Реферат по предмету "Химия"


Об особенностях пострадиационного окисления захваченных радикалов в полиэтилене высокой и низкой плотности

Обособенностях пострадиационного окисления захваченных радикалов в полиэтиленевысокой и низкой плотности
Пострадиационное окисление ухудшает эксплуатационныехарактеристики радиационно-модифицированного ПЭ. Ухудшение физико-механическихсвойств в пострадиационный период резко проявляется у ПЭВП и незначительно уПЭНП [1, 2]. Например, различия в стойкости к растрескиванию длярадиационно-модифицированных ПЭВП и ПЭНП, по данным работы [2], достигают двухпорядков. Причина этих различий до Конца не установлена. Пострадиационная окислительнаядеструкция полимеров во многом определяется начальной стадией окисления —взаимодействием с кислородом захваченных радикалов. Подробному исследованиюокисления захваченных радикалов в ПЭВП посвящен ряд работ [3—5], в то время какПЭНП изучен в этом отношении недостаточно. Целью настоящей работы являетсясравнительное изучение пострадиационного окисления захваченных радикалов в ПЭНПи ПЭВП. Объектамиисследования были ПЭВП марки 20808-024, ПЭНП марки 15303-003 и сополимерыэтилена с пропиленом или α-бутиленом при содержании сомономера 3—5 мол.%,синтезированные при низком давлении на катализаторах типа Циглера — Натта. Пленкиполимеров толщиной 200 мкм, полученные прессованием, подвергали воздействию γ-излучения66Со до доз 0,07—0,56 МГр при мощности дозы 0,01 МГр/ч. Облучениепроводили в вакууме при комнатной температуре. Пострадиационное окислениезахваченных радикалов изучали методом ЭПР на радиоспектрометре типа «Рубин». Как известно [3, 5], при облучении ПЭВП в вакуумепри комнатной температуре в полимере накапливаются преимущественно аллильныерадикалы, спектр ЭПР которых имеет характерную семикомпонентную структуру.Полученные нами спектры ЭПР захваченных радикалов, приведенные на рис. 1,показывают, что и в ПЭНП при облучении в аналогичных условиях накапливаютсяаллильные радикалы, причем концентрации захваченных радикалов в ПЭВП и ПЭНПпосле облучения в одинаковых условиях равны. По данным работы [3], в ПЭВП прикомнатной температуре в вакууме аллильные радикалы являются высокостабильными,время их жизни достигает нескольких месяцев. Согласно полученной в настоящейработе кинетике гибели захваченных радикалов в вакууме при комнатнойтемпературе (рис. 2), стабильность аллильных радикалов в ПЭНП ниже, чем в ПЭВП,однако различия в стабильности невелики, скорость гибели радикалов в двухполимерах различается в 1,5—2 раза.
/> 
Рис. 1. Спектры ЭПРзахваченных радикалов в пленках ПЭВП  (а) и ПЭНП (б), замороженных до -196° после f-облучения в вакууме прикомнатной температуре до дозы0,40 МГр и в пленке ПЭВП (в), выдержанной после γ-облучения на воздухе при комнатнойтемпературе в течение 40 сут
/>
Рис. 2. Зависимостьотносительной концентрации захваченных аллильных радикалов от времени в γ -облученныхдо дозы 0,40 МГр пленках ПЭВП (1) и ПЭНП (2), находящихся в вакууме при комнатной температуре
/>
Рис. 3. Зависимостьотносительной концентрации захваченных аллильных радикалов от времени послеперенесения из вакуума на воздух при комнатной температуре γ-облученных додозы 0,40 МГр пленок ПЭВП (1), ПЭНП (4), сополимеров этилена с 5 мол.% пропилена (2) и 3 мол.% бутилена (3)
Рис. 4. Зависимость отношенияконцентрации стабильных радикалов с' к начальной концентрации аллильныхрадикалов с0от времени в пленке ПЭВП, перенесенной из вакуума вкислород при давлении 760 мм рт. ст. после облучения до дозы 0,40 МГр (1), на воздух после облучения до дозы0,07 МГр (2) и 0,56 МГр (3). Концентрации с0для доз 0,07 и 0,56 МГр различались в 4 раза
Контакт с кислородом воздуха приводит к резкомуувеличению скоростигибели захваченных радикалов: в ПЭВП — в несколько раз, в ПЭНП — почти на трипорядка (рис. 3). При этом резко возрастает различие в скоростях гибелизахваченных радикалов в ПЭВП и ПЭНП: если в вакууме скорости различаются в1,5—2 раза, то на воздухе — на два порядка. Увеличение скорости гибели захваченных в полиэтиленерадикалов в присутствии кислорода обусловлено их окислением [3] с образованием перекисных радикалов, менее стабильных, чем исходныеуглеводородные радикалы,и быстро гибнущих. Таким образом, кинетика гибели стабильных захваченныхрадикалов на воздухе соответствует кинетике их окисления.
