Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů pigment plnivo PLAST polymer aditiva zvláčňovadlo Struktura plastu Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Plasty, kompozity Práškové plasty Organické povlaky Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů A. fyzikální B. chemické C. Kombinované děje děje děje adsorpce interakce adsorpce + difúze + interakce Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Druhy atmosférického prostředí: - fyzikálně aktivní prostředí - děje vratné - bobtnání - smrštění (přechodový stav) - možný přechod v rozpouštění (stav nevratný) - chemicky aktivní prostředí - chemická interakce - nevratný stav (stárnutí) Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Principy atmosférického stárnutí plastů Fotochemická degradace a atmosférické stárnutí Základní činitelé znehodnocování stárnutím: ❖ světlo (sluneční záření) ❖ kyslík, ozón ❖ teplo (tepelné změny) ❖ voda (vlhkost vzduchu, vodní srážky) ❖ chemické znečištění atmosféry (SOx, Nox, PM) ❖ prašné depozity Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Důsledky znehodnocování plastů stárnutím: ❖ ztráta lesku, ztmavnutí povrchu ❖ znečištění depozity ❖ vznik trhlinek - postupné spojování - destrukce ❖ změny mechanických vlastností (tažnost, křehkost) ❖ ztráta estetických hodnot ❖ jiné Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Vliv světla při stárnutí plastů – fotochemická degradace: ❖ zdroj světelného záření - sluneční záření ❖ obor vlnových délek Sluncem vysílaného záření 0,7 nm až 1.000 nm ❖ pod 175 nm (nad 100 km) pohlceno kyslíkem ❖ záření od 175 nm až 290 nm nepropouští ozón ❖ na zemský povrch dopadá sluneční záření s délkou asi 290 nm Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Je-li hmotnost vodní páry v daném objemu ,pak absolutní vlhkost vzduchu lze vyjádřit jako [g.m-3] Maximální absorpce: ❖ polyethylen 300 nm ❖ polypropylen 370 nm ❖ polyvinylchlorid 310 a 370 nm ❖ polyamid 250 až 310 ❖ polystyren 318 a 340 nm =C=O 187 nm a od 280 do 320 nm -C-C 195 nm a od 230 do 250 nm -O-H 230 nm zvýšení obsahu energie - možnost fotochemické reakce Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Stupeň ozáření polymeru v závislosti na vlnové délce záření Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Vliv světla – fotochemická degradace: Počátek možných procesů vedoucích ke znehodnocování je aktivace stárnutí polymeru v přítomnosti karbonylové skupiny C=O, tzv. Norrishovou reakcí I. typu Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Vliv kyslíku – oxidace polymeru: - Polymery (nasycený nerozvětvený řetězec) – odolné, reakce pomalá - Citlivost ke kyslíku podstatně vzrůstá u terciárních vazeb C-H: Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Atmosférické stárnutí polyethylenu (PE) ❖ základní proces: fotooxidace (absorpce záření 310 nm) ❖ stimulace procesu: nepravidelnosti v polymerním řetězci aktivace: NORISHOVA REAKCE I. Typu hν + R1-CO-R2 => R1-C*=O + R2* aktivované radikály reagují (rekombinují) -> -> vznik degradačních produktů » -> stimulace stárnutí Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Vliv kyslíku – oxidace polymeru: Polymery (nasycený nerozvětvený řetězec) - odolné, reakce pomalá Polymery (terciární vazby C-H) - citlivost ke kyslíku podstatně vzrůstá CH2 CH2 CH CH2 O C O CH3 PE odolný PVAc méně odolný Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Ozón má v procesu stárnutí plastů významnou úlohu. - Nasycené uhlovodíkové polymery jsou proti účinkům ozónu poměrně odolné. - U nenasycených polymerů vyvolává ozón podobnou degradaci jako kyslík s tím rozdílem, že procesy probíhají rychleji. Ozón zde může působit jako iniciátor oxidace: R-H + O3 → R-O * + HO-O* Vlivem slunečního záření dochází k fotochemickému rozkladu ozonu (OZÓNOVÉ STÁRNUTÍ) podle rovnice O3 + hν → O2 + O Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů POLYSTYREN Příčinou změn vlastností polystyrenu je často štěpení polymerního řetězce působením slunečního záření a kyslíku za vzniku acetofenonové struktury která je doprovázeno známým žloutnutím polymeru. Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů CH2 CH2 absorpce záření + vliv kyslíku CH2 CH2 O O H CH2 CO CH2 CH3 + + H2O Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Atmosférické stárnutí pryží ❖ základní proces: fotooxidace (absorpce UV záření) ❖ stimulace procesu: heterogenita plastu, ozón, kyslík, teplo, vlhkost ❖ důsledky: křehnutí, vznik trhlinek, změna vlastností ❖ význam složení: kaučuk, pigment, plnivo, antioxidant, antiozonant, jiné Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Odolnost vybraných pryží proti stárnutí: ❖ přírodní kaučuk malá odolnost rozrušení povrchu, uvolnění složek ❖ BS kaučuk malá odolnost rozrušení povrchu, klesá tažnost ❖ chloropren kaučuk dobrá odolnost ❖ polysulfidový kaučuk dobrá odolnost (i proti účinkům ozónu) ❖ silikony velmi dobrá odolnost Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Depozity na povrchu polymeru Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů * *G z F  = Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů Povrch exponovaného polymeru Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů R e z e r v a Povrchové úpravy materiálů Atmosférické znehodnocování plastů