聚合物的降解与稳定化重点复习资料
聚合物稳定与降解题目
“聚合物稳定与降解”半期题目
1.聚氯乙烯是一种很容易降解的聚合物,而且降解产物
氯化氢对人体有害。
然而,在一些国家和地区,聚氯乙烯可以用在医用和食品领域。
请你就食品和/或医用领域内聚氯乙烯材料的应用现状,以及其对材料、配方、加工工艺条件的要求进行讨论,并提交一份综述。
2.在涤纶材料的加工过程中,会有很多边角余料;而很
多涤纶制品在应用之后,也会被回收利用。
请你就不同的产品中,涤纶回收料的应用情况(包括回收料的比例、回收料质量控制、对品质的影响、对成本的影响等)、应用和发展前景等做一综述。
3.由于聚苯乙烯泡沫材料具有强度高、保温性好等特点,
一度成为快餐和方便食品的首选包装材料,然而,由于其难以降解,现已被国家明文禁止。
请你对目前方便食品和快餐的包装材料的类型、特征和发展趋势进行一个综述。
4.组织工程支架材料是组织工程中非常重要的一个要
素。
目前组织工程材料中有很多是高分子材料。
请你就组织工程支架材料中高分子材料的应用现状及前景进行综述(可选一种或多种)。
5.目前,大量的塑料材料使用后无法再回收利用,因此,
近年来有人热衷于用废塑料为原来生产汽油或煤油,
请你就此查阅资料,并对其现状、特征和未来的发展趋势进行综述。
6.虽然含卤阻燃材料显示了优越的阻燃性,但它们在燃
烧时产生较多的烟雾和有毒的、腐蚀性的气体(卤化氢)。
这种气体是火灾中最危险的因素,因为它们的扩散速度远大于火焰的扩散速度,在火灾中妨碍了人们的撤离和扑灭工作,使生命财产遭到严重损失。
请你就此查阅资料,对无卤阻燃剂的发展趋势及研究现状进行综述。
稳定与降解(第二章)1(四川大学高分子材料)
小结:链式反应中,ROOH的积累和分 解加快了氧化反应速率,是自动氧化的主 要原因。
2020/4/5
聚合物热氧循环示意图
2020/4/5
2. 氧化速率方程式
氢过氧化物(ROOH)的生成和分解是竞 争反应。当分解反应速率与生成反应速率 相等时,其浓度达到最大值,反应速率基 本恒定,处于稳态。 在自动氧化初期,ROOH主要发生单分子 分解,按一级反应进行;随ROOH的增多 ,双分子分解占主要地位,反应按二级反 应进行。 注:现有的氧化速率方程式是建立在稳态 假设之上的(二级反应)。
【例】PVC的热降解
特点:可以从分子链任何部位无规消除
2020/4/5
热降解
• 热降解的类型
解聚反应 (拉链降解)
无规断链反应
主链不断裂的小分子 消除反应
降解产物 降解初期 降解到一定程度时
举例
单体
低分子量聚合物
形成小分子, 但不是单体
单体迅速挥发, 聚合物相对分子量 变化很小,而聚合
物质量损失较大
(2)分子结构和稳定性:
链的不饱和性和立体异构现象对热稳定性影 响很小。
取代基位阻效应会降低分解温度。
2020/4/5
(3)交联和稳定性:
各种类型的交联均可以提高热稳定性。 交联密度提高,热稳定性也提高。
2020/4/5
(4)结晶和稳定性:
理论上,提高结晶度,可以提高热稳定性。
实际聚合物往往受到以上各种因素的综 合影响。(相互协同或相互抵消)
或室温下聚合物与氧作用:
【例】聚丙烯类分子链上有供电基团的聚合物。
2020/4/5
(2)增长 自由基继续链式反应
2020/4/5
ROOH 积累增多后,会分解成新的自由基 继续链式反应
稳定与降解(第3 章)6-8
主链断裂的情况: 主链断裂的情况:
第八节 杂 链 聚 合 物
一、聚酯类
1. 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 聚对苯二甲酸乙二醇酯( )
2000年,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)世界 年 聚对苯二甲酸乙二醇酯 世界 产量约2707万吨, 万吨, 产量约 万吨 大约1826万吨用于涤纶生产, 万吨用于涤纶生产, 大约 万吨用于涤纶生产 万吨用于各种聚酯瓶, 约651万吨用于各种聚酯瓶, 万吨用于各种聚酯瓶 还有148万吨用于生产薄膜。 万吨用于生产薄膜。 还有 万吨用于生产薄膜
(1)光降解: )光降解: 真空中的光降解: 真空中的光降解:
大分子羧基自由基A可能进行两种反应 大分子羧基自由基 可能进行两种反应:
另一种可能的光降解过程: 另一种可能的光降解过程:
在有空气存在的情况下: 在有空气存在的情况下:
2. 聚碳酸酯(PC) 聚碳酸酯( )
(1)光降解: )光降解: PC具有很高的光稳定性。 具有很高的光稳定性。 具有很高的光稳定性
自由基聚合得到的PMMA,分子链上存在不 , 自由基聚合得到的 饱和端基,是会引发反应的薄弱点。 饱和端基,是会引发反应的薄弱点。
阴离子聚合的PMMA没有不饱和端基,降解 没有不饱和端基, 阴离子聚合的 没有不饱和端基 只能由主链的无规断链引发。 只能由主链的无规断链引发。
少量单体与MMA共聚可能会阻断 共聚可能会阻断PMMA的 少量单体与 共聚可能会阻断 的 解聚反应,从而提高其稳定性。 解聚反应,从而提高其稳定性。 小分子对PMMA的解聚影响不同。 的解聚影响不同。 小分子对 的解聚影响不同
侧酯基分解的难易程度依赖于其烷基基团上 氢原子数。 的β氢原子数。 氢原子数 聚甲基丙烯酸丁酯的四种异构体中, 氢原 聚甲基丙烯酸丁酯的四种异构体中, β氢原 子数越多,热降解时单体产率越低, 子数越多,热降解时单体产率越低,烯烃产 率依次提高。 率依次提高。其它聚甲基丙烯酸酯的热降解 行为与此类似。 行为与此类似。
聚合物稳定与降解(Polymer stability and degradation)
聚合物稳定与降解(Polymer stability and degradation)The first chapter, introduction1. the concept of aging (degradation)The storage, processing and use of polymer materials in the process of chemical properties, physical and mechanical properties will gradually become worse, known as aging or degradation. P1Characteristic:The inevitable, irreversible process.The relatively short time scale.2. factors that lead to the degradation of the polymer(a) internalThe composition and structure of A. polymer chain.(1) different composition and degradation of different(2) the activity may be the main cause of the degradation of the matrix(3) the active hydrogen is more likely to be seized(4) head to head (tail tail) structure of polyolefin are more likely to become active points.(5) the effect of molecular weight change: changes in the structure of the molecular weight of the internal rules increases, causing stability. On the contrary, if the irregular structure is reduced, increased stability.(6) effects of the molecular weight distribution: down a wide molecular weight distribution and stability.(7) the degree of branching effect: the degree of branching increases, the weak link in the molecular chain also increased, more prone to degradation.The aggregation state of B. polymersThe stability of amorphous polymer material less than crystalline polymer materialsThe reason: amorphous materials (low density polymer chain irregular arrangement), easy to be oxygen, water, chemical infiltration, degradation.3. impurities in polymersIn the two kinds of polymer impurity:(1) a small amount of impurities mixed in the process of the inevitable;(2) additive.Most of the impurities will accelerate the degradation of polymers.(two) external causes:Effects of A. heat, temperature and heat and oxygen: heat the polymer chain scission, the formation of free radicals (reversible, bidirectional) hot oxygen polymer crosslinking or degradation of the material performance decline.Effect of B. lightEffect of C. oxygen and ozone oxygen to polymer degradation in heat and light effect. The ozone of unsaturated bond (such as rubber) the damage is very serious.Effect of D. water and damp of water dissolving and extraction of components; hydrolysis and chain scission.Effect of E. and other factors: the effect of microorganism; other organisms; effects of various process factors. Often a variety of external synergy.The second chapter, the basic principle of polymer degradation and stability.(a) the type of thermal degradationDepolymerization; random chain scission reaction; small molecular chain breaking elimination reaction;Features: simple caused by heat, no oxygen in.1. the depolymerization reaction (zipper degradation)The depolymerization began or weak molecular chain end point. Only product: monomer.Characteristic:(1) the early change of molecular weight polymer small, great mass loss;(2) to the degradation of polymer quality almost completely lost when the polymer relative molecular weight decreased dramatically.2. random chain scission reaction -- almost all polycondensate and add substantial degradation of polymersIrregular polymer chain scission reaction; the main product is low molecular weight polymer.Characteristic:(1) the initial molecular weight decreased rapidly and the quality of the polymer basically unchanged;(2) degradation to later stage, a large number of low molecular volatile polymer mass quickly disappeared.3. small molecular backbone fracture elimination reactionPolymer degradation caused by the elimination of side groups; and finally caused the main chain scission and comprehensive degradation.Features: from any part of the molecular chain of random elimination(two), the mechanism of degradationThe thermal oxidative degradation of the polymer at a certain temperature and oxygen in the air and the degradation reaction.Auto oxidation is the main feature of thermal oxidative degradation, but also the core of degradation.