4.4. Пластификация полимеров

При эксплуатации полимеров необходимыми основными свойствами являются высокая механическая прочность и эластичность, т.е. способность; к большим обратимым деформациям. Однако не все полимеры в чистом виде могут удовлетворять этим требованиям при самых разнообразных условиях их применения. Так, например, каучукоподобные полимеры при комнатной температуре мягкие и эластичные, а при сильном охлаждении становята твёрдыми и хрупкими. Поливинилхлорид, нитратцеллюлозы, полистирол наоборот, при комнатной температуре слишком хрупки, а при нагревании размягчаются, становятся эластичными. Это затрудняет процессы переработки полимерных материалов и их эксплуатацию. Для улучшения эластических свойств полимера в температурном интервале практического применения и переработки используют пластификацию.

Пластификацией называют процессы повышения и пластичности полимеров при их переработке и эластичности при их эксплуатации с одновременным уменьшением хрупкости.

Сущность пластификации заключается в увеличении гибкости и подвижности макромолекул. При пластификации наблюдается снижение температур стеклования, текучести и хрупкости полимера и расширение интервала температур от температуры стеклования до температуры текучести. Пластификация полимеров может осуществляться различными методами.

Все современные методы пластификации можно разделить на две группы: химические методы пластификации и физико-химические методы пластификации, или просто пластификация.

4.4.1. Химические методы пластификация полимеров

Химические методы пластификации полимеров заключаются в ослаблении межмолекулярных связей между цепями макромолекул полимера и осуществляются: за счёт изменения химической природы элементарных звеньев в процессе его синтеза; 2) путём полимер-аналогичных превращений готового полимера; 3) путём изменения соотношения мономеров при сополимеризации. Это приводит к изменению строения макроцепей полимера и повышению высокоэластических и вязкотекучих свойств полимера.

Температура стеклования акриловых смол зависит от величины радикала спиртового остатка сложноэфирной группы элементарного звена полимера. Температура стеклования для метилметакрилата -100⁰С, этилметакрилата 50⁰С, бутилакрилата18⁰С. Контролируя содержание этих мономеров при сополимеризации или меняя величину радикала путём частичной или полнойпереэтерификации готового полимера можно регулировать гибкость цепочек, интенсивность внутри- и межмолекулярного взаимодействия, а также температурные интервалы существования различных физических состояний, т.е. создавать новые полимеры с требуемыми свойствами.

Изменяя соотношение мономеров при синтезе бутадиен-стирольного каучука можно регулировать строение цепочек сополимера и изменять свойства сополимеров от жесткого полистирола, до эластичного полибутадиена. Такой способ осуществления пластификации называется внутренней пластификацией. Для внутренней пластификации эпоксидных смол в них вводят на стадии отверждения бутилметакрилат. Полибутилметакрилат является эластичным полимером и полученная композиция является эластичной. Полиамиды могут быть внутренне пластифицированы либо созданиемнерегулярной структуры, затрудняющей образование водородных связей между соседними макромолекулами, либо введением боковых групп, снижающих плотность упаковки, что приводит к изменению гибкости цепочек итемпературы перехода. Например, капрон имеет температуру плавления около 250°С. При замене атома водорода в амидной группе на метил температура плавления снижается в соответствии со степенью замещения и может быть понижена до 200⁰С при степени замещения 55% и до 70⁰С при степени замещения 90%.

Чем больше углеродных атомов содержит замещающий радикал, тем выше соответствующий эффект внутренней пластификации.

Достоинствами внутренней пластификации является устойчивость полученного пластифицирующего эффекта, практически не изменяющегося во времени. В отличие от физико-химических методов пластификации отсутствует эффект «выпотевания» пластификатора. Однако сложность синтеза и химической обработки, требующие специального оборудования и доступных в большинстве случаев только предприятиям химической промышленности, ограничивают возможность использования данного метода на других предприятиях.