Войти
Разложение полимера - это изменение свойств - предел прочности, цвет, форма и т. Д. - полимера или продукта на основе полимера под действием одного или нескольких факторов окружающей среды, таких как тепло, легкие или химические вещества, такие как кислоты, щелочи и некоторые соли. Эти изменения обычно нежелательны, такие как растрескивание и химическое разложение продуктов, или, реже, желательны, как в биодеградации, или преднамеренное снижение молекулярной массы полимера для переработка. Изменения свойств часто называют «старением».
В готовом продукте такое изменение необходимо предотвратить или отложить. Разложение может быть полезно для переработки / повторного использования полимерных отходов для предотвращения или уменьшения загрязнения окружающей среды. Разложение также может быть вызвано преднамеренно, чтобы помочь определению структуры..
Полимерные молекулы очень большие (в молекулярном масштабе), и их уникальные и полезные свойства в основном являются результатом их размера. Любая потеря длины цепи снижает прочность на разрыв и является основной причиной преждевременного растрескивания.
Сегодня в основном используются семь товарных полимеров: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат (PET, PETE), полистирол, поликарбонат и поли (метилметакрилат) (оргстекло ). Они составляют почти 98% всех полимеров и пластиков, встречающихся в повседневной жизни. Каждый из этих полимеров имеет свои собственные характерные способы разложения и устойчивость к теплу, свету и химическим веществам. Полиэтилен, полипропилен и поли (метилметакрилат) чувствительны к окислению и УФ-излучению, в то время как ПВХ может обесцвечиваться при высоких температурах из-за потери газа хлористого водорода., и становятся очень хрупкими. ПЭТ чувствителен к гидролизу и воздействию сильных кислот, тогда как поликарбонат быстро деполимеризуется под воздействием сильных щелочей.
. Например, полиэтилен обычно разлагается в результате случайного разрыва, то есть путем случайного разрыва связей (связей), которые удерживают вместе атомы полимера. Когда этот полимер нагревается выше 450 Цельсия, он становится сложной смесью молекул различного размера, напоминающих бензин. Другие полимеры, такие как полиальфаметилстирол, подвергаются «специфическому» разрыву цепи, причем разрыв происходит только на концах; они буквально распаковываются или деполимеризуются, чтобы стать составляющими мономерами.
Крупный план сломанной топливной трубы в результате дорожно-транспортного происшествия 
Крупный план сломанного соединителя топливной трубы Большая часть полимеры могут быть разложены фотолизом с образованием молекул с более низкой молекулярной массой. Электромагнитные волны с энергией видимого света или выше, такие как ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи обычно участвуют в таких реакциях.
Цепные полимеры, подобные поли (метилметакрилату), могут быть разложены посредством термолиза при высоких температурах с образованием мономеров, масел, газы и вода. Разложение происходит за счет:
| типа термолиза | добавленного материала | температуры | давления | конечного продукта |
|---|---|---|---|---|
| пиролиза | около 500 ° C | Пониженное давление | ||
| Гидрирование | Дигидроген | Около 450 ° C | Около 200 бар | |
| Газификация | Кислород и / или вода | Под давлением | Окись углерода, Двуокись углерода и водород |
Полимеры ступенчатого роста подобные полиэфиры, полиамиды и поликарбонаты могут быть разложены сольволизом и, главным образом, гидролизом, с получением более низкой молекулярной массы молекулы. Гидролиз происходит в присутствии воды, содержащей в качестве катализатора кислоту или основание. Полиамид чувствителен к разрушению под действием кислот, а формованные изделия из полиамида трескаются под воздействием сильных кислот. Например, поверхность излома топливного соединителя показала прогрессивный рост трещины от воздействия кислоты (Ch) до конечного выступа (C) полимера. Проблема известна как коррозионное растрескивание под напряжением, и в этом случае она была вызвана гидролизом полимера. Это была обратная реакция синтеза полимера:
Растрескивание озона в Натуральном каучуке трубке Трещины могут образовываться во многих различных эластомерах от озоновой атаки. Крошечные следы газа в воздухе будут разрушать двойные связи в резиновых цепях с натуральным каучуком, полибутадиеном, стирол-бутадиеновым каучуком и NBR наиболее чувствительны к деградации. Озоновые трещины образуются в изделиях при растяжении, но критическая деформация очень мала. Трещины всегда ориентированы под прямым углом к оси деформации, поэтому образуются по окружности в согнутой резиновой трубке. Такие трещины опасны, когда они возникают в топливных трубках, потому что трещины будут расти с внешних открытых поверхностей в отверстие трубы, что может привести к утечке топлива и возгоранию. Проблема растрескивания озона может быть предотвращена путем добавления антиозонантов к резине перед вулканизацией. Озоновые трещины обычно наблюдались на боковинах автомобильных шин, но теперь они появляются редко благодаря этим добавкам. С другой стороны, проблема действительно повторяется в незащищенных изделиях, таких как резиновые трубки и уплотнения.
