Что такое деструкция полимеров
Деструкция полимеров. Основные виды деструкции
Основными видами деструкции полимеров являются следующие.
Химическая деструкция (под влиянием химических реагентов). Она может протекать под действием воды, спиртов, кислот, щелочей, фенолов, аммиака, кислорода и т. д. Окислительная деструкция обычно протекает по радикальному цепному механизму. Свободные радикалы появляются сначала за счет окисления кислородом связей С—Н полимерной цепи с образованием полимер-радикалов и дальнейшим разрывом полимерной цепи. Чаще всего полимер подвергается одновременному действию кислорода и тепла. При этом наблюдается так называемая термоокислительная деструкция, имеющая также цепной механизм. Скорость окислительной деструкции зависит от строения полимеров. Так, полимеры, содержащие в цепи кратные связи, быстрее подвергаются окислительной деструкции, чем не содержащие таких связей.
Фотохимическая деструкция. Изделия из полимерных материалов при эксплуатации на воздухе всегда подвергаются действию света. Это приводит к их преждевременному «старению», связанному с разрывом полимерной цепи под действием энергии света с длиной волны от 300 до 400 нм. Кислород воздуха при этом способствует окислению полимера (фотоокисление). Наиболее страдают от фотоокисления пленочные материалы и волокна.
Радиационная деструкция происходит под влиянием нейтронов, а также α-, β, γ-излучения. В результате разрываются химические связи (С—С, С—Н) с образованием низкомолекулярных продуктов и радикалов, участвующих в дальнейших реакциях.
Механическая деструкция происходит под действием механических напряжений. Это один из часто встречающихся видов деструкции полимеров, так как полимерные материалы при эксплуатации могут подвергаться самым разным видам деформации. При механической деструкции происходит изменение структуры и свойств полимеров, связанное с разрывом макромолекул.
С целью предупреждения, или замедления старения полимеров к ним добавляют различные стабилизаторы: антиоксиданты, фотостабилизаторы, антирады, пассиваторы и т.д.
Большинство полимерных материалов, применяемых в строительстве, являются горючими. Для уменьшения горючести к полимерам добавляют антипирены.
ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРОВ
Полезное
Смотреть что такое «ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРОВ» в других словарях:
деструкция полимеров — Термин деструкция полимеров Термин на английском polymer degradation Синонимы Аббревиатуры Связанные термины биодеградируемые полимеры Определение разрушение макромолекул при внешнем воздействии (под действием тепла, кислорода, влаги, света,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Деструкция полимеров — разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, влаги, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических факторов (например, при воздействии микроорганизмов) и др. В соответствии с фактором воздействия различают… … Большая советская энциклопедия
ФОТООКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРОВ, — см. Деструкция полимеров … Химическая энциклопедия
ДЕСТРУКЦИЯ — полимеров разрушение их молекул под действием тепла, кислорода, света, механических напряжений и др. В результате деструкции (происходит при хранении, переработке и эксплуатации) изменяются многие свойства полимеров и часто они становятся… … Большой Энциклопедический словарь
ДЕСТРУКЦИЯ — (лат. destructio) нарушение, разрушение нормальной структуры чего либо (напр., деструкция полимеров) … Большой Энциклопедический словарь
ДЕСТРУКЦИЯ (разрушение структуры чего-либо) — ДЕСТРУКЦИЯ (лат. destructio), нарушение, разрушение нормальной структуры чего либо (напр., деструкция полимеров) … Энциклопедический словарь
деструкция — и; ж. [лат. destructio] 1. Спец. Нарушение или полное разрушение структуры вещества. Д. полимеров. 2. Нарушение нормальной работы, деятельности чего л. Д. хозяйственных связей. ◁ Деструктивный, ая, ое. (2 зн.). Д ые силы общества. Деструктивность … Энциклопедический словарь
