1、第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学6.4.1 聚合物的降解聚合物的降解 聚合物在各种外界因素作用下分子量变小的过程称之为降聚合物在各种外界因素作用下分子量变小的过程称之为降解。解。降解往往导致聚合物软化点和机械强度的降低。降解往往导致聚合物软化点和机械强度的降低。降解反应一般是指高分子的降解反应一般是指高分子的主链发生断裂主链发生断裂的化学过程，的化学过程，当然也包括当然也包括侧基的消除侧基的消除反应。反应。通常情况下聚合物降解都是多种因素同时作用的结果，通常情
2、况下聚合物降解都是多种因素同时作用的结果，但高分子链的组成及结构不同对外界条件的敏感程度也不同，但高分子链的组成及结构不同对外界条件的敏感程度也不同，其间存在相当大的差异。杂链聚合物容易在化学药剂作用下其间存在相当大的差异。杂链聚合物容易在化学药剂作用下进行化学降解，而碳链聚合物则对化学药剂是相对稳定的，进行化学降解，而碳链聚合物则对化学药剂是相对稳定的，但是却易受物理因素以及氧的影响而发生降解反应。但是却易受物理因素以及氧的影响而发生降解反应。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学降解反应类型降解反应类型无规降解无规降解连锁降解连锁降解聚合物类型
3、含杂链的缩聚物碳链加聚物降解开始部位主链杂原子主链链端或链中降解反应机理逐步可逆平衡连锁不可逆降解中间产物稳定存在可分离不稳定、无法分离降解最终产物大小不等的低聚物可最后生成单体导致降解的原因水、酸等化学试剂氧热光辐射等物理因素对聚合度的影响总体聚合度降低未降解分子聚合度不变1 1、降解机理、降解机理分为无规降解和连锁降解两类分为无规降解和连锁降解两类 第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学2 2、降解类型、降解类型（1 1）热降解热降解（2 2）化学降解化学降解（3 3）氧化降解氧化降解（4 4）光降解光降解（5 5）机械降解）机械降解 第六章
4、聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学（1）热降解热降解 包括主链的断裂和侧基的消除反应。包括主链的断裂和侧基的消除反应。1.主链断链热降解主链断链热降解 聚合物热降解的主要形式，可分无规和链式降解两种。聚合物热降解的主要形式，可分无规和链式降解两种。(i)无规降解无规降解 很多聚合物如聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯酸甲酯等的降解反很多聚合物如聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯酸甲酯等的降解反应都按无规降解机理进行。应都按无规降解机理进行。聚乙烯的无规热降解反应聚乙烯的无规热降解反应 CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2+CHCH2CH3CH2+加热第六章 聚合物
5、化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学(ii)链式降解链式降解 聚合物链式降解反应又称之为聚合物链式降解反应又称之为解聚反应解聚反应，其过程为在热的，其过程为在热的作用下，聚合物分子链断裂形成链自由基，然后按链式机理作用下，聚合物分子链断裂形成链自由基，然后按链式机理迅速逐一脱除单体而降解。解聚反应可以看成自由基链式增迅速逐一脱除单体而降解。解聚反应可以看成自由基链式增长反应的逆反应。长反应的逆反应。典型的链式解聚实例：聚甲基丙烯酸甲酯的热降解典型的链式解聚实例：聚甲基丙烯酸甲酯的热降解CH2C+CH3COOCH3CH2CCH3COOCH3CH2CCH3COOC
6、H3CH2CCH3COOCH3第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 链自由基的生成有两种可能：链自由基的生成有两种可能：一是由大分子链末端引起的，聚甲基丙烯酸甲酯有部分一是由大分子链末端引起的，聚甲基丙烯酸甲酯有部分是是歧化终止产物歧化终止产物，其分子链的一端带有，其分子链的一端带有烯丙基烯丙基，与烯丙基相，与烯丙基相连的碳连的碳-碳键不稳定，容易断裂产生链自由基。链自由基一旦碳键不稳定，容易断裂产生链自由基。链自由基一旦生成，解聚反应立即开始直至大分子链消失，所以在解聚过生成，解聚反应立即开始直至大分子链消失，所以在解聚过程中，程中，单体回收率