ИК-спектр, показывающий поглощение карбонила из-за окислительной деструкции полипропилена костыля формовки Полимеры подвержены атакам атмосферным кислородом, особенно при повышенных температурах, возникающих во время обработки для придания формы. Многие технологические методы, такие как экструзия и литье под давлением, включают закачку расплавленного полимера в инструменты, и высокие температуры, необходимые для плавления, могут привести к окислению, если не будут приняты меры предосторожности. Например, предплечье костыль внезапно сломалось, и пользователь был серьезно ранен в результате падения. Костыль сломался по вставке полипропилена внутри алюминиевой трубки устройства, и инфракрасная спектроскопия материала показала, что он окислился, возможно, в результате плохого формования.
Окисление обычно относительно легко обнаружить благодаря сильному поглощению карбонильной группой в спектре полиолефинов. Полипропилен имеет относительно простой спектр с несколькими пиками в карбонильном положении (например, полиэтилен ). Окисление имеет тенденцию начинаться с третичных атомов углерода, поскольку образующиеся здесь свободные радикалы более стабильны и долговечны, что делает их более восприимчивыми к атаке кислородом. Карбонильная группа может быть дополнительно окислена для разрыва цепи, это ослабляет материал за счет снижения его молекулярной массы, и в затронутых областях начинают расти трещины.
Разложение полимера гальваническим действием было впервые описано в технической литературе в 1990 году. Это было открытие, что «пластмассы могут разъедать», т.е. разложение полимера может происходить из-за гальванического воздействия, аналогичного эффект металлов при определенных условиях и был назван «эффектом Фодри». В аэрокосмической сфере это открытие внесло значительный вклад в безопасность самолетов, в основном тех, которые используют CFRP, и привело к большому количеству последующих исследований и патентов. Обычно, когда два разнородных металла, такие как медь (Cu) и железо (Fe), вводятся в контакт и затем погружаются в соленую воду, железо подвергается коррозии или ржавчина. Это называется a, где медь - это благородный металл, а железо - это, т. Е. Медь - это положительный (+) электрод, а железо - отрицательный (-) электрод. Формируется батарея. Из этого следует, что пластмассы становятся более прочными, пропитывая их тонкими углеродными волокнами диаметром всего несколько микрометров, известными как полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP ). Это необходимо для производства материалов, обладающих высокой прочностью и устойчивых к высоким температурам. Углеродные волокна действуют как благородный металл, подобный золоту (Au) или платине (Pt). При контакте с более активным металлом, например с алюминием (Al) в соленой воде, алюминий подвергается коррозии. Однако в начале 1990 года сообщалось, что смолы с имидной связью в композитах CFRP разлагаются, когда чистый композит соединяют с активным металлом в среде соленой воды. Это связано с тем, что коррозия возникает не только на алюминиевом аноде, но и на углеродном волокне катоде в виде очень прочного основания с pH около 13. Это сильное основание реагирует со структурой полимерной цепи, разлагая полимер. Затронутые полимеры включают бисмалеимиды (BMI), конденсационные полиимиды, триазины и их смеси. Разложение происходит в виде растворенной смолы и рыхлых волокон. Ионы гидроксила, генерируемые на графитовом катоде, разрушают связь O-C-N в структуре полиимида. Было обнаружено, что стандартные процедуры защиты от коррозии предотвращают деградацию полимера в большинстве условий.
воздействие хлора на соединение труб из ацеталевой смолы Еще одним высокореакционным газом является хлор, которые будут разрушать чувствительные полимеры, такие как ацетальная смола и полибутилен трубопроводы. В США было много примеров того, как такие трубы и ацетальные фитинги теряли свои свойства в результате растрескивания, вызванного хлором. По сути, газ атакует чувствительные части цепных молекул (особенно вторичные, третичные или аллильные атомы углерода), окисляя цепи и в конечном итоге вызывая разрыв цепи. Основная причина - следы хлора в водопроводе, добавленного для его антибактериального действия, атака происходит даже при частях на миллион следов растворенного газа. Хлор атакует слабые части продукта, и в случае соединения ацетальной смолы в системе водоснабжения в первую очередь поражаются корни резьбы, вызывая рост хрупкой трещины. Изменение цвета на поверхности излома было вызвано отложением карбонатов из источника жесткой воды, поэтому соединение находилось в критическом состоянии в течение многих месяцев. Проблемы в США также возникли с трубопроводами из полибутилена и привели к тому, что этот материал был удален с этого рынка, хотя он все еще используется в других странах мира.
Биоразлагаемые пластмассы могут биологически разлагаться микроорганизмами с образованием молекул с более низкой молекулярной массой. Для правильного разложения биоразлагаемых полимеров с ними нужно обращаться как с компостом, а не просто оставлять их на свалке, где разложение очень затруднено из-за недостатка кислорода и влаги.
Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов (HALS) стабилизируют от атмосферных воздействий, удаляя свободные радикалы, которые образуются в результате фотоокисления полимерной матрицы. Поглотители ультрафиолета устойчивы к атмосферным воздействиям, поглощая ультрафиолетовый свет и превращая его в тепло. Антиоксиданты стабилизируют полимер, прекращая цепную реакцию из-за поглощения УФ-света от солнечного света. Цепная реакция, инициированная фотоокислением, приводит к прекращению сшивки полимеров и ухудшению свойств полимеров. Антиоксиданы используются для защиты от термического разложения.
