聚合物在使用过程中,受众多环境因素影响,会产生性能变差的现象。譬如外观上变色发黄;力学性能上变软发黏、变硬发脆、强度减小、弹性消失;物化性质上分子量减小、玻璃化转变温度变化等,都是高聚物降解和(或)交联的结果,总称为老化。使高聚物分子量减小的影响因素很多,有高温、应力、光照、辐射等物理因素,也有氧气、水、微生物等化学因素。高聚物在自然界中老化,往往物理因素和化学因素并存。
热降解
高温作用下高聚物的降解。也是高温影响下,聚合物分子量变小的过程。
- 英文名称
- thermal degradation
- 所属学科
- 化学
聚合物的热降解往往是热、氧共同作用的结果。空气中的氧在高温下能使聚合物生成键能较弱、不稳定的过氧化结构,活化能较低,容易形成自由基,使降解反应大大加速。聚合物的热降解一般包括主链的断链和侧基的消除脱去。主链的断链又包括无规降解(对于相同的键,断链位置是无规的)和链式降解(也称解聚,按链式机理脱除单体,是链式增长反应的逆反应),还有无规降解与链式降解同时发生。而侧基的消除反应指的是含有活泼侧基的聚合物,如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸叔丁酯等,在高温的作用下,发生侧基的消除、并引起主链结构的变化。
是指在氧气存在条件下,高聚物受热后开始分解的温度范围。聚合物化学结构不同,其热分解温度就有显著的差异,此外还与物料的形态有关。
是聚合物达到燃点时就会燃烧的性质。燃烧体系的温度是否会上升,产生的燃烧热是否在体系内进行对流,都与热分解温度、比热容以及热导率等物理性能有密切关系。
是指聚合物在高温作用下抗化学分解及耐化学变化的能力。
称为稳定性温度,略高于分解温度。
研究高聚物热降解行为和热稳定性的方法有热重失重法、恒温加热法、差热分析法。①热重失重法。将聚合物放在热天平中,以一定的速率升温,记录失重与温度的关系。②恒温加热法。将试样放于真空中恒温加热,用质量减少一半的半衰期温度来评价热稳定性。③差热分析法。在升温过程中测量物质发生物理或化学变化的热效应,用来研究玻璃化转变、结晶、熔化、氧化、热分解等。高温裂解是热降解的极端情况,可用红外光谱、紫外光谱、色谱-质谱来分析小分子裂解产物的结构,以推断原始高聚物的结构。
加工过程中存在的降解会使制品外观变坏、质量变差、使用寿命缩短。因此要严格控制原材料的性能指标、确定合理的加工工艺和加工条件,以及根据聚合物的特性,在配方中加入抗氧剂或稳定剂避免降解。加工过程中存在的降解会使制品外观变坏、质量变差、使用寿命缩短。因此要严格控制原材料的性能指标、确定合理的加工工艺和加工条件,以及根据聚合物的特性,在配方中加入抗氧剂或稳定剂避免降解。也可利用高聚物降解进行高分子研究或改性,如研究热降解老化机理,以提出防老化措施、延长高聚物的使用寿命。根据热降解产物,剖析研究原始聚合物的结构。此外,可利用热降解对聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚甲醛和聚甲基苯乙烯等拉链式热降解聚合物进行回收再利用。
扩展阅读
- 潘祖仁.高分子化学.4版.北京:化学工业出版社,2007.