रबर पॉलिमर सामग्री की आयुवृद्धि आमतौर पर आयुवृद्धि परीक्षण कक्ष से अविभाज्य है।ओजोन एजिंग परीक्षण कक्षरबर सामग्री के लिए एक आवश्यक परीक्षण उपकरण है। ओजोन एजिंग टेस्ट चैंबर रबर उत्पादों की विश्वसनीयता का पता लगा सकता है, उनके दोषों का पता लगा सकता है, और फिर उत्पाद प्रतिस्पर्धात्मकता में सुधार और वृद्धि कर सकता है, जिससे कंपनियों को लागत नियंत्रित करने और मुनाफे में वृद्धि करने में मदद मिलती है।
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पॉलिमर सामग्री में प्लास्टिक, रबर, फाइबर, फिल्म, चिपकने वाला पदार्थ और कोटिंग शामिल हैं। पारंपरिक संरचनात्मक सामग्रियों से बेहतर उनके कई संभावित गुणों के कारण, उनका उपयोग सैन्य और नागरिक क्षेत्रों में तेजी से किया जा रहा है। पॉलिमर सामग्री वजन में हल्की, उच्च शक्ति वाली, संक्षारण प्रतिरोध में अच्छी होती है, और इसमें अच्छे सुरक्षात्मक गुण होते हैं। इनका व्यापक रूप से विमानन, ऑटोमोबाइल, जहाज, बुनियादी ढांचे, सैन्य उत्पादों और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।
हालांकि, प्रसंस्करण, भंडारण और उपयोग के दौरान, प्रकाश, गर्मी, ऑक्सीजन, पानी, उच्च ऊर्जा विकिरण, रासायनिक और जैविक क्षरण जैसे आंतरिक और बाहरी कारकों के संयुक्त प्रभावों के कारण, बहुलक सामग्री की रासायनिक संरचना और संरचना में कई बदलाव होंगे, और भौतिक गुण भी तदनुसार खराब हो जाएंगे, जैसे कि सख्त होना, चिपचिपाहट, भंगुरता, मलिनकिरण, ताकत का नुकसान, आदि। इस घटना को बहुलक सामग्री की उम्र बढ़ने कहा जाता है। बहुलक सामग्री उम्र बढ़ने का सार भौतिक संरचना या रासायनिक संरचना में परिवर्तन को संदर्भित करता है, जो सामग्री के प्रदर्शन में क्रमिक गिरावट और इसके उचित उपयोग मूल्य के नुकसान के रूप में प्रकट होता है।
बहुलक पदार्थों की उम्र बढ़ना और उनका नष्ट हो जाना, बहुलक पदार्थों के आगे विकास और अनुप्रयोग को बाधित करने वाले प्रमुख मुद्दों में से एक बन गया है।
उम्र बढ़ने की घटना
विभिन्न पॉलिमर किस्मों और विभिन्न उपयोग स्थितियों के कारण, उम्र बढ़ने की अलग-अलग घटनाएँ और विशेषताएँ होती हैं। उदाहरण के लिए, कृषि प्लास्टिक की फिल्म का रंग बदल जाता है, वह भंगुर हो जाती है, और धूप और बारिश के संपर्क में आने के बाद उसकी पारदर्शिता कम हो जाती है; विमानन प्लेक्सीग्लास पर चांदी की धारियाँ विकसित हो जाती हैं और लंबे समय तक उपयोग के बाद उसकी पारदर्शिता कम हो जाती है; रबर उत्पाद लंबे समय तक उपयोग के बाद अपनी लोच खो देते हैं, सख्त हो जाते हैं, फट जाते हैं या नरम और चिपचिपे हो जाते हैं; पेंट लंबे समय तक उपयोग के बाद अपनी चमक, पाउडर, बुलबुले और छिलका खो देता है। उम्र बढ़ने की घटना को निम्नलिखित चार परिवर्तनों में संक्षेपित किया जा सकता है:
1. दिखावट में परिवर्तन
दाग, धब्बे, चांदी की धारियाँ, दरारें, पाला, पाउडर, चिपचिपाहट, टेढ़ापन, मछली की आंखें, झुर्रियाँ, सिकुड़न, झुलसना, प्रकाशीय विरूपण, तथा प्रकाशीय रंग में परिवर्तन।
2. भौतिक गुणों में परिवर्तन
इसमें घुलनशीलता, प्रफुल्लता, रियोलॉजिकल गुण, शीत प्रतिरोध, ताप प्रतिरोध, जल पारगम्यता और वायु पारगम्यता में परिवर्तन शामिल हैं।
3. यांत्रिक गुणों में परिवर्तन
तन्य शक्ति, बंकन शक्ति, अपरूपण शक्ति, प्रभाव शक्ति, सापेक्ष विस्तार, तथा प्रतिबल शिथिलन जैसे गुणों में परिवर्तन।
