Виды полимеризации

1. В основу классификации полимеризации могут быть положены различные признаки:

- число типов молекул мономеров:

- гомополимеризация - полимеризация одинаковых мономеров;

- сополимеризация - полимеризация двух и более разных мономеров.

2. Природа активного центра и механизм процесса :

- радикальная полимеризация - активными центрами являются свободные радикалы;

- ионная полимеризация - активные центры ионы или поляризованные молекулы;

3. Фазовое состояние мономеров :

- газофазная полимеризация;

- жидкофазная полимеризация;

- твердофазная полимеризация.

4. Структура области , в которой сосредоточены активные центры:

- объемная полимеризация - полимеризация во всем объёме мономера;

- фронтальная полимеризация - полимеризация в узком распространяющемся фронте;

- эмульсионная полимеризация - полимеризация на поверхности высокодиспергированных частиц мономера в эмульсии.

5. Способ инициирования :

- фотополимеризация;

- термическая полимеризация;

- радиационная полимеризация и др.

6. Структурные особенности полученного полимера :

Стереорегулярная полимеризация - полимеризация с образованием полимеров с упорядоченной пространственной структурой;

7. Технологические особенности полимеризации:

Полимеризация при высоком давлении и др.

8. Химическая природа мономеров:

Полимеризация олефинов и др.

В основе химических превращений полимеров лежит замена одних функциональных групп на другие, что проходит без изменения степени полимеризации.

Исторические данные

Полимеризация была открыта ещё в середине XIX века, практически одновременно с выделением первых способных к полимеризации мономеров (стирола, изопрена, винилхлорида, метакриловой кислоты и др.). Однако суть полимеризации как цепного процесса образования истинных химических связей между молекулами мономера была понята лишь в 20-30-е гг. XX века благодаря работам Г. Штаудингера, С. В. Лебедева, Б. В. Бызова, К. Циглера. В 1922 химик Штаудингер доказал, что полимеры представляют собой соединения, состоящие из больших молекул, атомы которых связаны между собой ковалентными связями.

Синтетические полимеры. Искусственные полимерные материалы

Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шелк, хлопок и т.п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трехмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого создавались ранее.

Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях – путем переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путем получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы – целлулоид – был получен еще в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят пленки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной пленки из нитроцеллюлозы.

Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Л. Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу – товар конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трехмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т.п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение Катализаторов Циглера–Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтилена низкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны – наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны – элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.

Полиэтилен

Термопластичный полимер белого цвета. Полиэтилен - полимер этена (этилена).

В промышленности его получают полимеризацией этена при высоком давлении и низком или среднем давлении. Структура и свойства полиэтилена определяются способом его получения. Среднемассовая молекулярная масса наиболее распространённых марок 30-800 тыс.; степень кристалличности и плотность при 20 ?С составляют соответственно 50% и 0,918-0,930 г/см3 Для полиэтилена низкой плотности и 75-90% и 0,955-0,968 г/см3 для полиэтилена высокой плотности. С увеличением плотности возрастают твёрдость, модуль упругости при изгибе, предел текучести, химическая стойкость. Полиэтилен сочетает высокую прочность при растяжении (10-45 Мн/м2, или 100-450 кгс/см2) с эластичностью (относительное удлинение при разрыве 500-1000%). Он обладает хорошими электроизоляционными свойствами (например, тангенс угла диэлектрических потерь 2×10-4-4×10-4 при температурах от -120 до 120 ?C и частоте 10-50 кгц). Устойчив к действию щелочей любых концентраций, органических кислот, концентрированных соляной и плавиковой кислот; разрушается азотной кислотой, хлором и фтором; выше 80 C растворяется в алифатических и ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; сравнительно стоек к радиоактивным излучениям; безвреден; интервал рабочих температур от -80 ¸ -120 до 60 ¸ 100 C.

Полиэтилен - один из самых дешёвых полимеров, сочетающий ценные свойства со способностью перерабатываться всеми известными для термопластов высокопроизводительными методами. Поэтому в мировом производстве полимеризационных пластиков полиэтилен занимает первое место.

Из полиэтилен изготовляют плёнки, трубы (в т. ч. для сточных вод и агрессивных жидкостей, магистральные газопроводы), профилированные предмета торговли, изоляцию для проводов и кабеля, ёмкости (бутыли, канистры, цистерны), гальванические ванны, санитарно-технические предмета торговли, волокна и др., широко применяемые в различных отраслях техники, сельском хозяйстве и в быту. Наибольшее распространение получил полиэтилен низкой плотности. Большое техническое значение имеют также продукты хлорирования и хлорсульфирования полиэтилен.

Полистирол

Полистирол - товар полимеризации стирола (винилбензола) относится к полимерам класса термопластов.

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/M3), термическую стойкость (до 105 °С), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8%. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40°C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей). Для улучшения свойств полистирола его модифицируют путём смешения с различными полимерами - подвергают сшиванию, таким образом получая сополимеры стирола.

Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок. Наиболее широкое применение (более 60% производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и дивинил-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения:

Эмульсионный (ПСЭ). Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95°C. Для этого метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют водным раствором касторового масла и тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95С. Мономер, растворённый в мицелах мыла, начинает полимеризовываться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20% полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5%. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол получаемый по данному методу имеет аббревиатуру - ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.

Суспензионный (ПСС). Суспензионный метод полимеризации производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Стирол подготавливают, суспендируя его в химически чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроокиси магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130°С) под давлением. Результатом является - получение суспензии из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола. Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола.

Блочный или получаемый в массе (ПСМ). Различают две схемы производства: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризацией в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят по-стадийно в среде бензола - сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100-220 °С. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90% массы (при методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60%). Не прореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумом и понижают содержания остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05%, не прореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильность параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид - (ПВХ, полихлорвинил, вестолит, хосталит, виннол, корвик, сикрон, джеон, ниппеон, сумилит, луковил, хелвик, норвик и др.) пластмасса белого цвета, термопластичный полимер винилхлорида. Отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. Не горит на воздухе, но обладает малой морозостойкостью (–15°С). Нагревостойкость: +65°С.

Молекулярная масса 10–150 тыс.; плотность - 1,35–1,43 г/см³. Температура стеклования 75–80 °С (для теплостойких марок до 105 °С), температура плавления - 150–220 °С. Трудногорюч. При температурах выше 110–120 °С склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl.

Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане, ограниченно - в бензоле, ацетоне. Не растворяется в воде, спиртах, углеводородах; стоек в растворах щелочей, кислот, солей.

Предел прочности при растяжении - 40–50 МПа, при изгибе - 80–120 МПа. Удельное электрическое сопротивление - 1012 - 1013 Ом·м.

Устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, бензина, керосина, жиров, спиртов, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Тангенс угла потерь порядка 0,01–0,05.

Получается суспензионной или эмульсионной полимеризацией винилхлорида, а также полимеризацией в массе.

Применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида, оконных профилей, линолеума, обувных пластикатов, мебельной кромки и т.д.

Основной проблемой, связанной с использованием ПВХ, является сложность его утилизации - при сжигании образуются высокотоксичные хлорорганические соединения.

По истечении 10-ти лет использования включается обратная реакция, то есть материал самостоятельно начинает выделять хлорорганические соединения в окружающую среду. Современные технологии создают способы блокирования этого свойства ПВХ, но они пока малоэффективны.

Пластмассы

Пластма́ссы (пласти́ческие ма́ссы, пла́стики) - органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании предметов торговли пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, черного золота или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этен-полиэтилен).

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Мебельные пластмассы. Пластик, который используют для производства мебели, получают путем пропитки бумаги термореактивными смолами. Производство бумаги является наиболее энерго- и капиталлоемким этапом во всем процессе производства пластика. Используется 2 типа бумаг: основой пластика является крафт-бумага (плотная и небеленая) и декоративная (для придания пластику рисунка). Смолы подразделяются на фенолформальдегидные, которые используются для пропитки крафт-бумаги, и меламиноформальдегидные, которые используются для пропитки декоративной бумаги. Меламиноформальдегидные смолы производят из карбамида, поэтому они стоят дороже.

