聚合物在加工过程中,要受到高温、强剪切应力等的作用,高
分子链要产生断链,因而分子量下降,这就是降解。
(1)自由基连锁降解反应 由热、应力等物理因素引起的降解
属于这一类。在热或剪切力的影响下,聚合物的降解常常是无规则
地选择进行的。这是因为聚合物中所有化学键的能量都十分接近的
关系。在这些物理因素作用下,降解机理也极其相似,通常是通过
形成自由基的中间步骤按连锁反应机理进行,包括活性中心的产
生、链转移和链减短、链终止几个阶段。
(2)逐步降解 这种降解往往是在加工的高温下,聚合物含有
微量水分、酸或碱等杂质进行有选择地降解,降解一般发生在碳
杂链 (如C—N、C—O、C—S、C—Si等)处。这是因为碳杂链
的键能较小、稳定性差的缘故。降解具有逐步反应的特征,每一步
具有独立性,中间产物稳定,断链的机会随分子量增大而增大,所
以随着降解反应的逐步进行,聚合物的分子量逐渐减少的同时,其
分子量分散性也逐步减小。含有酰胺、酯、缩醛基的聚合物容易在
高温下发生水解、酯解、酸解、胺解等降解反应。如对PC来说,
微量水分就可引起显著降解。
主链上含有碳杂原子键时容易发生降解;主链上含有叔碳原
子时,容易降解;主链上含有双键时容易降解;主链上C—C键的
键能还受到侧链上取代基和原子的影响。极性大和分布规整的取代
基能增加主链C—C键的强度,提高聚合物的稳定性,而不规整的
取代基则降低聚合物的稳定性;主链上不对称的氯原子易与相邻的
氢原子作用发生脱氯化氢反应,使聚合物稳定性降低,所以聚氯乙
烯甚至在140℃时就能分解而析出 HCl;主链中有芳环、饱和环和
杂环的聚合物以及具有等规立构和结晶结构的聚合物稳定性较好,
降解倾向较小。
温度越高,降解越快;在高温下停留时间越长,降解越厉害。
第1章 塑料改性基础 33
加工过程往往有氧气的存在;氧在高温下能使聚合物氧化生成过氧
化物结构,过氧化物容易分解产生自由基,从而引发连锁降解反
应,称为热氧降解,是聚合物降解的主要历程。
在加工过程中,聚合物要反复受到应力的作用 (以剪切应力为
主),当剪切应力的能量超过键能时,就引起化学键的断裂,产生
降解。剪切作用和热作用一起,对聚合物的降解起强烈的降解促进
作用。
微量水分是有些聚合物降解的主要因素,如PC、尼龙、ABS、
聚酯等。因此,加工之前的干燥是必备的工序。
聚合物在加工过程出现降解后,制品外观变坏,内在质量降
低,使用寿命缩短。因此加工过程大多数情况下都应设法尽量减少
和避免聚合物降解。为此,通常可采用以下措施。
① 严格控制原材料技术指标,尽量去除聚合物中的催化剂残
留等杂质。