Классификация способов модификации

Известные способы модификации полимеров можно классифицировать по нескольким признакам, систематизирующим накопленный экспериментальный материал [1] (табл.1).

По характеру протекающих процессов модификацию можно разделить на две большие группы: химическую и физическую. Такое общепринятое разделение достаточно условно, поскольку химические и физические процессы в полимерах всегда взаимосвязаны и взаимообусловлены. Тем не менее, этот системообразующий подход необходим и указывает на обозначение основных и первичных актов модификации, определяющих впоследствии и другие изменения. Химическая модификация является одновременно и физической и поэтому правильнее её называть химико-физической.

Принято считать, что химико-физическая модификация полимеров – «направленное изменение структуры и свойств полимеров при введении в состав макромолекул малого количества фрагментов иной природы» [2]. Такое определение в значительной степени заужено, поскольку не описывает радиационный, фотохимический и другие способы модификации полимеров, при которых происходят изменения химической структуры. В широком толковании целесообразнее под химико-физической модификацией понимать направленное изменение структуры и свойств полимеров, обусловленное изменением макромолекулярной структуры. Известные и достаточно многочисленные способы такой модификации полимеров можно разделить на одностадийные (непосредственные) и двухстадийные (опосредованные) с предварительным активированием макромолекул или последействием.

Таблица 1

Классификация способов модификации полимеров

Физическая или же структурная модификация – « направленное изменение физических (прежде всего механических) свойств полимеров, осуществляемое преобразованием их надмолекулярной структуры под влиянием различных физических воздействий: изменением температурно-временного режима структурообразования твердого полимерного тела из расплава; изменением природы растворителя и режима его удаления при образовании из растворов полимеров покрытий, пленок и волокон; введением в полимер малых количеств других веществ, влияющих на кинетику образования и морфологию надмолекулярной структуры» [2]. При физической модификации, в отличие от химико-физической, строение молекул сохраняется.

Направленное изменение и регулирование физической структуры кристаллических полимеров путем пластификации, введения искусственных зародышеобразователей, механического воздействия является эффективным способом повышения их термостабильности, физико-механических и других показателей.

К числу основных проблем, возникающих при проведении структурной модификации, можно отнести энергоемкость процесса при длительной выдержке расплава полимера при повышенных температурах и различном давлении, необходимость введения новой стадии обработки продукта для преобразования уже сложившейся надмолекулярной структуры материала путем механических воздействий и использование дополнительных реагентов для получения возможности управления условиями испарения растворителя или осаждения полимера при получении изделий с заданной структурой из раствора.

Модификацию полимеров можно подразделять по этапности осуществления. Рассмотренные ниже примеры относятся в своем большинстве к одноэтапной модификации. Тем не менее в ряде случаев целесообразно использовать двухэтапную модификацию через стадию активирования (галогенирование, сульфохлорирование, фосфонирование, окисление). Нетипичным примером двухступенчатой модификации является скрытая модификация аддуктами, распадающимися на активные соединения уже после их ввода.

Модификация полимеров может осуществляться на разных стадиях: синтеза, конфекционирования, переработки и даже эксплуатации.

Модификацию можно также классифицировать по направленности влияния на свойства, которые можно существенно и селективно изменять в широком диапазоне: термостабильность, адгезионные, электрические, морозостойкость, реологические, стойкость к биоразрушению, стойкость к УФ-облучению, внешний вид, теплофизические, влагостойкость, стойкость к радиационному облучению, технологичность, стойкость к озонному облучению, огнестойкость, корозионностойкость, антифрикционные, химическую стойкость и др. Несмотря на множество предложенных способов модификации полимеров в настоящее время практически не существует таких, которые обеспечивали бы комплексное улучшение их свойств. Логично предположить, исходя из термофлуктационного характера разрушения, что к такому комплексному улучшению свойств полимеров могут привести, как подчеркивалось выше, любые способы модификации, ведущие к залечиванию дефектов различной природы и изменению характера разрушения.

Для направленного регулирования отдельных свойств необходимо знание специфики физико-химической сущности процессов и явлений, от которых они зависят, т.е. необходим физико-химический анализ.

Модификация по глубине протекания может быть разделена на о бъемную, поверхностную и послойную.

§ 1. Модификация по характеру
протекающих процессов