Виды деструкции

Содержание

Введение.                                                                                                                  2

1. Деструкция. Основные стадии.                                                                          3

2. Виды деструкции.                                                                                                6

2.1 Термическая деструкция (пиролиз).                                                                6

2.2 Термоокислительная деструкция.                                                                    6

2. 3 Озонное старение каучуков, резин и пластиков.                                           6

 

 2.4 Фотодеструкция полимеров.                                                                           6

2.5 Радиационная деструкция.                                                                               7

2.6 Гидролитическая деструкция.                                                                          7                

2.7 Механодеструкция полимеров.                                                                        7

2.8 Биологическая деструкция  полимеров.                                                           7

3.Деструкция  полимерных строительных материалов

под действием физических и механических факторов.                                     10

4. Деструкция полимерных строительных материалов

под действием химических агентов.                                                                    13

5. Защита полимерных строительных материалов от старения.                       15    

 

 Вывод                                                                                                                     19

Литература                                                                                                             20

 

        

 

 

Введение

Проблема старения полимерных строительных материалов и их стабилизации составляет большой раздел полимерного материаловедения - науки о создании полимерных материалов, их переработки, сохранении и регулировании их эксплуатационных свойств.

Старение полимерных строительных материалов- это сложный комплекс химических и физических процессов, происходящих под влиянием окружающей среды, при их переработке, эксплуатации и хранении, приводящий к необратимым или обратимым изменениям (ухудшению) свойств полимеров. Часто вместо термина "старение" употребляют термин "деструкция" (иногда "деградация").

Процессы старения разделяются на физические и химические. Процессы физического старения обратимы. Они не приводят к разрыву или сшиванию полимерных цепей. В качестве примера можно привести процессы кристаллизации, перекристаллизации или проникновения в полимер нежелательных растворителей, которые вызывают межкристаллитную коррозию (смазку) и приводят к ухудшению механических свойств полимерных изделий. Процессы химического старения необратимы. Они приводят к разрыву химических связей, а иногда и к сшивке макромолекул, изменению химической структуры, понижению или увеличению молекулярной массы полимера.

Стабильность полимеров - их способность не менять свойства (быть устойчивыми) под влиянием окружающей среды в процессе переработки, эксплуатации и хранения. Под стабилизацией полимеров понимают применение химических и физических методов, которые снижают скорость старения (деструкции) полимеров и полимерных изделий.

Физические методы стабилизации обычно связывают с изменением скорости транспорта (диффузии) реагирующих частиц. Например, для замедления процесса гидролитической деструкции полимеров можно понизить скорость диффузии агрессивной среды (воды, растворов кислот, оснований и солей) в полимерную матрицу.

Химические методы стабилизации, как правило, связаны с добавками в полимер различных химикатов, которые перехватывают активные частицы (в первую очередь осколки молекул - атомы, радикалы, ионы), ответственные за старение (деструкцию) полимеров.

 

1. Деструкция. Основные стадии.

Деструкция полимерных строительных материалов (от лат. destructio- разрушение), общее название процессов, протекающих с разрывом химических связей в макромолекулах и приводящих к уменьшению степени полимеризации или молярной массы полимера. В зависимости от места разрыва химических связей различают деструкцию в основной и боковых цепях полимера. Деструкция в основной цепи может протекать по закону случая (равновероятный разрыв химической связи в любом месте микромолекулы) и как деполимеризация (отщепление мономерных звеньев с концов полимерной цепи). При деструкции по закону случая среднечисловая мол. масса связана с числом разрывов цепи Ns соотношением:  
  
где   и   - среднечисловые молярные массы соотв. исходного полимера и в момент времени t. Деструкции принято классифицировать по внешним факторам (тепло, ионизирующая радиация, механические напряжения, свет, О2, влага и другие), вызывающим ее, на термическую, радиационную, механическую и другие. Часто причиной деструкции полимеров является одновременное действие несколько факторов, напряжение, тепло и О2 приводят к термоокислительной деструкции. Нередко всю сумму превращений, происходящих в полимере под действием внешних факторов, называется деструкцией. 

