料制品表面不光亮,有伤痕,表面呈乳白色或发乌等现象。
干式复合是采用干式复合设备,用粘合剂将两种或更多种薄膜粘合在一起的工艺。在塑料复合软包装中,干式复合是最常用的生产方法之一,复合质量的好坏是影响产品质量的关键因素,所以,在生产工艺中一定要认真做好生产工艺中的每个细节,避免出现复合故障,下面是笔者根据生产经验,将工艺中常见的复合问题与业内人士共同探讨。
1 剥离强度差
剥离强度差,是指固化不完全,或者涂胶量太少,虽已完成固化,但两层膜之间由于上胶量小或者表面张力不匹配而导致剥离力降低,或者所用油墨与粘合剂不匹配等情况造成剥离强度差。
1)固化不完全。固化完全是指羟基100%固化,然而,在实际生产中由于乙酯中的杂质消耗了部分NCO基,导致主剂和固化剂配比失衡,或者固化剂少加,或所加固化剂与油墨中的羟基发生反应,导致固化剂不足,造成固化不完全,例如,PET(涤纶)BOPA (尼龙)膜印刷,一般采用单组分PET油墨,这种油墨的连接料是聚氨酪树脂,含有羟基,有的厂使用双组分的蒸煮型PET油墨也不加固化剂,导致复合产品透明部分剥离强度高,而印有油墨的部分强度低。一般处理方法是在聚氨酯胶中适当增加固化剂的量,但有的厂担心因此而使复合袋变硬,所以也可以在双组分的油墨中添加固化剂。
2)基材电晕面处理不够,使粘合剂不能充分润湿被涂布表面,从而造成剥离强度差。
3)复合热辊温度不够。热辊的作用是让干燥但尚未固化的胶熔化、流动,去润湿第二放卷的基材,如果温度不够则剥离强度就会下降,还常伴随出现气泡、白点现象,第二放卷基材有预热辊的一定要使用。
4)包装内容物的侵蚀。农药类是侵蚀性最强的内容物,化妆品、食品,尤其是腌制品中的有机酸会与铝箔袋中的铝层反应,引起剥离强度下降,甚至脱层,笔者建议遇到此类包装时,内层要用含有茂金属的聚乙烯,或使用未拉伸的聚丙烯薄膜CPP。
5)胶与油墨相容性不好。比如用于表面印刷的聚酰胺类油墨作复合用时要慎重,虽然从整体上看,聚氨酯胶与此类油墨的相容性是好的,但由于各厂油墨的配方有差异,各色油墨的连接料配比也有变化,所以要认真考察此类油墨是否与胶有相容性。
6)涂布量不够,不但会产生气泡,也能使剥离强度下降,但若涂布量太大,会使油墨从印刷基材上脱落。
7)镀铝膜转移造成剥离强度降低。镀铝膜镀的铝面是否金属化是复合质量的决定因素,所选用的粘合剂与镀铝面润湿性好不好是复合质量的关键因素,总之,采用镀铝膜专用粘合剂是较好的选择。
8)水煮或蒸煮后剥离强度低,尤其在BOPA/CPP,BOPA/AL结构中,由于BOPA易吸潮,经水煮或蒸煮后有时强度会下降,所以除了选用合适的蒸煮胶外,还要考虑尼龙的干燥状态,实际使用条件,要充分估计尼龙吸潮会导致剥离强度的下降.
某些热固性塑料在老化初期会表现为拉伸强度增大,但过了一定时间后还是以降低为主。主要是加热初期可能使其内部分子链间交联密度增大。但长时间热老化、光老化及环境老化,多数有机高分子材料分子链都会因自由基的破坏而发生断裂,所以强度降低。
但对于耐高温的特种工程塑料而言,其稳定性会好很多,可能这个条件不会令其发生强度明显降低。