Мебельный пластик состоит из нескольких слоев. Защитный слой - оверлей - практический прозрачный. Изготавливается из бумаги высокого качества, пропитывается меламиноформальдегидной смолой. Следующий слой - декоративный. Затем несколько слоев крафт-бумаги, которая является основой пластика. И последний слой - компенсирующий (крафт-бумага, пропитанная меламиноформальдегидными смолами). Этот слой присутствует только у американского мебельного пластика.

Готовый мебельный пластик представляет из себя прочные тонированные листы толщиной 1-3 мм. По свойствам он близок к гетинаксу. В частности, он не плавится от прикосновения жалом паяльника, и, строго говоря, не является пластической массой, так как не может быть отлит в горячем состоянии, хотя и поддается изменению формы листа при нагреве. Мебельный пластик широко использовался в XX веке для отделки салонов вагонов метро.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85-1,8 г/см³), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Термопласты (термопластичные пластмассы) при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50-250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу - температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 × 15 × 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 × 15 мм, равное 50 кгс/см², разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика - температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) - температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т.п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

Система маркировки пластика:

Для оказания помощи утилизации одноразовых предметов, в 1988 году союзом Пластмассовой Промышленности была разработана систему маркировки для всех видов пластика и идентификационные коды. Маркировка пластика состоит из 3-х стрелок в форме треугольника внутри которых находится цифра, обозначающая тип пластика:

PET или PETE - Полиэтилентерефталат. Обычно используется для бутылок минеральной воды, безалкогольных напитков и фруктовых соков, упаковка, блистеры, обивка. Такие пластики являются потенциально опасными для пищевого использования.

PEHD или HDPE - Полиэтилен высокой плотности. Некоторые бутылки, фляги, а также в более общем плане полу-жесткая упаковка. Считаются безопасными для пищевого использования.

ПВХ или PVC - Поливинилхлорид. Используется для труб, трубок, садовой мебели, в напольных покрытиях, для оконных профилей, жалюзи, бутылок моющих средств и клеенки. Материал является потенциально опасными для пищевого использования, поскольку может содержать диоксины, бисфенол А, ртуть, кадмий.

LDPE и PEBD - полиэтилен низкой плотности. Брезенты, мусорные мешки, пакеты, пленки и гибкие ёмкости. Считается безопасным для пищевого использования.

PP - Полипропилен. Используется в автопрома (оборудование, бамперы), при изготовлении игрушек, а также в пищевой промышленности, в основном при изготовлении упаковок. Считается безопасным для пищевого использования.

PS - Полистирол. Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, коробок CD и прочих упаковок (пищевой плёнки и пеноматериалов), игрушек, посуды, ручек и так далее. Материал является потенциально опасным, особенно в случае горения, поскольку содержит стирол.

OTHER или О - Прочие. К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы. Например сюда относится пластмасса, основанная на поликарбонате. Такие пластмассы являются потенциально токсичными, особенно те, в которых используется поликарбонат, и, основанные на бисфеноле А.

Полимеры представляют собой обширный класс высокомолекулярных соединений, имеющих как органическое, так и искусственное происхождение. Отличительной чертой полимеров является значительная молекулярная масса и особая структура, объединяющая множество повторяющихся элементов путем особой химической связи. Таким образом, полимерный материал состоит из цепочек мономерных звеньев, при этом, структура связей может быть как линейной, так и пространственной. По типу основы (мономера) полимерные материалы классифицируют на органические (на основе атомов углерода) и неорганические (не содержащие углеродных элементов в основной структуре). Неорганические полимеры в природе, чаще всего, представлены в виде минералов (кварц) и не обладают эластичностью — одним из основных свойств органических полимеров, являющихся главным строительным материалом всего живого мира. Говоря о полимерах, практически всегда, подразумевают, именно, органические соединения, поскольку все уникальные свойства данного материала (упругость, легкость переработки, малый вес и эластичность) характерны только для них.

структура органического полимера структура неорганического полимера

Возникновение и развитие рынка промышленных полимеров

Особые свойства, определившие невероятно широкое распространение органических полимеров в животном и растительном биологических царствах, не могли остаться незамеченными человеком. На протяжении веков, многие пытались получить подобные материалы искусственным путем. Но, совершить подобное открытие стало возможным лишь с развитием новой науки — химии. Первые, созданные человеком, полимеры были получены на основе натуральных компонентов (целлюлоза, латекс), и получили название искусственных. Резина, полученная в середине 19 века методом вулканизации природного каучука (латекса), содержащегося в соке деревьев рода гевеи, стала самым ранним представителем искусственных полимеров.

Вторым этапом, стало использование в качестве сырья модифицированных натуральных компонентов. Так, в конце 19 века, был открыт и запатентован целлулоид, произведенный на основе нитроцеллюлозы и камфоры. В начале 20 века, с развитием автомобильной и военной промышленности спрос на новые материалы, обладающие легкостью, эластичностью и высокой прочностью, существенно вырос. Рынок природного каучука расширялся и не мог обеспечить столь значительные промышленные потребности. Эффективным решением становятся синтетические полимеры, получаемые полностью из искусственного сырья. Полученная в начале 20 века, на основе фенола и формальдегида, бекелитовая смола, становится первым синтетическим полимером. Обладая всеми конструкционными характеристиками искусственных полимеров, синтетические материалы имеют перед ними значительное преимущество — низкую себестоимость, что делает их производство крайне выгодным в экономическом плане. Назревающая угроза Второй мировой войны спровоцировала новый виток развития полимерной промышленности. Изобретение, столь популярных в наше время синтетических полимеров — полиметилметакрилата (оргстекла), поливинилхлорида и полистирола, относится, именно, к этому историческому периоду.

В послевоенное время развитие рынка полимеров продолжилось с новой силой, поскольку для восстановления колоссальных разрушений требовались недорогие, быстропроизводимые и легкотранспортируемые материалы. Создаются важные для промышленности синтетические полимеры: полиэтилен, полипропилен, полиамиды, поликарбонаты, полиакрилы, полиэфиры и полиуретаны. Постепенно, синтетические полимеры вытесняют дорогие натуральные и сложные в получении искусственные аналоги и, в итоге — практически полностью завоевывают рынок. В наше время, изделия на основе синтетических полимеров востребованы как никогда ранее. Они используются практически во всех отраслях народного хозяйства РФ. Современные исследования сделали возможным освоение производства новейших типов и модификаций синтетических полимеров (кремнийорганические и металлорганические полимеры, фторопласты), а также — множества композиционных материалов на полимерной основе.

Уникальные свойства синтетических полимеров

Себестоимость синтетических полимеров крайне низка, поскольку сырье для их производства, чаще всего, является побочным продуктом перегонки нефти. Способность полимеров при нагревании переходить в высокоэластичное (иногда — вязкотекучее) состояние позволяет материалу принимать любую форму и равномерно окрашиваться. А относительно малый вес готовых изделий позволяет существенно удешевить их транспортировку, монтаж и эксплуатацию. Новейшие технологии переработки позволяют производить качественные полимерные имитации практически всех натуральных фактур (древесина, камень, холст, минеральные штукатурки и т.д.), а также – создавать новые современные, с оригинальной графикой и орнаментом.

