有机小分子对聚丙烯光氧老化的传染作用

doi:10.7503/cjcu20200350

摘要/Abstract

摘要：

以聚丙烯(PP)为研究对象, 选择代表典型小分子降解产物结构的酸、酯、醛、酮和醇类共18种模型小分子, 研究有机小分子对PP光氧老化的传染作用. 研究发现, 所有的小分子都能不同程度地加速PP的光氧老化. 其中, 酸类、醛类和酮类小分子的加速作用较强, 酯类和醇类小分子的加速作用较弱. 进一步研究了丙酮和乙酸对PP光氧老化的作用机理. 结果表明, 丙酮易光解产生甲基自由基, 通过引发PP氧化的方式加速其老化进程; 乙酸不具备引发能力, 通过催化氢过氧化物分解的方式促进PP中氧化产物的产生和积累.

关键词: 聚丙烯, 光氧老化, 有机小分子, 传染

Abstract:

Aging of a polymer is generally affected by adjacent polymers， known as infectious behavior of aging. Organic small molecules generated during aging are considered to be infection agents. However， the way they influence aging process and the difference among various infection agents are still unknown. In this paper， the influence of 18 representative organic small molecules on photo-oxidative aging of polypropylene（PP） was studied. The small molecules included acids， esters， aldehydes， ketones and alcohols， correspon-ding to typical photo-oxidative degradation products of polymers. When they were placed near PP during aging， the carbonyl index（CI） of PP was higher compared to the case when PP was aged individually. It was demonstrated that photo-oxidative aging of PP was accelerated by all the small molecules. The acceleration effects of acids， aldehydes and ketones were outstanding. Especially for propanoic acid， isobutyric acid， me- thacrylic acid， formaldehyde， acetaldehyde and butanone， CI was increased by more than 700% when PP was aged with them. Further， infection mechanism of acetone and acetic acid was investigated， since they had been identified as typical infection agents. CI and concentrations of gaseous degradation products of PP with and without acetone or acetic acid were measured with aging time. When PP was aged with acetone， CI was increased from as early as 24 h at an extremely high rate. With acetic acid， CI was increased after an obvious induction period and the increasing rate was lower than that with acetone. Similar phenomenon was observed in gaseous degradation products. The results showed that acetone acted as an initiator， photolyzed to generate CH₃· that could initiate the oxidation of PP； while acetic acid acted as a catalyzer， facilitating the decomposition of hydroperoxides and the accumulation of oxidation products.

Key words: Polypropylene, Photo-oxidative aging, Organic small molecule, Infection

中图分类号:

O631

TrendMD:

刘璇, 刘昊雨, 李一枫, 赵皎宏, 杨睿. 有机小分子对聚丙烯光氧老化的传染作用. 高等学校化学学报, 2020, 41(12): 2838.

LIU Xuan, LIU Haoyu, LI Yifeng, ZHAO Jiaohong, YANG Rui. Infectious Effect of Organic Small Molecules on Photo-oxidative Aging of Polypropylene. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(12): 2838.

