Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Стабильные пластмассы

Борьба со старостью и стремление достичь как можно большей продолжительности жизни важны не только для человека. Для полимерных материалов тоже стали изыскивать методы и меры, способствующие сохранению их свойств, а значит и работоспособности на как можно более длительный отрезок времени. Комплекс этих мер называют стабилизацией полимерных материалов. Они охватывают обширную область исследований, поскольку технологически и экономически оптимальное применение пластмасс определяется в конечном счете их поведением при старении. Особую необходимость этого вызывает стремление заменить металлы пластмассами.

В многочисленных исследованиях по разработке и применению стабилизаторов должны быть, безусловно, учтены молекулярное строение и условия переработки и эксплуатации полимерных материалов. Здесь накоплен уже достаточный  опыт.

Чтобы сохранить весь набор свойств полимерных материалов, лучше всего было бы изолировать их от вызывающих старение воздействий, но это означает полное отсутствие функциональных нагрузок и климатических воздействий. В этих условиях стабилизацией можно было бы пренебречь. Нужно, впрочем, учесть, что независимо от условий эксплуатации изделия в целом ряде процессов переработки полимера все равно необходимы меры по стабилизации. Повышенные температуры, которые действуют на термопласты в процессе их переработки, без стабилизации вызвали бы в них высокую степень термодеструкции. Следствием были бы окислительные реакции, обрыв цепей, что ведет к уменьшению молекул.

Большая часть полимерных материалов подвергается уже известному нам комплексу воздействий, приводящих к старению. Так, применяемые на открытом воздухе материалы нужно стабилизировать против климатических влияний, из которых особенно опасно ультрафиолетовое излучение. Для этого служат так называемые УФ-стабилизаторы, которые коротковолновое ультрафиолетовое излучение превращают в безвредное длинноволновое инфракрасное.

Благодаря своей высокой абсорбционной способности они перехватывают вредные, обладающие высокой энергией фотоны и снижают энергию излучения. Важно также, чтобы при выборе стабилизатора была учтена энергия основных и побочных валентных связей в молекулах. Если при воздействии эта энергия будет превышена, то произойдет разрыв связей. В качестве примера таких стабилизаторов назовем ненасыщенные полиэфирные смолы, добавки которых в количестве 0,5% уже достаточно для стабилизации материала. Эти смолы представляют собой сложные органические соединения, например элементарным звеном может служить 2,2-дигидроксиметоксибензофенон. Полиэтилен и каучук стабилизируются сажей (техническим углеродом). Для полиэтилена доля ее составляет 2%.

На открытом воздухе действуют, конечно, и другие факторы, такие как кислород, температура, влажность, которые существенно усложняют процесс старения. Поэтому ультрафиолетовые лучи вызывают еще и другие реакции. Образующийся в результате их действия активный кислород чрезвычайно реакционноспособен и возбуждает комплексные фотохимические окислительные процессы деструкции. Одна только УФ-стабилизация не дает поэтому полной защиты. Она должна быть дополнена так называемыми антиоксидан-тами, которые подавляют окислительные процессы.

Однако не всегда стабилизация желательна. В ней причина трудностей, связанных с ликвидацией мусора, прежде всего использованных пластмассовых упаковок. При сжигании образуются вредные продукты пиролиза, загрязняющие атмосферу. Некоторые упаковочные материалы вообще не горят.

Шведские ученые недавно установили, что полиэтилен с добавками парафина или других веществ с двойными связями ускоренно разлагается под действием солнечных лучей.