Tussen de verschillende grote projecten, “Revamp” van gaswassing in Le Havre en Cordemais (steenkolen energie centrales) en een enorme spoedklus in Amsterdam na een brand in de grootste vuilverbranding van Europa, nemen we graag nog eens de tijd om een technische toelichting te geven over corrosie en veroudering van kunststoffen. We zijn allen vrij vertrouwd met dit fenomeen bij metalen maar bij kunststoffen blijken er veel meer vragen te zijn ! Toch zijn de oorzaken vrij gelijkend.
Met onze ervaring in de wereld van thermoplasten, thermoharders, rubbers, laminaat bekledingen, polypropyleen constructies, PE cladding, poly-en vinylester, PVDF, PTFE en PFA enz. komen we toch regelmatig in contact met oudere installaties die verouderings- en corrosie kenmerken vertonen.
Polymeerdegradatie is de benaming die gebruikt wordt om ongewilde veranderingen in de fysische en chemische structuur van macromoleculen in de kunststof aan te geven. De belangrijkste degradatie ontstaat door het verbreken van de chemische bindingen in de hoofdketen van de macromoleculen, wat vaak leidt tot verandering van gewicht. Dit kan zelfs leiden tot “cross linking” en dus wijziging van de karakteristieken van het originele materiaal.
Voornaamste vormen
Mechanische degradatie
Veranderingen die zich uiten als barst vorming, bros worden, deformatie van oppervlakte structuren worden zoals b.v. metalen aanzien als een fysisch proces. Kunststoffen met een laag moleculair gewicht zullen hier minder onder lijden. De mate waar chemische verbindingen worden verbroken is sterk afhankelijk van de aggregatietoestand van de kunststof (Bij een lage temperatuur vormen ze een vaste stof, bij wat hogere temperatuur een vloeistof en bij een nog hogere temperatuur een gas). Bij de macromoleculen onderscheidt men drie aggregatietoestanden:
- De vaste of kristallijne structuur (glasfase)
- De rubberachtige elastische toestand (bij b.v. polypropyleen)
- Gesmolten vorm (thermoharders smelten niet maar ontbinden (= b.v. GVK, Vinylester= “crosslinkers”)
Spanningscorrosie
(in de wereld van de metalen door allen gekend), scheur en barst vorming onder invloed van mechanische spanning gecombineerd met een specifieke chemisch milieu. De combinatie van deze beide actoren veroorzaakt deze spanningscorrosie: de snelheid wordt beïnvloed door de chemische belasting. Het proces start door absorptie van componenten uit het medium of milieu. Spanningscorrosie wordt gekenmerkt door :
- Verlaging van de kritische rek en de breukrek
- Verkorting in de tijd tot het vormen van horizontale scheuren (loodrecht op de trekspanning)
Chemische degradatie
Chemisch verval zijn reacties die in de macromoleculen optreden als ze in contact komen met verbindingen met een laag moleculair gewicht (zoals basen en zuren, solventen en b.v. gassen)
Onder de vorm van Chemische degradatie kennen we:
Solvolyse : (ontbinding van de structuren door solventen); Hydrolyse (zowel in zure als in base mogelijk, solvolyse-agent water)- oxidatieve degradatie (meestal gaat dit proces gepaard met een verbinding met zuurstof. Bij dit verval spreekt men veelal van directe verbranding en inwerking van Ozon)
- Ozonolyse (ozon reageert met organische stoffen, snelheid van degradatie gelinkt aan het soort moleculaire verbinding)
Biologische degradatie
Deze vorm wordt veroorzaakt door een chemische inwerking van micro-organismen, de ontstaande enzymen werken in op de polymeerstructuur, dit proces is zeer gelijkend aan bacteriële corrosie op staal, weliswaar met andere micro organismen, waarin temperatuur, pH en zuurstof dezelfde belangrijke rol spelen. Sommige polyesters en polyurethanen zijn erg gevoelig voor deze biodegradatie.
Thermolyse
De organische moleculen zijn opgebouwd uit koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof en dus beperkt in temperatuur resistentie meestal tot 100 à 200°C soms tot 400°C (uitzonderlijk), absoluut niet vergelijkbaar met de stabiliteit van metalen. Bij hoge temperaturen ontstaat thermische ontbinding, breuken ontstaan in alle richtingen van de chemische ketens.
Fotodegradatie en weersinvloeden
Dit als gevolg van energierijke golven van b.v. UV licht. Bepaalde delen in de kunststof (chromoforen) zijn in staat de energie van het UV licht te absorberen. Deze vorm van degradatie wordt beïnvloed door UV, vochtigheid en zuurstof. Bij bepaalde kunststoffen worden stabilisatoren toegevoegd om deze invloeden te stabiliseren.
Absorptie en diffusie
Bijna alle kunststoffen nemen een laag moleculair medium op, dit effect start als door absorptie een deel van het media wordt opgenomen, hierna ontstaat een massatransport door de kunststof (diffusie). Volgende karakteristieken zijn merkbaar: zwelling, chemische aantasting, oplossen van de kunststof
Permeatie
Het medium wordt geabsorbeerd, er treedt diffusie op en na dit proces kan het gediffundeerde medium niet meer terug en treedt desorptie op met als gevolg blaasvorming of b.v. delaminatie; GBT heeft hiervoor Bücotherm ontwikkeld.
Als fabrikant en verwerker van ondertussen een heel breed gamma aan kunststoffen heeft GBT heel wat ervaring in huis om u te assisteren bij materiaal keuzes of schade analyses.