[發(fā)明專利]一種力學(xué)加速高分子材料老化及捕獲老化產(chǎn)物的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010077025.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111257210B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)Ｏ?/a>;高峽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京市理化分析測(cè)試中心
• 主分類號(hào): G01N17/00
• 分類號(hào): G01N17/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 許姣

本發(fā)明公開(kāi)一種力學(xué)加速高分子材料老化及捕獲老化產(chǎn)物的裝置，能夠持續(xù)不斷制備高分子材料粉體，從而真實(shí)的模擬自然環(huán)境中高分子材料粉體的老化和分解過(guò)程；且能夠收集高分子材料老化顆粒、收集高分子材料的揮發(fā)性老化成分以及高分子材料水溶性老化成分。包括：能夠使光源穿透的透明密閉空間；設(shè)置在透明密閉空間內(nèi)的摩擦機(jī)構(gòu)，用于制備高分子材料粉體；設(shè)置在透明密閉空間內(nèi)裝有水的玻璃收集水槽，用于收集摩擦機(jī)構(gòu)制備的高分子材料的粉體、收集高分子材料老化顆粒、收集高分子材料水溶性老化成分；用于在透明密閉空間于氣泵之間形成氣流閉循環(huán)的氣流循環(huán)單元，氣流循環(huán)單元中設(shè)置有用于收集高分子材料揮發(fā)性老化成分的氣體吸附管。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種老化及捕獲老化產(chǎn)物的裝置，具體涉及一種力學(xué)加速高分子材料老化及捕獲老化產(chǎn)物的裝置。

背景技術(shù)

高分子材料種類繁多、數(shù)量龐大，經(jīng)老化、降解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜多樣的化學(xué)物質(zhì)，這些產(chǎn)物進(jìn)入生態(tài)循環(huán)中會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，尤其是“微塑料”已經(jīng)存在于湖海山川和我們生活中的方方面面。

高分子材料難以完全降解，處理不當(dāng)會(huì)造成白色污染，在環(huán)境中也會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。在機(jī)械作用力、日光照射、磨損等作用下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的暴露積累，高分子分解為尺寸很小的碎片，即“微塑料”；同時(shí)，材料中的基體高分子鏈段在光、氧等作用下，會(huì)發(fā)生斷裂生成小分子化學(xué)物質(zhì)，加入的有機(jī)小分子添加劑也會(huì)發(fā)生氧化、分解等反應(yīng)。

高分子材料發(fā)生物理變化分解或脫落產(chǎn)生的微塑料(通常指直徑或長(zhǎng)度小于5mm的纖維、碎片或顆粒)，存在于我們生活中的方方面面，在德國(guó)啤酒、法國(guó)蜂蜜、中國(guó)食鹽以及全球范圍內(nèi)瓶裝飲用水中都發(fā)現(xiàn)了它的身影，其廣泛分布于大氣、土壤和水體中，已經(jīng)入侵到了南極海域和北冰洋。由于其具有較大的比表面積、能吸附更多的污染物及更容易進(jìn)入生物體等特殊性質(zhì)，對(duì)水體環(huán)境造成的危害比大塊塑料大的多。然而目前我國(guó)水體中微塑料的濃度、種類、分布等數(shù)據(jù)非常缺乏，相關(guān)基礎(chǔ)研究較少，不利于微塑料的監(jiān)測(cè)、管理和控制，目前，還沒(méi)有規(guī)范性檢測(cè)技術(shù)與相關(guān)管理措施。

高分子材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物多數(shù)為醇、醛、酸、酯、酮、酚類等有機(jī)小分子。這些種類復(fù)雜、數(shù)量龐大的高分子相關(guān)有機(jī)污染物進(jìn)入環(huán)境后，對(duì)環(huán)境的影響尚不明確，鮮有研究報(bào)道。因此對(duì)高分子相關(guān)的有機(jī)污染物進(jìn)行鑒定及溯源研究，是進(jìn)行環(huán)境安全評(píng)價(jià)和相關(guān)毒理研究的基礎(chǔ)，能為未來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)指引方向。

但是，目前其對(duì)環(huán)境的影響及相關(guān)基礎(chǔ)研究還很不足。針對(duì)高分子相關(guān)有機(jī)污染物的鑒定及溯源研究，分析其中高分子相關(guān)污染物的種類含量，進(jìn)行成分溯源時(shí)必須在自然環(huán)境中采集到有效的樣品。但是樣品的收集難度很大，比如從水體里采集到的水樣，對(duì)其中的物質(zhì)進(jìn)行分離和富集時(shí)很難得到有效樣品，效率低、代價(jià)大，而且富集到的樣品的代表性和多樣性有限，無(wú)法獲得在環(huán)境中所發(fā)生的復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)信息，不利于開(kāi)展針對(duì)性研究。通常的研究方法是利用老化試驗(yàn)箱，模擬高分子材料老化降解、使用過(guò)程和暴露環(huán)境，加速高分子材料的老化和分解。

目前研究的不足之處在于：

從試驗(yàn)研究角度來(lái)說(shuō)，在老化試驗(yàn)箱內(nèi)對(duì)高分子材料顆粒進(jìn)行老化和分解與自然環(huán)境中的高分子材料的老化和分解更為相似。高分子材料粉體的制備一般采用球磨法，目前使用的球磨機(jī)可以分為普通球磨機(jī)和高能球磨機(jī)兩類，通常使用高能球磨機(jī)制備高分子材料粉體。常用的高能球磨機(jī)又分為攪拌式、行星式和振動(dòng)式三種。對(duì)于任一種高能球磨機(jī)，微粒的細(xì)化程度主要取決于磨球和物料所獲得的碰撞能量。越高的碰撞能量將使得物料顆粒在磨球的撞擊下產(chǎn)生破碎的幾率越大，從而使物料顆粒的細(xì)化程度越高。高能球磨機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)，以及硬球?qū)υ系膹?qiáng)烈撞擊，還需要比較大的功率，這些因素都使這種工作原理的設(shè)備無(wú)法應(yīng)用于老化箱內(nèi)。即使在外部利用高能球磨機(jī)制備高分子材料粉體，然后在老化試驗(yàn)箱內(nèi)對(duì)高分子材料顆粒進(jìn)行老化和分解，也存在無(wú)法獲得高分子材料老化降解、使用過(guò)程和暴露環(huán)境所發(fā)生的復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)動(dòng)態(tài)信息，不能真實(shí)的模擬自然環(huán)境中高分子材料粉體的老化和分解過(guò)程；且存在難以收集高分子材料老化顆粒，難以收集高分子材料揮發(fā)性老化產(chǎn)物，難以收集高分子材料水溶性老化產(chǎn)物等問(wèn)題。