[heat: Auto oxidation reaction at room temperature to 150 DEG C, thermal oxidation is auto catalytic characteristics in the typical free radical chain mechanism, the. ]Schematic diagram of the polymer thermal oxygen cycleThe polymer thermal oxygen cycle, which represents the thermal oxidation process automatically. Seen from the figure, with each cycle, an initial alkyl radical R - at least 3 into a R, alkyl radical concentration is more and more high, the reaction speed is more and more fast, the formation of auto oxidation reaction.The rate of oxidation1. when the concentration of oxygen concentration in the air reaches or higher, with the rate of R and oxygen is very fast, [R -] < [ROO.Therefore, ROO double dominant coupling termination. The initiation rate is equal to the suspension rate (to reach steady state), available at steady state concentration of ROO.The oxygen concentration is greater than or equal to the oxygen concentration in the air, the oxidation reaction rate and the concentration of oxygen;2. oxygen concentration is very low, [R]>>[ROO, the reaction rate of the oxidation reaction rate depends on R and oxygen.In R, the termination reaction coupling termination dominant base,The oxygen concentration is very low, the oxidation rate of oxygen concentration.(three) the classification and method of adding antioxidant.Two kinds of antioxidants:The main antioxidant (radical scavenger): free radical reaction and auto oxidation process, interrupt the chain reaction.Features: automatic change of oxidation process.The auxiliary antioxidant (preventive antioxidant): can produce automatic decomposition of the oxidation process of ROOH without generating free radicals.Features: only reduce the oxidation rate, does not change the auto oxidation process.Principle: the sooner the better polymer added antioxidants.The type and mechanism of A. primary antioxidantThe main antioxidant can be divided into: hydrogen donor; electron donor; free radical trapping; benzofuran ketones.Hydrogen donor: is the most common secondary aromatic amines and hindered phenolic antioxidant.2,6-di-tert-butyl-4-methylphenolThe electron donor of tertiary amine containing reactive functional group of N-HGenerally, they can be given, generating onium cation.Radical trapping body can capture free radicals, and the product will no longer trigger free radical chain reaction.Benzofuran ketone - dilute oxygen conditions, alkyl radical captureWith B. antioxidantUse a variety of antioxidants, there will be synergistic effect, additive effect and antagonistic effect.Synergy: 1+1>2Two (or more) with antioxidant effect, the sum of more than separately use effect. Can be divided into both synergistic effect and hybrid Association effect.[cases] are synergistic effects of two kinds of hindered phenol.Antagonistic effect: 1+1<2Two (or more) with antioxidant effect, to separately use effect.Additive effect: 1+1 = 2Antioxidants used alone or in conjunction with other antioxidant,The effect of the same.(four) initiation of carbonylThe Norrish type I reaction between carbonyl and alpha carbon atoms bond cleavage.The Norrish type II reaction: only occurred in the gamma ketocarbonyl carbon atoms, at least one hydrogen atom under the condition can occur at room temperature.The Norrish type III reaction: through transfer of beta hydrogen atoms and C - C bond cleavage near the carbonyl side, the formation of aldehydes and alkenes.(five) stabilized light degradation and light degradation of oxygenA commonly used type of light stabilizer: light shielding agent; UV absorber; quenching agent; hindered amine light stabilizerThe 1. light shielding agentThe reflection or absorption of light at the polymer surface, or reduce the amount of transmission to the polymer, the main physical stabilization method.(1) surface protection agent: on the surface of polymer materials for coating or plating metal film protection.(2): carbon black pigment is the most effective light shielding agent.2. UV absorbersA kind of light stabilizer and most strongly and selectively absorb ultraviolet light, with low-energy radiation heat or harmless way to release energy.(1) two o-hydroxyl benzophenone UV absorber is the most importantCarbonyl ortho must contain a hydroxyl group to form hydrogen bonds through the chelate ring, keto enol tautomerism and to absorb and release energy. The intramolecular hydrogen bond strength is greater, more conducive to the process of tautomerism.No ortho hydroxy carbonyl when the compounds become photosensitizer.Six. The reaction of ozone with rubber- double bond addition reactionOzone cracking: the destruction of the ozone stress on the rubber, causing cracking in the direction perpendicular to the stress direction.Crack: rubber cracking caused by oxidative degradation.Seven. Biodegradable polymersNatural polymers are biodegradable, relatively natural polymer, synthetic polymer is difficult to be biodegraded.The third chapterA polyolefin.The structure of the polyolefin and polymer degradation and stability.The thermal stability of various key and group respectively:The thermal stability of order polyolefin as follows: polyethylene polypropylene polyisobutylene > >Main order: Polyolefin oxidation stability of high density polyethylene and low density polyethylene polypropylene > >Two PVC.The thermal stability of PVC is poor, without the stabilizer, cannot be processed into products by melting method.The thermal degradation of PVC 1.