Окисление ненасыщенных полимеров
157
ОКИСЛЕНИЕ НЕНАСЫЩЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ
Введение
Ухудшение свойств природных полимеров—гуттаперчи и каучука,
превращающихся со временем в хрупкий материал, стало известно, как
только эти полимеры начали применяться в промышленном масштабе. Одной
из наиболее ранних работ, посвященных изучению протекающих при этом
реакций, является работа Гофмана (1861 г.) [78] по исследованию гуттапер-
чевых покрытий для кабеля, использованного при строительстве Восточно-
Индийского телеграфа, быстрое разрушение которого приносило значитель-
ные убытки. Вскоре после этого были исследованы аналогичные реакции
в каучуке [79]. Анализ хрупкого продукта показал, что он содержит боль-
шое количество кислорода и имеет почти такой же состав, как и окисленная
гуттаперча. Эти работы упоминаются здесь потому, что в них впервые было
показано, что ухудшение свойстр исследовавшихся полимеров связано
с поглощением кислорода из воздуха и что этот процесс ускоряется на свету.
Развитие резиновой промышленности повысило интерес к процессам
окисления каучука; особую ценность представляли данные, позволявшие
разрабатывать методы ускоренного старения для быстрого определения
в лабораторных условиях максимально возможного срока эксплуатации
готового изделия.
В начале 30-х гг. были открыты некоторые важнейшие особенности
этой реакции. Было показано, что физические свойства, например прочность
на разрыв, ухудшаются одновременно с увеличением количества поглощенного
кислорода, так что количество поглощенного кислорода или изменение
физических свойств может быть использовано для определения глубины
реакции, по крайней мере качественно. При старении наблюдается тенденция
к увеличению веса образца, однако привес не соответствует количеству
поглощенного кислорода. Это связано с удалением из полимера летучих
продуктов, которое на последних стадиях реакции может быть настолько
быстрым, что возможно даже снижение веса образца. Когда были разрабо-
таны методы, позволяющие измерять количество поглощенного кислорода,
и стало возможным точное измерение скоростей реакции, была установлена
автокаталитическая природа процесса окисления. Обзор литературы по
этому вопросу вплоть до 1929 г. составлен Команом 180].
Однако эти исследования не позволили получить каких-либо данных
о природе химических реакций, протекающих в окисляющемся полимере.
Трудности таких исследований на самих полимерах обусловили интенсивное
изучение химии окисления модельных веществ; результаты этих работ были
рассмотрены в предыдущем разделе настоящей главы.
Поглощение кислорода ненасыщенными полимерами носит в общем
случае азтокаталитический характер [53, 80—87], однако при окислении
полимеров автокатализ обычно значительно более сложен, чем автокатализ,
наблюдаемый при окислении простых олефинов. Продукты этой реакции
по своему строению очень близки к продуктам окисления низкомолекуляр-
ных соединений. Фармер и Сундралингхам [88] получили перекиси с высо-
ким выходом в начальной стадии фотоокисления и исследовали их последую-
щий распад. Измерения ненасыщенности и содержания активного водорода
показали, что эти перекисные соединения являются гидроперекисями;
инфракрасные спектры указывают на присутствие гидроксильных и карбо-
нильных групп, двуокиси углерода и воды в продуктах распада ряда диено-
вых эластомеров [89, 90]. Общим свойством таких систем является также то,
что продукты, образующиеся в начальной стадии реакции, имеют нейтраль-
ный характер; кислые продукты появляются только на глубоких стадиях
реакции. Скорость поглощения кислорода также увеличивается в присут-