7、单体回收率不断增加，而残余物的分子量保持不变。不断增加，而残余物的分子量保持不变。二是在热的作用下，分子链无规断裂产生链自由基。解二是在热的作用下，分子链无规断裂产生链自由基。解聚温度聚温度高于高于270oC或者聚甲基丙烯酸甲酯的分子量很大或者聚甲基丙烯酸甲酯的分子量很大(650,000以上以上)，末端基较少时，链自由基的生成主要是分子，末端基较少时，链自由基的生成主要是分子链中间无规断裂的结果。链中间无规断裂的结果。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学分子链中间断裂的反应为分子链中间断裂的反应为 链自由基链自由基II的活性很大，易夺得氢原子而终
8、止；链自由基的活性很大，易夺得氢原子而终止；链自由基I则则继续进行解聚，生成继续进行解聚，生成单体单体。因此，体系热降解过程既有单体。因此，体系热降解过程既有单体不断生成，也伴随着低分子量产物残留在体系中。实际上这不断生成，也伴随着低分子量产物残留在体系中。实际上这是无规降解与解聚反应同时发生的体系。是无规降解与解聚反应同时发生的体系。聚苯乙烯的热解就属于这种类型。聚苯乙烯的热解就属于这种类型。CH2C+CH3CCH2CCH3CCH2CCH3CCH2CCH3CCH2CCH3CCH2CCH3C(I)(II)OOCH3OOCH3OOCH3OOCH3OOCH3OOCH3第六章 聚合物化学反应高分子化
9、学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学2.侧基消除反应侧基消除反应 含有活泼侧基的聚合物，在热的作用下发生侧基的消除含有活泼侧基的聚合物，在热的作用下发生侧基的消除反应，并引起主链结构的变化，如聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、反应，并引起主链结构的变化，如聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇和聚甲基丙烯酸特丁酯等。聚乙烯醇和聚甲基丙烯酸特丁酯等。以聚氯乙烯为例：聚氯乙烯的热降解反应生成以聚氯乙烯为例：聚氯乙烯的热降解反应生成HCl和具和具有共轭双键的聚多烯烃，降解反应机理主要有自由基型和离有共轭双键的聚多烯烃，降解反应机理主要有自由基型和离子型两种。子型两种。(1)自由基型机理自由基型机理
10、 聚氯乙烯中含有自由基或有可以形成自由基的物质时，高聚氯乙烯中含有自由基或有可以形成自由基的物质时，高温下的热分解属于自由基机理。温下的热分解属于自由基机理。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 R为树脂本身或引发剂等分解产生的自由基为树脂本身或引发剂等分解产生的自由基 IV双键的双键的-位置位置(烯丙基位置烯丙基位置)上的上的C-H键键能低，易发生键键能低，易发生转移反应，进一步生成自由基。转移反应，进一步生成自由基。如此反复，高分子链形成了共轭双键，同时，也有断链与如此反复，高分子链形成了共轭双键，同时，也有断链与交联发生。交联发生。CH2C
11、H CH2CH+RClClCHCHCH2CH+RHClCl(III)+Cl(IV)CHCHCHCHCl+HClCHCHCH CHClCHCHCHCH+Cl+(III)CHCHCH2CHClCl(IV)第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学(2)离子型机理离子型机理 如同烷基氯化物，由于氯原子存在一对电子的转移，使得如同烷基氯化物，由于氯原子存在一对电子的转移，使得氯原子带负电荷，这一过程称作氯原子带负电荷，这一过程称作“隐电离隐电离”。+HClCH2CH CH CHCl+-ClCH2CHClHCH2CHCH CHClClCH2CHClH+-+CH2
12、CH CH CHClClCH2CHClH-CH2CHCHCHClCH2CHCl第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 PVC脱除了氯化氢形成双键，烯丙基上氯原子脱除了氯化氢形成双键，烯丙基上氯原子因电子云密度增大而活化，促进反应因电子云密度增大而活化，促进反应“链式链式”进行。进行。也应该注意到，生成的氯化氢有利于也应该注意到，生成的氯化氢有利于C-Cl键的极键的极化，对化，对PVC离子型降解有催化作用。离子型降解有催化作用。+HCl+-+CH2CHCHCHClCHCHClHCH2CHCHCHCHCHCl第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第
