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换个角度看聚合物的改性(三)—聚合度变小

2016-09-02 10:51:03   Source:    Views:

前面两期介绍的反应一般情况下都是有助于聚合物性能的提高,本期介绍的聚合度变小的反应会导致聚合物的各项性能下降,如耐热性,力学性能等。这样有利于从反面来思考如何防止聚合度变小,保住聚合物的使用性能。

降解是聚合物分子量变小的化学反应的总称。其中包括解聚、无规断链及低分子物的脱除等反应。老化是聚合物性能变坏,其中主要反应即是降解,有时也可能伴有交联。

1. 化学降解

含有可水解基团的聚合物,可进行醇解、酸解和胺解。酸、碱是水解的催化剂,聚缩醛、聚酯、聚酰胺最易发生水解,淀粉、纤维素完全水解可得到相应的单糖,聚酰胺水解生成端氨基和羧基。

 

2. 力化学降解

高分子在机械力和超声波作用下,都可能使大分子断链而降解。力化学降解产生的高分子自由基,在单体存在时,可生成接枝共聚物,近年来发展的反应性挤出就是利用这一原理

3.热降解

(1)解聚

在热作用下,大分子末端断裂,生成活性较低的自由基,然后按链式机理迅速逐一脱除单体而降解。可看作是链增长反应的逆反应,在聚合上限温度Tc以上尤易进行。

例如:

A. 含有活泼氢 (叔氢原子)的聚合物,如聚丙烯酸酯类、支化聚乙烯等,热解时单体收率都很低(不易解聚)。

B.主链带有季碳原子的高分子,热解后生成的自由基被取代基所稳定,且无叔氢原子,难以转移,易发生解聚,如PMMA、聚a-甲基苯乙烯、聚异丁烯。

C. 聚苯乙烯因裂解后生成的自由基能与苯环共轭而稳定,所以尽管分子中含有活泼氢,仍有一定的单体收率。(兼有解聚及无规断链)。

D. 全 C-F 键聚合物可全部解聚成单体,聚四氟乙烯热降解单体产率达 96. 6%。

E. 链端带有半缩醛结构的聚合物易解聚,如聚甲醛易热解聚,但非自由基机理。

(2)无规断链

聚合物受热时,主链的任何处都可以断裂,分子量迅速下降,单体收率很少,这种反应称为无规断链。

如聚乙烯,断链后形成的自由基活性很高,周围又有许多仲氢原子,易发生链转移反应及双基歧化终止,因此单体收率很低。(几乎无单体产生)

(3)取代基脱除

PVC、PAN、PVAc及PVF等受热时可发生取代基脱除反应。

例如PVC在100~120℃下即开始脱HCl,在200℃下脱HCl速度很快,因而加工时(180~200℃)往往出现聚合物色泽变深、强度降低等现象。

4. 氧化降解

聚合物材料在使用或加工过程中与氧作用,发生氧化降解。这种反应常使聚合物分子量降低,性能变劣,老化加速。如PC在氧气条件下可能发生以下降解:

5. 光降解和光氧化

300~400 nm的紫外光仅使多数聚合物呈激发态而不离解。但若有氧存在,则被激发的  C-H键易被氧脱除,形成氢过氧化物,然后按氧化机理降解。聚烯烃的光氧化有自动催化效应。下图是反应示意图:

可以看出,聚酯、聚酰胺等在发生降解后,会生成羧基、羟基、氨基及水等含活性官能团物质,这些会造成聚合物的进一步降解。抑制这些降解的发生,一方面是减少聚合物与造成这些降解的因素接触,另一方面可以添加一些抗降解剂,如含有环氧官能团的SAG,在聚酯及其合金中有较好的抗降解作用。



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