(1) the characteristics of degradation of PVC: the release of HCl -- the typical features; the presence of oxygen, accelerated degradation.The mechanism of HCl decomposition 2.PVC:(I) free radical mechanism: (II) ion molecule mechanism: (III) molecular mechanism:The photodegradation of PVC 3.PVC degradation and crosslinking during UV irradiation, the production of conjugated polyene and hydrogen chloride.The fourth chapterThe factors that cause a degradation in the processing andMechanical force, temperature, oxygen, water and other medium, such as trace metal impuritiesThe evaluation method of degradation and stabilization of polymer processing, twoAccording to the processing before and after processing (after different time or several times after processing) a performance test of polymer compared to make a judgment on the polymer degradation degree or stability.OneThe melt flow rate method. 2. the determination of relative molecular mass and its distribution. 3. rheological method. 4. yellow indexTwo. The degradation of PVC in the machining process1. the characteristics of degradation of PVCViscous flow temperature (160 to 212 DEG C) > the decomposition temperature (170 C)De HClThe dark - conjugated polymerThe molecular structure of polyene and intramolecular cyclization - polymer crosslinking and viscosity increase and the decrease of fluidityThe role of oxygen leads to removal of HCl increased;With polyene structure reaction, delay PVC color.Three. The influencing factors of the stability of PVC processingThe performance of the 1. polymer itself: molecular weight; particle morphology of resinInfluence of 2. factors on the degradation of PVC formula in the process ofCan reduce the viscosity of polymer melt.To improve the liquidity, reducing agent -- polymer degradation of PVC in the process of riskTo improve the processing of - PVCThe fifth chapterA polymer stabilizer.1. kinds of polymer stabilizersHeat stabilizer; light stabilizer; antioxidant capacity; chemical stabilizer; fungicideTwo. The mechanism of heat stabilizer1. preventive effect: to prevent the dehydrochlorination reaction, or at least can postpone the reaction.(1) the absorption of HCl, inhibit the auto catalytic role: metal carboxylate, organic tin mercaptide, epoxidized fatty acid esters(2) the replacement of labile chlorine atoms in the molecule of PVC, such as allylic chlorine or a chlorine atom of tertiary carbon, eliminate the trigger: metal soap, organic tin(3) to capture free radicals, prevent the auto oxidation of phenolic antioxidants:2. passivation effect: heat stabilizer can shorten the polyene sequence structure, and can form the PVC damage in the process of heating the carbon onium salt.Only organic tin stabilizer with thiol passivation and prevention functionThree types of heat stabilizers.1. lead heat stabilizer stabilizer2. organic tin stabilizer3. metal carboxylate stabilizer4. other metal stabilizer5.metal free 6. auxiliary stabilizerThe sixth chapterProcessing technology of waste plasticsThe establishment of waste plastics recycling system is feasible to eliminate environmental pollution and ensure waste plastic recycling.The main way of waste plastics recycling1. mechanical regenerationSimple regenerationAdvantages: economical and feasibleDisadvantages: requires relatively clean waste; high separation technology; end use markets products co.;Belongs to labor-intensive processing2. modified regenerationAdvantages: the mechanical property of the product is improved, can be recycled products of high gradeDisadvantages: process is complicated and some specific equipment3.: depolymerization is an advanced technology with the rapid development of recycling4. pyrolysis and gasificationAdvantages: pyrolysis can handle all can not be treated by other ways of waste plastics,Liquefaction condition can be selectedWithout the prior separation of plastic, also do not need to remove the impuritiesDisadvantages: gasification process General requirements for harsh conditionsThe pyrolysis liquid products need to be purified to more hydrocarbon components5. burningAdvantages: energy, fuelDisadvantages: exhaust pollution6. landfillAdvantages: simpleDisadvantages: loss of all available energy; space; exudate pollution; waste plastic refractory; huge investmentThe seventh chapterThe combustion characteristics of polymer materials.1. heat temperature of2.3. high flame burning speed of4. burning poisons released5. in the combustion will produce deformation, softening, melting and dropping phenomenon, which has a great influence on the combustion state, often cause the spread of fire, which makes it difficult to fire.Two. The combustion process of polymer materials3. fire by properties of materials are as follows 1. decomposition of the heating and melting heat: 2. flash temperature, autoignition temperature, limit oxygen index4. burningNet heat of combustion to combustion >0Net heat of combustion <0 stop burning5. flame propagationThree. Combustion process of polymers1. in the combustion of organic matter, the first thermal oxidation degradation reaction of polymer chain, long chain rapid collapse, liquid or solid organic materials into combustible gas (hydrocarbon),Combustion is a free radical chain reaction of 2. small molecule hydrocarbon, eventually forming carbon dioxide and water.3. polymer combustion, the main fuel is hydrogen, instead of carbon; in the polymer structure as the hydrogen molecule from substitutionThe key is to capture the 4. flame retardant free radical and free radical resistance and low energy. The combustion of PVC leaving the fire extinguish, because it generates hydrogen chloride can capture free radicals in the cleavage process.Four. Flame retardant agent and flame retardant mechanism1. basic options: (1) the polymer itself has a certain flame retardance (2) combustion velocity is relatively small(3) (4) good heat resistance and flame retardant filler, good compatibility2. flame retardant flame retardantThe endothermic effect covering effect of dilution effectThe inhibitory effect of enhancement effect3. as a flame retardant with four service conditions:(1) flame retardant is not flammable or low flammable material.