ДЕСТРУКЦИЯ — 1) ДЕСТРУКЦИЯ (лат. destructio), нарушение, разрушение нормальной структуры ч. л. (напр., Д. полимеров). 2) ДЕСТРУКЦИЯ полимеров, разрушение их молекул под действием тепла, кислорода, света, механич. напряжений и др. В результате Д. (происходит… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Деструкция — (лат. destructio) нарушение или разрушение нормальной структуры чего либо, например Деструкция полимеров … Большая советская энциклопедия
ДЕСТРУКЦИЯ (разрушение молекул полимеров) — ДЕСТРУКЦИЯ полимеров, разрушение их молекул под действием тепла, кислорода, света, механических напряжений и др. В результате деструкции (происходит при хранении, переработке и эксплуатации) изменяются многие свойства полимеров и часто они… … Энциклопедический словарь
Деструкция полимеров
Понятие и общие сведения
Термин «деструкция» произошел от латинского слова destructio, означающий разрушение. Таким словом называют процессы распада связей между звеньями макромолекул полимеров. Процесс деструкцииприводит к снижению степени его полимеризации и молекулярной массы. Деструкция полимера бывает двух видов: она может протекать как в основной цепи, так и в боковых ответвлениях макромолекулы. Разрушение основной цепи протекает либо по рандомному механизму – по закону равной вероятности разрыва связи в случайном месте молекул полимеров, либо по механизму деполимеризации – т.е. поэтапного отделения звеньев мономера с краев цепи.
Причиной деструкции как правило служат неблагоприятные для существования макромолекулы окружающие факторы, подробнее описанные ниже. Фактор может быть единственный, но зачастую деструкцию полимеров начинает и сопровождает одновременное воздействие комплекса факторов.
Стадии деструкции
Деструкция является основной причиной процесса старения полимеров. В основном деструкция протекает по цепному механизму, состоящему из стадий:
1.Инициирование деструкции и формирование ее активных центров.
2. Развитие реакций на активных центрах с деградацией молекулярной структуры и свойств полимера.
3. Обрыв цепи реакций с исчезновением активных центров по той или иной причине.
Типы деструкции
Это один из основных видов деструкции. Процесс проходит при высокой температуре, для каждого полимера своей – от 200 до 500 градусов С. Как правило реакция деградации полимеров проходит по радикально-цепному сценарию.
Термическая деструкция полимера в зависимости от условий может привести к получению полимеров с меньшей длиной цепи, низкомолекулярных олигомеров или мономеров. В случае глубокой деструкции возможно полное разрушение органических соединений с получением кокса. Например, реакция термического разложения поливинилхлорида включает радикальные, ионные и молекулярные процесса в конце которых полимер полностью обугливается.
В присутствии кислорода и других окислителей термодеструкция превращается в термо-окислительную.
Такой вид деструкции полимерных материалов, называемый также фотолиз инициируется фотонами света, поглощаемыми хромофорными звеньями как самого полимера, так и содержащимися в нем продуктами распада и примесями. Фотохимическая деструкция характерна также сопровождающей процесс разрушения макромолекулы сшиванием получившихся осколков полимеров. Помимо этого, в ходе такой деструкции характерно образование новых двойных связей и радикалов.
При воздействии кислорода параллельно со светом начинается процесс фотоокислительной деструкции.
Рис.1. Сельскохозяйственная пленка со следами фотохимического разложения
Деструкция этого типа возникает под воздействием жесткого ионизирующего альфа-, бета- и гамма-излучения, а также ускоренными электронами или ионами. Механизм взаимодействия заключается в отщеплении от макромолекулы водорода и боковых групп небольшого размера, обычно метиловой или этиловой. Радиационная деструкция также приводит к сшивке молекул, которая может быть даже больше непосредственно деструктивного разрушения и приводить к образованию сетчатых структур.
Такая деструкция, которая также называется механохимической, происходит под действием на полимер статических или знакопеременных механических напряжений. Также механическая деструкция развивается при интенсивном перемешивании полимерного расплава или раствора.
— Озонная деструкции также приводит в действие окислительные реакции. Из-за высокой химической активности озона процесс проходит в поверхностных слоях пластика. Обычно он приводит к разрушению поверхности материала и ее растрескиванию.