4. विद्युत गुणों में परिवर्तन
जैसे कि सतह प्रतिरोध, आयतन प्रतिरोध, परावैद्युत स्थिरांक, तथा विद्युत विभंग सामर्थ्य में परिवर्तन।
उम्र बढ़ने के कारक
बहुलक पदार्थों के भौतिक गुण उनकी रासायनिक संरचना और समग्र संरचना से निकटता से संबंधित हैं। रासायनिक संरचना सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़े मैक्रोमोलेक्यूल्स की एक लंबी श्रृंखला संरचना है, और समग्र संरचना एक स्थानिक संरचना है जिसमें कई मैक्रोमोलेक्यूल्स आणविक बलों द्वारा व्यवस्थित और स्टैक किए जाते हैं, जैसे कि क्रिस्टलीय, अनाकार और क्रिस्टलीय-अनाकार।
समग्र संरचना को बनाए रखने वाले अंतर-आणविक बलों में आयनिक बंधन बल, धातु बंधन बल, सहसंयोजक बंधन बल और वैन डेर वाल्स बल शामिल हैं। पर्यावरणीय कारक अंतर-आणविक बलों में परिवर्तन का कारण बन सकते हैं, यहाँ तक कि श्रृंखला टूटना या कुछ समूहों का बहाव भी, जो अंततः सामग्री की समग्र संरचना को नष्ट कर देगा और सामग्री के भौतिक गुणों को बदल देगा। आमतौर पर दो कारक होते हैं जो बहुलक सामग्री की उम्र बढ़ने को प्रभावित करते हैं: आंतरिक कारक और बाहरी कारक।
आंतरिक फ़ैक्टर्स
1. पॉलिमर की रासायनिक संरचना
पॉलिमर की उम्र बढ़ना उनकी अपनी रासायनिक संरचना से बहुत हद तक जुड़ा हुआ है। रासायनिक संरचना के कमज़ोर बंधन वाले हिस्से बाहरी कारकों से आसानी से प्रभावित होते हैं और मुक्त मूलक बनने के लिए टूट जाते हैं। यह मुक्त मूलक मुक्त मूलक प्रतिक्रियाओं को आरंभ करने के लिए शुरुआती बिंदु है।
2. भौतिक रूप
पॉलिमर के कुछ आणविक बंधन क्रम में व्यवस्थित होते हैं, जबकि अन्य अव्यवस्थित होते हैं। व्यवस्थित रूप से व्यवस्थित आणविक बंधन क्रिस्टलीय क्षेत्र बना सकते हैं, और अव्यवस्थित रूप से व्यवस्थित आणविक बंधन अनाकार क्षेत्र होते हैं। कई पॉलिमर की आकृति विज्ञान एक समान नहीं है, बल्कि अर्ध-क्रिस्टलीय है, जिसमें क्रिस्टलीय और अनाकार दोनों क्षेत्र होते हैं। उम्र बढ़ने की प्रतिक्रिया अनाकार क्षेत्र से शुरू होती है।
3. स्टीरियोस्कोपिक नियमितता
किसी बहुलक की त्रिविम नियमितता उसकी क्रिस्टलीयता से बहुत निकट से संबंधित होती है। आम तौर पर, नियमित बहुलकों में यादृच्छिक बहुलकों की तुलना में बेहतर आयु प्रतिरोध होता है।
4. आणविक भार और उसका सामान्य वितरण
बहुलक के आणविक भार का उम्र बढ़ने से कोई लेना-देना नहीं है, लेकिन आणविक भार का वितरण बहुलक के उम्र बढ़ने के प्रदर्शन पर बहुत अधिक प्रभाव डालता है। वितरण जितना व्यापक होगा, उम्र बढ़ना उतना ही आसान होगा, क्योंकि वितरण जितना व्यापक होगा, अंत समूह उतने ही अधिक होंगे, और उम्र बढ़ने की प्रतिक्रियाएँ उतनी ही आसान होंगी।
5. ट्रेस धातु अशुद्धियाँ और अन्य अशुद्धियाँ
जब पॉलिमरों को संसाधित किया जाता है, तो वे धातुओं के संपर्क में आते हैं, और सूक्ष्म धातुएं उनमें मिश्रित हो सकती हैं, या बहुलकीकरण के दौरान कुछ धातु उत्प्रेरक बचे रह सकते हैं, जो स्व-ऑक्सीकरण (अर्थात, आयुवृद्धि) की शुरुआत को प्रभावित करेगा।
बाह्य कारक
1. तापमान का प्रभाव