Деструкция - одна из причин старения полимеров. Как правило, она является цепным процессом и включает следующие основные стадии: 1) инициирование (образование активных центров деструкции); 2) продолжение, или развитие, цепи (совокупность реакций с участием активных центров, приводящих к изменению химической структуры и физических свойств полимера); 3) обрыв кинетической цепи (процессы дезактивации активных центров). Термическая деструкция (под действием высоких температур в отсутствие О2 и других факторов) в зависимости от типа полимера происходит с заметной скоростью выше 230-430 °С. Процесс в большинстве случаев протекает по радикально-цепному механизму. Основные стадии его можно рассмотреть на примере полиэтилена. Инициирование (самая медленная стадия) осуществляется в результате термического распада макромолекулы с образованием макрорадикалов:  
  
Развитие цепи включает изомеризацию радикалов (уравнение 1.1), отщепление молекул мономера (1.2) или высших олефинов (1.3), передачу цепи на соседние макромолекулы (реакция   + R'H : RH +  ) и разрыв макромолекулы (1.4): 

 
  
Обрыв цепи происходит при взаимодействии двух радикалов:  
  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Виды деструкции.

 

  2.1 Термическая  деструкция (пиролиз).

Пиролизом называется термический распад полимера при высоких температурах. Термический распад полимера может начинаться с концов макромолекулы (деполимеризация) или середины молекулы (распад по закону случая). Чтобы предотвратить деполимеризацию, нужно блокировать концы такой полимолекулы. Распад по закону случая предотвратить невозможно, так как он определяется энергией связи в молекуле, но зато можно переловить все свободные радикалы с помощью ингибиторов свободно радикальных реакций. Для строительных материалов, содержащих полимерную матрицу, весьма актуальной является температурный диапазон эксплуатации: при низкой температуре полимер становится хрупким и теряет устойчивость к механическим воздействиям, а при повышении температуры увеличивается скорость термической деструкции.

 
   2.2 Термоокислительная  деструкция.

Для торможения процессов термоокислительного разложения полимерных материалов применяют стабилизаторы-антиоксиданты.

 

 

 

  2. 3 Озонное старение каучуков, резин и пластиков.

Основной путь предотвращения озонной деструкции каучуков и резин - поиск веществ, которые реагируют с озоном быстрее, чем озон реагирует с двойными связями каучуков и резин (так называемые антиозонанты).

 

  2.4 Фотодеструкция  полимеров.

Под действием света в полимере происходят разнообразные превращения, которые, в конечном счете, приводят к его разрушению. Защитить полимер от света можно четырьмя способами.

•  Отражение света. Возможно, например, путем введения фотостабилизаторов. Они отражают свет в ультрафиолете и поглощает его в видимой области.  
•  Ультрафиолетовые абсорберы света. Если свет не отражен, то его можно поглотить. Существует большой класс абсорберов света, например, гидроксибензофенон.  
•  Если свет не отражен, если его не поглотили, если он попал на полимер и перевел его из нормального в возбужденное состояние, то до того, как полимер разложится, с него можно снять возбуждение и вернуть его в исходное состояние. Вещества, которые умеют это делать, называются тушителями возбужденных состояний. После рассеивания энергии в виде тепла тушитель возвращается в исходное состояние.  
•  Если свет проник к полимеру и разбил его на осколки-радикалы, то вступает в действие четвертая система защиты - взаимодействие радикалов с высокоэффективными светостабилизаторами.

 

   2.5 Радиационная  деструкция.

В то время как свет поглощается, если его частота соответствует частоте поглощения молекулы, энергия радиации поглощается всеми молекулами, вызывая акты ионизации и переводя молекулы в возбужденное состояние. При облучении молекулы не только рвутся, но и сшиваются. В качестве стабилизаторов-антирадов применяют вторичные амины.

 

   2.6 Гидролитическая  деструкция.

Основной метод снижения скорости гидролиза - затруднение доставки агрессивной среды (вода, основания, кислоты, соли) в полимерную матрицу.