Кинетику гибели захваченных радикалов в ПЭВП (рис.3, кривая 1) можноприближенно разделить на две стадии — быструю, которая протекает в течениепервых нескольких часов, и медленную, которая заканчивается лишь через 30—40сут. Очевидно, первая стадия соответствует окислению захваченных радикалов ваморфных областях полимера, вторая — окислению в кристаллических областях. ВПЭНП гибель всех радикалов заканчивается через 3—4 ч.
Эти данные показывают, что для кристаллическихобластей ПВЭП и ПЭНП скорости окисления захваченных радикалов различаются надва порядка. Отсюда следует, что скорость диффузии кислорода в кристаллическиеобласти ПЭВП на два порядка ниже таковой для ПЭНП. Это может быть вызваноменьшими размерами и большей дефектностью кристаллитов в ПЭНП. Однако основнойпричиной столь большого различия, по-видимому, является различная плотностькристаллических областей в ПЭВП и ПЭНП.
Согласно результатам рентгеноструктурныхисследований [7, 8], наличие ответвлений в полимерных цепях ПЭ приводит кувеличению параметров элементарной ячейки, т. е. к уменьшению плотностикристаллических областей. В результате плотность кристаллитов линейного иразветвленного ПЭ (ПЭВП и ПЭНП) различается на 1,5—2%. Аналогичные различия вплотностях кристаллических областей имеют ПЭВП и сополимеры этилена спропиленом, бутиленом, пентеном, гексеном при содержании сомономера 4—5 мол. %[8]. Как видно из рис. 3, для таких сополимеров кинетика пострадиационногоокисления захваченных радикалов мало отличается от наблюдаемой для ПЭНП. Такимобразом, небольшое различие в плотностях кристаллических областей ПЭВП и ПЭНПприводит к существенному изменению проницаемости кристаллитов для кислорода искорости окисления захваченных радикалов.
Различия в пострадиационном окислении радикалов вПЭВП и ПЭНП проявляются не только в скорости окисления. Если в ПЭНП окислениеаллильных радикалов приводит к быстрой гибели всех радикалов, то в ПЭВП впроцессе окисления появляются и накапливаются радикалы, спектр ЭПР которых(рис. 1, в) представляет собой синглет шириной 5 э с g=2,0046(для исходных аллильных радикалов g=2,0026). Эти радикалы накапливаются в медленнойстадии окисления аллильных радикалов в кристаллических областях полимера. Образующиесярадикалы очень стабильпы. Время их жизни на воздухе при комнатной температуреизмеряется годами, при температуре 80° неделями, и лишь нагревание дотемпературы плавления кристаллитов ПЭВП приводит к их быстрой гибели. Этиданные позволяют заключить, что стабильные радикалы образуются внутрикристаллитов ПЭВП.
Согласно работе [6], существуют несколько типовполимерных или низкомолекулярных радикалов, для которых характерен узкийсинглетный спектр ЭПР: полиенильные — СН2— (СН=СН), ацильные R—C=О, перекисныеROO' иокисные RO' радикалы.
Сопоставление кинетики накопления стабильныхрадикалов в образцах с различными начальными концентрациями аллильных радикаловс0 (рис. 4, кривая 2)показало, что кинетика вкоординатах с/сt— время не зависит от с0,что характерно для реакции первого порядка. Кроме того, сравнением кинетикинакопления стабильных радикалов на воздухе и в кислороде (рис. 4, кривые 1, 2) установлено,что скорость накопления пропорциональна концентрации кислорода. Эти данныепозволяют считать стабильные радикалы продуктом реакции между аллильнымирадикалами и кислородом, имеющей первый порядок по концентрациям радикалов икислорода, что исключает отнесение стабильных радикалов к полиенильным.
Ацильные радикалы, как установлено в работе [6],возникают в ПЭ при взаимодействии алкильных радикалов с окисью углерода,которая может образоваться при фотолизе или радиолизе в результате отщеплениякарбонильных групп. Проведенная нами выдержка образцов ПЭВП с захваченными аллильнымирадикалами в атмосфере окиси углерода не привела к изменению спектра ЭПР, чтоисключает отнесение стабильных радикалов к ацильным.
Стабильные радикалы не могут быть отнесены и кперекисным радикалам. При комнатной температуре величина g-факторадля перекисных радикалов в ПЭВП (#=2,014) [3] выше наблюдаемой для стабильныхрадикалов. Спектр ЭПР стабильных радикалов не изменяется при замораживанииобразца до —196°, оставаясь узким синглетом, в то время как синглет перекисных радикаловприобретает резко асимметричную форму, характерную для радикалов с анизотропнымg-фактором, находящихся в жесткой поликристаллической илиаморфной матрице. Для стабильных радикалов не наблюдается характерного дляперекисных радикалов [3] отсутствия насыщения сигнала ЭПР при повышенныхмощностях СВЧ-облучения.
Совокупность полученных данныхприводит к заключению, что стабильные радикалы, появляющиеся в кристаллическихобластях ПЭВП, являются окисными. Окисные радикалы в ПЭВП образуются, а в ПЭНПнет. Установлено, что эти радикалы не образуются и в сополимерах этилена спропиленом или бутиленом при содержании сомономера 3—5мол.%, которые имеютплотность кристаллической фазы [8], близкую к плотности кристаллической фазы ПЭНП, икинетику окисления захваченных радикалов, аналогичную кинетике окисления ПЭНП (рис. 3).