图/表 6

参考文献 34

1	Li Y. B.， Zhou B.， Auto Engineer， 2012，（4）， 19—22（李雅彬，周博. 汽车工程师， 2012，（4）， 19—22）
2	Chen J.， Cheng J. P.， Bus & Coach Technology and Research， 2015，（3）， 40—42（陈杰，程晋平. 客车技术与研究， 2015，（3）， 40—42）
3	Zhang J. P.， J. WUT·Information & Management Engineering， 2009， 31（4）， 606—609（张江萍. 武汉理工大学学报·信息与管理工程版， 2009， 31（4）， 606—609）
4	Yang N.， China Plastics Industry， 2005， 33， 13—16（杨宁.塑料工业， 2005， 33， 13—16）
5	Ding X. L.， Wang S.， Shan Z. H.， Leather Science and Engineering， 2017， 27（6）， 36—39（丁晓良，王帅，单志华. 皮革科学与工程， 2017， 27（6）， 36—39）
6	Curran K.， Možir A.， Underhill M.， Gibson L. T.， Fearn T.， Strlič M.， Polym. Degrad. Stab.， 2014， 107， 294—306
7	Colwell J. M.， Nikolic M. A. L.， Bottle S. E.， George G. A.， Polym. Degrad. Stab.， 2013， 98（12）， 2436—2444
8	Aratani N.， Katada I.， Nakayama K.， Terano M.， Taniike T.， Polym. Degrad. Stab.， 2015， 121， 340—347
9	Sedlár J.， Pác J.， Polymer， 1974， 15， 613—614
10	Drake W. O.， J. Polymer Sci.： Symposium， 1976，（57）， 153—159
11	Celina M.， George G. A.， Polym. Degrad. Stab.， 1993， 42（3）， 335—344
12	Ahlblad G.， Reitberger T.， Terselius B.， Stenberg B.， Angew. Makromol. Chem.， 1998， 262， 1—7
13	Ahlblad G.， Reitberger T.， Terselius B.， Stenberg B.， Polym. Degrad. Stab.， 1999， 65（2）， 169—177
14	Celina M.， Clough R.， Jones G.， Polymer， 2005， 46（14）， 5161—5164
15	Liu X.， Yang R.， Polym. Degrad. Stab.， 2019， 161， 7—12
16	Zhao J. H.， Li Y. F.， Yang R.， Yu J.， Acta Polymerica Sinica， 2015，（4）， 369—373（赵皎宏，李一枫，杨睿，于建. 高分子学报， 2015，（4）， 369—373）
17	Liu X.， Ren X. P.， Yang R.， Chinese J. Polym. Sci.， 2020， 38（3）， 248—256
18	Bernstein R.， Thornberg S. M.， Assink R. A.， Irwin A. N.， Hochrein J. M.， Brown J. M.， Derzon D. K.， Klamo S. B.， Clough R. L.， Polym. Degrad. Stab.， 2007， 92（11）， 2076—2094
19	Bernstein R.， Thornberg S. M.， Irwin A. N.， Hochrein J. M.， Derzon D. K.， Klamo S. B.， Clough R. L.， Polym. Degrad. Stab.， 2008， 93（4）， 854—870
20	Khabbaz F.， Albertsson A. C.， Karlsson S.， Polym. Degrad. Stab.， 1999， 63（1）， 127—138
21	Hakkarainen M.， Gröning M.， Albertsson A. C.， J. Appl. Polym. Sci.， 2003， 89（3）， 867—873
22	Eriksson P.， Reitberger T.， Stenberg B.， Polym. Degrad. Stab.， 2002， 78（1）， 183—189
23	Celina M.， Clough R. L.， Jones G. D.， Polym. Degrad. Stab.， 2006， 91（5）， 1036—1044
24	Gallet G.， Erlandsson B.， Albertsson A. C.， Karlsson S.， Polym. Degrad. Stab.， 2002， 77（1）， 55—66
25	Gauthier E.， Nikolić M.， Truss R.， Laycock B.， Halley P.， J. Appl. Polym. Sci.， 2015， 132（39）， 42558
26	Rabello M. S.， White J. R.， Polym. Degrad. Stab.， 1997， 56（1）， 55—73
27	Philippart J. L.， Posada F.， Gardette J. L.， Polym. Degrad. Stab.， 1995， 49（2）， 285—290
28	Girois S.， Audouin L.， Delprat P.， Verdu J.， Polym. Degrad. Stab.， 1996， 51（2）， 133—141
29	Yang R.， Zhao J. H.， Liu Y.， Polym. Degrad. Stab.， 2013， 98（12）， 2466—2472
30	Commereuc S.， Vaillant D.， Philippart J. L.， Lacoste J.， Lemaire J.， Carlsson D. J.， Polym. Degrad. Stab.， 1997， 57（2）， 175—182
31	Horowitz A.， J. Phys. Chem.， 1991， 95（26）， 10816—10823
32	Bendjama H.， Merouani S.， Hamdaoui O.， Bouhelassa M.， Sci. Total. Environ.， 2019， 653， 833—838
33	Butler C. H.， Whitmore P. M.， J. Appl. Polym. Sci.， 2014， 131（2）， 39753
34	Mouffok S.， Kaci M.， J. Appl. Polym. Sci.， 2015， 132（13）， 41722

Name(formula)	Mark	Category	Manufacturer
Formic acid(HCOOH)	FAC	Acid	Beijing Chemical Works
Acetic acid(CH₃COOH)	HAC		Beijing Tongguang Fine Chemicals Co. LTD
Propionic acid(CH₃CH₂COOH)	PAC		Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute
Isobutyric acid[(CH₃)₂CHCOOH]	IAC		Sinopharm Group Chemical Reagent Co. LTD
Undecylenic acid[CH₂=CH(CH₂)₈COOH]	UAC		Beijing Jinlong Chemical Reagent Co. LTD
Acrylic acid(CH₂=CHCOOH)	AA		Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute
Methacrylic acid[CH₂=C(CH₃)COOH]	MAA		Tianjin Bodi Chemical Co. LTD
Methyl acrylate(CH₂=CHCOOCH₃)	MA	Ester	Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory
Butyl acrylate[CH₂=CHCOO(CH₂)₃CH₃]	BA		Tianjin Institute of Chemical Reagents
Methyl methacrylate [CH₂=C(CH₃)COOCH₃]	MMA		Tianjin Institute of Chemical Reagents
Formaldehyde(HCHO)	FH	Aldehyde	Beijing Chemical Reagent Co. LTD
Acetaldehyde(CH₃CHO)	AH		Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory
Acetone(CH₃COCH₃)	CP	Ketone	Beijing Chemical Works
Butanone(CH₃COCH₂CH₃)	MEK		Beijing Chemical Works
Ethyl alcohol(CH₃CH₂OH)	EA	Alcohol	Beijing Tongguang Fine Chemicals Co. LTD
Isopropyl alcohol[(CH₃)₂CHOH]	IPA		Beijing Chemical Works
n?Pentyl alcohol[CH₃(CH₂)₄OH]	NPEA		Beijing Chemical Works
Isoamyl alcohol[CH₃CH(CH₃)(CH₂)₂OH]	IPEA		Beijing Chemical Works

