聚合物降解

聚合物降低是指聚合物的物理性质（例如强度）由于其化学成分的变化而降低。 聚合物，尤其是塑料，在其产品生命周期的所有阶段都会发生降解，包括在其初始加工、使用、排放到环境中和回收过程中。 这种退化的速度差异很大； 生物降解可能需要数十年，而一些工业过程可以在数小时内完全分解聚合物。

已经开发出抑制或促进降解的技术。 例如，聚合物稳定剂可确保生产的塑料制品具有所需的特性，延长其使用寿命并促进其回收利用。 相反，可生物降解的添加剂通过提高其生物降解性来加速塑料废物的降解。 某些形式的塑料回收可能涉及将聚合物完全降解回单体或其他化学品。

一般来说，热、光、空气和水的影响是塑料聚合物降解的最重要因素。 主要的化学变化是氧化和断链，导致聚合物的分子量和聚合度降低。 这些变化会影响强度、延展性、熔体流动指数、外观和颜色等物理特性。 性能的变化通常称为老化。

塑料种类繁多，但有几种商品聚合物在全球生产中占主导地位：聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯 (PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET、PETE)、聚苯乙烯 (PS)、聚碳酸酯 (PC)、 和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）。 这些材料的降解是最重要的，因为它们占塑料废物的大部分。

这些塑料都是热塑性塑料，比同等的热固性塑料更容易降解，因为它们的交联更彻底。 大多数（PP、PE、PVC、PS 和 PMMA）是具有全碳主链的加成聚合物，对大多数类型的降解具有更强的抵抗力。 PET 和 PC 是含有羰基的缩聚物，对水解和紫外线攻击更敏感。

热塑性聚合物（无论是原始的还是回收的）必须加热直至熔化以形成最终形状，加工温度在 150-320°C (300-600°F) 之间，具体取决于聚合物。 聚合物在这些条件下会氧化，但即使在没有空气的情况下，这些温度也足以导致某些材料发生热降解。 熔融聚合物在挤出和模塑过程中也会经历显着的剪切应力，这足以折断聚合物链。 与许多其他形式的降解不同，熔融加工的效果会降解整个聚合物，而不仅仅是表面层。 这种降解将化学弱点引入聚合物中，特别是氢过氧化物的形式，成为物体寿命期间进一步降解的起始点。

聚合物通常要经过不止一轮的熔融加工，这会累积地促进降解。 原始塑料通常会经过复合以引入添加剂，例如染料、颜料和稳定剂。 在此制备的颗粒状材料也可以在烘箱中预干燥，以在最终熔化和模塑成塑料制品之前去除微量水分。 通过简单的再熔化（机械回收）回收的塑料通常会比新鲜材料表现出更多的降解，因此可能具有更差的性能。

尽管加工设备内的氧气含量通常很低，但不能完全排除，热氧化通常比完全热降解（即没有空气）更容易发生。 反应遵循一般的自氧化机制，导致有机过氧化物和羰基化合物的形成。 添加抗氧化剂可能会抑制此类过程。

将聚合物加热到足够高的温度会导致破坏性的化学变化，即使在没有氧气的情况下也是如此。 这通常从断链开始，产生自由基，主要参与歧化和交联。

PVC 是对热最敏感的常见聚合物，从 ~250 °C (480 °F) 开始会发生主要降解； 其他聚合物在较高温度下会降解。

熔融聚合物是具有高粘度的非牛顿流体，它们的热降解和机械降解之间的相互作用可能很复杂。 在低温下，聚合物熔体更粘稠，更容易通过剪切应力发生机械降解。 在较高温度下，粘度降低，但热降解增加。