Wpływ warunków eksploatacji na wyroby z tworzyw poliolefinowych

Wyroby wykonane z tworzyw sztucznych przez cały okres swojego użytkowania, często trwającego wiele lat powinny zachować swoje właściwości chemiczne, fizyczne, mechaniczne i estetyczne. Podczas użytkowania są one jednak narażone na oddziaływanie światła, tlenu, ciepła i wody i dlatego poznanie procesów destrukcji i możliwości jej zapobiegania jest bardzo ważne dla przetwórców tworzyw sztucznych oraz użytkowników wyrobów.

W wyniku wymienionych powyżej czynników w tworzywach sztucznych zachodzą zmiany starzeniowe na skutek procesu fotooksydacji i termooksydacji. Procesy destrukcyjne polimerów mogą przebiegać szybciej w wyniku oddziaływania wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń (pozostałości katalizatorów, zanieczyszczenia niektórymi metalami znajdującymi się w napełniaczach mineralnych, agresywne środowisko w trakcie eksploatacji, itp.). Czynniki atmosferyczne powodują efekty destrukcyjne objawiające się zmianą wyglądu zewnętrznego i właściwości fizyko-mechanicznych wyrobów wykonanych z tworzyw sztucznych. Degradacja polimerów może być spowodowana wieloma czynnikami i przebiegać według jednego lub wielu mechanizmów.

W większości przypadków są to procesy polegające na przyłączaniu tlenu rodnikowego (rodniki tworzą się na skutek działania promieniowania UV i/lub podwyższonej temperatury) do łańcucha polimeru i skracaniu łańcucha polimeru, co w końcowym efekcie prowadzi do stopniowego zmniejszania ciężaru cząsteczkowego polimeru. W zależności od czynnika inicjującego procesy starzeniowe polimerów rozróżnia się dwa typy procesu utleniania polimerów - procesy termodestrukcyjne oraz procesy fotodestrukcyjne.

Termodestrukcja
W podwyższonej temperaturze w polimerach tworzą się wolne rodniki alkilowe, które następnie reagują z tlenem znajdującym się w atmosferze i stopniowo następuje rozprzestrzenianie się wolnych rodników. W wyniku tworzenia się różnych związków zawierających grupy karbonylowenastępuje stopniowe zmniejszanie ciężaru cząsteczkowego polimeru. Proces ten jest często nazywany procesem autooksydacji, a rozpoczyna się już podczas przetwórstwa (stopiony polimer łatwiej przyłącza cząsteczkę tlenu). Dlatego do wielu polimerów dodaje się antyutleniacze, gdyż mogłaby nastąpić częściowa degradacja już w procesie przetwórstwa.

Typowym przykładem takiego tworzywa jest polipropylen – wszystkie handlowe typy polipropylenu zawierają antyutleniacze. Reakcja utleniania jest złożona, w normalnej temperaturze szybkość utleniania jest mała, natomiast w obecności światła już w umiarkowanych temperaturach obserwuje się wyraźne pochłanianie tlenu i zmianę szeregu właściwości fizycznych.

Ze względu na rodnikowy charakter procesy degradacji termicznej są inhibitowane antyutleniaczami (na ogół pochodnymi fenoli, aminofenoli i amin). Związki te reagują z wolnymi rodnikami, tworząc względnie trwałe związki lub stabilne rodniki. Po wyczerpaniu się antyutleniaczy procesy destrukcyjne tworzyw sztucznych zachodzą ponownie.