Экологичность промышленных полимеров

Промышленные полимеры, как, впрочем, и любые материалы, не лишены недостатков, и эти недостатки, к сожалению, касаются одного из основных свойств любого строительно-отделочного материала – экологичности. Характерным свойством синтетических полимеров являются их исключительные возможности в части модификации. Путем ввода в материал определенного набора целевых добавок (красителей, стабилизаторов, отвердителей, пластификаторов, антипиренов, антистатиков, антифрикционных и упрочняющих компонентов и т.д.)., можно точно варьировать такие свойства готового изделия, как: вес, прочность, эластичность, теплопроводность, электризуемость и т.д. Именно это, столь ценное в технологическом ракурсе, свойство, является одним из основных факторов токсичности синтетических полимеров, поскольку многие подобные добавки являются веществами повышенной опасности, и, даже, экологически безвредный полимер может содержать значительную долю дополнительных веществ, представляющих угрозу для здоровья человека. В полимер могут вводиться, также, и вполне экологичные добавки, произведенные на основе натуральных компонентов, однако — доля их незначительна, в сравнении с веществами, полученными искусственным путем, к тому же — полимерный материал, содержащий натуральный элемент, чаще всего, также, содержит и значительное количество далеко не экологичных синтетических веществ. Стоит заметить, что, практически, любая синтетическая добавка, по прошествии определенного количества времени, либо же — сразу, начинает испаряться из полимерного изделия в окружающую среду, поэтому, чем более агрессивные компоненты применялись при производстве полимера – тем он более опасен для человека. Ситуация усугубляется тем, что многие отечественные производители, ввиду отсутствия экологического надзора, умышленно, либо, халатно, допускают серьезные технологические нарушения в процессе производства изделий, а также — недостоверно отражают их полный химический состав на упаковке.

В противовес данному суждению существует официально утвержденная во многих странах система допустимых концентраций опасных веществ в изделиях широкого потребления, согласно которой определенные количества токсичных добавок в готовом продукте можно признать безопасными. Однако, практика применения как самих синтетических полимеров, так и целевых добавок, не столь продолжительна, чтобы предоставить в достаточной мере достоверную информацию об их опасности для человека, либо об отсутствии таковой. Вполне очевидно, что относительно новые для организма человека химические компоненты, синтезированные за период, продолжительностью менее ста лет, могут влиять на него только, в той или иной степени, отрицательно. О степени же такого влияния остается судить нам самим, поскольку, учитывая индивидуальные различия организмов людей, а также — малый срок лабораторных наблюдений (если таковой существует), вывод о безопасности синтетических полимеров будет, по-меньшей мере, наивным.

Кроме того, нельзя забывать и о, не менее значительных, глобальных экологических последствиях использования синтетических полимеров — загрязнении окружающей среды. Промышленные полимеры практически не разлагаются, а их сжигание приводит к выбросу в атмосферу высокотоксичных канцерогенов (диоксины, хлор, фосген, винилхлорид). Таким образом, естественная утилизация материалов становится невозможной. При этом, стоит отметить и довольно низкую долговечность большинства бытовых изделий, произведенных из полимеров, что, в конце концов, приводит к повышенному объему мусора, нуждающегося в утилизации. Данный фактор компенсирует еще одно характерное свойство полимеров, часто приводимое производителями в качестве неоспоримого аргумента в пользу их применения – способность к многократной переработке. То есть, изделие, изготовленное из полимерного материала, может проходить несколько циклов перерождения, что должно представляться как большое преимущество. Однако, с другой стороны — более качественное и долговечное изделие из натурального материала, Вам не придется приобретать и выбрасывать так часто. Массовая пропаганда недорогих синтетических изделий усугубляет ситуацию, заставляя нас приобретать откровенно ненужные вещи. При этом, отечественная практика переработки полимеров развита крайне плохо и не способна качественно и безопасно утилизировать огромные количества полимерных отходов. Само понятие экологичности синтетических полимеров довольно долгое время являлась наименее интересной темой для исследований, часто, уступая место более коммерциализированным аспектам их применения. Только в относительно недавнее время, и, к сожалению, пока что, лишь за рубежом — производители всерьез заинтересовались аспектами утилизации полимерных изделий. Были разработаны и внедрены в производство, так называемые, биоразлагаемые модификации полимеров, оказывающие минимальное загрязняющее воздействие на окружающую среду. Однако, их доля в общем количестве материалов, пока еще, остается незначительной.

Классификация синтетических полимеров и изделий на их основе

Типы материалов на полимерной основе

Синтетические полимеры служат основой для производства строительных и отделочных материалов различного типа. Изделия, имеющие в своем составе синтезированные полимерные компоненты можно условно разделить на несколько типов:

1. Жи дкие (текучие) материалы — лаки, краски, герметики, грунтовочные, клеевые и защитные составы. Материалы в жидкой фазе, в которых полимер используется в качестве пленкообразующего, либо — растворителя;

2. Тв ердые материалы — материалы с определенной формой — жесткие (пластики), либо эластичные (резины). В свою очередь, делятся на:

• Однородные . Материалы, состоящие из полимера одного типа. Изделия из однородных полимеров имеют низкую стоимость, они просты в изготовлении и, чаще всего, применяются в хозяйственно-бытовой сфере (тара, мелкие аксессуары и упаковка);
• Композиционные . Прочные и долговечные композиционные материалы обладают широчайшими возможностями как в конструкционном, так и в эстетическом отношениях. Современные полимерные композиты занимают лидирующие позиции в сферах строительства и отделки. Их применяют для изготовления деталей и корпусов техники, конструкционно-отделочных материалов, мебели и интерьерных аксессуаров. В композитах полимер выступает в качестве связующего (полимерной матрицы), наполнителем (армирующим компонентом) может служить как натуральный, так и синтетический материал (полимер другого типа). Использование наполнителей обеспечивает дополнительную прочность, жесткость и упругость готового изделия, либо удешевляет его себестоимость. По типу наполнителя, полимерные композиты классифицируются на:

Стеклопластики – полимерные материалы, при изготовлении которых в качестве наполнителя используется стекловолокно. Высокопрочные, устойчивые к внешним воздействиям долговечные стеклопластики широко применяются в строительстве в качестве армирующего компонента. Их часто используют для изготовления конструкционно-отделочных материалов (опор, облицовочных панелей, рамных конструкций), а также элементов мебели и корпусов бытовой техники;

Углепластики – композиционные материалы, армированные углеродными волокнами. Прочность и упругость углепластиков не уступает характеристикам конструкционных сплавов, при этом, полимерный композит существенно легче металла. Однако, ввиду высокой технологичности производства — изделия на основе углепластиков имеют достаточно высокую стоимость. Материал, чаще всего, применяется в качестве армирующего компонента при выполнении строительных и восстановительных работ. Из углепластиков производят детали и корпуса бытовых приборов, а также — конструкционно-отделочные элементы повышенной ответственности (декоративные опоры и объемные инсталляции).

Боропластики – композиты, изготавливаемые путем армирования полимерной матрицы волокнами бора (нитями, жгутами или лентами). Из-за высокой стоимости сырья, боропластики являются весьма дорогостоящим материалом и применяются в ответственном строительстве и машиностроении.

Текстолиты – пластики, армированные тканевым материалом, произведенным из натурального или синтетического волокна (шифон, бязь, миткаль, бельтинг, асбестовая ткань, стеклоткань). В качестве строительно-отделочного материала наиболее часто применяются материалы на основе стеклоткани — стеклотекстолиты (стеновые панели, элементы кровли).

Древесно-полимерные композиты – производятся с использованием в качестве наполнителя древесного материала различного типа: шпона (фанера, древесно-слоистые пластики), массива (столярные щиты, брус), волокон, муки, щепы (ДСП, МДФ). Обладая достаточной прочностью и низкой себестоимостью, древесно-полимерные композиты имеют широчайшую сферу использования. Их применяют для производства конструктивов (опор и облицовок), мебели, отделочных материалов (ламината, паркетной доски, декоративных панелей и плиток), интерьерных элементов (окна, двери, столешницы, подоконники, ступени и перила), а также предметов быта и аксессуаров (посуда, вазы, скульптуры и инсталляции).

Бумажно-слоистые пластики – композиты, армированные плотной крафт бумагой. Чаще всего, применяются для производства верхнего (декоративного) слоя отделочных элементов (дверей, окон, столешниц, лестниц), мебели и бытовых аксессуаров.