В работе [9] установлено, чтопараметры элементарной ячейки ПЭВП меняются при изменении температуры. Согласнопроведенному на основании данных этой работы расчету, при температуре 80°плотность кристаллических областей ПЭВП близка к плотности кристаллическихобластей ПЭНП при комнатной температуре. Как показали ЭПР-измерения, притемпературе 80° окисление захваченных радикалов в ПЭВП заканчивается за 3—4 ч, приэтом окисные радикалы, время жизни которых при этой температуре измеряетсянеделями, не образуются. Следовательно, окисные радикалы не появляются и в ПЭВПв условиях, когда плотность кристаллических областей в нем такая же, как и вПЭНП.
Полученные результаты позволяютсделать вывод, что причиной различия механизмов окисления захваченных радикаловв ПЭВП и ПЭНП является различная плотность кристаллических областей в этих полимерах. Плотнаякристаллическая решетка ПЭВП создает большие стерические затрудненияприсоединению к захваченным радикалам молекул кислорода и значительно меньшиезатруднения присоединению менее объемных атомов кислорода. Перекисные радикалыне вписываются в решетку ПЭВП без изменения ее плотности, в противоположностьокисным. Поэтому в кристаллической решетке ПЭВП окисление захваченных радикаловидет с образованием окисных радикалов RO'.
Менее плотная кристаллическаярешетка ПЭНП способна включать в себя перекисные радикалы. Окислениезахваченных радикалов идет с образованием перекисных радикалов ROO'.
Необходимо отметить, что приокислении захваченных радикалов в ПЭВП в окисные радикалы переходило при комнатнойтемпературе около 10% всех захваченных аллильных радикалов, или около 20%радикалов, находящихся в кристаллических областях.
Поскольку окисные радикалыобразуются лишь в тех кристаллических областях, плотность которых препятствуетобразованию перекисных радикалов, то число образовавшихся окисных радикаловпропорционально доле таких плотноупакованных областей в ПЭВП. Установлено, чтоизменение надмолекулярной структуры ПЭВП в результате термического илимеханического взаимодействия приводит к изменению количества образующихся окисных радикалов. Так, впленке ПЭВП, отожженной до облучения при 150° в течение двух часов, окисных радикаловобразовалось вдвое больше, а в пленке, подвергнутой при комнатной температуредействию ударной нагрузки ~10 Н/м2, вдвое меньше, чем в исходнойпленке ПЭВП.
Таким образом, проведенноеисследование выявило существенную роль плотности кристаллических областей впроцессе пострадиационного окисления ПЭ. Небольшое различие в плотностяхкристаллитов ПЭВП иПЭНП приводит крезкому различию в скоростях окисления захваченных радикалов и к изменениюмеханизма ихокисления. Очевидно, это изменение является причиной существенной разницы процессовокислительной деструкции и соответственно эксплуатационных характеристикрадиационно-модифицированных ПЭВП и ПЭНП.

ЛИТЕРАТУРА
1. Финкелъ Э. Э., Брагинский Р. П. В кн.:  Радиационная химия полимеров. М.: Наука, 1973, с. 195.
2.      Сирота А. Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Л.: Химия, 1974, с. 128.
3.Ohnishi S., Sugimoto S., Nitta I. J. Polymer Sci. A,1963, v. 1, № 1, p. 605.
4.Segushi Т., Tamura N. J. Phys. Chem., 1973,v. 77, № 1, p. 40.
5.Kashiwabara H., Hori Y. Radiat. Phys. and Chem., 1981, v. 18, № 5, p. 1061.
6.Ranby В., Rabek J. F. ESR Spectroscopy inPolymer Research, Berlin: Springer,
1977, p. 173, 254.
7.Walter E. R., Reding F. P. J. Polymer Sci., 1956, v. 21, № 99, p. 501.
8.Swan P. R. J. Polymer Sci., 1962,v. 56, № 164, p. 409.
9.Swan P. R. J. Polymer Sci., 1962, v.56, № 164, p. 403.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Проборка и привязка. Шпора
Реферат Обучение персонала формы, методы, проблемы, решения
Реферат Различия в бухгалтерском и налоговом учете
Реферат Оценка имущества, обязательств и хозяйственных операций
Реферат Эдвард Уимпер - Маттерхорн
Реферат Чи є колонка редактора самостійним жанром Якщо так то чим вона відрізняється від інших жанрів
Реферат Песня о Роланде как образец средневекового героического эпоса
Реферат 1. Модель пациента
Реферат Арзамасов Ю. Г
Реферат 22 апреля Всемирный день Земли праздник чистой Воды, Земли и Воздуха. История этого праздника связана с именем американского жителя Джона Мортона
Реферат Is Sex Eroding Moral Values Essay Research
Реферат Country Music Essay Research Paper Country MusicToday
Реферат Разработка коллекции "Как одеться Скорпиону"
Реферат James Baldwin Essay Research Paper James Baldwin
Реферат Увеличение доходности предприятия