 

   2.7 Механодеструкция  полимеров.

Наиболее понятный и наглядный процесс разрушения структуры полимера в результате механического воздействия.

   2.8 Биологическая деструкция полимеров.

Под биологической деструкцией понимают взаимодействие полимеров с бактериями, грибами. При этом идет, как правило, гидролитическое ферментативное разложение полимеров. Поскольку ферменты огромны, то они не могут "залезть" в полимерную матрицу и биораспад полимеров идет с поверхности полимерного изделия. Защититься от биодеструкции можно с помощью покрытий и топографической стабилизации. Последняя заключается в том, что в приповерхностный слой полимерного образца из специального раствора диффундируют химикаты - добавки, которые в приповерхностном слое и на поверхности полимерного изделия создают охранную зону, с которой фермент не реагирует.

Указанные методы защиты от разрушающих воздействий на полимеры могут быть достаточно эффективны, но почти все они имеют одну крайне неприятную особенность – они очень дорогостоящи. Кроме того, отдельного внимания заслуживает вопрос экологичности применения таких защитных методов (так называемая проблема “защиты от защиты”).

У полимерцементных гидроизоляционных составов есть ряд преимуществ по сравнению с битумными мастиками и рубероидами. Во - первых, они экологически безвредны, их можно применять и внутри помещения. Во - вторых, полимерцементная гидроизоляция не подвержена такому быстрому разрушению, как традиционная органическая гидроизоляция. Они имеют высокую прочность адгезии с различными основаниями (бетонным, кирпичным, деревянным, металлическим и др.). Имея большую когезионную прочность, полимерцементная гидроизоляция может воспринимать как статические, так и динамические нагрузки.

Однако, при всех достоинствах полимерцементных составов, не нужно забывать, что полимерная матрица все-таки присутствует в этих материалах. И термин “неорганический материал” может быть применен здесь с большой натяжкой. А раз есть полимерная матрица – есть и все болезни, преследующие полимеры согласно их природе. Конечно, в полимерцементном материале полимер присутствует в ограниченном количестве, кроме того, он находится в щадящих условиях эксплуатации по сравнению с полимерными покрытиями или рулонными материалами. Но все-таки законов химии никто не отменял. В природе все стремится достичь минимального уровня энергии, поэтому рано или поздно органический полимер, имеющий в своем составе атомы углерода, водорода и кислорода превратится в углекислый газ и воду. 
Необходимо сделать замечание о том, что в данной статье рассматриваются исключительно органические полимеры, так как именно они в подавляющем большинстве случаев встречаются в композиционных материалах предлагаемых на рынке, тем более в сухих смесях. Неорганические полимеры не могут, в отличие от органических, существовать в высокоэластичном состоянии, поэтому их применение весьма ограничено.

Итак, полимерные и полимерцементные композиции обладают рядом достоинств, которые, однако, сопровождаются и рядом очевидных недостатков, связанных, в первую очередь, с недолговечностью полимерной матрицы. Можно ли исправить эти недостатки? Видимо можно. Только не исправить, а откорректировать. Коррекция заключается в модификации полимерных и полимерцементных композиций специальными добавками, которые позволят увеличить срок службы полимеров, принимая на себя основной удар агрессивной окружающей среды. Возникает другой вопрос: насколько отвечают требованиям долговечности те полимеры, которые используют, например, производители сухих строительных смесей пленочной или проникающей (а точнее пропитывающей) полимерцементной гидроизоляции? При сроках эксплуатации полимерцементных покрытий в 20 лет (а именно такие цифры иногда озвучивают производители составов), да еще в агрессивной среде, полимерцементный материал должен быть исключительно устойчивым к внешним воздействиям. Теоретически это возможно, но практически – требует весьма внушительных затрат как на создание устойчивой полимерной матрицы, так и на ряд последовательных и серьезных исследований: как лабораторных, так и многолетних натурных испытаний. Которые обязательно должны ответить и на такой значимый вопрос, как совместимость различных по природе и свойствам добавок при их одновременном использовании с целью коррекции полимерцементных композиций.