중합체의 기상시험

SEPAP 유닛에서 폴리머의 광 노화가 가속화된 것은 실험실 또는 자연 조건에서 제어된 폴리머 분해 및 폴리머 코팅 저하가 그것이다.

플라스틱 재료의 노화 예측은 재료(폴리머, 필러, 각종 첨가제)나 압출, 주입 등 여러 공정에 의해 복수의 물체의 제조에 '열가소성' 성질을 사용하는 변압기가 많은 중간재나 재료의 사용자와 제조자 모두에게 관계되는 중요한 주제다.n 성형 등

재료의 신뢰성은 우리가 매일 사용하는 모든 제조 물체에 대해 점점 더 요구되고 있는 많은 보증 중 하나이며, 따라서 그것은 "지속 가능한 개발" 접근법에 완벽하게 통합된다. 그러나 물질 또는 산업 부분의 시간에 따른 행동을 예측하는 것은 많은 매개변수를 고려해야 하기 때문에 섬세한 과정이다.

"자연적" 노화 자체에 대한 저항은 가변적이며, 온도, 햇빛(기후, 위도, 습도 등) 및 그 밖의 여러 요소(물리적 제약, 오염 정도 등)에 따라 정확하게 평가하기 어렵다. 인공광원과 기타 물리적 제약조건(온도, 시뮬레이션 비, ...)의 사용에 의한 이러한 노화의 시뮬레이션은 여러 표준, ISO, ASTM 등의 기초가 되는 많은 개발의 대상이 되어 왔다.

결국, 예를 들어, 10년 보증을 제공하거나 안정화제를 검증하기 위해 이러한 노화를 가속화하는 것은 탄탄한 과학적 배경에 기초해야 하는 보다 복잡한 접근법이다. 여기서 유의해야 할 점은 다른 애플리케이션(환경에서 빠르게 저하되어야 하는 재료의 애플리케이션 등)도 이 접근방식에 의해 관련된다는 것이다.

1. 기계론적 접근 2. 포토에이징 3. SEPAP는 인공 포토에이징 유닛 4를 가속화했다. 중속 및 초가속 5. 물의 역할 6. CNEP 7. 참고 및 참조

1. 기계론적 접근법

이러한 물질의 노화 대부분이 "방사성 산화"라고 불리는 화학 반응에 근거한다는 것은 오래 전부터 알려져 왔다. 화학적 결합(특히 탄소와 수소 사이에서 가장 풍부한 것)을 공격하는 일차적 활성산소를 생성하는 외부 스트레스의 영향 아래에서 대기 산소와 함께 반응이 일어난다. 이로 인해 많은 화학 물질이 형성되었고, 그 중 수산화물과 과산화물이 핵심 산물이었다; 그것들은 모두 분광법으로 쉽게 검출할 수 있는 케톤, 알코올, 산과 같은 많은 부산물로 분해될 만큼 충분히 안정적이고 반응적이다. 또 다른 중요한 요소인 과산화수소, H2O2와 같은 과산화질소 그룹 중 하나의 분해는 두 개의 새로운 활성산소를 생성하여 노화의 자기 가속화를 초래한다.

이러한 기본적인 화학반응은 폴리머 물질의 물리적 성질을 다소 빠르게 악화시키고 적외선 분광법을 사용한 정밀 분석은 분해 메커니즘을 이해하고 폴리머의 장기 거동에 대한 예측을 가능하게 한다[1].

우리의 일상 환경에서 흔한 물질인 폴리프로필렌은 이러한 접근방식의 매우 중요한 예다. 3차 탄소가 많은 화학구조(탄소원자가 3개, 수소 1개에 묶인 것)로 노화에 특히 민감한 물질이다. 안정화제가 없는 상태에서, 예를 들어 필름의 형태로, 그 사용은 열화를 발견하지 않고는 완전히 불가능하다(몇 일 안에 그것은 빠르게 불투명해지고 부서지기 쉽다).

2. 중합체의 포토에이징

햇빛(지구의 파장이 295nm보다 큰)은 온도와 대기 산소와 함께 플라스틱의 자연 노화에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나이다. 단, 기온의 영향을 (어둠 속에서 나이 들어) 따로 분석할 수 있는 경우, 온도 효과와 항상 관련되는 포토에이징과 동일하지 않을 경우, '포토-열'이라는 자격도 제대로 갖추는 경우가 많다는 점에 유의해야 한다.

광온 노화 시뮬레이션은 일반적으로 지리적 위치(Arizona, Florida, South of France)에 대해 승인된 중심에서 표본을 노출하고 노출 조건(일조 및 강도, 온도, 습도 수준 등)을 정확하게 알 수 있는 능력에 의해 수행된다. 때때로 미러 시스템은 방사선을 강화시키는 것을 가능하게 한다. 시뮬레이션은 또한 실험실에서 수행될 수 있으며, 우리는 일반적으로 짧은 파장을 제거한 후 태양의 스펙트럼과 매우 유사한 제논 램프를 사용한다. 대부분의 계측기는 빛의 강도, 주변 환경의 온도, 습도 수준 및 스프링클러를 프로그래밍하여 비의 영향을 시뮬레이션할 수 있다.