(2) have good dispersion in polymer materials.(3) cannot be destroyed by the physical properties of flame retardant material. (4) flame retardant itself or under combustion conditions do not release toxic gases4. kinds of flame retardantsAdd type* easy to use, wide application range,* but there is a certain impact on the performance of polymer,* mainly used in polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and polystyrene resin.* such as chlorinated paraffin, four Bromethyl, aluminium hydroxide and magnesium hydroxide etc..Reaction type* as a monomer in polymerization, the polymer with flame retardant properties.* operation and processing complex* four phthalic anhydride and two bromine chloride four bisphenol A is a reactive flame retardant.* for the polycondensation reaction, such as polyurethane, unsaturated polyester, epoxy resin, polycarbonate, etc..5. flame retardant mechanism of flame retardantDifferent flame retardant, the flame retardant mechanism is different, but the overall physical effect and chemical effect of.- physical effects of dilution of combustible materials, heat effect and air isolation effect;Chemical interaction in carbonation, eliminate free radicals and phosphorus acylation.The stability and degradation of the eighth chapter of medical polymer materialsOneBiomedical materials can be divided into three categories: medical metal materials, medical ceramic materials and medical polymer materials2.. Various factors in vivo degradation:* after a large number of studies show that the release of inflammatory cells (enzymes and enzyme hydrolase) and oxidant (O2 *, H2O2, OH), acidic substances (such as fatty acids) and substances in body fluids (Ca2+, phospholipid, cholesterol) constitute environmental degradation.* all non endothelialization surfaces of synthetic materialsstimulate certain levels of immune response in vivo, such as inflammatory reactions, and therefore all materials in the body are degraded.* the inflammatory response of the material depends on the interaction of the material surface with the protein in the body fluid. The adsorption and denaturation of the protein is the cause of the biological response to the cell and material interface.3. natural materials: gelatin, chitosan, cellulose, protein, natural coralDegradation of 4.PCL5. polylactic acid (PLA)direct methodThe relative molecular weight of polylactic acid produced by the method is less than 4000, and the strength is low, so the practicability is not strong.indirect method* first, DL- lactic acid was prepared by condensation polymerization with ZnO powder as catalyst* polylactic acid was synthesized by vacuum polymerization under the high temperature with ZnO as catalyst. The synthesized PLA has a molecular weight of 7.3 * 1046. tissue engineeringThe relationship between structure of mammalian tissues using the principle and method of engineering and life sciences to understand the normal and pathological features, biological tissue substitutes and development of live, used to repair, maintain and improve the function of human body.Three major elements of tissue engineering (1)Cell carrier materialThe separation of the cells themselves may not form the organization, they need temporary support material growth, the three-dimensional simulation of the natural counterpart, often in the extracellular matrix, which plays a physical support role, and adhesive substance cell loading in vitro and late implantationThree major elements of tissue engineering (two)Isolation and culture of cellsIndividual cells were collected from healthy parts of the donor tissue and isolated and then transplanted to the site needed by the patient.Three major elements of tissue engineering (three)Cell growth factorIn tissue and organ regeneration, various tissue inducing factors, growth factors and angiogenesis stimulating factors are beneficial to the formation of tissue, but it can not be implanted directly into the body.。
塑料降解与稳定化_热降解与热稳定_上_
无规断链反应 聚合物高分子链发生无规则断裂 , 生成相对
分子质量较小的高分子链 , 这种降解反应称为无 规断链反应 。 聚乙烯热降解主要就是通过无规断 链反应进行的 :
~~ CH2 CH2 CH2 CH2 ~~ CH3 + ~~ CH2 CH CH2 + ~~ CH2
·
1
1.1
塑料热降解
塑料热降解反应的基本类型 有关聚合物热降解的研究至今已有近 150 年
但是 , 要理解 PVC 的热降解 , 还必须弄清以下 重要具体机理问题 : (1) 拉 链 式 脱 HCl 反 应 如 何 引 发 、 增 长 和 终 止 , 即 PVC 热降解是如何开始的 ? (2) 共轭多烯序列怎样形成 ? (3) 为什 么 共 轭 多 烯 的 增 长 在 HCl 还 没 脱 完 时就已终止 ? (4)HCl 和氧等如何影响 PVC 的降解 ? 为此 , 人们已进行了极为大量的研究 。 然而 , 可能由于实际 PVC 降解过程过于复杂而影响因素 又太多 , 因此直至目前 , 关于 PVC 降解机理的不少 细节还需通过进一步的研究加以澄清 。 但是应该 说 , 有关 PVC 热降解机理的基本框架现在已经比 较清楚 。 下面尝试从重要引发位置 、 链引发机理 、 链增长机理 、 链终止机理和 HCl 催化机理几方面 就PVC 热降解机理的的研究成果作一简要介绍 。
1.1.3
小分子消除反应 高分子链发生侧基消除反应 , 生成小分子产
物 , 降解的初期高分子主链不断裂 , 但当小分子消 除反应进行到主链薄弱点较多时 , 也会发生主链 断裂 , 导致全面降解 。 小分子消除反应可能从端基 开始 , 也可能是无规消除反应 。 典型的例子是聚氯 乙烯的热降解 :
~~ CH2 CH CH2 CH CH2 CH ~~ Cl
聚合物的降解与稳定化
2011-2012学年上学期聚合物的降解及稳定化复习资料第一章绪论老化(降解):高分子材料在加工、贮存、使用的过程中,物理化学性质和力学性能会逐渐变差。
导致聚合物降解的因素:内因:聚合物的组成及其链结构;聚合物的聚集态结构;杂质。
外因:热、环境温度和热氧的影响;光的影响;氧和臭氧的影响;水和潮湿的影响;其他的因素影响,比如微生物(真菌的活性或酶作用)、某些高级生命体(昆虫)等生物降解。
聚合物再生的意义:保护人类赖以生存的自然环境;充分利用自然资源,变废为宝。
第二章聚合物降解与稳定化的基本定理热降解的三大类:解聚反应(拉链降解);无规断链反应;主链不断裂的小分子消除反应。
热氧降解主要特征以及核心:自动氧化反应。
当氧浓度等于或大于空气中的氧浓度时,氧化反应速率与氧浓度无关;当氧浓度很低时,吸氧速率是氧浓度的函数,即氧化反应速率与氧浓度有关。
抗氧剂的两大类:主抗氧剂(自由基捕获剂):作用——改变自动氧化历程。
辅助抗氧剂(预防型抗氧剂):作用——只能降低氧化速率,而不改变自动氧化历程。
主抗氧剂的分为4类:氢给予体、电子给予体、自由基捕获体、苯并呋喃酮类。
抗氧剂的配合:协同效应、加合效应、对抗效应。
羰基的引发作用:(P42)光稳定剂四大类:光屏蔽剂、紫外光吸收剂、猝灭剂、受阻胺光稳定剂。
邻羟基二苯甲酮类(一类重要的紫外线吸收剂)(P44)臭氧龟裂:具有不饱和键的橡胶,在应力作用的条件下,能和臭氧发生独特的破坏作用,即在垂直与应力方向引起开裂。
第三章聚合物降解各论聚合物分子链中,各种键和基团的热稳定性顺序:(P59、60)对聚丙烯的光氧化而言,氢过氧化物也是主要的起始光引发剂。
由于聚丙烯光氧化的动力学链长大约是聚乙烯的10倍,所以在光氧化的聚丙烯中氢过氧化物浓度比氧化的聚乙烯中高很多。
(P62)聚氯乙烯的降解:典型特征是释放HCl,具有催化作用加速了降解。
厚的试样比薄的试样降解更快,是由于厚的试样中HCl逸出更慢而起到了催化作用。
稳定与降解(四川大学,高分子材料)
自动氧化反应是热氧降解的主要特征, 也是热氧降解的核心。
【热自动氧化反应:发生在室温到150℃之 间,按典型链式自由基机理进行的、具有自动 催化特征的热氧化反应。】
1. 热自动氧化的自由基链式反应机理
(1)引发 受能量(热、光)激发后,在分子的
薄弱处首先引发出自由基。
或室温下聚合物与氧作用:
【例】聚丙烯类分子链上有供电基团的聚合物。
在自动氧化初期,ROOH主要发生单分子 分解,按一级反应进行;随ROOH的增多, 双分子分解占主要地位,反应按二级反应 进行。
注:现有的氧化速率方程式是建立在稳 态假设之上的(二级反应)。
引发 增长
终止
① 当氧浓度达到空气中的浓度或更高时, R·和氧的结合速率非常快,[R·] <<[ROO·].