— Гидролитическая деструкция проходит под одновременнымвоздействие воды и кислойлибо щелочной среды. При нормальных условиях она проходит на поверхностях полимеров и заключается в проникновении в воды и химикатов в их поверхностные слои.
— Биологическая деструкция протекает под воздействием ферментов, которые выделяются микробами и сложными живыми организмами.
Значение деструкции
Процесс деструкции, как правило, ухудшает свойства материалов и разрушает изделия. С деструкцией полимеров при переработке и дальнейшей эксплуатации изделий постоянно ведется борьба, главным методом которой является стабилизация полимерных материалов различными способами.
Тем не менее, иногда деструкцияобладает положительным эффектом. Например, используя процесс контролируемой деструкции производят определенные полимеры. Примером являетсяполивиниловый спирт (ПВС), который получается при помощи щелочного гидролиза поливинилацетата. Механоокислительная деструкцияприменяется при вальцевании каучуков для их пластикации, корректировки свойств и ввода аддитивов. Гидролитическая деструкция помогает придать шероховатости некоторым изделиям, например из полиэфиров и т.д.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
7.3. Деструкция полимеров под действием физических и механических факторов
Деструктирующее действие на полимеры могут оказывать и такие физические факторы, как свет, радиационные излучения, ультразвук и т. д., а также механические воздействия. Последнее характерно только для полимеров. Действительно, если перемешивать механически воду или бензол в какой-либо емкости, то никаких химических изменений в них не происходит. Ускоряется лишь перемещение их молекул друг относительно друга. При механическом же перемешивании полимеров (на вальцах, в смесителях, в экструдерах и др.) происходит разрыв химических связей в макромолекулах и в результате инициируются химические реакции. Механические воздействия на низкомолекулярное вещество или олигомер приводят к разрушению слабых физических взаимодействий между его молекулами, которые легко преодолеваются механическими силами. Если же молекулы той же химической природы велики (макромолекулы полимеров), то суммарная энергия слабых физических взаимодействий между звеньями макромолекул становится больше энергии химической связи в главной цепи. И тогда механическое напряжение, приложенное к полимеру, вызовет разрыв более слабой связи, которой в данном случае окажется химическая связь в цепи макромолекулы. Так произойдет химический разрыв макромолекулы под влиянием механического воздействия. Очевидно, этот эффект механодеструкции будет проходить до тех пор, пока суммарная энергия физических межмолекулярных взаимодействий звеньев цепи макромолекулы не станет равной энергии химической связи в цепи. Тогда механическое напряжение будет преодолевать эти физические взаимодействия и молекулы начнут смещаться друг относительно друга без нарушения их химической структуры, т. е. будет иметь место такая же картина, как и при перемешивании низкомолекулярных веществ.
Таким образом, механодеструкция приведет к снижению молекулярной массы полимера до некоторой величины, причем это значение молекулярной массы определяется соотношением суммарной энергии физических межмолекулярных взаимодействий и энергии химической связи в цепи. Иными словами, механические воздействия будут способствовать еще и выравниванию размеров молекул до этой величины молекулярной массы, и будет меняться вид кривой молекулярно-массового распределения полимера. (Естественно, что молекулы меньших размеров не подвергаются механодеструкции и участвуют в простом механическом перемешивании.)
Поскольку разрушение физических межмолекулярных связей с помощью механических сил зависит от температуры, то и эффект механодеструкции сильно зависит от температуры. При низких температурах обработки полимера механическим силам труднее преодолевать силы взаимодействия между макромолекулами и проскальзывание молекул друг относительно друга в поле механических напряжений почти не имеет места, тогда как при повышении температуры этот эффект возрастает. Следовательно, механодеструкция имеет отрицательный температурный коэффициент, т. е. число актов разрывов химических связей в главных цепях растет с понижением температуры. Это видно из рис.65, где показано изменение пластичности натурального каучука с температурой при механической его переработке. Уменьшение молекулярной массы (т. е. роста пластичности) ниже 100°С вызван указанным эффектом увеличения механодеструкции при снижении температуры обработки. Возрастание пластичности при температурах выше 100°С обусловлено скольжением макромолекул друг относительно друга и химическим взаимодействием их с кислородом воздуха, что приводит к деструкции макромолекул (см. ниже), активированной механическими напряжениями.
