1.化学腐蚀作用
化学腐蚀作用主要是指酸、碱、盐类溶液,氧化剂,以及水侵蚀塑料过程中发生的化学反应。
大多数塑料在室温下对低浓度的酸、碱溶液有较好的耐蚀性,在高温及高浓度时耐蚀性大大下降,甚至变成无耐蚀能力。酸、碱溶液对塑料的侵蚀作用,主要发生在聚合物大分子链的弱点上,如C—C键结合的聚合物,带有极性或活性基团的聚合物等。介质会渗入大分子链中,发生卤化、硝化、炭化、醚化等化学反应、破坏主价键结构、分子链断裂。腐蚀过程由表及里,先溶蚀表面,然后渗入内部,吸收溶液并在自由空间中扩散,导致表面外观恶化,尺寸变化,物性下降,继而发生软化、溶解,各种塑料的耐酸或耐碱性能不等,多数带酯基、酰胺基及亲水性和极性基团的材料耐酸、碱性较差,只有PVC、PE、PP、PS等树脂耐酸、碱性都较好。
大多数塑料抗氧化剂腐蚀性较差,氧化剂可对塑料发生氧化腐蚀,使树脂发生氧化分解反应,从而导致材料性能下降、分子链断裂。塑料中F4的抗氧化剂性能最好,其他氟塑料及氯化聚醚等次之。
多数酸、碱溶剂都由水配制而成,水是极性介质,所以在酸、碱溶液的腐蚀作用中,水是起到催化剂的侵蚀作用。水的侵蚀作用主要对聚合物中酯基、醚基、酰胺基等亲水基团发生水解反应。水分子是低分子化合物,可渗入到塑料的分子结构中,使分子链断裂,相对分子质量降低并产生内聚力,从而导致机电性能下降,尺寸变化,变形破裂。因此,亲水、吸水性大的塑料,耐酸、碱性较差。
2.溶剂腐蚀作用
溶剂腐蚀作用主要指醇、醚、酮、脂肪烃、芳香烃、卤代烃等化学溶剂对塑料的腐蚀作用。塑料的耐溶剂性与耐酸、碱性没有联系,如PE、PS、PP等非极性塑料,耐酸、碱性很好,但对汽油、苯、甲苯、丙酮及四氯化碳等非极性溶剂的耐蚀性却很差。塑料的耐溶剂性是决定于塑料与溶剂之间不同属性的分子是否相溶。
溶剂腐蚀在一般情况下属于物理变化。其过程始于溶剂侵蚀表面,发生溶粘,然后渗入内部并扩散,使分子链拉开距离,体积膨胀,出现溶胀现象,此时制品尺寸和质量变化不大,其性能也可能变化不大,制品可能还有使用价值,但若继续浸泡在溶剂中,塑料就会溶解于溶剂之中,最终形成均相的溶液。因此,常用此方法配制粘结剂。
不同溶剂对不同塑料发生的溶蚀性不同。如热固性塑料、交联热塑性塑料、结晶度高的塑料、高相对分子质量聚合物,以及分子结构复杂,排列紧密的聚合物,由于分子间吸引力大,自由空间小,所以溶剂渗透、扩散困难,耐溶剂性好,而无定形塑料的耐溶剂性就较差。
溶剂对塑料的侵蚀作用在下列情况下才可发生:
(1)极性相同或相近 当非极性(或极性)溶剂与非极性(或极性)塑料接触时,两者有可溶性,会发生溶蚀现象,极性程度越近,可溶性越强。如果在溶解过程有热量释放,则在室温条件下即可发生溶解,反之,则需要在加热状态下才发生溶解。
(2)聚合物与溶剂之间分子吸引力大 当溶剂与塑料两者之间的分子间吸引力大于溶剂及塑料各自的分子吸力时,聚合物分子便可分离溶解在溶剂中。例如,有酸性(或碱性)基团的塑料与碱性(或酸性)基团的溶剂接触,则酸-碱(或碱-酸)基团互相吸引形成氢键,塑料即可溶解于溶剂之中。(www.xing528.com)
(3)溶解度参数相同或相近 溶解度参数是表示溶剂分子或聚合物分子间的作用力,常用符号为δ,单位为(MJ/m3)21。如果两者的δ值相近,并有相容性,则溶液容易溶解塑料,两者δ值差值越小,塑料对这种溶剂的耐蚀性越差。但是这种方法较适用于吸热或无热效应反应的非极性体系,对于溶剂与塑料之间接触会形成强极性键和氢键的体系的不适用。
溶解度参数值可用计算法或实验测定法来测试,两者可能差别很大。δ值还与温度有关,温度升高时,溶剂的δ值下降,大约每升高1℃,δ值下降0.014(MJ/m3)21左右。
如果用混合溶剂,则其δ值可用下式计算。
δ混=δ1N1+δ2N2
式中,δ混是混合溶剂δ值;δ1及δ2是配制混合溶剂的两种溶剂各自的δ值;N1及N2是两种溶剂各自在混合溶剂中所占的体积分数。
塑料发生溶剂腐蚀后,分子结构中次价键被破坏,产生物理变化,如溶胀、溶解、失重、尺寸及外观变化、性能下降等。虽然溶剂挥发后制品会恢复部分性能及形态,但制品发生溶蚀现象仍是不允许的。
3.溶剂应力开裂
应力开裂通常指材料受到低于其屈服极限应力或低于短期强度应力(包括内应力、外应力或两者组合的应力)的长期作用,发生开裂而破坏的现象。
这里的内应力是指制品在加工过程中引发的残余应力,如冷却、收缩不均,结晶不充分或分布不均,取向性,金属嵌件与包覆塑料膨胀系数不同,制品圆角半径太小等原因,导致制品内部在局部地区出现应力或应力集中的现象。
外部应力除了纯粹的受外部力学作用而引发的应力外,还包括化学介质、温度、光照、湿度等变化引发制品产生的应力。这些由环境介质产生的应力称为环境应力。其中,化学介质可分为两种,一种为非溶剂性活性介质,如润湿剂、洗涤剂、肥皂液等;另一种为溶剂。由溶剂引发的外部应力称为溶剂应力。所有上述的外部应力都可能触发制品发生应力开裂,所以广义上要求制品具有良好的耐各种应力开裂性。但是这种应力开裂可能需要很长时间才会发生,而制品在化学介质中,尤其是在溶剂作用下可能会很快引发应力开裂(常用此法检验制品内应力大小),所以评定塑料的耐蚀性时,将其耐溶剂应力开裂性也作为评定指标之一,习惯上亦称其为耐环境应力开裂性。
影响塑料制品耐溶剂应力开裂性的因素很多,就材料性能而言,无定形聚合物分子间作用力较弱,链呈刚性的聚合物容易发生溶剂应力开裂,如PS、PC、PMMA、HPVC、PPO、PSF等塑料均易发生溶剂应力开裂。其中,PS最为典型,它在一些燃料、合成油类、增塑剂、醇类、酮类芳香烃或油、多数植物油作用下都会发生溶剂应力开裂。
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