Порошковые композиты – полимерные материалы, в составе которых присутствуют наполнители в виде порошков органического, реже — искусственного происхождения. Подобные наполнители, очень часто, применяются для существенного снижения себестоимости готового изделия, а также, в некоторых случаях, играют роль красителя. Эффективными порошковыми добавками являются: древесная и кварцевая мука, тальк, карбонат кальция, сажа, каолин, асбест, целлюлоза, скорлупа ореха, пищевые отходы (жмых и шелуха), крахмал. Порошковые композиты применяются для производства корпусов и деталей бытовой техники, предметов быта (хозяйственные изделия, посуда), а также — интерьерных аксессуаров.

3. Газонаполненные материалы — также известные как пенопласты. Легкие пористые изделия, состоящие из полимерной основы и газообразного наполнителя. Применяются, чаще всего, в качестве утеплителя, а также для производства упаковочной продукции.

Классификация полимеров

В процессе производства твердых полимерных материалов используется их способность переходить в высокопластичное и вязкотекучее состояния при нагреве до определенных температур, а также — способность к многократной переработке. Однако, при нагреве, полимеры проявляют различные свойства, и, именно, температурные эффекты лежат в основе принципиального разделения полимеров на два типа:

1. Термопластичные полимеры (термопласты) – полимеры, способные к многократному переходу в высокопластичное состояние. Таким образом, при повторном нагревании готового изделия, материал вновь размягчается, а затем, остывая, затвердевает в новой форме. Термопласты отличаются мягкостью и гибкостью, они универсальны в использовании. Многие термопластичные полимеры относительно хорошо перерабатываются в России и наносят гораздо меньший ущерб окружающей среде. Отсутствие у термопластов склонности к сшиванию (образованию устойчивых сетчатых молекулярных связей) позволяет использовать для их переработки любой из трех основных технологических методов — формование, литье и экструзию;
2. Термореактивные полимеры (реактопласты) – полимеры, которые могут быть переработаны в изделие лишь однократно. При повторном нагревании материала происходит деструкция (разрушение) его молекулярной структуры, часто сопровождаемая выделением токсичных веществ. Имея малый вес, реактопласты обладают высокой прочностью, упругостью и термостойкостью, что позволяет весьма эффективно использовать их для производства конструкционных и конструкционно-отделочных материалов. Сшитая структура реактопластов позволяет производить из них не только высокопрочные изделия, но и материалы с повышенной гибкостью и способностью к восстановлению первоначальной формы (резины). В то же время – сетчатая структура полимеров не позволяет использовать в производственном цикле высокие температуры, вследствие чего, большая часть термореактивных пластиков перерабатывается в готовые изделия методом компрессионного формования, либо — литья с подпрессовкой. Экологичная утилизация термореактивных полимеров крайне затруднительна, и на территории России их практически не перерабатывают.

Термопластичные полимеры

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) (ПВД)

Используется для производства порошковых композитов (изоляционные покрытия), а также для изготовления гидроизоляционных пленок, вспененных термоизоляционных материалов, покрытий (линолеум), а также канализационных труб.

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности) (ПНД)

Более жесткий тип полиэтилена. В качестве связующего, применяется для производства наиболее экологичных конструкционных композитов. Является основой для изготовления напорных труб водоснабжения (металлопластиковые трубы), корпусов техники и бытовых принадлежностей.

Чистый полиэтилен, при соблюдении технологических норм производства и правильных условий эксплуатации не токсичен, однако – некоторые типы целевых добавок (сложные эфиры), способны значительно повысить опасность его применения, особенно в условиях воздействия прямых солнечных лучей и высоких температур, некоторые изделия при нагреве выделяют токсичный формальдегид. Изделия на основе полиэтилена успешно перерабатываются, в том числе — на территории РФ.

Полипропилен (ПП)

Используется для изготовления полимерных труб, декоративных молдингов, ковролина и интерьерных аксессуаров, а также – в качестве связующего при производстве композитов. Является безопасным для здоровья человека полимером. По аналогии с полиэтиленом, экологичность готовых изделий в значительной степени зависит от технологии производства и химического состава. Некоторые типы материала могут стать источником опасного для здоровья формальдегида. Изделия из полипропилена эффективно перерабатываются в России.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Служит основой для изготовления множества изделий. В своей универсальности, ПВХ не имеет равных — его используют для производства одежды, обуви, технических деталей, конструкционно-отделочных материалов (кабельная изоляция, линолеум, натяжные пленочные потолки, оконные и дверные профили, искусственная кожа, виниловые обои, декоративные самоклеящиеся пленки, отделочные панели, молдинги, ступени и перила, элементы мебели и т.д.). К сожалению, ПВХ является довольно неэкологичным полимером. Основную угрозу представляют диоксины и фосген, выделяющиеся при сжигании изделий на основе поливинилхлорида. Кроме того, изделия из ПВХ могут стать источником выделения токсичного винилхлорида, а также, ряда опасных веществ применяемых в качестве добавок — фталатов, бисфенола А (БФА), соединений ртути, кадмия и свинца. Изделия из ПВХ успешно перерабатываются за рубежом.

Полистирол (ПС)

Используется в качестве связующего при производстве стеклопластиков, углепластиков и порошковых композитов. В отделке интерьера применяются потолочные плитки и профили из полистирола. Изделия могут выделять ядовитые пары стирола. Особенно опасным материал становится в процессе горения. Изделия на основе полистирола перерабатываются на территории РФ.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ)

Чаще всего, применяется для производства пищевой тары, а также — деталей бытовых приборов. Может оказывать токсическое воздействие при нарушении технологии производства, вследствие избыточного содержания фталатов. Повторное использование полиэтилентерефталата в пищевой индустрии запрещено, из-за значительного возрастания токсичности вторичного сырья. Полиэтилентерефталат успешно перерабатывается на территории РФ.

Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)

Ударопрочные и легкие АБС пластики применяются для производства корпусов бытовых приборов, мебели и санитарной техники. Изделия могут выделять пары стирола. Особо токсичные свойства материал приобретает при нагревании. АБС склонен к деструкции при длительном воздействии прямых солнечных лучей, из-за чего применение материала вне помещений ограничено.

Полиакрилаты

Полимеры на основе акриловой кислоты широко применяются для производства наиболее экологичных синтетических отделочных покрытий (акриловых красок, шпаклевок, лаков и фактур), а также — относительно безопасных герметиков. Полиметилметакрилат используется для производства прозрачных конструкционно-отделочных материалов (оргстекло или плексиглас), а также — сантехнических приборов (акриловые раковины, мойки и ванны). Изделия на основе акрилатов могут приобретать токсичные свойства, вследствие избыточного содержания целевых добавок (фталатов).

Полиамиды

Применяется для изготовления лаков, клеев, синтетического волокна, а также — в качестве связующего при производстве конструкционно-отделочных композитов — стеклопластиков и углепластиков. В интерьере, широко применяются напольные покрытия изготовленные из полиамидного волокна (ковролин). Также, прочные полиамиды используют для производства корпусов и деталей бытовой техники. При соблюдении технологических норм — полиамиды экологически безопасны. Экологичность изделий определяется наличием в составе избыточной концентрации токсичных целевых добавок.

Полиэстер

Служит основой для производства искусственной шерсти, используемой для изготовления покрытий (ковролин) и изоляционных материалов. Мажет вызывать раздражение слизистых оболочек и аллергические реакции.

Поликарбонат

Используется для производства прозрачных конструкционно-отделочных материалов (сотовый поликарбонат). Может представлять опасность для здоровья, вследствие содержания в готовых изделиях токсичного БФА.

Кремнийорганические полимеры (силиконы)

Служат основой для производства смазочных, защитных и герметизирующих веществ. Изделия низкого качества могут выделять вещества, вызывающие аллергические реакции.

