如何面对尼龙老化?
大家都知道,聚酰胺尼龙在光、热、氧、杂质条件下,容易发生降解。聚酰胺易在热处理过程中发生氧化降解,从而降低相对分子质量,增加末端羧基含量,减少末端胺基含量及颜色发生变化。这是因为聚酰胺中具有酰胺基团(-NHCO-),它的离解能较低,分子链容易断裂,并且酰胺基团(-NCHO-)是生色基团,在紫外线下易引发聚合物的光降解;它具有较强的极性,易吸水,在高温下易发生水解,氨解和酸解,从而劣化了材料性能,导致材料的使用寿命缩短。因此提高聚酰胺的稳定性问题一直为人们所关注,成为当前的研究热点。
尼龙的老化机理!
1. 热氧老化
高分子的热氧老化现象很普遍。热和氧是影响聚酰胺老化降解的主要因素。热氧老化过程中受到比如热、氧和杂质等许多因素的影响,使老化的行为和机理极为复杂。在无氧条件下,聚酰胺还是相当稳定的,即使加热到170℃,强度也不会降低。80℃以下,聚酰胺材料可以再空气中经受长时间的热作用,但加热到120℃以上时,强度就会迅速降低,且变化发脆。
2. 光氧老化
光照射(自然光、紫外光等)所引起的老化称为光氧老化。光降解机理既有断链反应又有光化学和热过程的共同作用。当波长小于340nm时,将发生直接的光裂解,酰胺键断开;当光波长大与340nm时,酰基生色团不再吸收光,主要是一些杂质和不规则的结构发生光反应,这时各种脂肪族尼龙的光引发没有差别;当光波长介于两者制件时(比如日光),酰基生色团与杂质和不规则的结构的光反应互相竞争,是一个双重的引发过程。在光氧老化过程中,交联反应占主导地位,其凝胶含量和比浓粘度增加;复杂的氧化反应和材料的后期结晶使其力学强度有所升高,而冲击韧性下降。
3. 应力老化
应力的存在会引起材料物理化学结构的变化,影响其老化速度,从而引起其性能和使用寿命的变化。应力作用使PA6在老化初期的蠕变急剧增加,并随着应力增大而增大,蠕变稳定时间增长。其拉伸强度随老化时间延长先增大后下降,而断裂伸长率降至一稳定值。单纯的应力老化对PA6的端基和分子量影响不大,其取向度和结晶度均随老化时间的延长或应力增大而升高,在一定程度上抑制了其氧化降解。
那尼龙防老化有什么办法?
1. 尼龙物理改性
提高聚酰胺的热稳定性。尼龙因其主链上有强极性酰胺基团,其氢键能增加分子间的作用力,分子链端又具有反应性高的氨基和羧基, 尼龙能够容易与其他材料掺混。
2. 尼龙化学改性
通过化学反应使尼龙分子主链或侧脸引入新的结构单元、、聚合物链或功能基团,从而使其结构和性能都发生变化的方法。PA的化学改性方法很多,最主要是接枝改性和聚合物的功能化。
3. 添加防老剂
在高分子材料中添加防老剂,是常用而有效的一种防老化方法,只要选择适宜的防老剂,就能使其耐老化性能提高数倍至几十倍。为了使制品具有鲜艳色彩和耐候性,常常加入着色剂,同时起遮蔽紫外光的作用,阻止紫外光进入聚合物内。炭黑、福红、锅黄都是尼龙较好的遮色剂,兼有遮光抑制氧化作用。
4. 表面改性
通过聚酰胺分子共聚、共混改性可降低酰胺基与羧基的密度和活性,能使其耐水性能得到一定程度的改善,但是这些方法改变了尼龙原有的分子组成、结构,会使其本体性能受到影响。从宏观上看,材料的老化,首先在皮层进行,使表层龟裂,然后裂缝向芯层扩张,最后达到完全破坏。通过适当的表面处理,改变表面化学组成、结晶形态以及形貌(粗糙度、表面微孔和缝隙),或是清除杂质和脆弱的边界层等方法,来增加表面能力,改善材料的吸湿水解性能。
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