여기서 제논 램프의 사용은 태양 스펙트럼과의 유사성에 기초하지만 광화학의 원리(특히 흥분 상태의 진동 이완의 존재)는 광온 노화를 시뮬레이션하거나 가속화하기 위한 다른 광원의 사용을 배제하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 수은-증기 램프는 적절히 필터링된 상태로 이산 방사선을 갖는 불연속 스펙트럼을 갖는다(연속적인 제논과 태양 스펙트럼과는 달리). Hg 램프의 이러한 UV 방출은 또한 사용 중인 폴리머 소재의 내구성을 예측할 수 있게 한다.

3. SEPAP 가속 인공 광 노화 장치

1978년 초, 위에 언급된 원칙들은 분자 및 고분자 광화학 연구소[2]에 의해 특정 단위의 설계로 이어졌고, 현재는 Clermont-Ferrand의 화학 연구소 (https://iccf.uca.fr)에 통합되었다. 이 중 하나인 SEPAP 12-24는 2014년 새로운 SEPAP MHE 모델이 출시될 때까지 ATLAS MTT(사진 1)에 의해 오랫동안 제작 및 판매되었다(https://www.atlas-mts.com).

그림 1 : SEPAP 12-24 유닛 내부 상세 (램프 4개)

SEPAP 12-24 유닛에서 광의 흥분은 병렬로 연결된 4개의 모서리에 배치된 400와트 중압 수은 증기 램프 4개에 의해 제공된다. 붕산염 유리 봉투에 의해 최단 파장이 제거되는 이 램프는 수명이 5000시간이다. 노출 표면의 온도(주변 환경이 아님)는 노출될 샘플과 동일한 구성의 기준 필름에 접촉하여 열가운에 의해 유지 및 제어된다. 이 온도는 45 °C에서 80 °C까지 다양할 수 있으며 광화학 흥분과 열 방출 사이의 양호한 절충이 항상 표본 수준에서 보장된다. 약 1X5cm의 24개의 샘플은 모든 샘플이 균일한 조도를 갖도록 장치 중앙의 일정한 속도로 회전하는 금속 샘플 홀더에 배치된다. 표본 크기는 적외선 분광법에 의한 낮은 전환율로 화학적 진화를 감시하기에 적합하다. SEPAP 12-24 인클로저는 폴리에틸렌 보정 필름을 사용하여 보정해야 한다. 열화를 제어하는 화학적 진화의 메커니즘에 대한 상세한 분석은 다수의 폴리머에 대해 제안될 수 있었고 [3,4] 이 메커니즘이 승인된 현장이나 실제 실외 사용 중에 자연 노화에 개입했던 메커니즘과 동일하다는 것을 확인할 수 있었다. 오늘날 12개의 프랑스와 유럽 표준은 이러한 인클로저(농업용 필름, 케이블)를 참조하고 있으며 약 20개의 회사가 그들의 하청업체들을 위한 규격에 SEPAP 시험을 포함시켰다.

신형 SEPAP MHE(중·고에너지) 장치는 중압 수은원 1개를 탑재해 SEPAP 12-24 유닛에 상응하는 1단위의 가속도를, 2단위는 약 3배 높은 가속도(초감속도)를 허용한다. CNEP, 르노, PSA, 폴리원, 아틀라스아메텍이 개발했다. 선원은 중심 위치를 가지며 견본은 선원을 둘러싼 균일한 회전 움직임에 의해 애니메이션으로 제작된 견본 홀더에 고정된다.

SEPAP 12-24 또는 MHE 장치의 가속 조건에 따른 화학적 진화의 분석 및 현장 야외 사용 시 노출 초기 단계의 화학적 진화의 분석(1년 이상)을 통해 메커니즘에서 "중요 제품"의 형성을 식별할 수 있다면 가속 계수를 정의할 수 있다. 반응 패턴을 나타낸다. 이 가속 계수는 매우 다른 반응 메커니즘에 따라 진화하는 조제 재료의 모든 제품군에 보편적일 수는 없지만, 중합체의 각 제품군에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어 기준 폴리에틸렌의 경우 12(프랑스 남부에서는 1개월 = 1년)에 가깝다. 이러한 가속 계수는 실제로 잘 정의된 제형의 매우 특정한 경우에서 결정되었고 산소 확산(산소 기아를 방지)과 안정기의 이동("저소관 효과")을 고려할 수 있는 형태로 노출되었다.

예를 들어, SEPAP MHE 장치는 프랑스 남부에서 폴리프로필렌의 1년 노출 시간을 300시간(평균 가속) 또는 100시간(초가속 모드)으로 시뮬레이션할 수 있다.