Термореактивные полимеры

Фенолформальдегидные смолы

Служат основой для производства практически всех типов полимерных композиционных материалов (древесно-полимерные композиты, стеклопластики, углепластики и порошковые композиты), а также — лаков, красок, герметизирующих и клеевых составов. Пластики, изготовленные на основе фенолформальдегидных смол называют фенопластами. Различные типы фенопластов используют для производства корпусов электрооборудования (розеток, вилок, выключателей и т.д.), деталей бытовой техники, интерьерных аксессуаров, кухонных принадлежностей (ручек и держателей). Изделия на основе фенолформальдегидных смол могут представлять серьезную опасность, вследствие выделения токсичных компонентов (фенола, формальдегида).

Амино-альдегидные смолы

Используются для производства пластиков (аминопластов), а также — эмалей, клеевых составов и лаков. Материалы на основе амино-альдегидных смол широко применяются в качестве строительных и отделочных материалов (слоистые пластики, вспененные пластики, искусственный камень, детали электрооборудования, мебели и бытовых приборов, декоративные отделочные элементы и аксессуары. Могут проявлять токсичность, из-за выделения паров формальдегида.

Эпоксидные смолы

На основе эпоксидных смол производят прочнейшие клеи, лаки, ламинирующие покрытия, затирки для швов, а также, полимерные композиты (слоистые пластики, стеклопластики, стеклотекстолиты, боропластики и углепластики). Эпоксидные соединения могут вызывать аллергические реакции со стороны кожных покровов и органов дыхания.

Полиэфирные смолы

В качестве связующего, применяются для производства стеклопластиков, стеклотекстолитов и углепластиков. На основе полиэфирных смол изготавливают лакокрасочные материалы отделочные панели, искусственный камень (столешницы, подоконники) и санитарную технику (раковины, мойки). Токсичность материалов обусловлена выделением паров стирола, толуола, метилметакрилата.

Полиуретаны

Применяются для производства лаков, клеевых составов,герметизирующих и изоляционных материалов. Широкое распространение в сферах строительства и отделки получил вспененный полиуретан (монтажная пена). Легкий полиуретан, также, применяется для производства декоративных интерьерных элементов (молдинги, цоколи, плинтусы), особой популярностью пользуются изделия, имитирующие массивные античные декоры (колонны, арки, капители, фризы и т.д.). После окончательного затвердевания считается не токсичным, однако, при нарушении технологии производства, может оказывать значительное раздражающее воздействие на кожу и органы дыхания.

Нитроцеллюлоза

Используется для производства лакокрасочных материалов — нитроэмалей и нитролаков, обладающих высокими эстетическими качествами и низкой стоимостью, но, при этом, крайне токсичных, вследствие присутствия в составе растворителей (ацетон, бутилацетат, амилацетат). По причине высокой токсичности, в некоторых странах нитролаки и нитроэмали запрещены к применению.

Полиакрилонитрил

Является основой для производства уплотнителей (резин), а также искусственного (нитронового) волокна, которое широко применяется для изготовления ковровых покрытий и изоляционных материалов. Поскольку акрилонитрил является высокотоксичным веществом — изделия на основе нитронового волокна могут вызывать раздражение слизистых оболочек и аллергические реакции.

Синтетические каучуки

Используются в качестве сырья для получения резин путем вулканизации. Резиновые изделия имеют широкое применение практически во всех сферах народного хозяйства. На их основе производят клевые и герметизирующие составы, изоляционные материалы, защитные покрытия, а также детали отделочного инструмента и бытовой техники. Токсичность промышленных резин обусловлена содержанием в них опасных для здоровья человека целевых добавок, наиболее агрессивными среди которых являются соединения серы и производные фталевой кислоты.

Промышленные полимеры — безусловная реальность

Несмотря на столь противоречивые аспекты интерьерного применения синтетических полимеров, довольно сложно представить себе современный интерьер совершенно без их участия. Даже если Вы сможете полностью избавиться от присутствия синтетических компонентов в элементах интерьерной отделки, бытовых принадлежностях и аксессуарах — то вряд ли Вам удастся найти качественную и функциональную технику, не имеющую деталей и элементов, произведенных на основе синтезированных материалов. Таким образом, использование промышленных полимеров в нашем жилом пространстве — это реальность, оспаривать которую невозможно, но тем не менее очень многое зависит от того — насколько грамотно подойти к выбору изделий для оформления своего интерьера. Сегодня, в зарубежной практике, сформировалась устойчивая тенденция к повышению как общего качества, так и экологичности химического состава и технологического процесса производства и утилизации промышленных полимеров. Важнейшей предпосылкой к этому явилось нежелание потребителей приобретать товары непродолжительного срока службы, которые к тому же крайне небезопасны для использования. Именно это в конечном счете привело к созданию экологических организаций и эколейблов, осуществляющих контроль и сертификацию производства промышленных полимеров. К сожалению, в России, ввиду пока еще малой заинтересованности потребителей в экологичности своего жилища — подход к данным проблемам по-прежнему остается чисто коммерческим. Обращая внимание на качество и долговечность изделия, его химический состав, технологию производства и методы утилизации, каждый из нас помогает изменить сложившуюся ситуацию в лучшую сторону.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Природные и синтетические полимеры

Полимеры (греч. рплэ- - много; мЭспт - часть) - неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых "мономерными звеньями", соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер - это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются. Как правило, полимеры - вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Вальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей - реактопласты. К линейным полимерам относится, например, целлюлоза, к разветвленным, например, амилопектин, есть полимеры со сложными пространственными трёхмерными структурами.

В строении полимера можно выделить мономерное звено - повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, например поливинилхлорид (--СН 2--CHCl--)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли- : поли этилен, поли пропилен, поли винилацетат и т. п.

Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Полимеры либо встречаются в природе, например целлюлоза, крахмал, каучук, белки, либо изготовляются синтетически, например полихлорвинил, полистирол, полиамиды и многие другие.

Особые механические свойства:

§ эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);

§ малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);

§ способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров:

§ высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;

§ растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

§ способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

Природные полимеры

К природным полимерам, применяемым в полиграфии, относятся: полисахариды (целлюлоза крахмал, камеди), 6елки, глютин, казеин, альбумин), полидиены (каучук).

Как осуществляется образование полимеров в природе, люди точно еще не знают, но хорошо изучили строение и свойства природных полимеров, научились выделять их из природных продуктов в очень чистом виде и даже синтезировать некоторые из них в промышленных масштабах.

Целлюлоза

Целлюлоза, или клетчатка (от латинского слова "целлула" - клетка), широко распространена в природе. Целлюлоза - это прочное волокнистое вещество органического происхождения, из которого состоит опорная ткань всех растений (растительных клеток).

Физические свойства целлюлозы

Целлюлозные волокна отличаются белизной, гибкостью, прочностью, упруго-эластичностью, т.е. способностью обратимо деформироваться без разрушения даже при больших механических напряжениях, нерастворимостью в воде и органических растворителях, неплавкостью.

Целлюлоза выдерживает нагрев до 150° без разрушения; при более высокой температуре наблюдается деполимеризация целлюлозы и связанная с этим потеря прочности, а при 270° и выше начинается термическое разложение с выделением продуктов распада: уксусной кислоты, метилового спирта, кетонов, в остатке - деготь и уголь.

Строение целлюлозного волокна.

Каждое растительное волокно, например хлопковое, льняное, древесное и др. это одна клетка, оболочка которой состоит в основном из целлюлозы. Внутри волокна имеется канал - капилляр, доступный для проникновения воздуха и влаги. Технические волокна целлюлозы имеют длину в среднем 2,5--3 мм (ель, сосна, береза, тополь) и 20--25 мм (лен, хлопок, пенька) при диаметре 25 мкм.