13、六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学3.聚合物热稳定性的表征聚合物热稳定性的表征 热降解反应可用于表征各种聚合物的热稳定性。热降解反应可用于表征各种聚合物的热稳定性。主要研究方法有：主要研究方法有：热重分析法热重分析法 热失重热失重-温度曲线温度曲线 恒温加热法恒温加热法 半衰期温度半衰期温度Th 主链上不同主链上不同C-C键和不同取代基的相对强度和热稳键和不同取代基的相对强度和热稳定性有如下次序：定性有如下次序：CCCCCCCCCCCCFCHCCCCl第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学100806040202003503002501234
14、5温度，4004505006图图6-1 热塑性聚合物的热失重曲线热塑性聚合物的热失重曲线 1.PVC;2.PMMA;3 聚异丁二烯 4.PS;5.PAN;6.PTFE.第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学100806040206004001234温度，80010001200 图图6-2 热固性聚合物的热失重曲线热固性聚合物的热失重曲线1.聚硅酮;2.酚醛树脂;3.聚酯树脂;4.环氧树脂.第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学聚合物名称聚合物名称降解温度（降解温度（）活化能（活化能（kJ/mol）单体产
15、率（单体产率（%）PMMA238125100聚甲基苯乙烯287230100聚异戊二烯323聚氧化乙烯3451293.9聚异丁烯34320232PS36423042丁苯橡胶375聚三氟氯乙烯38023825.8PP3872430.17高压聚乙烯4042633聚丁二烯407聚四氟乙烯50933396.6 表表6-4 一些常见聚合物的热降解参数一些常见聚合物的热降解参数 第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 聚合物结构与热降解及单体的回收率聚合物结构与热降解及单体的回收率 实例：聚甲基丙烯酸甲酯链节中只比聚丙烯酸实例：聚甲基丙烯酸甲酯链节中只比聚丙烯酸
16、甲酯多了一个甲基，但单体收率就提高了甲酯多了一个甲基，但单体收率就提高了90多倍；多倍；聚聚-甲基苯乙烯的单体回收率也比聚苯乙烯高得多。甲基苯乙烯的单体回收率也比聚苯乙烯高得多。表明凡是链节中含有季碳原子的聚合物就容易进行解聚表明凡是链节中含有季碳原子的聚合物就容易进行解聚反应，因而单体回收率就高；而凡含有叔碳原子的聚合物就反应，因而单体回收率就高；而凡含有叔碳原子的聚合物就容易发生无规降解，因而单体回收率就低。容易发生无规降解，因而单体回收率就低。CH2CCCH3OOCH3CH2CCHOOCH3CH2CCH3CH2CH第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学
17、高分子化学 原因在于解聚反应一般都是自由基链式反应，原因在于解聚反应一般都是自由基链式反应，当带有独电子的碳原子是季碳原子时，自由基链只当带有独电子的碳原子是季碳原子时，自由基链只可能发生分子内歧化反应生成单体。可能发生分子内歧化反应生成单体。含有叔碳原子的聚合物分子链断裂后，由于叔氢含有叔碳原子的聚合物分子链断裂后，由于叔氢原子向链自由基转移，因而不产生单体，而得到分原子向链自由基转移，因而不产生单体，而得到分子量较低的分子链（碎片）。子量较低的分子链（碎片）。+CH2CCH3COOCH3CH2CCH3COOCH3CH2CCH3COOCH3CH2CCH3COOCH3+CH2CHCOOCH3C
18、H2CHCOOCH3CH2CHCOOCH3CH2CCOOCH3CH2HCHCOOCH3CH2CHCOOCH3第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 在无规降解中氢原子向自由基转移的活性次序为在无规降解中氢原子向自由基转移的活性次序为 即主链上的叔碳原子最容易形成自由基，仲碳即主链上的叔碳原子最容易形成自由基，仲碳原子次之，伯碳原子最难。大分子链一旦形成自由原子次之，伯碳原子最难。大分子链一旦形成自由基，和自由基相隔的基，和自由基相隔的C-C或或C-H键的键能就大为降键的键能就大为降低，就将产生一系列的断裂反应。低，就将产生一系列的断裂反应。C-C键
