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關(guān)于塑料聚合物在加工過程中的降解,有哪些知識(shí)?

時(shí)間:2020-05-17 09:57 閱讀:1808 來源:互聯(lián)網(wǎng)

降解:聚合物在加工過程中,要受到高溫、強(qiáng)剪切力等的作用,在這些強(qiáng)的作用下,高分子鏈要產(chǎn)生斷鏈,因而分子量下降,這就是降解。

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一、降解的分類

1.自由基連鎖降解反應(yīng)

由熱、應(yīng)力等物理因素引起的降解。在熱或剪切力的影響下,聚合物的降解通常是無規(guī)則的選擇進(jìn)行的。這是因?yàn)榫酆衔镏兴谢瘜W(xué)鍵的能量都十分接近的關(guān)系。

在這些物理因素作用下,降解機(jī)理也極其相似,通常是通過形成自由基的中間步驟按連鎖反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行,包括活性中心的產(chǎn)生、鏈轉(zhuǎn)移和鏈斷裂、鏈終止幾個(gè)階段。

2.逐步降解

這種降解主要是在加工的高溫下,聚合物含有微量水分、酸或堿等雜志進(jìn)行有選擇的降解,降解一般發(fā)生在碳-雜鏈(如C-N、C-O、C-S、C-Si等)處,這是因?yàn)樘?雜鏈鍵能較小、穩(wěn)定性較差的緣故。

降解具有逐步反應(yīng)的特征,每一步具有獨(dú)立性,中間產(chǎn)物穩(wěn)定,斷鏈的機(jī)會(huì)隨分子量的增大而增大,所以隨著降解反應(yīng)的逐步進(jìn)行,聚合物的分子量逐漸減小的同時(shí),其分子量分散性也逐步減小。含有酰胺、酯、縮醛的聚合物容易在高溫下發(fā)生水解、酯解、酸解、胺解等降解反應(yīng)。

溫度越高,降解越快;在高溫下停留時(shí)間越長,降解越厲害。加工過程往往有氧氣的存在,氧在高溫下能使聚合物氧化生成過氧化物結(jié)構(gòu),過氧化物容易分解產(chǎn)生自由基,從而引發(fā)連鎖降解反應(yīng),稱為熱氧降解,使聚合物降解的主要?dú)v程。

加工過程中,聚合物要反復(fù)受到應(yīng)力的作用(以剪切應(yīng)力為主),當(dāng)剪切應(yīng)力的能量超過鍵能時(shí),就引起化學(xué)鍵的斷裂,產(chǎn)生降解。剪切作用和熱的作用一起,對(duì)聚合物的降解起強(qiáng)烈的降解促進(jìn)作用。

微量水分是有些聚合物降解的主要因素,如PC、尼龍(PA)、ABS、聚酯等。因此加工之前的干燥是必備的工序。

二、解決措施

聚合物在加工過程中出現(xiàn)降解后,制品外觀變差,內(nèi)在質(zhì)量降低,使用壽命縮短。因此加工過程大多數(shù)情況下都應(yīng)設(shè)法盡量減少和避免聚合物降解。因此通常可采用以下措施:

  • 嚴(yán)格控制原材料技術(shù)指標(biāo),盡量去除聚合物中的催化劑殘留等雜質(zhì)。

  • 使用前對(duì)聚合物進(jìn)行嚴(yán)格干燥,特別是聚酯、聚醚、聚酰胺等聚合物存放過程容易從空氣中吸附水分,用前通常應(yīng)使水分含量降低到0.01-0.05%以下。

  • 確定合理的加工工藝和加工條件,使聚合物能在不易產(chǎn)生降解的條件下加工成型。

  • 加工設(shè)備和模具應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)消除設(shè)備中與聚合物接觸的部分可能存在的死角或縫隙,減少過長的流道、改善加熱裝置、提高溫度顯示裝置的靈敏度和冷卻系統(tǒng)的冷卻效率。

  • 在配方中考慮使用抗氧劑、穩(wěn)定劑等以加強(qiáng)聚合物對(duì)降解的抵抗能力。

有些情況下,可以利用聚合物在加工過程中的降解效應(yīng),如橡膠的開煉(塑煉),降低分子量,提高加工性;聚合物共混物,利用剪切效應(yīng)產(chǎn)生的自由基,可是兩種或多種聚合物產(chǎn)生接枝、共聚等反應(yīng),從而提高共混物的性能。

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