Целлюлозного растительного волокна имеет фибриллярное строение. Фибриллы - это нитевидные, элементарные рол окна - пачки молекул целлюлозы, прочно соединенных между собой водородными связями, длиной 50--мкм и диаметром 0,1--0,4 мкм. Вероятнее всего, что целлюлоза образует упорядоченную систему нитей - фибрилл, расположенных более плотно вокруг внутреннего канала (капилляра) волокна и более свободно в наружных его слоях. В промежутках между фибриллами находятся мицеллюлозы и лигнин, причем содержание их увеличивается от внутренних слоев клеточной стоики к наружным. Межклеточные пространства целлюлозы заполнены преимущественно лигнином.

Главный источник получения целлюлозы - древесина. Древесиной называется внутренняя часть деревьев, лежащая под корой и составляющая основную растительную ткань, из которой образуется ствол дерева.

Живая клетка растущего дерева имеет оболочку (стенки) из целлюлозы, внутреннюю полость, заполненную протоплазмой, и ядро. Живая клетка способна долиться и образовывать из года в год в растущем дереве новые образования древесины в слое камбия, под корой.

Живые клетки с течением времени подвергаются одеревенению, приводящему в конечном счете к их полному омертвлению, или одревеснению. Одревеснение клетки происходит главным образом в результате появления в ней лигнина. Древесина на 90--95% состоит, из таких отмерших клеток - волокон, лишенных протоплазмы и ядра, но способных к делению, с внутренней полостью, заполненной воздухом и водой. полимер кристаллический химический волокно

Химические строение и свойства целлюлозы. Целлюлоза - это природный полимер полисахарид, принадлежащий к классу углеводов. Гигантская молекула (макромолекула) целлюлозы построена из многократно повторяющихся структурных звеньев - остатков в-глюкозы (О 6Н 10О 5)п. Число п, или коэффициент полимеризации, показывает, сколько раз структурное звено--остаток в -глюкозы - повторяется в макромолекуле целлюлозы, а следовательно, характеризует длину молекулярной цепи (длину молекулы) и предопределяет ее молекулярный вес.

Коэффициент полимеризаций у целлюлозы различного происхождения различен. Так, у древесной целлюлозы он равен 3000, у хлопковой - 12 000, у льняной 36 000 (приблизительно). Этим и объясняется большой прочность хлопкового и льняного волокон по сравнении с волокнами древесной целлюлозы.

Щелочная целлюлоза получается действием на целлюлозу раствора едкого натра. При этом атомы водорода спиртовых гидроксилов частично или полностью заменяются атомами натрия. Щелочная целлюлоза, не теряя своего волокнистого строения, отличается повышенной химической активностью, что и используется при получении простых эфиров целлюлозы, например карбоксиметилцеллюлозы.

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - это простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты. Промышленный способ изготовления карбоксиметилцеллюлозы основан на взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой.

Гемицеллюлозы - это нечто среднее между целлюлозой и крахмалом. Они также являются полисахаридами. Молекулы гемицеллюлоз построены из остатков моносахаридов: маннозы (гексозы) и ксилозы (пентозы). Гемицеллюлозы не имеют волокнистого строения. Они служат резервным питательным веществом для растений и предохраняют их от инфекций. Гемицеллюлозы набухают в воде и сравнительно легко гидролизуются даже очень разбавленными кислотами, растворяются в 18,5%-ной щелочи. Гемицеллюлозы не являются вредными примесями целлюлозы, идущей для изготовления бумаги. Наоборот, древесная целлюлоза с большим содержанием гемицеллюлоз легко поддается размолу, а приготовленная из неё бумага имеет повышенную прочность (особенно поверхности), так как гемицеллюлозы являются очень хорошей естественной проклейкой.

Лигнин - вещество химически неустойчивое: под влиянием света, влаги, кислорода, воздуха и тепла лигнин разрушается, вследствие чего растительные волокна теряют прочность и темнеют. Лигнин, в отличие от целлюлозы, растворяется в разбавленных кислотах и щелочах. На этом свойстве лигнина основаны способы производства целлюлозы из древесины, соломы, тростника и других растительных тканей. Строение лигнина очень сложно и еще недостаточно изучено; известно, что лигнин - природный полимер, структурным звеном которого является остаток очень реакционно-способного ароматического спирта - в -оксикониферилового.

Крахмал

Крахмал в виде микроскопических зерен образуется в зеленых частях растении из углекислоты воздуха и влаги под влиянием света и уносится вместе с соками растения в клубни и зерна, где и отлагается как запасное питательное вещество.

Физические свойства крахмала. Крахмальные зерна разных растений имеют различную форму и величину. Крахмал не растворяется в холодной воде, спирте и эфире. В горячей воде зерна крахмала набухают, увеличиваясь в объеме в сотни раз, затем теряют форму и образуют вязкий и клейкий раствор. Температура растворения крахмала в воде называется температурою клейстеризации. Для картофельного крахмала она равна 60°, для маисового (кукурузного) 70°, пшеничного и рисового - 80°.

Крахмал очень гигроскопичен, он притягивает влагу з окружающего воздуха содержит обычно 10--20% влаги. Плотность крахмала 1,620-1,650 г/см 3. С раствором йода крахмальный клейстер дает интенсивно синее окрашивание, исчезающей при кипячении и вновь появляющееся при охлаждении (качественная реакция на крахмал). Химические свойства крахмала. Крахмал, так же как и целлюлоза, является природным полимером - полиcaxapидом, принадлежащим к классу углеводов и отвечающим молекулярной формуле (С 6К 10О 5)п. Но структурным звеном молекулярной цепи крахмала будет остаток б-глюкозы, а целлюлозы - в-глюкозы. Поэтому в крахмале каждые два остатка б-глюкозы образуют остаток дисахарида мальтоза, а в целлюлозе - каждые два остатка в-глюкозы образуют остаток дисахарида целлюлозы. Мальтоза изомер целлюлозы.

Крахмал содержит две фракции полисахаридов: амилозу и амилопектин. Амилоза имеет линейное строение молекул, закрученных в клубочки. Ее коэффициент полимеризации достигает 1000. Амилозой богат картофельный крахмал.

Глютин

Костный клей, мездровый клей и желатин состоят в основном из белкового вещества - глютин а.

Костный клей в виде твердых, хрупких плиток или клеевого студня - галерты вырабатывается из костей, рогов и копыт животных.

Мездровый клей, внешне очень похожий на костный, вырабатывается из мездры, которую счищают со шкур животных.

Желатин по химическому составу очень близок к костному и мездровому клею, но гораздо выше их по качеству, в частности по чистоте. Для получения желатина отбирают лучшие сорта свежих кожевенных отходов: мездру, обрезки телячьих шкур и кости крупного рогатого скота.

В костях мездре, рогах и копытах животных содержится белковое вещество - коллаген (от греческих слов "колла" - клей и "генос"-- род, происхождение), не растворимое в воде. Коллаген, однако, под действием длительного нагревания в воде превращается в другой вид белка глютин, растворимый в горячей воде и обладающий клеящими свойствами.

Белковые вещества, или белки, состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидными группами --NH - СО - в длинные полипептидные молекулярные цепи. Концевыми группами этих цепей (молекул) будут, с одной стороны, амино-, а с другой - карбоксильная группы.

Казеин

Казеин - это белковое вещество, содержащееся в молоке. Коровье молоко содержит 3,2%, козье - 3,8%, овечье - 4,5% казеина в растворенном состоянии. Если к молоку прибавить кислоты или дать молоку скиснуть, казеин свертывается и образует осадок, который можно отфильтровать от сыворотки, высушить и измельчить. Сворачивание казеина происходит также при добавлении к молоку сычужного фермента, т. е. сока, выделяемого одним из отделов желудка жвачных животных. Поэтому и зависимости от способа изготовления различают два вида казеина: кислотный и сычужный. В чистом виде казеин - белый творожистый осадок. И воде казеин не растворяется, а только набухает. Однако казеин хорошо растворяется в щелочных растворах. Для растворения на каждые 100 весовых частей казеина берут одну из следующих щелочных добавок. Для изготовления переплетного клея применяют только кислотный казеин, так как он лучше растворяется и дает более клейкие растворы, чем сычужный казеин. Последний идет главным образом на производство белковой пластической массы - галалит.