依此类推,不饱和结构对α氢原子的反 应性有明显的活化效应。
其它不饱和官能团如羰基、腈基也有此 现象。
(2)支化结构
线性聚合物比支链聚合物更耐氧化。
原因:叔碳原子的氧化反应性比仲碳原子 或伯碳原子都高。(即离解能更低。)
例:① 支链聚烯烃类氧化敏感性大于线 性聚烯烃类;
② 天然橡胶(聚异戊二烯)和 聚丁二烯橡胶中,除烯丙基氢易活化外,主 链上的叔碳丙基氢的热氧敏感性。
氧化速率可表示为:
可见: 氧浓度很低时,氧化反应速率与氧浓度有关;
2. 影响热氧降解的因素:
聚合物的热氧稳定性主要受聚合物结构 因素(内因)的影响。
(1)聚合物的饱和程度
含不饱和二烯类的橡胶比饱和聚合物的耐 氧化性差很多。
原因:烯丙基氢和苯甲基氢离解键能(活 化能)小于乙烯基氢和苯基氢。其离解后自 由基由于与π电子体系的共轭,处于相对稳 定状态。
共振效应; 临近基团的位阻效应; α位置的自由体异构现象对热 响很小。
稳定与降解(第三章)35
(2)动力学链增长反应
(3)链终止反应 由于自由基相互结合为不活泼产物。
第 四 节 含 氟 聚 合 物
含氟聚合物的热行为与环境和试验条件 有很大关系 。 一、全氟聚合物
聚四氟乙烯的耐热性和耐介质性都非常优 秀。真空中450℃以下几乎没有损失。
含氟聚合物的稳定顺序为:
聚四氟乙烯 > 聚偏氟乙烯 > 聚三氟乙烯 > 聚乙烯 > 聚氟乙烯 > 聚三氟氯乙烯 > 聚六氟丙烯
所有挥发性降解产物都是由自由基A的进一 步反应而生成的。
PS降解时相对分子链的连续降低是由于分子 的无规断裂或分子间的链转移。
一种阴离子聚合PS在300℃以上的降解产物。
Nyden等通过分子动力学模型对PS的热降解 进行了计算机模拟。
2. 聚苯乙烯的光降解
PS的紫外吸收是由于苯环的基态到激发态 的跃迁引起的,聚合物其余部分不吸收波 长大于200nm的光。 未降解的聚苯乙烯直到280nm都有吸收, 降解后吸收光谱延长至340nm。
没有空气时,PTFE降解产物95%是单体。
PTFE降解机理主要是C—C键均裂成自由基, 然后发生解聚反应生成单体。
第 五 节 其 它 乙 烯 基 聚 合 物
二、聚丙烯腈
1. 光降解
聚丙烯腈真空中光降解的机理:
Jellinek提出的无规断链的降解机理:
聚丙烯腈的光氧化,不能导致降解,可能形 成梯形结构:
2. 热降解
聚丙烯腈受热时,易发生环化。没有断链 发生。 在控制条件的情况下将聚丙烯腈纤维加热 到1000℃,可以得到碳纤维。
三、聚乙烯基吡咯烷酮
PVP有氧条件下在水溶液中的光降解,取 决于水溶液中的浓度,与pH值无关。
Thank you!
高分子材料的稳定与降解第三章聚合物降解各论
(i)链终止抗氧剂的稳定化 选用抗氧剂时要根据具体条件下的[R.]和 [ROO.]之比。 光氧化中, [R.]和[ROO.]的比值比在液态烃 中大两个数量级以上。
抗氧剂多是光敏剂。但受阻酚类可以与紫外 吸收剂起协同作用。
只能捕捉[R.]和[ROO.]二者之一的稳定剂通 常抑制系数为1~2。 能同时捕捉[R.]和[ROO.]二者的链终止抗氧 剂的抑制系数远大于1。 具有氧化和还原状态之间交替的能力的抗氧 剂可显示出催化再生机理,对稳定聚合物有 较大潜力。
有氧存在时,自由基的反应必然导致生成氢 过氧化物,将促进聚合物的降解。
聚丙烯热氧化后,分子量上会出现:醛、酮、 羧酸、酯、内酯等结构。
热氧化降解时的挥发产物:水、甲醛、乙醛、 丙酮、甲醇、氢、过氧化氢、一氧化碳和二 氧化碳。
物理性能的变化:
聚丙烯热氧化过程中,大分子烷基自由基是 一个关键的中间体:
聚乙烯的热氧化产物:酮、羧酸、挥发分, 少量的酯和内酯;高温氧化时有醛生成。
聚乙烯热氧化时的主要反应是交联反应, 或生成长链支化产物。
一般认为:交联由于自由基相互结合而形成。 现在有证据表明:自由基在双键上的加成非 常重要。
(3)聚乙烯降解的应用研究 Pages研究了HDPE在冬季气候老化条件下结 构和力学性能的变化。
例:亚硝基自由基的稳定化作用机理:
(ii)预防型稳定剂的稳定化 预防型稳定剂降低链引发速率。包括三类: ① 紫外线屏蔽剂和紫外线吸收剂 对光不透明或在300~400nm区间有强烈光 谱吸收的化合物,通过某种途径能将能量无 害地消散掉。 例:反射性或不透明的颜料。 紫外吸收剂对屏蔽作用贡献小。
② 激发态猝灭剂 ③ 分解氢过氧化物的光稳定剂。
PP/PE合金的溶液可能是均匀的单相体系, 其降解和交联反应都受到抑制。
稳定与降解(第二章)4-2(四川大学,高分子材料),
* 经改性的淀粉可以加工成易降解的农用薄 膜、包装材料等 * 纤维素-淀粉-壳聚糖系列生物降解膜, 纤维素-淀粉-壳聚糖系列生物降解膜, 可应用于农业、园艺中。 可应用于农业、园艺中。
淀粉基聚合物
淀粉填充生物降解高分子材料 淀粉与聚合物共混,如淀粉与PS,PE,PP等聚合物共 淀粉与聚合物共混,如淀粉与 等聚合物共 可以制作农膜和包装材料。 混,可以制作农膜和包装材料。 缺点: 缺点:不能彻底降解 淀粉接枝共聚降解高分子材料 淀粉与不饱和单体如苯乙烯、乙烯、丙烯腈、 淀粉与不饱和单体如苯乙烯、乙烯、丙烯腈、丙烯 酸等共聚而得的降解材料。如淀粉接枝丙烯酸甲酯、 酸等共聚而得的降解材料。如淀粉接枝丙烯酸甲酯、 苯乙烯等。 苯乙烯等。 缺点:共聚物与均聚物混合;加工工艺复杂, 缺点:共聚物与均聚物混合;加工工艺复杂,生产 成本高
国内降解材料研究开发的特点: 国内降解材料研究开发的特点: 规模小 商品化、 商品化、市场化进程缓慢 引进技术上存在问题, 引进技术上存在问题,很多是国外已淘汰 的技术
生物降解材料研究和开发中的问题
成本高, 成本高,价格太高 降解技术不成熟 降解性的标准和评价方法不够 完善, 完善,不够细致
Fig 1. US biodegradable polymer market (2000)
作为容器瓶、垃圾袋、食具已实用化。 作为容器瓶、垃圾袋、食具已实用化。
为了达到实用性和降解性的统一,对 相关聚合物进行研究和改性
1.
2. 3.