Рис. 65. Зависимость скорости пластикации каучука от температуры его обработки на вальцах
Активировать химические реакции в полимерах механические напряжения могут и в тех случаях, когда они не вызывают разрыва макромолекул.
Так, например, образцы или изделия из эластомеров и их вулканизатов быстро разрушаются в присутствии небольших концентраций озона, если находятся в растянутом состоянии. При приложении многократных деформирующих напряжений быстрее протекает взаимодействие полимеров с кислородом, приводящее к разрыву макромолекул. Механическая активация химических реакций в полимерах объясняется изменением направления химической реакции, например распада озонидов, и ускорением роста трещин. При замораживании картофеля возникающие механические напряжения вызывают разрыв молекул крахмала с образованием более низкомолекулярных веществ типа сахаров, чем и объясняется сладкий вкус мороженого картофеля.
Химические реакции в полимерах вызываются также действием света или излучений высоких энергий. При малой длине волны световые кванты могут вызвать отрыв боковых активных атомов или групп от макромолекул или разрыв макромолекул. В результате инициируются цепные реакции деструкции или присоединения мономеров к макрорадикалам полимерных молекул. Обычно такие изменения вызываются светом с длинами волн 2300-4100 А. При повышении температуры резко ускоряется процесс деструкции, который в этом случае называется фотолизом. Облучение растворов каучука ультрафиолетовым светом в инертной среде приводит к снижению их вязкости, что объясняется образованием более коротких молекул в результате деструкции. Может идти сшивание макромолекул.
Особенно чувствительны к действию света тонкие пленки из полимеров. Так, пленки из полиэтилена, изделия из полиметалметакрилата, целлюлозы значительно быстрее разрушаются при действии света. Увеличение интенсивности светового потока ускоряет реакции фотодеструкции, что наблюдается, например, при эксплуатации полимеров в южных районах, в горах, где увеличена интенсивность световых потоков и ультрафиолетовых лучей.
Под действием ультрафиолетового облучения меняется окраска целлюлозы и ее эфиров, уменьшается их прочность и вязкость растворов (разрыв макромолекул), улучшаются свойства целлюлозы как восстановителя (образование альдегидных групп за счет ускорения гидролиза глюкозидных связей), выделяются летучие продукты (СО и СО2). В присутствии атмосферного кислорода развиваются окислительные реакции. При облучении целлюлозы в инертной среде (например, в атмосфере азота) вязкость растворов либо остается неизменной, либо падает незначительно, тогда как на воздухе и в кислороде она падает резко (рис.66).
Рис. 66. Влияние ультрафиолетового облучения пленок на характеристическую вязкость растворов ацетилцеллюлозы в ацетоне в атмосфере азота (1), воздуха (2) и попеременно в кислороде и азоте (3)
Глубокие химические изменения происходят в полимерах при действии радиационных излучений независимо от вида энергий (g-лучи, потоки электронов, нейтронов и др.). Энергия этих излучений составляет величины порядка 9-10 эВ и более, тогда как энергия химических связей в полимерах 2,5-4 эВ. Поэтому такие излучения способны вызвать разрыв связей в цепи, но это происходит не всегда вследствие перераспределения и рассеяния (диссипации) энергии. При облучении, например, полиэтилена лишь 5% поглощенной энергии идет на развитие химических реакций, а 95% рассеивается в виде тепла. Под действием излучений высоких энергий происходит деструкция, сшивание полимеров, увеличение ненасыщенности молекулярных цепей, разрушение кристаллических структур.
Под действием излучений молекулы полимера возбуждаются и ионизируются:
(здесь Р — молекула полимера; Р+— ионизованная ‘молекула, Р* — возбужденная; е — электрон).
