高分子材料的腐蚀理论

1、第4章 高分子材料的腐蚀理论 4.1 概论 4.2 高分子材料腐蚀机理 4.3 高分子复合材料的腐蚀 4.1 概述 一、研究高分子材料腐蚀的意义 1. 基本概念：小分子，大分子，高分子，单体，聚合物 2. 种类：塑料、橡胶、纤维 3. 特性：密度、性能、工艺 4. 应用：广泛、取代金属的统治地位 5. 方向：复合材料，功能材料 6. 腐蚀特性：大气腐蚀、稀的酸、碱、盐溶液 二、高分子材料腐蚀类型二、高分子材料腐蚀类型 1. 1. 老化：高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于内外因老化：高分子材料在加工、储存和使用过程中，由于内外因 素的综合作用，其物理化学性能和机械性能逐渐变坏，以至最素的综

2、合作用，其物理化学性能和机械性能逐渐变坏，以至最 后丧失使用价值，这种现象称为高分子材料的腐蚀，通常称之后丧失使用价值，这种现象称为高分子材料的腐蚀，通常称之 为老化。为老化。 2. 2. 老化形式：老化形式： 外观的变化：出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化及光外观的变化：出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化及光 泽、泽、 颜色的变化；颜色的变化； 物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能，以及耐寒、物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能，以及耐寒、 耐热、透水、透气等性能的变化；耐热、透水、透气等性能的变化； 力学性能的变化：如抗张强度、弯曲强度、抗冲击强度等的变力学性能的变

3、化：如抗张强度、弯曲强度、抗冲击强度等的变 化；化； 3. 3. 类型：类型： 化学老化：主键断裂化学老化：主键断裂 物理老化：次键断裂物理老化：次键断裂 三、高分子材料腐蚀特点三、高分子材料腐蚀特点 金属：离子溶解金属：离子溶解 高分子：物质渗透高分子：物质渗透 4.2 高分子材料腐蚀机理 1. 1. 渗透与扩散：渗透与扩散： 腐蚀介质渗入高分子材料内部会引起反应。高分子材料的腐蚀介质渗入高分子材料内部会引起反应。高分子材料的 大分子及腐蚀产物因热运动较困难，难于向介质中扩散，所大分子及腐蚀产物因热运动较困难，难于向介质中扩散，所 以，腐蚀反应速度主要取决于介质分子向材料内部的扩散速以，腐蚀

4、反应速度主要取决于介质分子向材料内部的扩散速 度。度。 2. 2. 表征：表征： 增重率：渗入的介质质量与样品原始质量的比值增重率：渗入的介质质量与样品原始质量的比值 其意义是单位质量的样品所吸收的介质量。其意义是单位质量的样品所吸收的介质量。 3. 3. 溶胀与溶解溶胀与溶解 1 1） 溶解：线形高聚物溶解：线形高聚物 溶涨：体形高聚物、结晶型高聚物溶涨：体形高聚物、结晶型高聚物 2 2） 耐溶剂性：耐溶剂性： （1 1）极性相近：）极性相近： 大溶大：极性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不大溶大：极性高分子材料如聚醚、聚酰胺、聚乙烯醇等不 溶或难溶于烷烃、苯、甲苯等非极性溶剂中，但可溶

5、解或溶胀溶或难溶于烷烃、苯、甲苯等非极性溶剂中，但可溶解或溶胀 于水、醇、酚等强极性溶剂中。于水、醇、酚等强极性溶剂中。 小溶小：天然橡胶、无定型聚苯乙烯、硅树脂等非极性高小溶小：天然橡胶、无定型聚苯乙烯、硅树脂等非极性高 聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非极性溶剂中。而对于醇、水、聚物易溶于汽油、苯和甲苯等非极性溶剂中。而对于醇、水、 酸碱盐的水溶液等极性介质，耐蚀性较好；对中等极性的有机酸碱盐的水溶液等极性介质，耐蚀性较好；对中等极性的有机 酸、酯等有一定的耐蚀能力。酸、酯等有一定的耐蚀能力。 （2 2）溶解度参数相近：）溶解度参数相近： 溶解度参数差的绝对值：溶解度参数差的绝对值：|1 1-2

6、 2| | 1 1）5.1 5.1 不溶不溶 2) 3.5-5.1 2) 3.5-5.1 可溶可溶 3) 3.5 3) 3.5 易溶易溶 4.4.光氧化机理光氧化机理 原因：原因： 共价键的解离能：共价键的解离能： 300-500kJ/mol300-500kJ/mol 对应波长：对应波长： 400nm-300nm400nm-300nm 太阳光波长：太阳光波长： 290-400nm290-400nm 对应能量：对应能量： 400-300kJ/mol400-300kJ/mol 共价键的吸收峰：共价键的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280-300 280-300 双键双键C=CC=C：230-25

7、0230-250 羟基羟基OHOH： 230 230 单键单键CCCC：135135 一、光氧化机理一、光氧化机理 2 2）共价键的吸收峰：）共价键的吸收峰： 羰基羰基C=OC=O：280300280300 双键双键C=CC=C：230250230250 羟基羟基OHOH： 230230 单键单键CCCC：135135 二、光氧老化防护二、光氧老化防护 1 1）光屏蔽）光屏蔽 2 2）光吸收）光吸收 3 3）猝灭剂）猝灭剂 4 4）受阻胺）受阻胺 5. 5. 微生物腐蚀微生物腐蚀 一、霉菌的滋生与繁殖一、霉菌的滋生与繁殖 微生物的营养要素微生物的营养要素 与其它生物一样，微生物必须不与其它生物

8、一样，微生物必须不 断地从外界吸收所需的各类营养物质，利用体内的酶将其分断地从外界吸收所需的各类营养物质，利用体内的酶将其分 解利用，再转变为细胞自身的组成物质。解利用，再转变为细胞自身的组成物质。 按营养物质中所含主要元素成分及在微生物生长繁按营养物质中所含主要元素成分及在微生物生长繁 殖中的生理功能不同，可将其分为：碳源、氮源、无机盐和殖中的生理功能不同，可将其分为：碳源、氮源、无机盐和 生长因子。生长因子。 1.1. 发生霉腐的要素有：微生物；营养物质发生霉腐的要素有：微生物；营养物质 ( ( 碳源、氮碳源、氮 源、无机盐和生长因子源、无机盐和生长因子 ) ) ；环境；环境 ( ( 温度、空气、湿度、温度、空气、湿度、 pH pH 值等值等 ) ) 6. 6. 高聚物的存放效应与物理老化高聚物的存放效应与物理老化 1 1） 物理老化：物理老化： 玻璃态高聚物多数处于非平衡态，不稳定的玻璃态高聚物多数处于非平衡态，不稳定的, ,在玻璃化在玻璃化 温度温度TgTg以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引以下存放过程中会逐渐趋向稳定的平衡态，从而引 起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化，起高聚物材料的物理力学性能随存放或使用时间而变化， 这种现象被称为物理老化或这种现象被称为物理