Основные реакции термического разложения и горения полимеров

Виды деструкции:

- химическая (+Н₂О, + кислоты, + щёлочи и т. д.);

- механическая (необратимая деформация под действием нагрузки);

- окислительная (О₂ + нагрев);

- термическая;

- фотохимическая (hn);

- радиационные (n, a, b, g- излучения);

- биологическая (нитраты целлюлозы, ряд каучуков разлагаются под действием микроорганизмов).

При разложении полимеров образуется твердый (коксовый остаток), жидкие и газообразные вещества. Жидкие и газообразные вещества называются, "летучими". Выделение "летучих" веществ – признак разложения полимеров.

Температура, при которой начинают выделяться "летучие" вещества - температура начала разложения.

Конечными продуктами разложения сложного вещества (полимеров) является простые вещества (C₂H₂ – C, H₂ , капрон – C, H₂, O₂, N₂). Распад на простые вещества возможен при Т - 3000 ^оС.

На пожаре Т » 1500 ^оС и состав выделяющихся веществ сложный - (H₂, CO, C₂H₄, C₂H₆, СН₄, СО₂, НСN, NН₃ и т.д.)

Молекулы с более высокой молекулярной массой составляют сложные вещества. Таким образом, при воздействии сравнительно низких температур (до 500-600 ^оС) на полимер, летучие вещества в своём составе будут содержать больше смолистых и меньше газообразных веществ. С повышением температуры образование газообразных веществ увеличивается.

В зависимости от того, разложение полимеров идёт в присутствии или отсутствии О₂ воздуха, различают термическое и термоокислительное разложение.

Под термическим разложением понимают распад полимерного материала под действием температуры в отсутствии окислителя (относительное движение составляющих приводит к разрушению связей). Термическая деструкция обычно идёт по радикальному механизму. При этом происходит деполимеризация, т.е. отщепление мономеров.

При 300 ^оС полистирол деполимеризуется на 60-70%, органическое стекло – на 90-95 % :

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

I I I I _· I I

—CH₂ – C—CH₂—C—CH=C ¾® –CH₂—C—CH₂ + ×C—CH==C

I I I I I I

COOCH₃ COOCH₃ COOCH₃ COOCH₃ COOCH₃ COOCH₃

Термоокислительная деструкция – процесс разрушения макромолекул под действием высоких температур в присутствии кислорода. Этот процесс может идти при более низких температурах, чем термическая деструкция.

Особенности горения полимеров

1. Для сгорания единицы веса полимера требуются большие объёмы воздуха (в 1.5 – 2 раза больше, чем для древесины - 4.5 м³/кг);

2. Образуются большие объемы продуктов горения;

3. Значительный недожог – образуется дым;

4. Содержится много токсичных продуктов недожога (CO, NO₂, HCl, HCN, C и т.д.);

5. Плавление и растекание – распространение пожара;

6. Высокая температура горения – 1100 – 1300 ^оC;

7. Высокая излучательная способность у пламени.