生物合成方面: 生物合成方面: 改变传统(比如发酵)合成工艺, 改变传统(比如发酵)合成工艺,强化产 品分离、提取、纯化的设备和方法, 品分离、提取、纯化的设备和方法,提高 产品的产率和质量。 产品的产率和质量。 采取菌种变异、 采取菌种变异、基因工程法制取产品 开拓生化合成聚合物的新原料
聚合物降解与稳定化
聚合物降解与稳定化
聚合物降解是指聚合物在所受外界条件的作用下,发生化学结构的变化,导致聚合物分子链的破坏和物理性能的下降。
聚合物降解的原因主要有热氧化降解、光辐射降解、机械应力引起的降解等。
降解会导致聚合物材料的拉伸强度、弹性模量等物理性能下降,甚至使其完全失去使用价值。
而聚合物稳定化是为了延缓聚合物降解的过程,提高聚合物材料的耐久性和使用寿命。
常见的聚合物稳定化方法有添加抗氧化剂、紫外吸收剂等。
抗氧化剂可以防止聚合物在高温、氧气和紫外光等环境下发生自由基氧化反应,从而延缓聚合物的降解速度;紫外吸收剂则可以吸收紫外光,减少紫外光对聚合物材料的照射和损伤。
聚合物降解与稳定化是聚合物材料研发和应用中需要重点考虑的问题。
降解会限制聚合物材料的使用寿命和应用范围,稳定化则可以提高聚合物材料的耐久性和可靠性。
因此,在聚合物材料的设计和生产过程中,需要选择合适的降解机理和稳定化方法,以满足不同应用环境和需求。
高分子材料的稳定与降解 第三章 聚合物降解各论1
推论二:聚烯烃中存在能吸收太阳光的物 质或基团,特别是含氧基团。如:羰基、 氢过氧化物等。
理由:C—C键不能吸收波长大于190nm的光, 而太阳辐射至地球表面时,波长>280nm;但工 业聚烯烃在阳光照射下很快变脆。
现已证明:氢过氧化物(ROOH)是光降解 的重要引发剂。
聚烯烃的降解和稳定性与聚合物的结构有关。
过氧化物常用来引发对烯烃的改性反应,但 同时大分子自由基会引起复杂的副反应:
聚丙烯倾向于发生β断裂导致降解,聚乙烯 则倾向于发生交联。
Yu的实验证明:在过氧化物的作用下,PP 的降解作用超过了PE的交联作用;在辐照的 作用下,PE的交联作用大于PP的降解作用。
Braun的实验证明:在PE/PP合金的熔体中, PP和PE的反应是互不相干的。不形成PP和 PE的接枝共聚物。仍然为两相体系。
在光氧化的聚丙烯中,氢过氧化物浓度比氧 化的聚乙烯中高很多。
聚丙烯氢过氧化物的光解过程中,主要的挥 发产物是水,还包括少量的乙烷、乙烯、丙 烷、丙烯等。
实验研究:γ射线对聚丙烯氧化和物理性能的 影响。
(2)聚丙烯的热降解 无氧条件下,聚丙烯热裂解的敏感性比聚乙烯 大3.5倍。 有氧条件下,聚丙烯热裂解比聚乙烯大约30倍。 聚丙烯的热分解遵循无规断链机理:
主要聚烯烃的光氧化稳定性与它们的热氧化 稳定性顺序相同。
二、聚烯烃的降解
1. 聚乙烯
(1)聚乙烯的光降解 不存在氧时,纯聚乙烯对紫外光的作用相当稳定。 商品聚乙烯的耐候性决定于在样品表面发生的光氧 化反应。光氧化反应的由杂质或羰基的存在引起。
现象:在空气中紫外线照射聚乙烯膜会引起氧的吸 收及一系列反应。
有氧存在时,自由基的反应必然导致生成氢 过氧化物,将促进聚合物的降解。
稳定与降解(第二章)1(四川大学,高分子材料),
(4)结晶和稳定性:
理论上,提高结晶度,可以提高热稳定性。
实际聚合物往往受到以上各种因素的综 合影响。(相互协同或相互抵消)
精选
二、热降解的稳定化
1. 加入热稳定的添加剂 作用:
① 与聚合物分子中最活泼的键反应,生成稳定的 键,以提高热稳定性;
② 可中断热降解的链式反应。 某些高分子材料加工和使用过程中必须加入热稳
精选
聚合物热氧循环示意图
精选
2. 氧化速率方程式
氢过氧化物(ROOH)的生成和分解是竞 争反应。当分解反应速率与生成反应速率 相等时,其浓度达到最大值,反应速率基 本恒定,处于稳态。
在自动氧化初期,ROOH主要发生单分子 分解,按一级反应进行;随ROOH的增多, 双分子分解占主要地位,反应按二级反应 进行。
定剂。
精选
2. 改变聚合物结构 • 含芳环或杂环的聚合物,具有极佳的耐热 性。
(但难于加工,常采用多步反应和加工制成 )
精选
• 梯形或螺旋型聚合物也具有较高的耐热性。
精选
• 完全碳化聚合物具有优异的耐热性能。
精选
三、热氧降解的机理
热氧降解:聚合物在一定温度下与空气中 的氧发生反应而降解。
热氧降解贯穿于加工、贮存和使用全过程,
含有季碳原子链节的聚合物,热降解的单 体产率高。 原因:热降解反应一般属自由基反应,季
碳原子的自由基反应只能为分子内歧化 反应。
精选
若非季碳原子,则由于链转移作用,不发生 进一步解聚,单体产率降低。
(1)分子间链转移;
(2)分子内链转移;
精选
2. 无规断链反应与聚合物化学结构的关系
(1)链离解能和稳定性:
或室温下聚合物与氧作用:
聚合物稳定与降解
简单再生
优点:经济可行
缺点:要求相对较清洁的废料;高分离技术;产品的最终用途市场有限;
属劳动密集型加工
2.改性再生
优点:制品的力学性能得到改善和提高,可以做档次较高的再生制品
缺点:工艺路线较复杂、有的需特定的机械设备
3. 解聚 :是一种迅速发展的先进回收利用技术
种主要聚烯烃氧化稳定顺序为: 高密度聚乙烯 > 低密度聚乙烯 > 聚丙烯
二.聚氯乙烯
聚氯乙烯热稳定性很差,不加稳定剂时,无法通过熔融方法加工成制品。
1. 聚氯乙烯的热降解
(1)聚氯乙烯降解的特点: ① 释放HCl——典型特征;② 有氧存在时,降解大大加速。
2.PVC分解脱HCl的机理:
特点:可以从分子链任何部位无规消除
(二)、热氧降解的机理
热氧降解:聚合物在一定温度下与空气中的氧发生反应而降解。
自动氧化反应是热氧降解的主要特征,也是热氧降解的核心。
【热自动氧化反应:发生在室温到150℃之间,按典型链式自由基机理进行的、具有自动催化特征的热氧化反应。】
能降低聚合物熔体粘度----
提高聚合物流动性 ---------- 助剂------减少PVC在加工中降解的危险
改善PVC加工性-----------
第五章
一.聚合物的稳定剂
1.聚合物稳定剂的种类
热稳定剂;光稳定剂;抗氧剂;力化学稳定剂;防霉剂
二.热稳定剂的作用机理
聚合物热氧循环示意图
图示为聚合物热氧循环,它表示了热自动氧化过程。从图中可见,每经过一个循环,一个初始烷基自由基R·至少变成了3个R·,烷基自由基浓度越来越高,反应速度也相应越来越快,形成了自动氧化反应。
聚合物复合材料复习资料
1.分散度以分散相平均粒径来表征,这里的平均粒径指的是什么?分散相颗粒平均粒径的表征方法有数量平均直径与体积平均直径。
数量平均直径(数均粒径)因便于计算而经常被采用。
通常所说的平均粒径,如未加特殊说明,一般都是数均粒径。
2.什么是脆性断裂?基体断裂、纤维断裂、纤维脱粘、纤维拔出、裂纹扩展与偏转。
3.芳纶纤维表面处理方法?氧化还原处理,冷等离子表面处理,表面化学接枝处理4.玻璃纤维润滑剂去除方法?玻璃纤维浸润剂的去除方法有洗涤法和热处理法。