19、能由键能由346.9 kJmol-1降低到降低到112.8 kJmol-1，C-H键能由键能由409.6 kJmol-1降低到降低到167.2 kJmol-1。CHCHCHHHHCHCHCH2CH2CH2CHCCH2HH第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学（2）化学降解化学降解 聚合物的化学降解包括聚合物对水、化学药剂如醇、酸和碱等的稳聚合物的化学降解包括聚合物对水、化学药剂如醇、酸和碱等的稳定性和在酶作用下的生物降解过程，其中以研究水对聚合物的作用定性和在酶作用下的生物降解过程，其中以研究水对聚合物的作用最为重要最为重要。烯烃类聚合物烯烃类聚合
20、物对水比较稳定，浸在水溶液中不引起分子链的对水比较稳定，浸在水溶液中不引起分子链的降解，只对材料的电性能产生较显著的影响。降解，只对材料的电性能产生较显著的影响。杂链聚合物杂链聚合物含有含有C-O、C-N、C-S和和Si-O等杂原子的极性键，在等杂原子的极性键，在水或化学试剂作用下容易发生降解反应。水或化学试剂作用下容易发生降解反应。尼龙和纤维素尼龙和纤维素在室温和含在室温和含水量不高的条件下，经过一段较长的时间之后，水份对材料的物理水量不高的条件下，经过一段较长的时间之后，水份对材料的物理性能就有一定的影响，而温度较高和相对湿度较大时将引起材料的性能就有一定的影响，而温度较高和相对湿度较大时
21、将引起材料的水解降解。水解降解。聚碳酸酯和聚酯聚碳酸酯和聚酯对水也很敏感，通常在加工前需要适当干燥。对水也很敏感，通常在加工前需要适当干燥。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 化学降解并非一无是处，也是可以利用的，如使化学降解并非一无是处，也是可以利用的，如使天然的或合成的杂链高聚物转变成低聚体或单体。天然的或合成的杂链高聚物转变成低聚体或单体。实例实例1：纤维素和淀粉酸性水解成葡萄糖时以无规：纤维素和淀粉酸性水解成葡萄糖时以无规方式断裂为主。方式断裂为主。实例实例2：利用化学降解回收合成聚合物：利用化学降解回收合成聚合物 涤纶树脂加入过量的乙
22、二醇可被醇解生成对苯二涤纶树脂加入过量的乙二醇可被醇解生成对苯二甲酸二乙二醇酯甲酸二乙二醇酯(单体单体)，固化的酚醛树脂也可用苯酚，固化的酚醛树脂也可用苯酚分解为可熔可溶低聚物。分解为可熔可溶低聚物。C6H7O2(OH)3n C6H12O6nH+水解第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 实例实例3：降解性能的利用：降解性能的利用 某些聚羟基脂肪酸如聚乳酸、聚羟基乙酸和聚某些聚羟基脂肪酸如聚乳酸、聚羟基乙酸和聚-羟基丁酸等在人体内容易进行生物降解生成单体，羟基丁酸等在人体内容易进行生物降解生成单体，用它制成的外科缝合线，伤口愈合后，毋须拆线，用它制
23、成的外科缝合线，伤口愈合后，毋须拆线，自行水解为羟基酸后被吸收，参与人体的新陈代谢。自行水解为羟基酸后被吸收，参与人体的新陈代谢。21世纪，人类更为注重生存的环境，为了消除世纪，人类更为注重生存的环境，为了消除高分子垃圾的污染与公害，具有生物降解国内的高高分子垃圾的污染与公害，具有生物降解国内的高分子材料已成为热点研究课题之一，已开始研究合分子材料已成为热点研究课题之一，已开始研究合成的可在微生物催化下自行分解的高分子材料有线成的可在微生物催化下自行分解的高分子材料有线型脂肪族聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇等。型脂肪族聚酯、聚氨酯、聚乙烯醇等。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化
24、学反应高分子化学高分子化学（3）氧化降解氧化降解 聚合物受氧作用的结果主要是发生降解反应，有时也伴随着聚合物受氧作用的结果主要是发生降解反应，有时也伴随着交联反应。交联反应。氧化降解往往又与其它物理因素如热、光、机械作用引氧化降解往往又与其它物理因素如热、光、机械作用引起的降解交错进行，因此，氧化降解作用是极为复杂的，也起的降解交错进行，因此，氧化降解作用是极为复杂的，也是聚合物性能变坏的最主要因素之一。是聚合物性能变坏的最主要因素之一。与化学降解相反，氧化降解是聚烯烃的特征，杂链高聚与化学降解相反，氧化降解是聚烯烃的特征，杂链高聚物一般不发生此反应。碳链聚合物的氧化降解过程一般有二物一般不发
25、生此反应。碳链聚合物的氧化降解过程一般有二个步骤：一是在氧的气氛下，聚合物吸氧，生成过氧化物结个步骤：一是在氧的气氛下，聚合物吸氧，生成过氧化物结构；二是生成的过氧化聚合物进一步反应。构；二是生成的过氧化聚合物进一步反应。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 按照对氧稳定性的大小，碳链聚合物可分为以下按照对氧稳定性的大小，碳链聚合物可分为以下三种：三种：稳定型稳定型 如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；较稳定型较稳定型 如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚硫橡胶等；如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚硫橡胶等；不稳定型不稳定型 如
