Degradatie van kunststoffen

Degradatie Niet: slijtage Verandering van eigenschappen Afname van prestaties van een systeem/materiaal Tijdens en vanaf productie Afname esthetisch karakter Roesten van staaloppervlakten “Vergaan” van polymeren Ontkleuring Afslijten Oplossen Gehele levensduur onderhevig Geen milieu bekend waarin geen degradatie voorkomt Compensatie maakt duurder Afname efficiëntie  Materiaalfalen Niet: slijtage

Degradatie Degradatie is een ongewenste verandering in de eigenschappen zoals sterkte, kleur, vorm of moluculair gewicht of structuur van een materiaal/ polymeer of een op polymeren gebaseerd product en wel onder de invloed van een of meer omgevingsfactoren zoals hitte, licht, (straling) en chemicaliën. Bij polymeren wordt dit vaak, naast veroudering, veroorzaakt door het breken van de polymeerketen waardoor er een afname van het molucuulgewicht optreedt. De mate waarin een polymeer onderhevig is aan degradatie hangt af van de structuur en de samenstelling (bijv. weekmaker, vulmiddel, additieven). Polymeren die bijvoorbeeld dubbele bindingen in de keten bevatten zijn erg onderhevig aan bijv. ozon degradatie. Degradatie is dus ook bij kunststoffen een ongewenste verandering in de eigenschappen van het polymeer dat optreedt maken van het product of nadat een product in gebruik is genomen. Degradatie kan in categorieën worden ingedeeld: mechanisch , fysisch en chemisch. Voorbeelden van degradatie zijn cracks op banden en weekmakers die uit een product verdwijnen door verdamping . Om degradatie tegen te gaan kunnen stabilisatoren toegevoegd worden, deze hebben invloed op specifieke reacties. Er zijn ook voorbeelden te noemen waarin degradatie wel gewenst zijn zoal bij biodegradatie en recycling, of in de medisch wereld in het geval van bijvoorbeeld hydrolyseerbare garens die langzaam oplossen nadat hiermee een wond dichtgenaaid is.

Degradatie Verschil tussen fysische en chemische degradatie Bij fysische degradatie treedt er in tegenstelling tot chemische degradatie geen verandering van de chemische structuur op. De veranderingen in de chemische structuur zijn bijvoorbeeld het gevolg van het inwerken van weersinvloeden. Degradatie kan invloed hebben op de eigenschappen van een product zoals permeabiliteit, de optische , elektrische en mechanische eigenschappen. De gevolgen van fysische degradatie voor een kunststof zijn: Hogere dichtheid Stijver gedrag Brosser gedrag in het slagtaaie temperatuursgebied Grotere weerstand tegen kruip Grotere weerstand tegen spanningsrelaxatie Hogere vloeispanning Bij chemische veroudering verandert langzaam de chemische samenstelling van het polymeer. Een mogelijke verandering is ketenbreuk. Wanneer dit optreedt zullen deze veranderingen voorkomen: Lagere rek bij breuk Lagere breukspanning Sterk verlies van slagvastheid Ketenbreuk heeft weinig invloed op de stijfheid en de rek bij vloei. De invloed van vernetting op de mechanische eigenschappen zijn: Grotere stijfheid Lichte stijging van de vloeigrens DEFO: Veroudering!