Возбужденная молекула может распасться на два радикала, что и будет актом деструкции: P* ® R1××+R2×. Выделяющийся при радиолизе вторичный электрон с относительно низкой скоростью может не только рекомбинировать с образовавшимся ионом полимера (реакция в «клетке»), но и реагировать с другими молекулами (выход из «клетки»), образуя новые ионы. Эти изменения происходят очень быстро (10-12 с). Время жизни полимерных ионов или радикалов зависит от подвижности макромолекул и при низких температурах может составлять величины порядка недель и месяцев.
Ряд полимеров эксплуатируется в атомной промышленности, в космосе, где действуют интенсивные потоки различных радиоактивных излучений. Поэтому поведение изделий из полимеров в этих условиях определяет и сроки их эксплуатации.
Рассмотрим реакцию радиолиза полиэтилена:
При облучении линейного полиэтилена среди летучих действительно 99% составляет молекулярный водород. В разветвленном полиэтилене появляется значительное количество бутана. Реакции деструкции и структурирования протекают одновременно, однако в зависимости от химического строения полимеров одна из них может резко преобладать. Деструкции подвергаются, главным образом, полимеры из a, a-замещенных этиленов (полиметилметакрилат, полиизобутален, поли-а-метилстирол), целлюлоза, галогенсодержащие полимеры (поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, политетрафторэтилен). Почти у всех этих полимеров небольшая величина теплоты полимеризации, а при пиролизе образуется большое количество мономера (см. табл. 8):
Полимеры с высокой теплотой полимеризации, малым выходом мономера при пиролизе, не имеющие четвертичных атомов углерода в цепи, при действии излучений в основном сшиваются (полиэтилен, полистирол, полиизопрен, полибутадиен, полиметилакрилат и др.). Разрывы цепей при облучении происходят по случайному закону, а число разрывов или сшивок пропорционально дозе облучения и не зависит от его интенсивности.
В присутствии кислорода при облучении часто развивается процесс окисления полимера. Стойкость полимеров к облучению увеличивается при наличии в их структуре ароматических колец. Это связано со значительным рассеянием энергии в ароматических структурах, что называется «эффектом губки». Это явление используется для защиты полимеров от нежелательного действия излучений при радиационном старении. Вещества, которые препятствуют развитию деструктивных процессов при облучении полимеров, называются антирадами. Все они содержат в своей структуре ароматические кольца (например, N-фенил-N¢-о-толилэтилендиамин, N-циклогексил-N¢-фенил-n-фенилендиамин, N, N¢-дифенил-n-фенилендиамин, 1,4-нафтохинон, 2-нафтиламин и др.).
Из волокнообразующих полимеров деструкции под действием ионизирующих излучений подвергается целлюлоза и ее производные. Полиамиды и полиэфиры при облучении в основном сшиваются. Деструкция целлюлозы протекает, главным образом, за счет разрыва 1,4-ацетальной связи; при этом образуются карбоксильные группы. Влажные целлюлозные волокна, особенно в присутствии кислорода воздуха, деструктируются значительно быстрее. Деструктируются при облучении и производные целлюлозы. Облученная ацетилцеллюлоза используется для получения привитых сополимеров (например, с акрилнитрилом), так как свободные радикалы сохраняются в ней достаточно долго и после облучения.
Старение и стабилизация полимеров
Процессы старения полимеров
При хранении и переработке полимерных материалов, а также при эксплуатации изделий из них полимеры подвергаются воздействию различных факторов — тепла, света, проникающей радиации, кислорода, влаги, агрессивных химических агентов, механических нагрузок. Эти факторы, действуя раздельно или в совокупности, вызывают в полимерах развитие необратимых химических реакций двух типов. Деструкции, когда происходит разрыв связей в основной цепи макромолекул, и структурирования, когда происходит сшивание цепей. Изменение молекулярной структуры приводит к изменениям в свойствах полимерного материала; теряется эластичность, повышается жесткость и хрупкость, снижается механическая прочность, ухудшаются диэлектрические показатели, изменяется цвет, гладкая поверхность становится шероховатой, и т.д. Изменения свойств полимеров и изделий подобного рода называют старением.
