Техника - молодёжи 1961-06, страница 21

ПСРЕКИСНЫИ

ПОЛИМЕРНЫЙ

РАДИКАЛ

МОЛЕКУЛА ФЕНОЛА

СТАБИЛЬНАЯ

щ

1 т

МАЛОАКТИВНЫЙ РАДИКАЛ

Молекулы ингибитора связывают свободные радикалы в по-лимере и препятствуют ею старению.

лимерной цепи. В результате этого образуются активные частицы, или, как их называют химики, свободные радикалы. Они имеют свободную валентность, поэтому легко соединяются с другими молекулами полимера, с кислородом воздуха.

Большинство процессов, вызывающих старение полимеров,— это цепные реакции. Эти реакции характеризуются тем, что появившаяся активная частица реагирует с другой молекулой полимера, в результате образуется новая активная частица. Она, в свою очередь, тоже вступает в реакцию и т. д. Если а ходе реакции исчезает одна активная частица, а возникает две или более, то это явление называется разветвленным цепным процессом. Такие реакции, подобно снежной лавине, протекают со все возрастающей, часто взрывной скоростью, как при расщеплении урана в атомной бомбе. Однако, например, при окислении полимеров взрыва не происходит, потому что вместо одной «погибшей» активной частицы хотя и возникают две новые, но не сразу, а спустя некоторое время после гибели первой.

При старении полимеры изменяют свой внешний вид, у них появляется новая окраска, образуются поверхностные трещины. Одновременно происходят и более глубокие изменения физических и механических свойств полимеров: изменяются молекулярный вес и вязкость их растворов, уменьшается прочность, эластичность. ■

СТАРЕНИЮ СТАВЯТ ПРЕГРАДЫ

Как же замедлить старение полимеров? Эта проблема сейчас решается двумя способами. Один из них — создать новые, особо устойчивые к старению полимеры. Другой — поставить преграды разрушительным реакциям, протекающим в известных полимерах под влиянием внешней среды.

В последние годы созданы новые термостойкие полимеры, в которых главные цепи молекул содержат прочные химические связи: кремний — кислород — алюминий, кремний — кислород — титан, кремний — кислород — бор и другие. Кремнийорганические смолы и лаки уже используют в качестве термостойких покрытий, пропитывающих и цементирующих составов. Кремнийорганические каучуки обладают очень высокой стойкостью к окислению и озонному старению. Они нашли широкое применение в авиации, в электротехнике и а других отраслях промышленности.

Работы по стабилизации обычных, нетермостойких полимеров ведутся уже давно.

Первый патент по предохранению каучука от окисления был взят почти сто лет назад (1873 г.). Автор патента англичанин Торри указывал, что «для защиты каучука от окисления я применяю карболовую кислоту» (фенол). С тех пор

Механические нагрузки, которым подвергается изделие из полимера, неравномерно нагружают отдельные молекулы. Те из них, которые испытывают максимальные нагрузки, рвутся, — полимер стареет.

для стабилизации полимеров от старения было предложено очень много разных веществ.

Можно сказать без преувеличения, что промышленность синтетических каучуков не смогла бы так бурно развиваться, если бы не были найдены добавки, эффективно препятствующие старению каучуков при их хранении и эксплуатации.

Выше говорилось о гибельных последствиях, протекающих а полимерах цепных реакций. Развитие цепи прекращается, если при взаимодействии двух активных частиц образуется стабильная молекула. Цепь может оборваться и при взаимодействии свободного радикала с молекулой примеси. Такие реакции широко используют для торможения окислительных процессов. Для этого в полимеры вводят специальные добавки, так называемые ингибиторы (противо-старители) цепных окислительных процессов. В результате взаимодействия молекулы ингибитора со свободными радикалами возникает слабый, малоактивный радикал, который не способен продолжать цепной процесс. Это явление можно наглядно представить себе как эстафету, участники которой неравноценны по своим физическим качествам. Когда энергичный, темпераментный бегун передает вымпел неповоротливому, медлительному партнеру, скорость передачи вымпела по цепи участников эстафеты резко замедляется. Так и при возникновении неактивного радикала реакционная цепь обрывается на одном из первых звеньев, и скорость окисления становится очень низкой. Один и тот же противостаритель может хорошо защищать одни полимеры и плохо защищать другие. Поэтому ученые все время ищут новые защитные средства от старения полимеров.

В борьбе со старением, кроме химических, используют и физические методы. Так, если в полимеры ввести вещества, способные отражать свет (например, сажу, отражающую ультрафиолетовые лучи), то они значительно снижают скорость светоокисления. Для защиты некоторых резин от старения под влиянием озона в их состав вводят воск, который создает защитную пленку на поверхности изделия.

Существуют другие методы стабилизации полимеров. В условиях тропического климата для предохранения изделий из полимеров от эаплесневения в их состав вводят специальные добавки — инсектофунгициды, которые подавляют рост плесневых грибков.

Таким образом, для каждого вида старения полимеров выбирают наиболее рациональный метод стабилизации. Борьба со старением полимеров приводит к увеличению срока службы изделий из них, дает большой экономический эффект, позволяет использовать многие известные полимерные материалы там, где они до сих пор не применялись. Можно не сомневаться, что в ближайшие годы будут найдены новые, более эффективные методы стабилизации, которые позволят еще шире внедрить полимеры в технике и быту.

ЗАГЛЯНЕМ В БУДУЩЕЕ

Во многом помогут нам новые, «нестареющие» полимеры. Автомобильные шины, доставляющие сейчас столько неприятностей водителям, будут служить гораздо дольше, чем мотор или другие детали автомобиля. Морские просторы станут бороздить крупные, но необычайно легкие суда из пластмасс, абсолютно устойчивые к коррозии в морской воде. Перевозить нефтепродукты по морю будут не в громоздких и пожароопасных танкерах, а в емкостях из прочных, свето- и термостойких материалов, буксируемых небольшими, но мощными судами.

Устремятся к другим мирам космические корабли, корпуса которых, сделанные из полимеров, не будут бояться ни высоких температур, ни космических излучений. И первые астронавты ступят на неизвестные планеты в скафандрах, обеспечивающих привычный человеку микроклимат и надежно защищающих его от губительных излучений.

Работник* сельского хозяйства забудут дедовский способ предохранения посевов от заморозков дымом от костров. Светостойкие полимерные пленки, пропускающие необходимые для растений ультрафиолетовые лучи, надежно предохранят растения от мороза.

Уйдут в прошлое постоянные заботы о почти ежегодной окраске жилых домов. Стойкие к свету, теплу и кислороду воздуха цветные покрытия изменят облик городов. Дома, сделанные из полимеров, будут долговечны и дешевы.

Преобразится металлообрабатывающая промышленность. Точное литье, получаемое в формах из полимеров, резко уменьшит необходимость механической обработки деталей.

Такими представляются, конечно, далеко не полные практические результаты решения проблемы предотвращения старения полимерных материалов.

17