26、天然橡胶、聚异丁烯、顺丁橡胶、丁苯橡胶等。如天然橡胶、聚异丁烯、顺丁橡胶、丁苯橡胶等。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 对聚烯烃类聚合物而言，含有不饱和碳链聚合物对聚烯烃类聚合物而言，含有不饱和碳链聚合物主链上的双键和主链上的双键和-碳原子上的氢容易吸氧和被氧化，碳原子上的氢容易吸氧和被氧化，故故聚双烯类聚双烯类最容易发生氧化降解和交联反应。最容易发生氧化降解和交联反应。实例：聚丁二烯实例：聚丁二烯氧化降解氧化降解反应反应CH2CHCHCH2CH2 O2 CH2CHCHCH CH2OOHCH2CHCHCHCH2O+OH过氧键分解CH2CHCH
27、CHCH2O断裂CH2CHCHCHOCH2+CH2CHCHCH2CH2 O2 CH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCH2CH2过氧键断裂断裂CH2CHOCH2+OOOOCH2COH第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学聚丁二烯聚丁二烯氧化交联氧化交联反应反应 或者或者 CH2CHCHCH2CH2CHCHCH2+O2 CH2CHCHCH2CH2CHCHCH2OOCH2CHCHCHCH2CH2CHCHCH2CH2O+CH2CHCHCH CH2CH2CHCHCH2CH2O第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子
28、化学 臭氧对不饱和聚烯烃具有更大的氧化能力，臭氧臭氧对不饱和聚烯烃具有更大的氧化能力，臭氧极不稳定，易分解出氧原子，其氧化性比通常的氧极不稳定，易分解出氧原子，其氧化性比通常的氧气强得多，能直接氧化各类不饱和橡胶，使之老化。气强得多，能直接氧化各类不饱和橡胶，使之老化。饱和碳链高聚物对氧的稳定性要好得多，若有饱和碳链高聚物对氧的稳定性要好得多，若有其它物理因素如光、热等同时作用时，其氧化作用其它物理因素如光、热等同时作用时，其氧化作用也不可忽视。也不可忽视。CH2CCHCH2+O3CH3CH2CCHCH2CH3OO OCH2CCCH2CH3HOOO第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六
29、章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 实例：聚苯乙烯在实例：聚苯乙烯在100oC长时间置于空气中氧化长时间置于空气中氧化很少，但在紫外线存在时，将加速氧化反应，可以很少，但在紫外线存在时，将加速氧化反应，可以检测到材料表面有羰基和羟基。检测到材料表面有羰基和羟基。CH2CCH2CCH2 O2 OH紫外线HHCH2COCH2+CH2CCH2CCH2OOHHCH2CCH2CCH2OH+CH2CCH2CCH2+HHCH2CCH2CCH2OHCH2CCH2CCH2+HCH2CCH2CCH2OHH大分子链上的叔碳大分子链上的叔碳原子氧化成氢过氧原子氧化成氢过氧化物，氢过氧化物化物，氢过氧化物分解产生自
30、由基，分解产生自由基，链自由基断裂形成链自由基断裂形成羰基化合物和活性羰基化合物和活性链自由基，链转移链自由基，链转移又形成羟基和新的又形成羟基和新的活性链，如此重复，活性链，如此重复，降解反应不断进行。降解反应不断进行。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学（4）光降解光降解常见聚合物对光老化最敏感的波长常见聚合物对光老化最敏感的波长 聚合物聚合物最敏感波长最敏感波长(nm)聚合物聚合物最敏感波长最敏感波长(nm)聚乙烯聚乙烯300不饱和聚酯不饱和聚酯325聚丙烯聚丙烯310聚碳酸酯聚碳酸酯295聚苯乙烯聚苯乙烯318聚乙烯醇缩醛聚乙烯醇缩醛30
