Полимерные материалы широко используются в промышленности в виде покрытий и целых деталей. Они относятся к твердым электроизоляционным материалам. Разработано множество разновидностей полимеров, но для всех из них характерен нежелательный процесс старения, ухудшающий их долговечность, внешний вид и прочность. При старении изменяются структура и химсостав полимерных материалов.
Старение полимеров может происходить от воздействия различных факторов:
-
света (ультрафиолетовое облучение);
-
воздуха (озон и кислород);
-
температуры (высокая или низкая, а также ее перепады);
-
влаги;
-
механических нагрузок (истирание, сжатие и растяжение, давление среды);
-
воздействия агрессивных сред (кислоты и щелочи);
-
воздействия микроорганизмов;
-
от влияния нескольких вышеперечисленных факторов.
Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, и механизм их старения обусловлен в основном процессом деструкции макромолекулярных цепей.
Различают два вида деструкции — беспорядочная и цепная. При беспорядочной деструкции разрыв макромолекул и образование устойчивых соединений с пониженной молекулярной массой происходит по случайному закону. По такому механизму протекает химическая деструкция полимеров от воздействия кислот, щелочей, реагентов.
Цепная деструкция приводит к нескольким актам распада молекул по определенным процессам, такой механизм старения полимеров обычно запускается при влиянии высокой энергии (температура, световое и радиационное излучение).
Изучение проблемы старения полимеров осложняется тем, что их природа и строение различны, соответственно, различны процессы разрушения молекулярных цепей. Также отсутствуют методы многофакторного учета условий среды, приводящих к старению.
В качестве критериев, характеризующих устойчивость полимерных материалов к старению, используют понятия эксплуатационной пригодности (сохранение свойств полимера, обеспечивающих работоспособность изделия), и срок сохранения эксплуатационных свойств.
Существует 3 метода защиты полимеров от старения:
1) активная защита,
2) пассивная защита,
3) комбинированная.
Активная защита полимеров подразумевает уменьшение воздействия факторов старения. Пассивные методы включают различные способы повышения стабильности полимеров с помощью добавок-стабилизаторов, акцепторов свободных радикалов, акцепторов активных продуктов старения, светостабилизаторов, антиоксидантов, антиозонантов, антипиренов, антирадов, противоутомителей при механическом воздействии, ингибиторов коррозии и биоцидов, обладающих стабилизирующими свойствами. Также применяют защитные, более стойкие к старению покрытия, чем основной материал полимера.
Простейшими световыми стабилизаторами полимеров служат окись железа (содержание до 1%), газовая сажа, фталоцианин (до 0,1%), а также никелевые комплексные соединения.
Стабилизаторы-антиоксиданты бывают двух видов: предотвращающие разложение гидроперекисей и обрывающие цепь окислительных химических реакций.
Из антиоксидантов, останавливающих деструкцию, можно выделить антиоксиданты фенольного и аминного типа, а также меркаптаны, сульфиды, тиофосфаты. Введение в полимер антиоксидантов обоих типов усиливает эффект замедления старения.
Обычно производители полимерных материалов изготавливают и стабилизаторы различных видов. У зарубежных производителей сырья можно выделить следующие материалы: Arkema, Франция (Thermolite), Baerlocher, Германия (стабилизаторы на базе CaZn, Pb, CaOrg, Sn, BaZn), Chemtura, США (антипирены HBCD, Firemaster, ПВХ стабилизаторы Mark, Lowilite, ингибиторы Naugard 300-Е, антиоксиданты Alkanox, Anox, Weston), Ciba, Швейцария (антиоксидант IRGANOX, стабилизатор IRGAFOS), ПВХ-стабилизаторы немецкой фирмы Ika и другие.