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, बहुलक श्रृंखलाओं की गति तेज होती जाती है। एक बार जब रासायनिक बंधों की पृथक्करण ऊर्जा पार हो जाती है, तो यह बहुलक श्रृंखलाओं या समूह बहाव के थर्मल क्षरण का कारण होगा। वर्तमान में, बहुलक सामग्री के थर्मल क्षरण पर बड़ी संख्या में साहित्य रिपोर्ट हैं; जब तापमान कम हो जाता है, तो सामग्री के यांत्रिक गुण अक्सर प्रभावित होते हैं। यांत्रिक गुणों से निकटता से संबंधित महत्वपूर्ण तापमान बिंदुओं में ग्लास संक्रमण तापमान टी, चिपचिपा प्रवाह तापमान टीएफ और पिघलने बिंदु टीएम शामिल हैं। सामग्री की भौतिक अवस्था को ग्लास अवस्था, उच्च लोचदार अवस्था और चिपचिपा प्रवाह अवस्था में विभाजित किया जा सकता है।
2. आर्द्रता का प्रभाव
बहुलक पदार्थों पर नमी के प्रभाव को सामग्री पर पानी की सूजन और विघटन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जो बहुलक पदार्थ की समग्र संरचना को बनाए रखने वाले अंतर-आणविक बलों को बदलता है, जिससे सामग्री की समग्र अवस्था नष्ट हो जाती है। विशेष रूप से गैर-क्रॉस-लिंक्ड अनाकार पॉलिमर के लिए, नमी का प्रभाव बेहद स्पष्ट है, जो बहुलक पदार्थ को समग्र अवस्था में सूजन या यहां तक कि विघटित कर देगा, जिससे सामग्री के प्रदर्शन को नुकसान पहुंचेगा; क्रिस्टलीय प्लास्टिक या फाइबर के लिए, पानी के प्रवेश प्रतिबंधों के अस्तित्व के कारण, नमी का प्रभाव बहुत स्पष्ट नहीं है।
3. ऑक्सीजन का प्रभाव
ऑक्सीजन पॉलिमर पदार्थों की उम्र बढ़ने का मुख्य कारण है। ऑक्सीजन की पारगम्यता के कारण, क्रिस्टलीय पॉलिमर अनाकार पॉलिमर की तुलना में ऑक्सीकरण के प्रति अधिक प्रतिरोधी होते हैं। ऑक्सीजन सबसे पहले पॉलिमर की मुख्य श्रृंखला पर कमजोर लिंक पर हमला करता है, जैसे कि डबल बॉन्ड, हाइड्रॉक्सिल समूह, हाइड्रोजन समूह या तृतीयक कार्बन परमाणुओं पर परमाणु, पॉलिमर पेरोक्सिल रेडिकल या पेरोक्साइड बनाते हैं, और फिर इस स्थिति में मुख्य श्रृंखला को तोड़ देते हैं। गंभीर मामलों में, पॉलिमर का आणविक भार काफी कम हो जाता है, ग्लास संक्रमण तापमान कम हो जाता है, और पॉलिमर चिपचिपा हो जाता है। कुछ आरंभक या संक्रमण धातु तत्वों की उपस्थिति में जो आसानी से मुक्त कणों में विघटित हो जाते हैं, ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया को तेज करने की प्रवृत्ति होती है।
4. फोटोएजिंग
बहुलक प्रकाश के संपर्क में आता है या नहीं और आणविक श्रृंखला को तोड़ता है या नहीं, यह प्रकाश ऊर्जा और पृथक्करण ऊर्जा के सापेक्ष आकार और प्रकाश तरंगों के लिए बहुलक रासायनिक संरचना की संवेदनशीलता पर निर्भर करता है। पृथ्वी की सतह पर ओजोन परत और वायुमंडल की उपस्थिति के कारण, सूर्य के प्रकाश की तरंग दैर्ध्य सीमा जो जमीन तक पहुँच सकती है, 290nm और 4300nm के बीच है। केवल पराबैंगनी क्षेत्र में प्रकाश तरंगों में रासायनिक बंधन पृथक्करण ऊर्जा की तुलना में प्रकाश तरंग ऊर्जा अधिक होती है, जो पॉलिमर के रासायनिक बंधनों को तोड़ देगी।
उदाहरण के लिए, 300nm से 400nm की पराबैंगनी तरंगदैर्ध्य को कार्बोनिल समूह और दोहरे बंधों वाले पॉलिमर द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, जिससे मैक्रोमोलिक्युलर श्रृंखलाएं टूट सकती हैं, रासायनिक संरचनाएं बदल सकती हैं, और सामग्री के गुण खराब हो सकते हैं; पॉलीइथिलीन टेरेफ्थेलेट में 280nm पराबैंगनी किरणों का एक मजबूत अवशोषण होता है, और गिरावट वाले उत्पाद मुख्य रूप से CO, H, और CH होते हैं; केवल CC बॉन्ड वाले पॉलीओलेफ़िन में पराबैंगनी किरणों का कोई अवशोषण नहीं होता है, लेकिन थोड़ी मात्रा में अशुद्धियों की उपस्थिति में, जैसे कि कार्बोनिल समूह, असंतृप्त बंध, हाइड्रोपरॉक्साइड समूह, उत्प्रेरक अवशेष, सुगंधित हाइड्रोकार्बन और संक्रमण धातु तत्व, वे पॉलीओलेफ़िन की फोटोऑक्सीकरण प्रतिक्रिया को बढ़ावा दे सकते हैं।
