Действие агрессивных сред на полимерные материалы

По действию на полимер агрессивные среды можно разделить на физически- и химически активные.

Физически активные вызывают адсорбцию и сорбцию. Адсорбция изменяет поверхностную энергию на границе полимер – среда, сорбция ослабляет межмолекулярное взаимодействие в полимерах вплоть до растворения. В результате изменяются механические, реологические и электрические свойства. Если не произошло растрескивания полимера (эффект Ребиндера), то изменения могут быть обратимыми.

Химически активные среды вызывают необратимые изменения химической структуры – деструкцию, деполимеризацию, сшивание, структурирование. полимераналогичные превращения.

Обычно исследователей интересует, какова стойкость полимера к агрессивной среде и каков механизм взаимодействия со средой.

К окислителям (О₂, О_3, R–O-O-R, кислоты, соли) в принципе неустойчивы все полимеры. Этот тип взаимодействий называют «термоокислительная деструкция».

К воде и водным растворам в принципе неустойчивы гетероцепные полимеры и устойчивы карбоцепные, не имеющие кратных связей. Чистая вода очень слабо гидролизует полимеры, водные растворы обладают значительно большей активностью.

В зависимости от соотношения скоростей диффузии и химической реакции процесс может протекать:

1) во внутренней диффузионно-кинетической области, т.е. реакционная зона увеличивается во времени и в итоге распространяется на весь объём полимера. V диффузии > V химической реакции;

2) во внутренней кинетической области. Здесь V диффузии = V химической реакции;

3) во внешней диффузионно-кинетической области, V диф. < V химич. реакции. Здесь реакция протекает в тонком поверхностном слое постоянного размера.

Наиболее правильно оценивать химическую стойкость по кинетическим (К_скор, Е_актив), диффузионным, сорбционным, механическим, электрическим и т.п. параметрам. Знание этих параметров позволяет определить механизм взаимодействия и, следовательно, прогнозировать изменение свойств во времени.

Однако часто идут более простым путём и производят качественную оценку с помощью балльной системы. Существуют 3-х, 4-х., 5-ти балльные системы. Так, в 3-х балльной системе используют 3 показателя: набухание (%), динамическую ползучесть (%) и долговечность (часы) в условиях многократных деформаций. Долговечность – это промежуток времени, в течение которого материал в условиях эксплуатации изменяет свои свойства до оговоренного уровня. Каждый из показателей оценивают по трём баллам, затем баллы суммируют. Устойчивость характеризуют баллом 1, неустойчивость – баллом 3.

Четырёхбалльная система оценки химической стойкости считается наиболее целесообразной. Она содержит следующие оценки: вполне стойкие (В), стойкие (С), относительно стойкие (О) и нестойкие (Н).

Кроме химических изменений полимеров под действием различных факторов (химическое старение) в полимерах происходит ещё физическое старение. К физическому старению относятся незапланированная кристаллизация, миграция пластификатора к поверхности полимерного изделия, а также релаксационные процессы, приводящие к изменению конформаций макромолекул, к релаксации напряжений. Если химическое старение необратимо, то изменения, вызываемые физическим старением, могут быть обратимы.