Реакции, происходящие при старении полимеров, могут протекать по радикальному, ионному и редко по молекулярному механизмам. Радикальные процессы развиваются при эксплуатации полимеров и естественных атмосферных условиях и в космосе, при действии радиации.
Главная причина старения полимеров — окисление их молекулярным кислородом, которое особенно быстро протекает при повышенных температурах, например при переработке полимерных материалов. Окисление часто ускоряется и облегчается светом, примесями металлов переменной валентности, которые могут присутствовать в полимере из-за коррозии аппаратуры или неполного удаления катализатора из него после окончания синтеза. По типу активатора и основного агента, вызывающих разрушение полимеров, различают следующие виды старения: тепловое, термоокислительное, световое, атмосферное (озонное), радиационное и старение пол влиянием механических нагрузок (утомление).
Преимущественное протекание при старении полимеров ценных реакции деструкции или структурировании зависит от химического строения цепей. Как правило, виниловые полимеры склонны к деструкции, некоторые диеновые полимеры — к структурированию. Во всех видах старения деструкция макромолекул происходит тогда, когда в некоторых частях цепей сосредотачивается энергия, превосходящая энергию простой С—С-связи (305 кДж/моль). Это приводит к превращению макромолекулы в макрорадикал.
Термическая деструкция — это процесс разрушения макромолекул под влиянием повышенных температур. При термической деструкции одни полимеры разрушаются с образованием коротких цепей различного строения (полиэтилен, полипропилен), другие с образованием мономера.
Реакции деполимеризации подвержены полимеры, в цепях которых содержится третичный или четвертичный атом углерода. Деполимеризация, являясь видом старения полимеров, может намеренно применяться для утилизации отходов термопластов с целью получения мономеров и возвращения их в стадию синтеза полимера.
Термоокислительная деструкция — это процесс разрушения макромолекул при совместном действии на полимеры повышенных температур и кислорода. Присутствие кислорода существенно снижает стойкость полимеров к действию тепла.
Первичными продуктами термоокисления являются полимерные гидроперекиси, которые при распаде образуют свободные радикалы, вследствие чего процесс развивается по цепному механизму и является автокаталитическим. Полимеры, макромолекулы которых не содержат С-С-связей, более устойчивы к термоокислительной деструкции, чем, например, полиены, содержащие ненасыщенные связи. Это объясняется легкостью прямого присоединения кислорода к С=С-связям и образованием очень неустойчивых напряженных циклических перекисей.
При термоокислительной деструкции происходит образование больших количеств различных низкомолекулярных кислородсодержащих веществ: воды, кетонов, альдегидов, спиртов, кислот.
Фотохимическая деструкция представляет собой разрушение макромолекул под влиянием света. Особенно глубокая деструкция полимера происходит под влиянием ультрафиолетовых (УФ) лучей, характеризующихся длиной волны К менее 400нм. Энергия кванта УФ-излучения превышает энергию С—С-связи макромолекулы и не завысит от температуры. Поэтому фотодеструкция может развиваться даже при относительно низких температурах, ускоряясь и углубляясь в присутствии кислорода. Особенно интенсивно деструктируют полимеры, содержащие группы атомов, способные поглощать свет.
Фотохимическая деструкция является радикально-цепным процессом и, в силу малой проникающей способности УФ-излучения, происходит преимущественно в поверхностных слоях полимера.
Радиационная деструкция происходит при воздействии на полимеры гамма-лучей, альфа-частиц, нейтронов. Энергия проникающей радиации значительно превосходит энергию химических связей в макромолекулах. Возникающие при этом свободные радикалы «захватываются» полимером и существуют в нем очень долго, разрушая его во времени.