5.粉末填充材料的表面性质具体包括哪些方面?6.碳纤维利用臭氧氧化法表面处理,效果受哪些因素影响?碳纤维臭氧氧化法受到浓度温度时间影响,程度是时间>浓度>温度。
7.名词解释:共挤出成型技术共挤出成型技术:是两种或两种以上的原料通过同一个机头挤出,成型为具有核壳结构或多层结构的聚合物复合型材的技术。
共挤出技术使产品具有特殊性能,并能大幅度地降低成本,是当代应用颇广的塑料成型方法。
8.注塑成型工艺过程主要包括哪些阶段?注塑成型工艺过程主要包括合模、填充、保压、冷却、开模、脱模等6个阶段。
这6个阶段直接决定着制品的成型质量,而且这6个阶段是一个完整的连续过程。
9.单螺杆挤出成型原理包括那三个理论?固体输送理论,熔融理论,熔体输送理论10.名称解释:天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术天然纤维聚合物复合材料的挤出成型技术,是指聚合物基体和纤维材料在挤出机中通过加热、加压,使受热熔化的基体和纤维材料混合、塑化,最后连续通过口模成型的方法。
11.弱边界层可能由以下几个方面的原因造成的?1.在天然纤维增强复合材料的制备过程中,外部杂质进入了两相界面之间。
2.在制备复合材料的过程加入了其他助剂的影响。
3.复合材料在使用,储存和运输的过程中不慎带入了杂质等。
12.热塑性塑料的加工过程一般需经历哪些基本步骤?加热塑化、流动成型、冷却固化13.什么是弱界面层?各种低分子物通过吸附、扩散、迁移、凝集甚至于键合等途径,在部分或全部黏合界面,形成低分子物质的富集区,这就是弱界面层。
有机化学中的聚合物的降解与稳定性
有机化学中的聚合物的降解与稳定性聚合物是由连续的重复单元组成的高分子化合物。
它们在各个领域广泛应用,如塑料、纤维、涂料、药物等。
然而,聚合物的降解和稳定性是一个重要的研究领域。
本文将探讨有机化学中聚合物的降解机制以及如何提高其稳定性。
聚合物的降解机制与稳定性密切相关。
降解是指聚合物的分子链发生断裂,导致物理和化学性质的变化。
聚合物的降解可发生在热、光、氧、湿等条件下。
其中,热降解是最为普遍和重要的降解方式。
聚合物在高温下会发生链热解或内聚解。
链热解是指聚合物分子链序列发生断裂,产生自由基和低分子量产物。
内聚解是由于聚合物分子内部有不稳定的键或化学结构,使得整个分子完全分解为小分子。
热降解的温度通常由聚合物材料的玻璃转变温度和熔融温度决定。
除了热降解,光降解也是一个重要的降解方式。
聚合物在长时间的紫外线或可见光照射下,会发生主链裂解或侧链裂解。
主链裂解指的是聚合物的主链发生断裂,导致分子量的减小。
侧链裂解是指聚合物的侧链或取代基发生断裂,引起聚合物结构的改变。
氧降解是指聚合物与氧气接触时发生的降解反应。
氧气中的氧化物能够进一步引发链热解反应,导致聚合物分子链的断裂。
湿降解是指聚合物与水蒸气或溶液中水反应,产生分子链的断裂和水解反应。
为了提高聚合物的稳定性,可以采取一系列措施。
首先,可以通过合适的聚合物设计来提高聚合物的热稳定性。
例如,引入稳定基团来增加分子内的键能,降低链热解的速率。
其次,聚合物的添加剂也可以有效提高聚合物的稳定性。
抗氧化剂、紫外线吸收剂等可以减缓或阻止聚合物的降解反应。
此外,采用适当的包装材料、储存条件和环境控制也能延缓聚合物的降解。
聚合物的降解与稳定性在有机化学中具有重要意义。
深入了解聚合物的降解机制有助于优化聚合物的性能和应用。
通过增加聚合物的稳定性,可以延长其使用寿命,并减少对环境的不良影响。
综上所述,有机化学中的聚合物的降解与稳定性是一个重要的研究领域。
热降解、光降解、氧降解和湿降解是常见的降解方式。
稳定与降解(第三章)2
Thank you!
* PVC光降解只发生在材料表层。 光降解只发生在材料表层。 光降解只发生在材料表层 * 在空气存在下,光降解过程同时发生脱HCl 在空气存在下,光降解过程同时发生脱 和氧化反应。 和氧化反应。
* PVC在波长大于 在波长大于280nm紫外光照射下可发生 在波长大于 紫外光照射下可发生 降解, 降解,说明聚合物链上可能存在羰基或其它 杂质。 杂质。 * 实验发现,取向对PVC的光氧化有重要影响。 实验发现,取向对 的光氧化有重要影响。 的光氧化有重要影响 拉伸取向后的样品在太阳光紫外线( 拉伸取向后的样品在太阳光紫外线(波长大 于300nm)照射下生成的羰基比未拉伸样品 ) 多得多。 多得多。
一般认为PVC脱HCl是“开拉链”反应: 脱 一般认为 是 开拉链”反应: 要使PVC颜色发黄,至少需要连续7个共轭双 颜色发黄,至少需要连续 个共轭双 要使 颜色发黄 键结构。从大分子上依次除去HCl将不断增 键结构。从大分子上依次除去 将不断增 加剩余链的共轭能, 加剩余链的共轭能,使下一步脱氯化氢所需 的活化能降低,容易形成多烯链。 的活化能降低,容易形成多烯链。
PVC脱HCl时,生成多烯结构,同时由于交 脱 时 生成多烯结构, 联和环化,其相对分子质量增加。 联和环化,其相对分子质量增加。
的机理: (2)PVC脱HCl的机理: ) 脱 的机理 聚合物分子链上的非正常结构(支化、 聚合物分子链上的非正常结构(支化、氯代 烯丙基团、含氧结构、端基、 头结构等) 烯丙基团、含氧结构、端基、头-头结构等) 引发了脱HCl反应。 反应。 引发了脱 反应 含氯模型化合物的稳定性: 含氯模型化合物的稳定性:
2.5 聚合物的降解
一、热降解
塑料工艺
• 热降解是在温度较高或作用时间较长时发生的降解。 • 热降解与聚合物的化学键能有关,化学键能越大,越不容 易发生降解。比加聚四氟乙烯,C-F键键能大,所以稳定 性很好。热降解还与聚合物的纯度有关,如果分子存在不 稳定结构或杂质,降解更容易发生。 • 容易发生热降解的塑料有:PVC、PVDC、POM。 • 由于聚合物成型加工多数要进行加热,所以如何防止热降 解非常重要。 • 防止热降解的方法主要有:添加热稳定剂;温度不要太高 或高温时间不要太长。
二、氧化降解
塑料工艺
• 氧化降解分为:热氧老化、光氧老化。 • 热氧老化是在热引发下氧参与的降解,降解速度一般较快; 光氧老化是在光引发下氧参与的降解,一般降解速度比较 慢。氧化降解有自动催化加速作用,降解速度会越来越快。 • 一般的聚合物都有被氧化降解的趋势,尤其有不饱和键和 带支链结构的聚合物。比如PP、ABS。 • 有效防止氧化降解的方法是:加入抗氧剂和光稳定剂;尽 量减少高温与氧接触。
2.5 聚合物的降解
塑料工艺
学习目标: 1、明确降解的类型 2、注意不同聚合物对不同降解的敏 感性 3、如何有效地防止降解
聚合热、氧等外界因素影响下,聚合物 分子量下降,化学结构发生改变,导致外观、力 学性能等下降。 • 降解的类型: – 热降解。 – 氧化降解。 – 力降解。 – 水降解。
塑料工艺
• 一次性降解制品
思考题:
塑料工艺
• 1、什么是降解? • 2、发生热降解的塑料主要有哪些?如何有效防止 热降解? • 3、氧化降解主要有哪两类?如何有效防止氧化降 解?
