Изучение воздействия агрессивных сред на свойства биоразлагаемых материалов

Наполнение ПЭВП 30% стекловолокна приводит к ухудшению прочностных свойств после взаимодействия с водой на 45%, в то время как прочность сходного ПЭВП после обработки в воде практически на изменяется.

Однако снижение величины водопоглощения не может быть единственным критерием оценки химической стойкости полимерных материалов. Кроме того, в литературе зачастую приводятся данные по количеств

у поглощенной среды без указания, относятся ли они к всей массе полимерной композиции, либо рассчитаны только на массу полимерного связующего.

При контакте наполненных полимерных материалов могут протекать такие процессы как вымывание компонентов наполнителя, изменение его поверхности или химическое изменение структуры полимера в результате гидролиза, что может снизить прочность сцепления между наполнителем и полимерной матрицей и тем самым существенно повлиять на прочностные характеристики полимерного материала.

Введенный в полимерное связующее наполнитель может влиять на процесс распада полимера. Основными видами проявления действия сред на полимеры или их композиции являются растворение или деструкция. Растворяющий эффект зависит от полярности среды и ее вязкости. Если полярность среды близка к полярности полимера, то в этом случае потеря механических свойств больше, чем в других растворителях. Следовательно, полимер для работы в конкретной среде выбирают исходя из учета полярности среды.

Следует также отметить, что чистые растворители оказывают меньший эффект на полимеры и полимерные композиции, чем загрязненные растворители или их смеси.

Стабильность полимера зависит также от его поверхностного натяжения. Полимеры с более низким критическим натяжением имеют меньше реакционных групп.

Итак, влияние наполнителей на химическую стойкость полимерных материалов зависит от природы наполнителя и характера взаимодействия в системе полимер – наполнитель. Такие факторы, как инертность наполнителя по отношению к агрессивной среде, его плохая способность смачиваться, образование прочной структуры, положительно влияют на химическую стойкость полимерных композиций.

Подбор наполненных полимерных материалов для работы в той или иной химической среде следует проводить на основании результатов испытаний их химической стойкости в каждом конкретном случае с учетом условий их эксплуатации.

Для того, чтобы получить полимерные композиции с необходимым уровнем стойкости к агрессивным средам надо изучить теоретические основы деструкции полимеров.

1.3 Деструкция полимеров

При деструкции происходит разрыв связей в основной цепи макромолекулы, в результате которой уменьшается молекулярная масса полимеров. Деструкция может протекать при получении, хранении, переработке и эксплуатации полимеров действием различных физических и химических факторов или при одновременном их воздействии. С одной стороны при деструкции ухудшаются физико-химические и эксплуатационные свойства полимеров, а с другой могут улучшаться их переработка и облегчаться их применение. Например, известно, направленное применение деструкции для частичного снижения молекулярной массы натурального каучука с целью облегчения его переработки и для уменьшения вязкости полимерных эмалей и лаков, с целью упрощения их применения [9]. Глубокая деструкция полимеров используется для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ (например, получение глюкозы при гидролитической деструкции целлюлозы и крахмала), а также является важным методом изучения строения исходных полимеров (например, по продуктам окисления поливинилового спирта судят о количестве в цепи аномальных звеньев, соединенных по типу «голова к голове»).

Кроме того, деструктивные реакции могут использоваться для регулирования молекулярной массы полимеров (например, при деструкции полиакриламида в водных растворах под действием K2S2O8 интервал изменения молекулярных масс составляет один-два порядка), для получения информации о молекулярно-массовом распределении исходных полимеров, а также при изучении стабилизации полимеров.

В зависимости от природы деструктирующего агента различают физическую и химическую деструкцию. К первой группе относят термическую (под действием тепла), механическую (при механических взаимодействиях), фотохимическую (под действием света) и радиационную деструкцию (под влиянием радиационного излучения). Химическая деструкция вызывается действием химических агентов – воды, кислот, спиртов, аминов и др. При одновременном влиянии тепла и окислителей протекает термоокислительная деструкция, а под действием света и химических агентов – фотоокислительная деструкция. Известна также биологическая деструкция, которая вызывается ферментами и микроорганизмами.

В зависимости от характера образующихся продуктов различают деструкцию по закону случая и деполимеризацию. Деструкция по закону случая осуществляется путем случайного разрыва макромолекул с образованием больших осколков. Деполимеризация является реакцией последовательного отрыва мономерных звеньев от конца цепи. По своему механизму эта реакция, обратная реакции роста цепи (полиметилметакрилат, поли-α-метилстирол, полиметакрилонитрил, политетрафторэтилен) и небольшим тепловым эффектом полимеризации (менее 60 кДж/моль).

Возможность протекания процессов деструкции зависит от их строения, природы деструктирующего агента и условий его действия. Карбоцепные полимеры, цепи которых построены из атомов углерода и не имеют кратных связей (например, полистирол, поливинилхлорид), не проявляют способности к химической деструкции. Гетероцепные полимеры, цепи которых построены из гетероатомов (углерод, кислород, сера, азот и др.), проявляют большую склонность к химической деструкции (например, полиамиды, полиэфиры, целлюлоза). Карбоцепные полимеры, содержащие в основной цепи кратные связи, способны к термоокислительной деструкции. Деструкция является цепным процессом. В зависимости от активного центра она происходит по радикальному или ионному механизму. Как и всякий цепной процесс, она состоит из стадий инициирования, развития, передачи и обрыва цепи. Инициирование цепной деструкции может происходить под влиянием тепловой энергии, света, ионизирующего излучения и при введении в систему свободных радикалов (ионов) или веществ, легко распадающихся на свободные радикалы (ионы). Термическая деструкция полимеров протекает по свободнорадикальному механизму. В этом случае расщепление макромолекулы может происходить по закону случая, при разрыве цепи по слабым местам (например, рядом с дефектами структуры или разветвлениями) или на концах цепи.

1.4 Получение и свойства биоразлагаемых полимеров

В настоящее время существует несколько направлений получения биоразлагаемых полимерных материалов [10,11]. Схематически эти направления можно изобразить следующим образом:

Схема 1

биоразлагаемый материал почва

 Скачать реферат