5. रासायनिक मीडिया का प्रभाव
रासायनिक माध्यम केवल तभी भूमिका निभा सकते हैं जब वे बहुलक पदार्थों के अंदरूनी भाग में प्रवेश करते हैं। इन प्रभावों में सहसंयोजक बंधन और द्वितीयक बंधन शामिल हैं। सहसंयोजक बंधनों का प्रभाव श्रृंखला विखंडन, क्रॉसलिंकिंग, योग या बहुलक श्रृंखलाओं के इन प्रभावों के संयोजन के रूप में प्रकट होता है। यह एक अपरिवर्तनीय रासायनिक प्रक्रिया है; हालांकि रासायनिक माध्यमों द्वारा द्वितीयक बंधनों के विनाश से रासायनिक संरचना में परिवर्तन नहीं होता है, लेकिन सामग्री की समग्र संरचना बदल जाएगी, जिससे इसके भौतिक गुणों में संगत परिवर्तन होंगे।
पर्यावरणीय तनाव दरार, विघटन दरार और प्लास्टिकीकरण जैसे भौतिक परिवर्तन बहुलक पदार्थों की रासायनिक माध्यम आयुवृद्धि की विशिष्ट अभिव्यक्तियाँ हैं।
विघटन दरार को खत्म करने का तरीका सामग्री के आंतरिक तनाव को खत्म करना है। सामग्री बनने के बाद एनीलिंग सामग्री के आंतरिक तनाव को खत्म करने के लिए अनुकूल है। प्लास्टिकीकरण तब होता है जब तरल माध्यम बहुलक सामग्री के साथ निरंतर संपर्क में रहता है। बहुलक और छोटे अणु माध्यम के बीच की बातचीत आंशिक रूप से बहुलक के बीच की बातचीत को बदल देती है, जिससे बहुलक श्रृंखला खंडों को स्थानांतरित करना आसान हो जाता है, जो कांच संक्रमण तापमान में कमी, सामग्री की ताकत, कठोरता और लोचदार मापांक में कमी और टूटने पर बढ़ाव में वृद्धि के रूप में प्रकट होता है।
6. जैविक उम्र बढ़ना
चूँकि प्लास्टिक उत्पाद लगभग सभी प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान विभिन्न प्रकार के योजकों का उपयोग करते हैं, इसलिए वे अक्सर मोल्ड के लिए पोषण का स्रोत बन जाते हैं। जब मोल्ड बढ़ता है, तो यह प्लास्टिक की सतह और अंदर पोषक तत्वों को अवशोषित करता है और माइसेलियम बन जाता है, जो एक कंडक्टर भी है, इस प्रकार प्लास्टिक के इन्सुलेशन को कम करता है, इसका वजन बदलता है, और गंभीर मामलों में छील जाता है। मोल्ड वृद्धि के मेटाबोलाइट्स में कार्बनिक अम्ल और विषाक्त पदार्थ होते हैं, जो प्लास्टिक की सतह को चिपचिपा, फीका, भंगुर बना देंगे और चिकनाई को कम कर देंगे, और ऐसे लोगों को भी बीमार कर देंगे जो ऐसे मोल्ड वाले प्लास्टिक के साथ लंबे समय तक संपर्क में रहते हैं।
पॉलीसैकेराइड प्राकृतिक पॉलिमर और उनके संशोधित यौगिकों को सामान्य प्लास्टिक के साथ सम्मिश्रण और संशोधन के माध्यम से विघटित डिस्पोजेबल फिल्मों, चादरों, कंटेनरों, फोम उत्पादों आदि में संसाधित किया जा सकता है। उनके अपशिष्ट को पॉलीसैकेराइड प्राकृतिक बहुलक अपघटन एंजाइम जैसे कि एमाइलेज के हस्तक्षेप के माध्यम से धीरे-धीरे छोटे आणविक यौगिकों में हाइड्रोलाइज किया जा सकता है जो प्राकृतिक वातावरण में व्यापक रूप से मौजूद हैं, और अंत में प्रदूषण मुक्त कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विघटित होकर जीवमंडल में वापस आ जाते हैं। इन लाभों के आधार पर, स्टार्च द्वारा दर्शाए गए पॉलीसैकेराइड प्राकृतिक बहुलक यौगिक अभी भी विघटित प्लास्टिक का एक महत्वपूर्ण घटक हैं।
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