31、0320聚氯乙稀聚氯乙稀310有机玻璃有机玻璃290315热塑性聚酯热塑性聚酯290320氯乙烯氯乙烯-乙酸乙烯乙酸乙烯酯共聚物酯共聚物322364第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 分子链中含有醛与酮羰基、过氧化氢基或双键分子链中含有醛与酮羰基、过氧化氢基或双键的聚合物最容易吸收紫外光的能量，并引起光化学的聚合物最容易吸收紫外光的能量，并引起光化学反应。反应。聚饱和烃类在合成、热加工、长期存放和使用聚饱和烃类在合成、热加工、长期存放和使用过程中往往容易被氧化而带有醛与酮的羰基、过氧过程中往往容易被氧化而带有醛与酮的羰基、过氧化氢基或双键。因此
32、，大多数聚烃类材料实际上是化氢基或双键。因此，大多数聚烃类材料实际上是不耐紫外光的。不耐紫外光的。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学（5 5）机械降解）机械降解 图图6-3 聚苯乙烯特性黏数与研磨时间的关系（温度聚苯乙烯特性黏数与研磨时间的关系（温度-20，o-40，。，。-60）第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学6.4.2 聚合物的聚合物的分解分解 聚合物分解反应一般是在高温下进行，常包括基团的消去、聚合物分解反应一般是在高温下进行，常包括基团的消去、成环等复杂过程成环等复杂过程。CH2 CH
33、Cl_Cl_Cl_Cl_CH2 CH=CH CH2_+HClCH2 CHCH2 CHCH2 CHCH2 CH=CH CH2_200 CH2 CH_CH2 CH_CNCNCNCN200NNNCH2 CHCH2 CH+O2第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学老化是多种外界因素共同作用的结果，而且不同的高聚物或老化是多种外界因素共同作用的结果，而且不同的高聚物或不同的使用条件，对某种因素会较为敏感。因此，对聚合物不同的使用条件，对某种因素会较为敏感。因此，对聚合物的防老化必须考虑到聚合物本身的的防老化必须考虑到聚合物本身的结构结构以及其以及其使用条件使
34、用条件，有，有针对性针对性地采取防老化措施。地采取防老化措施。（1）聚氯乙烯的防老化聚氯乙烯的防老化 PVC不耐老化，不耐老化，PVC制品一般用制品一般用23年就变硬发脆，以年就变硬发脆，以致开裂。若在户外使用或经常受光照射则使用寿命更短。致开裂。若在户外使用或经常受光照射则使用寿命更短。6.4.3 聚合物的老化和防老聚合物的老化和防老由于环境因数造成的聚合物性能变坏的现象统称为由于环境因数造成的聚合物性能变坏的现象统称为“老化老化”发硬、发粘、变脆、变色、强度降低发硬、发粘、变脆、变色、强度降低第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学1.中和中和H
35、Cl HCl催化催化PVC树脂的降解过程，故而可以添加树脂的降解过程，故而可以添加稳定剂把稳定剂把HCl吸收掉（中和）。吸收掉（中和）。常用的稳定剂有弱有机酸的碱金属或碱土金属盐常用的稳定剂有弱有机酸的碱金属或碱土金属盐类、无机酸的碱式盐、有机锡化合物、环氧化合物、类、无机酸的碱式盐、有机锡化合物、环氧化合物、胺类、金属醇盐和酚盐及金属硫醇盐等。胺类、金属醇盐和酚盐及金属硫醇盐等。+PbOHClPbCl2H2O+M(RCOO)nn HClMClnn RCOOH+SnR2Y22 HCl2 HY+SnR2Cl2+HClCH CH2OCHCH2ClOH铅盐类铅盐类有机酸金属皂类有机酸金属皂类 有机锡
36、化合物有机锡化合物环氧类环氧类第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学2.取代活泼氯原子取代活泼氯原子 PVC分子链上活泼氯原子的存在，降低了分子链上活泼氯原子的存在，降低了PVC的稳定性。加入某种稳定剂与活泼氯原子发生置换的稳定性。加入某种稳定剂与活泼氯原子发生置换反应，使之起到内稳定作用，使反应，使之起到内稳定作用，使“拉链式拉链式”的的HCl脱脱出作用受阻。出作用受阻。镉或锌的皂类与镉或锌的皂类与PVC分子链上的叔氯原子或烯丙分子链上的叔氯原子或烯丙基氯原子的置换反应。基氯原子的置换反应。胺类胺类醇盐类醇盐类硫醇盐类硫醇盐类+RNH2 HClR
37、NH3Cl+ROM HClMCl+ROH+RSMHClMCl+RSH第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 镉或锌盐的两个羧酸根均被镉或锌盐的两个羧酸根均被Cl原子置换后，生成的原子置换后，生成的CdCl2或或ZnCl2能使能使C-Cl键活化，对脱键活化，对脱HCl起催化作用，所以在起催化作用，所以在PVC的加工中，常将镉皂与钡皂同时使用，因为生成的的加工中，常将镉皂与钡皂同时使用，因为生成的II与钡皂与钡皂作用，重新生成镉皂，生成的作用，重新生成镉皂，生成的BaCl2对对PVC降解没有催化作用。降解没有催化作用。锌皂与钙皂的复合体系对锌皂与钙皂的