Деструктировать полимер может и под действием механических напряжений. Механическая деструкция начинается, когда механические напряжения превышают энергии связей атомов в полимере. Распределение напряжений по отдельным связям макромолекулы может быть непрерывным, что приводит к возникновению в ней «перенапряженных участков» — центров разрушения. Механическая деструкции полимера возможна при его переработке, например, при длительном вальцевании, тонком помоле, скоростном механическом перемешивании. Возникающие в механическом поле свободные полимерные радикалы могут не только рекомбинировать, но и реагировать с макромолекулами полимера. Эти приводит к получению разветвленных или сшитых продуктов.
Химическая деструкция представляет собой разрушение макромолекул при действии химических агентов. Она характерна для многих гетероцепных полимеров, содержащих в основной цепи группы, способные к химическим превращениям. Глубина деструкции зависит от природы и количеств низкомолекулярного реагента, условий его воздействия.
Защита полимеров от старения
Поскольку старение многих полимеров протекает в основном по механизму цепных радикальных реакций, то при защите полимеров от старения нужно в первую очередь исходить их таких мер, которые были бы направлены па подавление этих реакций. Промышленным путем защиты полимеров от старения, стабилизации свойств изделий из них во времени является введение в полимеры на стадии переработки малых (до 5%) добавок низкомолекулярных — стабилизаторов. Общее назначение стабилизатора состоит в рассеянии на своих молекулах энергии, которая могла бы привести к разрушению полимера.
Стабилизаторы, подавляющие развитие цепных реакций деструкции, называют ингибиторам. Следовательно, стабилизатор-ингибитор— это вещество, распадающееся с образованием радикалов. Эффективность стабилизатора тем выше, чем менее активен в развитии цепных реакций и более устойчив во времени его радикал.
Стабилизаторы, препятствующие развитию окислительных реакций в полимерах, называют антиоксидантами. По механизму действия антиоксиданты делятся на две большие группы. Первую группу составляют вещества (ингибиторы), которые реагируют со свободными полимерными и радикалами на стадии их образования. К этой группе относятся широко применяемые на практике соединения на основе ароматических аминов и фенолов с разветвленными алкильными заместителями. Ко второй группе относятся вещества, не способные к образованию свободных радикалов, но уменьшающие разложение образующихся в макромолекулах полимерных гидроперекисей. Последние в определенных условиях сами становятся источником новых свободных радикалов, которые углубляют развитие реакций деструкции полимеров. Вещества, разрушающие полимерные гидроперекиси без образования радикалов, называют превентивными антиоксидантами. Превентивными антиоксидантами являются сульфиды, тиофосфаты и др.
Эффективную защиту от термоокислительного старения обеспечивает применение пары антиоксидантов, действующий по разным механизмам, взаимоусиленный стабилизирующий эффект смесью двух антиоксидантов называют синергизмом.
Многие антиоксиданты проявляют активность при температурах, не превышающих 280оС. При более высоких температурах полимеры защищают от термоокисления металлами, оксидами металлов переменной валентности. Тонкодисперсные порошки этих добавок поглощают кислород, и термоокислительная деструкция заменяется термической, которая всегда протекает медленнее.
Для защиты полимеров от светового старения применяют светостабилизаторы, действие которых основано как на поглощении солнечного света (УФ-абсорберы), так и на торможении реакций деструкции. Последние инициируются в полимере светом, но развиваются в его отсутствие. Защитное действие УФ-абсорберов заключается в том, что вся поглощенная ими энергия расходуется на перестройку макромолекул. Возвращение к начальной структуре сопровождается выделением теплоты, не опасной для полимера.
Активными светостабилизаторами для многих промышленных полимеров являются неорганические пигменты (TiO2, ZnS), канальная сажа, производные резорцина и т. д.
В настоящее время накоплен большой материал по механизму старения полимеров, разработаны эффективные меры комплексной защиты их от всех видов разрушения. При оценке эффективности стабилизаторов учитывают не только их активность в химических реакциях, но и способность совмещаться с полимерами, доступность, дешевизну и токсические свойства.