Высушенный казеин очень гигроскопичен и поглощает влагу из воздуха. Поэтому казеин надо хранить в сухом, хорошо вентилируемом помещении.

Каучук

Каучук добывается из латекса - сока некоторых тропических деревьев, главным образом гевеи бразильской, произрастающей в Южной Америке, Индии, Африке, Цейлоне.

Латекс - это колоидная система, золь из глобул каучука и воды. При добавлении к латексу кислот или при нагревании устойчивость золя нарушается, и каучук выпадает в виде осадка, который высушивают, вальцуют, нарезают листами. В таком виде каучук попадает на резиновые заводы.

Каучук эластичен и прочен, но он затвердевает на морозе, расплавляется при нагревании, а также впитывает воду и растворяется в бензине и некоторых других органических растворителях. Поэтому каучук долгое время не находил практического применения. Каучук начали применять для изготовления резины только в 40-х гг. XIX в., после того, как Чарльз Гудъир нашел, что в результате нагревания с серой каучук становится резиной. Процесс взаимодействия каучука с серой при 125--150° называется вулканизацией. (При вулканизации атомы серы присоединяются к молекулам каучука по месту двойных связей, "сшивая" молекулярные цепи каучука в непрерывную трехмерную сетчатую систему).

Резина

Резиной называется каучук, смешанный с серой, ускорителями процесса вулканизации, усилителями, наполнителями, смягчителями, противостарителями, красочными пигментами и подвергнутый процессу вулканизации.

Ускорители вулканизации, например каптакс, тиурам и др., значительно сокращают время вулканизации и одновременно улучшают механические свойства резины.

Усилители, например сажа, и наполнители, например мелд увеличивают механическую прочность резины в несколько раз и одновременно позволяют сэкономить некоторое количество каучука, снизить стоимость резины.

Мягчители, например минеральные масла, облегчают переработку резиновой смеси и уменьшают твердость готовых резиновых изделий.

Противостарители, например эджерайт, препятствуют преждевременному отвердеванию резины; потере эластичности и упругости.

Красящие вещества придают резине тот или иной цвет. Функции красящих веществ выполняют сажа, красная окись железа (редоксайд), двуокись титана, окись цинка и др.

Все составные части резиновой массы смешивают на вальцах или в резиносмесителе. После этого резиновой массе придается форма листов каландрированием или "сырых" заготовок будущих резиновых изделий.

Для закрепления формы изделий, и придания им надлежащих свойств они должны быть подвергнуты процессу вулканизации при 120--150° во время прессования заготовок с давлением 15--25 кг/см или при нормальном давлении после формования деталей из заготовок.

Синтетические полимеры

Полиэтилен получается полимеризацией этилена двумя способами: при высоком или при низком давлении. Этилен из-за строго симметричного строения молекулы полимеризуется с трудом. Полиэтилен полупрозрачный бесцветный очень прочный термопластичный полимер с хорошими диэлектрическими и антикоррозионными свойствами. Высокая прочность полиэтилена объясняется его кристаллическим строением. Полиэтилен применяется для изготовления пленочных материалов, облицовки электропроводов, изготовления труб, сосудов бытового и промышленного назначения. Полиэтиленовые пленки пропускают ультрафиолетовые лучи, что очень ценно в случае применения их как защитных покрытий в сельском хозяйстве взамен стекла.

Полихлорвинил (-- СН 2 - СНС 1--) - термопластичный твердый роговидный полимер. Начинает размягчаться при 92--94° и плавится при 170°. Становится упруго-эластичным и гибким при добавлении пластификаторов например 30--35% дибутилфталата. Полихлорвинил с введенными в него пластификаторами и пигментами называется винипластом.

Поливинилиденхлорид - это полимер винилиденхлорида применяется редко из-за плохой растворимости и нестабильности. Однако большое практическое значение имеет сополимер винилиденхлорида и хлорвинила.

Полистирол - твердый прозрачный бесцветный термопластический полимер, размягчающийся при 80° и плавящийся при 170°. В виде сополимера с акрилонитрилом применяется для отливки типографских шрифтов. Сополимер выпускается под маркой СНАК-15, содержит 85% стирола и 15% акрилонитрила, отличается высокой прочностью и устойчивостью к действию органических растворителей и смывающих веществ.

Пластические массы

Пластическими массами, или пластмассами, называют достаточно прочные вещества на основе синтетических полимеров, способные под действием нагревания размягчаться и становиться пластичными, т. е. пригодными для изготовления различных деталей и предметов домашнего обихода прессованием или литьем под давлением в специально для этого заготовленных полых стальных пресс-формах. Затвердевшая в результате дальнейшего нагревания или при охлаждении пластическая масса превращается в законченное изделие иногда очень сложной конфигурации, повторяющее и сохраняющее полученную форму. После прессования или литья форму разделяют на части и извлекают полученное изделие.

В простейшем случае в качестве пластической массы применяют соответствующий полимер без каких-либо добавок, конечно, при обязательном условии, что данный полимер полностью удовлетворяет всем требованиям в отношении механической прочности, упругости, литейных свойств и т. п. Во всех остальных случаях свойства пластических масс корректируют в нужном направлении. Для повышения прочности вводят наполнители (древесную муку, хлопковые очесы, стеклянное волокно, асбестовый: порошок, двуокись кремния - аэросил и др.), для устранения хрупкости - пластификаторы, например дибутилфталат, трикрезилфосфат и др., для придания цвета--пигменты и красители, для облегчения заполнения деталей пресс-формы и извлечения из нее изделия - смазки и т. д. Немаловажным фактором, обусловливающим введение наполнителей, будет стремление снизить себестоимость пластических масс.

Пластические массы в зависимости от химического строения полимера, входящего в их состав, делятся на термопластичные и термореактивныё. Термопластичные пластические массы делают из полимеров линейного строения, не имеющих химически активных функциональных групп. Термореактивные пластические массы обязательно содержат полимеры, имеющие функциональные группы, проявляющие свою химическую активность при более или менее продолжительном нагревании. Изделия из термопластичных пластических масс размягчаются при нагревании и в случае необходимости могут повторно многократно переплавляться. Термореактивные пластические массы необратимо затвердевают при прессовании или литье под действием более или менее продолжительного нагревания в результате протекания химической реакции поликонденсации. Поэтому повторная переплавка деталей (изделий) из термореактивных пластических масс невозможна.

Пластические массы имеют очень ценные свойства:

небольшой удельный вес (пластмассы в 5--8 раз легче стали);

большую механическую прочность;

хорошие диэлектрические свойства (пластические массы не проводят электрического тока);

высокую химическую стойкость и неизменяемость и атмосферных условиях;

простоту и легкость переработки в изделие методами литья под давлением или прессования;

хорошие экономические показатели (высокая рентабельность) применения пластических масс в различных областях техники.

В природе мы не находим материалов с подобным сочетанием свойств.

Полимеры в автомобилестроении

В течение ближайших 20 лет будет произведено больше автомобилей, чем за всю 110-летнюю историю автомобильной промышленности. Для удовлетворения растущего спроса потребуется строительство 40-50 новых производств по всему миру.

В автомобилестроении используются две группы полимеров: общетехнического назначения (ПЭ, ПП, ПВХ, ПУ, ПММА) и конструкционные, инженерно-технического назначения (АБС-пластик, ПА, ПК, ПБТ, ПЭТ). Видовая структура потребления полимеров в автомобилестроении показана на диаграмме 2. По прогнозам аналитиков, в 2010 году возрастет объем потребления всех видов полимерных материалов, за исключением ПВХ.

