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關(guān)于塑料聚合物在加工過(guò)程中的降解,有哪些知識?
降解:聚合物在加工過(guò)程中,要受到高溫、強剪切力等的作用,在這些強的作用下,高分子鏈要產(chǎn)生斷鏈,因而分子量下降,這就是降解。
一、降解的分類(lèi)
1.自由基連鎖降解反應
由熱、應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(wú)規則的選擇進(jìn)行的。這是因為聚合物中所有化學(xué)鍵的能量都十分接近的關(guān)系。
在這些物理因素作用下,降解機理也極其相似,通常是通過(guò)形成自由基的中間步驟按連鎖反應機理進(jìn)行,包括活性中心的產(chǎn)生、鏈轉移和鏈斷裂、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,這是因為碳-雜鏈鍵能較小、穩定性較差的緣故。
降解具有逐步反應的特征,每一步具有獨立性,中間產(chǎn)物穩定,斷鏈的機會(huì )隨分子量的增大而增大,所以隨著(zhù)降解反應的逐步進(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。
溫度越高,降解越快;在高溫下停留時(shí)間越長(cháng),降解越厲害。加工過(guò)程往往有氧氣的存在,氧在高溫下能使聚合物氧化生成過(guò)氧化物結構,過(guò)氧化物容易分解產(chǎn)生自由基,從而引發(fā)連鎖降解反應,稱(chēng)為熱氧降解,使聚合物降解的主要歷程。
加工過(guò)程中,聚合物要反復受到應力的作用(以剪切應力為主),當剪切應力的能量超過(guò)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,對聚合物的降解起強烈的降解促進(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(guò)程中出現降解后,制品外觀(guān)變差,內在質(zhì)量降低,使用壽命縮短。因此加工過(guò)程大多數情況下都應設法盡量減少和避免聚合物降解。因此通??刹捎靡韵麓胧?/span>
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嚴格控制原材料技術(shù)指標,盡量去除聚合物中的催化劑殘留等雜質(zhì)。
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使用前對聚合物進(jìn)行嚴格干燥,特別是聚酯、聚醚、聚酰胺等聚合物存放過(guò)程容易從空氣中吸附水分,用前通常應使水分含量降低到0.01-0.05%以下。
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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。
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加工設備和模具應有良好的結構。主要應消除設備中與聚合物接觸的部分可能存在的死角或縫隙,減少過(guò)長(cháng)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的冷卻效率。
在配方中考慮使用抗氧劑、穩定劑等以加強聚合物對降解的抵抗能力。
有些情況下,可以利用聚合物在加工過(guò)程中的降解效應,如橡膠的開(kāi)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,從而提高共混物的性能。