基本介紹
高分子化合物在外力作用下發生和進行的高分子化學反應。又稱聚合物力化學。它不包括由化學能轉變成機械能的現象,後者屬於化學力學的範疇。
早在100多年前,人們就已套用高分子力化學反應對高分子進行加工改性,如用塑煉使天然生膠發生化學反應,把它由彈性體變成可成型的塑性材料,從而興起了天然橡膠工業。目前,高分子力化學反應在聚合物的粉碎、混合、擠出等加工過程中,起著頗為重要的作用。
力降解
鏈斷裂生成的自由基與溶解、自由基受體或氧等反應而使鏈終止,聚合物的平均分子量降低,分子量分布改變,這種反應叫力降解。它可能發生在固態、粘流態以及聚合物溶液、懸浮液中,如生膠在較低溫度下在塑煉機中塑煉,在一定時間內,空氣中的氧終止了斷鏈生成的自由基,因而降低生膠的粘度。樹脂熔體在擠出機中擠出時,也會發生這種降解。
力化學交聯
鏈中間位置上生成的自由基,若引發或經合併生成橫鍵,則產生交聯結構,或者當交聯聚合物在力作用下斷鏈後,重新合併或經過交換合併,也會重新生成交聯結構。這類結構變化叫力化學交聯。它有時與力降解同在一個系統中發生,如橡膠在機械疲勞中的結構變化就可能是這樣。利用這類交聯可以提高聚合物的耐疲勞能力。
力化學接枝和嵌段共聚合
用應力斷裂聚合物鏈生成的自由基來引發的反應。這類反應可在固態、熔體、高彈態或溶液、懸浮液中進行,特別可以利用現有的標準加工設備。所用聚合物既可用現有工業產品,也可用廢料,如廢塑膠製品、廢輪胎和廢纖維等。將廢舊聚合物和單體或未使用過的聚合物,加入適當的設備中,都可以制出嵌段或接枝共聚物(見接枝共聚合、嵌段共聚合)。這類產品不僅成本低,而且附帶解決了廢舊高分子產品的固體污染問題,同時產品還具有良好的綜合性能,因此得到廣泛的重視。隨設備和系統的物理狀態不同,加工方法可分粉碎、冷凍粉化、振動研磨、塑煉、擠出、攪拌、超聲振動、溶脹等。選擇適當的設備、溫度、壓力、機器轉速和環境介質等,是控制反應的主要途徑。
應力活化聚合物反應
當應力尚不夠使高分子的化學鍵斷裂而只是加速其化學反應時,這種反應叫應力活化聚合物反應。聚合物在彈性變形時,鏈未斷裂以前,其鍵角、鍵長發生變化,增加了能量儲備,降低了反應活化能,提高了反應速率。例如橡皮的臭氧龜裂(見橡皮龜裂),只有在拉伸時才發生,且裂紋與拉伸方向垂直。這些有方向性的裂紋發展速率,與聚合物的伸長率有關。若無拉伸,即伸長率為零時,橡皮表面臭氧化生成一層臭氧化物後,反應速率漸漸變慢以至停止。
高分子力化學反應的研究發展很快,已成為高分子化學反應中的一個分支。