Физические методы исследования полимеров. Шестаков А.С. - 63 стр.

UptoLike

Составители: 

63
Химические превращения. К числу химических превращений, кото-
рые могут быть изучены с помощью ДТА-ДСК, относятся процессы поли-
меризации и химические реакции в полимерах, такие , как сшивание , изо-
меризация, термическое окисление и деструкция.
Полимеризация. Методами ДТА-ДСК определяют температурные
условия полимеризации, прослеживают отдельные стадии процесса и изу-
чают влияние состава исходных смесей на кинетику реакции. Так, напри-
мер, выявлена самопроизвольная полимеризация N-n-толилимида малеи-
новой кислоты при его плавлении ( Т
пл
=149
о
С ) и влияние на этот процесс
газообразной среды (рис. ). Из рисунка (кривая 1) видно, что эндотермиче-
ский пик, соответствующий Т
пл
вещества, спонтанно переходит в экзооб-
ласть, что указывает на происходящую при плавлении полимеризацию .
Наличие полимера было установлено также и гравиметрически .
Поскольку самопроизвольная полимеризация может быть связана с
влиянием кислорода воздуха или перекисей, образующихся под действием
кислорода на мономер или содержащиеся в нём примеси, то в следующем
опыте анализ проводили в вакууме или инертной среде (кривая 2). Отсут -
ствие экзоперехода на кривой ДТА указывает на то, что полимеризация N-
n-толилмалеинимида в этом случае не имеет места. Следовательно, кисло-
род воздуха ответственен за процесс
термополимеризации этого мономера.
Химические реакции полимеров ,
сопровождающиеся тепловыми эффек-
тами, могут быть изучены методами
ДТА-ДСК. Этими методами был иссле -
дован экзотермический процесс цикли-
зации полиакрилонитрила (получение
«чёрного орлона»), оценена эффектив -
ность отвердителей эпоксидных смол,
изучена кинетика окисления и влияние
антиоксидантов на устойчивость поли-
меров к окислению .
Рассмотрим приложение метода
ДТА-ДСК к исследованию процесса
вулканизации. В широком смысле под
вулканизацией подразумевают любой
процесс превращения линейного поли-
мера в редкосетчатый. Обычно такие
процессы сопровождаются выделением
тепла. На рис.67 представлены кривые
ДТА вулканизации полибутадиена раз-
личным количеством серы. Из рисунка
видно, что кривая для смеси полибута-
диена с 2,5% серы вплоть до 150
о
С соот -
ветствует кривой ДТА чистого полиме-
Рис.67 Кривые ДТА образцов
полибутадиена, вулканизован-
ных различным количеством
серы.
                                         63
          Х имиче ск ие пре в ращ е ния. К ч ислу химич е ских пре в раще ний, кот о-
рые могут быт ь изуч е ны с помощью Д Т А-Д С К , от носят ся проц е ссы поли-
ме ризац ии и химич е ские ре акц ии в полиме рах, т акие , каксш ив ание , изо-
ме ризац ия, т е рмич е ское окисле ние и де ст рукц ия.
          П о л име ризация. М е т одами Д Т А-Д С К опре де ляю т т е мпе рат урные
услов ия полиме ризац ии, просле ж ив аю т от де льные ст адии проц е сса и изу-
ч аю т в лияние сост ав а исходных сме се й на кине т ику ре акц ии. Т ак, напри-
ме р, в ыяв ле на самопроизв ольная полиме ризац ия N-n-т олилимида мале и-
нов ой кислот ы при е го плав ле нии ( Тпл=149оС ) и в лияние на эт от проц е сс
газообразной сре ды (рис. ). И з рисунка (крив ая1) в идно, ч т о эндот е рмич е -
ский пик, соот в е т ст в ую щий Тпл в е ще ст в а, спонт анно пе ре ходит в экзооб-
ласт ь, ч т о указыв ае т на происходящую при плав ле нии полиме ризац ию .
Налич ие полиме ра было уст анов ле но т акж е и грав име т рич е ски.
          Поскольку самопроизв ольная полиме ризац ия мож е т быт ь св язана с
в лияние м кислорода в оздуха или пе ре кисе й, образую щихсяпод де йст в ие м
кислорода на мономе р или соде рж ащие ся в нё м приме си, т о в сле дую ще м
опыт е анализ пров одили в в акууме или ине рт ной сре де (крив ая 2). О т сут -
ст в ие экзопе ре хода на крив ой Д Т А указыв ае т на т о, ч т о полиме ризац ияN-
n-т олилмале инимида в эт ом случ ае не име е т ме ст а. С ле дов ат е льно, кисло-
род в оздуха от в е т ст в е не н за проц е сс
т е рмополиме ризац ии эт ого мономе ра.
          Х имиче ск ие ре ак ции полиме ров ,
сопров ож даю щие ся т е плов ыми эффе к-
т ами, могут быт ь изуч е ны ме т одами
Д Т А-Д С К . Э т ими ме т одами был иссле -
дов ан экзот е рмич е ский проц е сс ц икли-
зац ии полиакрилонит рила (получ е ние
«ч ё рного орлона»), оц е не на эффе ктив -
ност ь от в е рдит е ле й эпоксидных смол,
изуч е на кине т ика окисле ния и в лияние
ант иоксидант ов на уст ойч ив ост ь поли-
ме ров кокисле нию .
          Рассмот рим прилож е ние ме т ода
Д Т А-Д С К к иссле дов анию проц е сса
в улканизац ии. В ш ироком смысле под
в улканизац ие й подразуме в аю т лю бой
проц е сс пре в раще ния лине йного поли-
ме ра в ре дкосе т ч ат ый. О быч но т акие
проц е ссы сопров ож даю т ся в ыде ле ние м
т е пла. На рис.67 пре дст ав ле ны крив ые
Д Т А в улканизац ии полибут адие на раз-
лич ным колич е ст в ом се ры. И з рисунка Рис.67 К рив ые Д Т А образц ов
в идно, ч т о крив ая для сме си полибут а- полибут адие на, в улканизов ан-
дие на с 2,5% се ры в плот ь до 150оС соот - ных различ ным колич е ст в ом
в е т ст в уе т крив ой Д Т А ч ист ого полиме - се ры.