38、复合体系对PVC的稳定作用也有的稳定作用也有“协同效协同效应应”。+CdOCOROCOR+CH2CH CH2ClCdClOCORCH2CH CH2OCOR(I)(II)+CdOCOROCOR+CH2CH CHClCdClOCORCHCH2CH CHOCORCH皂皂第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学3.与与PVC中不饱和部位的反应中不饱和部位的反应 使一种稳定基团与使一种稳定基团与PVC分子链上的双键起反应。分子链上的双键起反应。实例：金属硫醇盐类稳定剂与实例：金属硫醇盐类稳定剂与HCl起反应，生成起反应，生成的硫醇能直接加到双键上去形成硫醚键。
39、的硫醇能直接加到双键上去形成硫醚键。4.光稳定剂光稳定剂 紫外线照射紫外线照射PVC，一般都会均裂成双自由基。一般都会均裂成双自由基。RSH+CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CHSRh+CH2CHCH2CHClClCH2CHCH2CHClClh+CH2CHClCH2CHCl第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学PVC的光稳定剂有三类：的光稳定剂有三类：1)紫外线吸收剂紫外线吸收剂 水杨酸酯类、二苯酮类、苯并三唑、三嗪和取代水杨酸酯类、二苯酮类、苯并三唑、三嗪和取代丙烯腈等丙烯腈等 2)光屏蔽剂光屏蔽剂 颜料：炭黑、二氧化钛颜料：炭黑、二氧化钛
40、(钛白粉钛白粉)、氧化锌、氧化锌(锌白锌白)或锌钡白或锌钡白(硫化锌和硫酸钡的混合物硫化锌和硫酸钡的混合物)等等 3)淬灭剂淬灭剂 如肟类与二价镍的螯合物如肟类与二价镍的螯合物 CO CH2CHCH2OHOCCOCH2CH3O4-(2-羟基羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙氧基甲基丙烯酰氧基丙氧基)二苯甲酮二苯甲酮 反应型的紫外线吸收剂反应型的紫外线吸收剂UV356 第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学5.抗氧剂抗氧剂 在加工过程中加入微量的抗氧剂（在加工过程中加入微量的抗氧剂（0.050.1%的量），的量），主要起主要起捕获捕获降解过程产生的自由基的作
41、用。降解过程产生的自由基的作用。凡是具有较大的酚类和多环芳香胺类化合物，只要它们能凡是具有较大的酚类和多环芳香胺类化合物，只要它们能够给出氢原子自由基，而自身成为不活泼的自由基的化合物够给出氢原子自由基，而自身成为不活泼的自由基的化合物均可作为抗氧剂使用。均可作为抗氧剂使用。邻对位的烷基取代酚是常用的抗氧剂。邻、对位取代基为邻对位的烷基取代酚是常用的抗氧剂。邻、对位取代基为斥电子基团斥电子基团(正诱导效应正诱导效应)时，能时，能增加增加抗氧效果；为抗氧效果；为吸电子基吸电子基团团(负诱导效应负诱导效应)，会，会降低降低抗氧效果。抗氧效果。OHC(CH3)3(H3C)3CCH3NHHN第六章 聚
42、合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学（2）烯烃类聚合物的防老化烯烃类聚合物的防老化 聚乙烯对热氧老化性能比较好，乙烯聚乙烯对热氧老化性能比较好，乙烯-丙烯共聚丙烯共聚物次之，聚丙烯最差。如不加入抗氧剂，聚丙烯就物次之，聚丙烯最差。如不加入抗氧剂，聚丙烯就不能进行热加工及在稍高温度下在户外使用。不能进行热加工及在稍高温度下在户外使用。聚二烯烃类橡胶，由于双键密度很大，多至每个聚二烯烃类橡胶，由于双键密度很大，多至每个结构单元含有一个双键。这样在室温下也会因氧化结构单元含有一个双键。这样在室温下也会因氧化而变质，所以加工时一定要加入适当种类和用量的而变质，所以
43、加工时一定要加入适当种类和用量的抗氧剂。抗氧剂。第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 表表6-5 各种聚合物耐受环境因数影响的相对程度各种聚合物耐受环境因数影响的相对程度*聚合物聚合物热热氧氧光光臭氧臭氧燃燃 烧烧（氧指数（氧指数）水水解解吸水率，吸水率，%PEHLLbH0.18H0.01 PPMLLbH0.18H0.01PSMMLdH0.18H0.030.10聚异戊二烯HLLsL0.18HL聚异丁烯MMMsM0.18HL聚氯丁烯MLMM0.26HM聚甲醛LLLbM0.16L0.25聚苯谜HLLdH0.28M0.07PMMAMHHH0.18H0.