Degradatie Typen oorzaak degradatie Warmte: Dit komt voor tijdens produceren of gebruik bij verhoogde temperatuur en hierbij kan oxidatie of degradatie of veroudering optreden. Mechanisch: Dit komt voor bij de werking van kracht van fysische grenzen. Ketensplitsing kan hierbij ook voorkomen. Ultrasonisch: De werking van geluid bij een bepaalde frequentie kan invloed hebben de op vibratie van polymeer kettingen en kan ze laten breken. Hydrolitische: Dit komt voor in polymeren die functionele groepen bezitten welke gevoelig zijn voor effecten van water, voornamelijk die groepen die een hoge vochtigheid percentage hebben. Chemisch: In dit geval kunnen bijtende chemicaliën of gassen als ozon, zuurstof en stikstofoxiden de basis structuurfunctionaliteiten in het polymeer aanvallen en daardoor ketting splitsing veroorzaken en oxidatie. Biologisch: Dit is specifiek voor enkele polymeren van welke functionele groepen die aangevallen worden door micro organismen. Radiation: Bij belichting van zonlicht kan het polymeer stralingsdeeltjes absorberen en reacties induceren die resulteren in het verlies van eigenschappen. In geval van een hoge energie radiatie kunnen de polymeer ketens in één keer splitsen. Degradatie

Degradatie: Direct mechanisch Slijtage: Adhesie Abrasie Erosie Materiaalmoeheid Diffusie Bewerken

Fysische degradatie  Kruip en Veroudering  Materiaalmoeheid

Degradatie Chemische veroudering Weersinvloeden (1) UV straling: IR straling (warmte): Hoogenergetische straling: Chemische structureren absorberen straling Hoe kleiner de golflengte hoe destructiever Hoog: verbranding/ketenbreuk Laag: bros (metalen), thermische krimp, bevriezen intern water UV straling (energie): Ketenbreuk Bindingsbreuk Veranderen microstructuur materiaal

Oxidatie (oxiderende gassen, O2 en O3): Weersinvloeden (2) Oxidatie (oxiderende gassen, O2 en O3): Erger bij amorf dan kristallijn  Crazing  Brosser Vocht (vaak een combinatie met andere factoren) Vnl bij vochtopnemende polymeren een direct probleem Micro organismen

Degradatie Chemische aantasting De agressieve variant Reagentia Ketenbreuk Kunststof brosser Crazing & spanningsbreuk Oxidatie  brand Hydrolyse & vocht (vnl bij polycondensatiepolymeren en biopolymeren) Diffusieprocessen

Degradatie: Chemische Reagentia

Degradatie Chemische aantasting Oplossen of gedeeltelijk oplossen Meestal door organische oplosmiddelen

Additieven Additieven worden dus toegevoegd om speciale, gerichte eigenschappen te verkrijgen. Kostenreductie Gevoel Dichtheid Permeabiliteit Optiek Chemische reactiviteit Kleur Rheologie Oppervlakte Morfologie Productvorm Duurzaamheid Thermische redenen Milieu impact Elektrische ,, Performance van andere additieven Magnetische ,, Gezondheid & Veiligheid Mechanische ,,

Additieven Chemische familie Voorbeelden Anorganisch Oxides Glas (vezels, bolletjes, holle bolletjes, vlokken) MgO, SiO2, Sb2O3, Al2O3, ZnO, MixedMetalOxides Hydroxides Al(OH)3, Mg(OH)2 Zouten CaCO3, BaSO4, CaSO4, fosfaten, hydrotalciet Silicaten Talk, Mica, kaolien, wollastoniet, veldspaat, asbest Organisch Koolstof, grafiet Koolstofvezels, grafietvezels en –vlokken, koolstof nanotubes, carbon black Natuurlijke polymeren Cellulosevezels, houtmeel, houtvezels, vlas, katoen, sisal, zetmeel Synthetische polymeren Pigmenten Weekmakers Brandvertragers en Stabilisatoren Polyamide, polyester, aramide, polyvinylalcoholvezels, rubberdeeljtes Phtalocyaninen, DPP, Azo-pigmenten Phthalaten Bromiden HALS (Hindered Amine Light Stabilizers)

Bronnen Degradatie: Additieven: Materials: Degradation and its Control By Surface Engineering - AW Batchelor , Loh Nee Lam & Margam Chandrasekaran Additieven: Plastics Additives: An A-Z Reference - G.Pritchard Handbook of Fillers (2nd ed.) – George Wypych Plastic materials, seventh edition- J Brydson