Name(formula)	Mark	Category	Manufacturer
Formic acid(HCOOH)	FAC	Acid	Beijing Chemical Works
Acetic acid(CH₃COOH)	HAC		Beijing Tongguang Fine Chemicals Co. LTD
Propionic acid(CH₃CH₂COOH)	PAC		Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute
Isobutyric acid[(CH₃)₂CHCOOH]	IAC		Sinopharm Group Chemical Reagent Co. LTD
Undecylenic acid[CH₂=CH(CH₂)₈COOH]	UAC		Beijing Jinlong Chemical Reagent Co. LTD
Acrylic acid(CH₂=CHCOOH)	AA		Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute
Methacrylic acid[CH₂=C(CH₃)COOH]	MAA		Tianjin Bodi Chemical Co. LTD
Methyl acrylate(CH₂=CHCOOCH₃)	MA	Ester	Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory
Butyl acrylate[CH₂=CHCOO(CH₂)₃CH₃]	BA		Tianjin Institute of Chemical Reagents
Methyl methacrylate [CH₂=C(CH₃)COOCH₃]	MMA		Tianjin Institute of Chemical Reagents
Formaldehyde(HCHO)	FH	Aldehyde	Beijing Chemical Reagent Co. LTD
Acetaldehyde(CH₃CHO)	AH		Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory
Acetone(CH₃COCH₃)	CP	Ketone	Beijing Chemical Works
Butanone(CH₃COCH₂CH₃)	MEK		Beijing Chemical Works
Ethyl alcohol(CH₃CH₂OH)	EA	Alcohol	Beijing Tongguang Fine Chemicals Co. LTD
Isopropyl alcohol[(CH₃)₂CHOH]	IPA		Beijing Chemical Works
n?Pentyl alcohol[CH₃(CH₂)₄OH]	NPEA		Beijing Chemical Works
Isoamyl alcohol[CH₃CH(CH₃)(CH₂)₂OH]	IPEA		Beijing Chemical Works

[1]	姜胜寒, 曹长林, 肖荔人, 杨唐, 钱庆荣, 陈庆华. 基于紫外屏蔽性能的云母/MnO₂/TiO₂复合半导体微米片的制备及在聚丙烯中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220071.
[2]	张诗昱, 何润合, 李永兵, 魏士俊, 张兴祥. 辐照交联制备低分子量聚丙烯腈纤维锂硫电池正极材料及其储硫机理[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210632.
[3]	周成思, 赵远进, 韩美晨, 杨霞, 刘晨光, 贺爱华. 硅烷类外给电子体对丙烯-丁烯序贯聚合的调控作用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220290.
[4]	曹美琦, 刘霞, 崔树勋. 不同液体环境下聚丙烯酰胺的单分子力学[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2982.
[5]	杜斌, 陈商涛, 张凤波, 石行波, 李荣波. 长链支化聚丙烯的非线性流变行为[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 2034.
[6]	韩一秀, 吴殿国, 李宏谱, 殷鸿尧, 梅拥军, 冯玉军, 钟祖勤. 低温非水环境中疏水缔合聚丙烯酸钠与两性离子表面活性剂的相互作用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 2056.
[7]	黄辉龙, 黄汉雄. 注压成型纳米结构PP/POE共混物表面的液滴低温冲击行为[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3195.
[8]	安越, 黄汉雄. 注压成型仿生纳米结构聚丙烯表面的冷凝微水滴动态行为[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(8): 1888.
[9]	马亚萍, 张宁, 郑伟平, 肖玮佳, 刘晨光, 贺爱华, 邵华锋. 等规聚丙烯/聚丁烯-1釜内合金的结构与性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(12): 2851.
[10]	邵伟, LEE Jiyoung, 李方园, 凌代舜. 有机小分子纳米粒子的光学诊疗应用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(11): 2356.
[11]	邵炉, 梁春超, 许胜, 米普科, 王婷兰, 义建军. 双核茂金属催化剂的合成、表征与应用[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(6): 1324.
[12]	冉诗雅, 沈海峰, 李晓楠, 王子路, 郭正虹, 方征平. 三氟甲烷磺酸稀土盐对聚丙烯热稳定性的影响及机理[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(6): 1333.
[13]	吴子杰,李鑫,李志伟,李迪,翟阅臣,周鼎,曲松楠. 碳纳米点@聚丙烯酸钠复合材料的制备及在发光二极管中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(12): 2427.
[14]	孙广东, 潘小鹏, 钟宇浩, 陈恩宇, 黄益, 邵建中. 蓝光引发丙烯酸水凝胶的聚合交联动力学[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(11): 2404.
[15]	李成, 王承健, 晋万军, 韩健利, 杨梅芳, 郜茜, 黄琳娟, 王仲孚. 银杏种子糖蛋白的SDS-PAGE分离及N-糖链的质谱分析[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(1): 69.