44、10.4第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学PET(涤纶)MHMdH0.25M0.1 5 0.18聚碳酸酯MHMdH0.25M1.5尼龙-66MLLbH0.24M1.5聚酰亚胺HHLdH0.51M0.3PVCLLLdH0.4H0.04聚偏二氯乙烯LMMdH0.60H0.10PTFHHHH0.95H0.01聚二甲基硅烷HHMH M0.12ABS树脂MLLdH0.19H0.2 0 0.45三醋酸纤维LLLbH0.19L1.76.5*耐受等级：耐受等级：H高；高；M中；中；L低。低。下标：下标：b发脆；发脆；s变软；变软；d变色。变色。第六章 聚合物化
45、学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 聚合物的燃烧性能用氧指数表征。聚合物的燃烧性能用氧指数表征。氧指数的测定方法是将聚合物试样直放在一玻璃管内，上方缓氧指数的测定方法是将聚合物试样直放在一玻璃管内，上方缓慢通过氧氮的混合气流，氧氮比例可以调节，能够保证稳定燃烧的慢通过氧氮的混合气流，氧氮比例可以调节，能够保证稳定燃烧的最低氧含量就定义为氧指数。最低氧含量就定义为氧指数。氧指数愈高，表明材料愈难燃烧，借此评价聚合物燃烧的难易氧指数愈高，表明材料愈难燃烧，借此评价聚合物燃烧的难易程度和和阻燃剂的效率。程度和和阻燃剂的效率。聚乙烯氧指数仅聚乙烯氧指数仅0.18，极易
46、燃烧；聚烯烃、乙丙橡胶、丁苯橡，极易燃烧；聚烯烃、乙丙橡胶、丁苯橡胶等与木材相似，其薄片用一根火柴就可以点燃；聚氯乙烯的氧指胶等与木材相似，其薄片用一根火柴就可以点燃；聚氯乙烯的氧指数为数为0.4，较难燃烧，但热解释放出来的窒息毒性氯化氢气体对人，较难燃烧，但热解释放出来的窒息毒性氯化氢气体对人体有害；聚氨酯、聚丙烯腈等燃烧时释放一氧化碳体有害；聚氨酯、聚丙烯腈等燃烧时释放一氧化碳(CO)和氰化氢和氰化氢(HCN)等有毒气体；聚酯纤维燃烧时的熔融，对人的生命有很大的等有毒气体；聚酯纤维燃烧时的熔融，对人的生命有很大的危害性。危害性。6.4.4 聚合物的燃烧性和阻燃剂聚合物的燃烧性和阻燃剂 第六
47、章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学第六章 聚合物化学反应高分子化学高分子化学 考虑阻燃问题：从凝聚相和气相（火焰）两个方面，两者的阻考虑阻燃问题：从凝聚相和气相（火焰）两个方面，两者的阻燃原理有些区别。燃原理有些区别。燃烧是自由基反应过程，有机溴和氧化锑可以与自由基反应，燃烧是自由基反应过程，有机溴和氧化锑可以与自由基反应，起到起到气相阻燃气相阻燃的作用，常用作阻燃剂添加在聚合物加工配方中；两的作用，常用作阻燃剂添加在聚合物加工配方中；两者复合使用时，更有协同效应。氧化铝三水合物受热时释放出水，者复合使用时，更有协同效应。氧化铝三水合物受热时释放出水，降低了温度，因而对降低了温度，因而对凝聚相凝聚相起到阻燃作用。碳酸钠受热时释放出二起到阻燃作用。碳酸钠受热时释放出二氧化碳，可以使反应物与氧隔离。芳香族聚合物受热时容易炭化，氧化碳，可以使反应物与氧隔离。芳香族聚合物受热时容易炭化，起隔离氧的作用，并可阻碍可燃挥发物的扩散；磷、硼化合物对炭起隔离氧的作用，并可阻碍可燃挥发物的扩散；磷、硼化合物对炭化有催化作用。化有催化作用。聚合物降解热可燃物火焰O2CO2，H2O，其他产物
