Деструкция полимерных строительных материалов под действием физических и механических факторов - Деструкция полимерных материалов

Деструкция полимерных строительных материалов может вызываться такими физическими факторами, как свет, радиационное излучение, ультразвук и т. д. а также под действием механических нагрузок. При механическом перемешивании полимеров на вальцах, в смесителях, экструдерах и т. д. происходят разрывы химических связей, что в свою очередь может приводить к различным химическим реакциям деполимеризации. Очевидно, что эффект механодеструкции будет происходить до тех пор, пока суммарная энергия физических межмолекулярных взаимодействий звеньев цепи молекулы не станет равной энергии химической связи в цепи. Тогда механическое напряжение будет преодолевать эти физические взаимодействия и молекулы начнут смещаться друг относительно друга без нарушения их химической структуры, т. е. будет иметь место такая картина, как и при перемешивании низкомолекулярных веществ.

Таким образом, механодеструкция ведет к снижению молекулярной массы полимера до некоторой величины, причем это значение молекулярной массы определяется соотношением суммарной энергии физических межмолекулярных взаимодействий и энергии химической связи цепи. Другими словами, механические воздействия, уменьшая среднемассовую молекулярную массу, способствуют выравниванию размеров макромолекул, сужают кривую молекулярно-массового распределения со стороны больших молекулярных масс.

Эффект механодеструкции, естественно, сильно зависит от температуры. Так на рис. 3.1 кривая зависимости скорости пластификации каучука от температуры проходит через резко выраженный минимум при 100°. Низкотемпературное уменьшение скорости пластификации с ростом температуры связано с уменьшением вязкости полимера и, соответственно, уменьшением интенсивностей механодеструкции материала и уменьшения молекулярной массы. Высокотемпературный рост скорости пластификации (уменьшение молекулярной массы каучука) обусловлен активизацией обычных процессов механо-окислительной деструкции.

Из сказанного становится понятным, что процессы механодеструкции наиболее активны у полимеров в стеклообразном состоянии, в меньшей степени в высокоэластическом состоянии и еще в меньшей в вязкотекучем.

Воздействие света и излучений высоких энергий также приводят к химическим реакциям и деструкции полимеров. Уже ультрафиолетовые волны с длинами 230 ч 410 нм вызывают отрывы боковых групп и разрывы макроцепей с последующими химическими реакциями деструкции. Эффект усиливается с повышением температуры (фотолиз).

Особенно чувствительны к действию света тонкие полимерные пленки. Так пленочные полиэтиленовые покрытия парниковых строений в течение лета практически становятся непригодными к эксплуатации и требуют ежегодной замены.

Под действием ультрафиолетового облучения меняется окраска целлюлозы и ее эфиров, уменьшается их прочность и вязкость растворов, улучшаются свойства целлюлозы как восстановителя (образование альдегидных групп за счет ускорения гидролиза глюкозидных связей), выделяются летучие продукты (СО и СО2). Процессы деструкции, естественно, активируются кислородом воздуха (рис. 3.2). При облучении целлюлозы в инертной среде (например, в атмосфере азота) вязкость растворов падает незначительно (1). Тот же процесс в воздухе протекает значительно интенсивнее (2,3).

Существенные структурные изменения происходят в полимерах при действии радиационных излучений независимо от вида энергии (г-лучи, потоки электронов, нейтронов и др.). Энергия этих излучений составляет значения порядка 9 ч 10 эВ и более, а энергия химических связей в полимерах 2,5 ч 4 эВ. Поэтому под действием излучений высоких энергий происходит деструкция, сшивание полимеров, увеличение ненасыщенности молекулярных цепей, разрушение кристаллических структур.

Стоит отдельно напомнить, что проникающий поток электрически нейтральных нейтронов в водородосодержащих средах переходит в поток положительно заряженных протонов (ядер атомов водорода). В этом опасность, которую несет для живых организмов нейтронное излучение. В этом и защита: полиэтилен защищает от нейтронного облучения (протоны обладают очень малой проникающей способностью) значительно эффективнее, чем свинец.

Вещества, которые препятствуют развитию деструктивных процессов при облучении полимеров, называют антирадами. Все они содержат в своей структуре ароматические кольца. Это связано со значительным рассеянием энергии в ароматических структурах, что называется "эффектом губки".

Похожие статьи




Деструкция полимерных строительных материалов под действием физических и механических факторов - Деструкция полимерных материалов

Предыдущая | Следующая