Тема 15 Химические превращения полимеров

Химические превращения в
полимерных материалах
Непрерывное расширение областей
применения пластических масс
обусловлено их преимуществами по
сравнению с многими другими
материалами и высокой экономической
эффективностью использования во всех
отраслях народного хозяйства
Преимущества производства
пластических масс
• Сокращаются капиталовложения в
промышленность
• Снижаются затраты на материалы
• Понижается стоимость изделий
• Увеличивается долговечность
• Пластические массы позволяют в широких
пределах легко видоизменять в процессе
переработки форму и цвет изделий.
• Коэффициент использования материала при
переработке пластмасс в изделия достигает
0,95-0,98
Старение полимерных
материалов
• Для большинства полимеров характерно старение —
необратимое изменение структуры и свойств,
приводящее к снижению их прочности.
• Старение происходит под действием кислорода
воздуха, влаги, света, механических и термических
воздействий
• Совокупность химических процессов, приводящих
под действием агрессивных сред (кислород, озон,
растворы кислот и щелочей) к изменению строения и
молекулярной массы, называется химической
деструкцией.
Различают старение:
• Тепловое
• Световое
• Озонное
• Атмосферное
Сущность старения заключается в сложной
цепной реакции, протекающей с
образованием свободных радикалов (реже
ионов), которая сопровождается деструкцией
и структурированием полимера.
Обычно старение является результатом
окисления полимера атмосферным
кислородом.
Термоокислительная деструкция
• Термоокислительная деструкция —
происходит под действием окислителей
при повышенной температуре.
• При деструкции не все свойства деградируют
в равной мере: например, при окислении
кремнийорганических полимеров их
диэлектрические параметры ухудшаются
несущественно, так как Si окисляется до
оксида, который является хорошим
диэлектриком.
В результате старения происходят
процессы окисления и др. химические
изменения, связанные с нарушением
структуры полимера:
- снижается эластичность
- повышается жесткость, хрупкость,
водопоглащаемость
- появляются трещины
- ухудшается внешний вид изделий
• Эти нежелательные явления могут быть
устранены путем наиболее рационального
выбора состава пластмассы, удаления
вредных примесей, введения небольших
добавок стабилизаторов
• Возможности регулирования их свойств на
стадии изготовления изделий состоят в
несущественных изменениях структуры,
путем отжига или ориентации,
стабилизации и пластификации с помощью
модифицирующих добавок, изменяющих их
свойства.
Такими добавками к полимерам
являются:
• Стабилизаторы, повышающие стойкость к
термоокислительным процессам,
воздействию излучения, микроорганизмов и т.
п.;
• Пластификаторы и эластификаторы,
повышающие текучесть в
вязкотекучем
состоянии и эластичность в
стеклообразном
(ударопрочность);
• Легирующие полимеры, изменяющие степень
кристалличности, структуру и свойства
матрицы;
• Пигменты для окрашивания.
• Длительность эксплуатации
стабилизированных материалов
значительно возрастает. Срок
наступления хрупкости полиэтилена,
стабилизированного сажей, составляет
свыше 5 лет.
Радиационная стойкость полимеров
• Под действием ионизирующих излучений в полимерах
происходит ионизация и возбуждение, которые
сопровождаются разрывом химической связи и
образованием свободных радикалов.
• Наиболее важным являются процессы сшивания и
деструкции.
• При сшивании увеличивается молекулярная масса,
повышается теплостойкость и механические свойства.
• При деструкции, наоборот, молекулярная масса
снижается, повышается растворимость, уменьшается
прочность.
• Для повышения радиационной стойкости в полимеры
вводят антирады (ароматические амины, фенолы,
дающие эффект рассеяния энергии).