三、力降解
塑料工艺
• 成型加工中总是要受到各种各样的力,如剪切力、 拉伸力。这些力可能造成分子链的断裂。 • 力降解是不以避免的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2011-2012学年上学期
聚合物的降解及稳定化
复习资料
第一章绪论
老化(降解):
高分子材料在加工、贮存、使用的过程中,物理化学性质和力学性能会逐渐变差。
导致聚合物降解的因素:
内因:聚合物的组成及其链结构;聚合物的聚集态结构;杂质。
外因:热、环境温度和热氧的影响;光的影响;氧和臭氧的影响;水和潮湿的影响;其他的因素影响,比如微生物(真菌的活性或酶作用)、某些高级生命体(昆虫)等
生物降解。
聚合物再生的意义:保护人类赖以生存的自然环境;充分利用自然资源,变废为宝。
第二章聚合物降解与稳定化的基本定理
热降解的三大类:解聚反应(拉链降解);无规断链反应;主链不断裂的小分子消除反应。
热氧降解主要特征以及核心:自动氧化反应。
当氧浓度等于或大于空气中的氧浓度时,氧化反应速率与氧浓度无关;
当氧浓度很低时,吸氧速率是氧浓度的函数,即氧化反应速率与氧浓度有关。
抗氧剂的两大类:
主抗氧剂(自由基捕获剂):作用——改变自动氧化历程。
辅助抗氧剂(预防型抗氧剂):作用——只能降低氧化速率,而不改变自动氧化历程。
主抗氧剂的分为4类:氢给予体、电子给予体、自由基捕获体、苯并呋喃酮类。
抗氧剂的配合:协同效应、加合效应、对抗效应。
羰基的引发作用:(P42)
光稳定剂四大类:光屏蔽剂、紫外光吸收剂、猝灭剂、受阻胺光稳定剂。
邻羟基二苯甲酮类(一类重要的紫外线吸收剂)(P44)
臭氧龟裂:具有不饱和键的橡胶,在应力作用的条件下,能和臭氧发生独特的破坏作用,即在垂直与应力方向引起开裂。
第三章聚合物降解各论
聚合物分子链中,各种键和基团的热稳定性顺序:(P59、60)
对聚丙烯的光氧化而言,氢过氧化物也是主要的起始光引发剂。
由于聚丙烯光氧化的动力学链长大约是聚乙烯的10倍,所以在光氧化的聚丙烯中氢过氧化物浓度比氧化的聚
乙烯中很多。
(P62)
聚氯乙烯的降解:典型特征是释放HCl,具有催化作用加速了降解。
厚的试样比薄的试样降解更快,是由于厚的试样中HCl逸出更慢而起到了催化作用。
第四章聚合物在加工过程中的降解
加工过程中引起降解的因素:温度、氧、机械作用力、水、其他介质作用(如稳定剂)。
第五章聚合物的稳定剂
应用于PVC的热稳定剂具有两大功能:
预防作用:(1)吸收HCl,抑制其自动催化作用;
(2)置换聚氯乙烯分子中不稳定的氯原子如烯丙基氯原子或叔碳位氯原子,消除HCL反应的引发点;
(3)捕捉自由基,阻止自动化氧化。
钝化作用:(1)与多烯系列的加成反应;
(2)碳鎓盐发生转化。
第六章塑料的再生及其稳定化
废塑料再生利用途径:机械再生、解聚、热解液化和气化。
(了解各种途径)
第七章聚合物材料的阻燃稳定化
聚合物材料的燃烧过程(5个阶段):加热熔融、热分解、着火、燃烧、火焰传播。
在聚合物燃烧中,最主要的燃料是氢(H2),而不是碳。
聚合物材料分类:
按氧指数(OI)划分:(1)易燃材料:没有助燃性,氧指数在22以下的材料。
如聚乙烯、聚丙烯、PMMA、PS等。
(2)难燃材料:即自熄性,氧指数在22~27之间的材料。
如软质PVC,PV A、PA、PC等。
(3)高难燃材料:氧指数在27以上的材料。
如硬质PVC、PTFE、PI、聚苯醚等。
助燃剂的阻燃作用(了解其含义):吸热效应、覆盖效应、稀释效应、抑制效应、增强效应(协同效应)。
有机磷系阻燃剂的阻燃机理:
在燃烧时,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜,其沸点可达300o C。
同时,磷酸又进一步脱水生成偏磷酸,偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸。
在这过程
中,不仅由磷酸生成的覆盖层起到覆盖效应,而且由于生成的聚偏磷酸是强酸,
是很强的脱水剂,使聚合物脱水而碳化,改变了聚合物燃烧过程的模式并在其表
面形成碳膜以隔绝空气,从而发挥更强的阻燃效果。
第八章稳定化聚合物材料及可降解聚合物材料的设计与应用
化学结构对聚合物耐氧性的影响:(耐氧化性聚合物具有以下特征)
(1)大分子主链饱和、线型;
(2)链含杂原子的结构,如主链含有O、S、N原子;
(3)氯原子对氢的取代;
(4)庞大的侧基;
(5)全芳族和芳杂环结构;
(6)梯形聚合物;
(7)无机主链结构的聚合物。
如硅氧结构;
(8)适度的交联;
(9)结晶对氧化稳定性的影响。
耐高温聚合物的分类及主要特征:(简单了解P316)
附加:医用高分子的稳定与降解
生物医用材料:
是一类用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
可分为:医用金属材料、医用陶瓷材料和医用高分子材料。
聚酯分解过程:主要是水解,还有酶解。
可降解的生物医用高分子材料:
是指在生物体内经水解、酶解等过程,逐渐降解成低分子量化合物或单体,降解产物能被排出体外或能够参加体内正常新陈代谢而消失的材料。
按在活体内分解的性质分类:
水解型:低级脂肪族聚酯(如聚乳酸、聚乙醇酸)、聚己内酯、聚酸酐、聚原酸酯等。
酶解型:天然蛋白质、合成多肽、多糖类、核酸、聚羟基丁酸等。
按天然和人工合成分类:
天然材料:明胶、壳聚糖、纤维素、蛋白质、天然珊瑚
合成材料:聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚酸酐、聚原酸酯等。
组织工程学:
是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常的和病理的哺乳类组织的结构-功能的关系,并研制活的生物组织代用品,用于修复、维持、改善人体组织的功能。
其三大要素:细胞载体材料、细胞的分离和培养、细胞生长因子。