4. 중속 및 초가속

광 노화를 더욱 가속화할 수 있는가? 이를 달성하는 데는 여러 가지 방법이 있지만, 더 이상 자연 노화를 대표하지 못할 위험성이 크다. 광화학적으로 볼 때, 산소 기아가 매우 빨리 일어나고 열화 메커니즘을 강하게 교란시킬 수 있는 것처럼, 다광학적 효과는 예를 들어 두려운 것이다. SEPAP MHE 유닛에서 개발된 초가속 접근방식은 특정 용도에 필요한 매우 장기적인 안정성 문제(케이블 스테이드 브리지, 태양광 패널, 풍력 터빈 등) 또는 매우 신속하게 신소재를 호몰로로그할 수 있어야 하는 필요성(자동차 산업, ...)을 특히 해결할 수 있게 한다.

5. 물의 역할

폴리에틸렌, 폴리프로필렌에서 특히 부각된 것은 무엇보다 물리적 역할(누출)이다. 극지방 분해물과 낮은 분자량을 재료 표면에서 제거하여 노화 현상을 가릴 수 있다. 노화를 과소평가할 수 있는 너무 많은 분무를 피함으로써 주기적인 스프링클러로 SEPAP MHE를 운용할 수 있다. 너무 자주 물을 뿌리면 분자량이 적은 안정제를 조기에 추출해 중합체 물질을 잘못 부적격시킬 수도 있다. 물의 다른 물리적 화학적 제약조건(초자외선 – 열 – 산소)과 결합된 역할을 조사하기 위해 SEPAP 12-24 H 시제품이 개발되었다. 이 유닛에서 샘플 홀더는 실외 순환에서 다시 산소가 생성되는 온도 조절 액체 물에 담근다.

6. 중앙 국가 평가 제거 광전자복제(CNEP라고 함)

1986년 분자 및 고분자 광화학 연구소의 연구로 전환 센터 CNEP가 탄생하여 제조자의 서비스에서 폴리머 물질의 광 노화에 그 기술을 투입하여 재료의 고장을 분석하거나 집단 관심 연구를 수행하게 되었다.

폴리머 부품의 상이한 환경 제약(햇빛, 습기가 있거나 없는 열)이나 고장 분석을 받는 고분자 물질의 거동을 예측하는 연구는 제조업체의 연구개발 부서와 협력하여 수행할 수 있다. CNEP는 또한 혁신적인 연구 주제에서 산업가들이 주도하는 협력 프로젝트의 파트너가 될 수 있다.

Centre National d'Evaluation de Photoprotection은 현재 약 60개의 회사와 연관되어 있으며, 매년 예술 작품을 포함한 폴리머의 모든 적용 분야를 망라하는 450개 이상의 연구를 수행하고 있다. 프랑스 국가차원에서 기술자원센터(cnep-fr.com)로도 승인된다.

참고 사항 및 참조

1. , 자크 라코스테, 산드라린 테리아스, L'actualité chimique, 2015, 395, 38-43의 "Vieilisseation des materiaux polymeres et des composites"

2. J. Polym의 "Jacques Lacoste, David Carlsson" "감마-, 포토- 및 열초기 산화 선형 저밀도 폴리에틸렌: 산화 제품의 정량적 비교" Sci, Polym. Chem. Ed. A, 1992, 30, 493-500 및 1993, 31, 715-722(폴리프로필렌)

3. 1996년 10월, 42-47년 47 자크 르메르 "중합체 내구성 예측"

4. ↑ Jacques Lemaire, René Arnaud, Jean Luc Gardette, Jacques Lacoste, Henri Seinera, "Zuverlässigkeit der methode der photo-schnellalterung bei polymeren. ( Reliability of the accelerated photo-ageing method)", Kunststoffe, German Plastics (int Ed.), 1986, 76, 149-153

참고 항목

참조

ASTM 표준 B117: 염분 분무(포그) 시험의 표준 방법,
ASTM D1014(45° 북쪽): 강재 도료의 외부노출시험 실시 방법
ASTM G90: 자연광 집중을 이용한 비금속재의 가속도 실외 풍화성능 표준사례
ASTM G154: 비금속 물질의 UV 노출을 위한 형광등 기구 운영 표준 사례
Q.U.V Accelerated Weathering Tester 운영 매뉴얼, Q-Lab Corporation, 클리블랜드, OH, USA, www.q-lab.com.
UV 풍화 및 관련 테스트 방법, Cabot Corporation, www.cabot-corp.com
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올리비에 힐란트, "폴리머 풍화: 경험주의와 과학의 혼합", 재료 시험 제품 및 기술 뉴스, 2006, 36 (76), 3-12 [1]
1996년 10월 42-47년 10월 켐텍의 자크 르메르 "중합체 내구성 예측".

웹 참조

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