4.热稳定剂解析
45页1、4. 热稳定剂,4. 热稳定剂,4.1 概述,4.1 概述,热稳定剂:防止或延缓热对材料性能的影响,提高材料的热稳定性,延长使用寿命的添加剂。,材料在加工、贮存和使用过程中,由于受热而发生一系列化学变化,影响其加工和性能,缩短使用寿命,即发生热老化。,如:PVC熔点175,在PVC在120-130 开始分解,严重影响了PVC的加工和使用,因此需加入热稳定剂,提高热稳定性。,热稳定剂在高分子材料中广泛使用,如PVC、氯丁橡胶、聚醋酸酯、ABS树脂、涂料、胶粘剂及PE、PS,尤其是PVC和氯丁橡胶。,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,4.2.1 高分子材料的降解,降解:大分子链断裂并导致聚合物分子量降低的过程,降解往往导致聚合物软化点和机械强度降低,影响材料的加工、使用和性能。,热降解:高分子材料由于受热而引起的降解,热降解是高分子材料中普遍存在,研究热降解的意义:,制备热稳定性聚合物,提高聚合物的热稳定性,合成可自然降解聚合物,降解聚合物,减少环境污染。,塑料与纸的环境污染与资源消耗分析,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的
2、作用机理,(国际环境毒理学与化学学会),塑料与纸的环境污染与资源消耗分析,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,聚乙烯比无漂白牛皮纸造成的大气污染严重,不过相差不是很大。如果考虑CO2 排放,无漂白牛皮纸比聚乙烯多近一倍,则二者在大气污染方面差距还应缩小。 在水污染方面,无漂白牛皮纸是聚乙烯造成的污染的50 倍左右。 无漂白牛皮纸比聚乙烯产生更多的固体废弃物。 无漂白牛皮纸包装袋比相同容量的聚乙烯包装袋造成的环境负荷更大。由此可见,纸袋并不比塑料袋更环保,“以纸代塑”并不是减少资源消耗、环境污染的有效途径。,大气污染物质:聚乙烯:38/700+13/420+144/150=1.05 无漂白牛皮纸:126/700+204/420=0.666 水质污浊物质:聚乙烯:5.36/100=0.0536 无漂白牛皮纸:50/30+130/100=2.97,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,1. 热降解的分类,热降解分为:非主链断裂降解、随机主链断裂降解和解聚,1)非主链断裂降解(侧链断裂),高分子受热时,侧基(侧链)从主链上脱
3、落,以小分子的形式离开。,实例:在PVC在120-130 开始分解,放出HCl。,主链,侧基,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,聚醋酸乙烯酯:,聚丙烯酸酯:,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,侧链断裂往往在大分子中生成不饱和键,对进一步热降解有促进作用。,大分子中的不饱和键,会是材料发黄、变色。,大分子中的不饱和键,受热容易被氧化,能促进进一步热降解。,烯丙基氯,活泼,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,2)随机主链断裂降解,大分子主链中的一些弱键受热发生断裂(无规),生成分子量不等的中低分子量产物。,大分子主链随机断裂,变成各种分子量不等产物的混合物,聚合物完全失去应用价值。,实例:PP、PE、PAN的热降解,分子量不等产物的混合物,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,3)解聚,聚合物受热时,几乎完全分解为单体小分子。,解聚相当于聚合反应的逆反应。,聚-甲基苯乙烯、聚四氟乙烯、PMMA等的降解:,单体,聚合物,解聚,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,3)解聚,解聚对聚合物的回收、降解,减少环境污染有重要意义。,聚四氟乙
4、烯( PTFE ):,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,聚乳酸:,手术缝合线、骨头螺丝钉、骨头固定板和生物器官钉。,可生物降解的绿色合成高分子材料,广泛应用于医用、纺织、可降解塑料制品和包装等领域,可吸收骨折固定螺钉,免拆手术缝合线,高分子材料的热降解是最普遍的一种降解类型,高分子材料的热降解取决于大分子链化学键的稳定性,同时与聚合物所含微量杂质有关。,提高高分子材料的热稳定性:,提高大分子链化学键的热稳定性,添加热稳定剂,阻止或延缓热降解。,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作用机理,4.2.2 PVC的热降解机理,PVC的热降解机理尚不成熟,主要有自由基机理、离子机理和单分子机理等。,1)自由基机理,自由基机理认为, PVC的热降解为自由基连锁反应,包括链引发、链增长和链终止三个阶段。,链引发、链增长和链终止三个阶段中,链引发最困难,一旦引发自由基连锁反应将迅速进行。,PVC的热降解自由基的来源:,PVC中Cl电负性大,C-Cl为极性键,在光、热、氧作用下,容易均裂为自由基:,4.2 高分子材料的热降解及热稳定剂的作
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