Основные тенденции в автомобилестроении

Снижение стоимости :

§ производство в странах с дешевой рабочей силой;

§ глобальные платформы;

§ инновационные материалы и концепции.

Увеличение размеров и массы автомобилей.

Инновационный дизайн:

§ пластики легче поддаются формовке по сравнению с металлами;

§ эффект soft touch;

§ прозрачные детали.

Высокое качество и долговечность:

§ отсутствие запаха и вредных эмиссий;

§ бесщелевой дизайн во внутренней и внешней отделке;

§ стойкость к старению, УФ-стойкость;

§ хорошая адгезия покрасочных материалов.

Воздействие на окружающую среду и безопасность:

§ новые типы двигателей;

§ сокращение выброса СО 2;

§ безопасность водителя, пассажиров и пешеходов;

§ увеличение числа подушек безопасности

Широкое применение пластиков в автомобилестроении сопровождается соответствующими изменениями в самих методах проектирования автомобилей. Ведь полимеры не только превосходят металлы по качеству, но и имеют прекрасные перспективы увеличения объемов применения, что, в свою очередь, предопределяется высокими качественными характеристиками, а именно:

§ высокая прочность и жесткость при незначительном весе обеспечивают функциональность деталей;

§ термостойкость и химическая стойкость обеспечивают применение пластиковых составляющих под капотом, вблизи двигателя;

§ прозрачность и блеск, а также выдерживание заданных размеров дают возможность использования пластмасс для внешней отделки;

§ свобода при разработке дизайнерских решений и создании сложных форм способствует новым возможностям для отделки салона и кузова

Диаграмма 1. Доля полимеров в легковом автомобиле

Диаграмма 2. Видовая структура потребления полимеров в автомобилестроении

Из всех термопластиков наиболее потребляемым в автомобильной промышленности является полипропилен. По оценкам LyondellBasell, в автомобилях в Европе используется около 48 кг ПП, в 2011 году эта цифра вырастет до 54 кг.

Как предполагали аналитики, основной рост потребления полипропилена в 2006-2011 гг. наблюдался в Азии и Европе. Основной прирост потребления ПП в Европе будет идти из Восточной Европы и России.

Полимером для автомобилестроения можно смело назвать сополимер стирола с акрилонитрилом и бутадиеном (АБС). АБС сочетает в себе эластичность с высокой ударной прочностью, что делает его одним из популярных пластиков для литья и формования сложных изделий, в том числе с высокой степенью вытяжки. По своим прочностным характеристикам, плотности, химической стойкости и др. АБС-пластики успешно конкурируют в первую очередь с традиционными материалами в производстве автомобилей, включая металлы. Радиаторные решетки, приборные панели, облицовки дверей и другие детали салона, колпаки колес, корпуса зеркал заднего вида, детали воздухозаборника, бамперы и даже передние крылья (из смеси АБС с полиамидом, например, в некоторых моделях BMW), - эти и многие другие автокомпоненты изготавливаются из АБС и композиций на его основе. По итогам 2006 года, производственные мощности АБС-пластика на мировом рынке, по данным BASF, составили порядка 6 млн. тонн. Средний ежегодный темп роста мирового рынка АБС-пластика до 2010 года оценен Торговой ассоциацией PlasticsEurope в 5,5%.

Единственным российским производителем АБС-пластиков является ОАО "Пластик" (г. Узловая) - около 45% российского рынка.

Структура потребления АБС-пластиков в России имеет свои особенности. Российский рынок почти полностью ориентирован на автомобильную промышленность: более 2/3 объема производимого и ввозимого АБС-пластика используется в автомобильной промышленности.

Список литературы

1. http://www.polymers-money.com

2. Энциклопедии полимеров, т. 1 - 3, гл. ред. В.А. Каргин, М., 1972 - 77;

3. Махлис Ф.А., Федюкин Д.Л., Терминологический справочник по резине, М., 1989;

4. Кривошей В.Н., Тара из полимерных материалов, М.,1990;

5. Шефтель В.О., Вредные вещества в пластмассах, М.,1991.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Полимеры как органические и неорганические, аморфные и кристаллические вещества. Особенности структуры их молекулы. История термина "полимерия" и его значения. Классификация полимерных соединений, примеры их видов. Применение в быту и промышленности.

презентация , добавлен 10.11.2010


Общее понятие о полимерах. Процесс получения высокомолекулярных соединений. Биосовместимые материалы и устройства. Органические, элементоорганические, неорганические полимеры. Природные органические полимеры. Применение биоклеев в неинвазивной терапии.

реферат , добавлен 23.04.2013


Природные и искусственные полимеры, их свойства и область применения. Радикальная, ионная полимеризация, поликонденсация. Строение макромолекул и их физические свойства. Механическая плотность, гибкость и эластичность. Исходный продукт переработки нефти.

презентация , добавлен 17.01.2011


Общее понятие про полимеры. Основные виды пластмассы: термопласты; реактопласты. Основные представители термопластов. Применение полистирола и полипропилена. Использование эпоксидных полимеров в промышленности. Натуральные, природные и химические волокна.

презентация , добавлен 28.02.2011


Кремнийорганические полимеры: линейные; разветвленные; циклолинейные (лестничные); сшитые (в т.ч. циклосетчатые). Силиконовые масла и каучуки. Методы получения полиорганосилоксаны. Основные физические и химические свойства кремнийорганических полимеров.

реферат , добавлен 16.12.2010


Природные (естественные) смолы-продукты жизнедеятельности животных или растений: канифоль, шеллак и копалы. Твердые органические диэлектрики-материалы, в составе которых находится углерод. Полимеризационные и поликонденсационные синтетические полимеры.

реферат , добавлен 20.12.2007


Физические свойства элементов главной подгруппы III группы. Общая характеристика алюминия, бора. Природные неорганические соединения углерода. Химические свойства кремния. Взаимодействие углерода с металлами, неметаллами и водой. Свойства оксидов.

презентация , добавлен 09.04.2017


Физические свойства. Строение молекул, анализ распределения электронной плотности, анализ реакционной способности. Химические свойства. Реакции полимеризации, полимеры.

реферат , добавлен 30.05.2003


Номенклатура, изомерия, классификация и физические свойства диеновых углеводородов и органических галогенидов. Способы получения и химические свойства. Сущность диенового синтеза. Натуральные и синтетические каучуки, их применение в строительстве.

контрольная работа , добавлен 27.02.2009


Классификация. Свойства и важнейшие характеристики. Получение. Полимеры в сельском хозяйстве. Овцы в синтетических шубах. Полимеры в машиностроении. Пластмассовые ракеты. Пластмассовый шлюз. Сварка без нагрева.

Мы живем в пластиковой эпохе, значение полимеров чрезвычайно велико в нашей жизни. В современно мире его эксплуатация обширна — от обыденных полиэтиленовых пакетов до применения его в аэрокосмической индустрии. Считаются наиболее востребованными такие полимеры, как: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, АБС пластики и прочее.

Промышленное производство полимеров проходило следующими способами: методом переработки естественной полимерной органики в искусственные вещества и методом добычи синтетических полимеров из молекулярных более низких органических веществ.

Что такое синтетические полимеры?

Человечество издавна использует натуральные полимерные материалы в своем быту; меха, кожу, шелк, шерсть, известь, хлопок, цемент, и глину. Но изготовление цепных полимеров в широких масштабах началось только 20 веке. В 1906 году, ученый Лео Бакеланд открыл смолу, которая ныне носит название “бакелит” — результативный продукт при сгущении фенола и формальдегидного вещества, которое при увеличении температуры переходило в трехмерное состояние. Еще очень долгого, впоследствии, он выпускался для корпусных обшивок телевизоров, электроприборов, розеток и аккумуляторных коробок, а в современном мире его стали использовать как адгезирующее связующее вещество.

Полимеры - это вещества, с неорганической и органической основой, с аморфным и кристаллическим строением, в состав которых входят соединенные мономерные макромолекулярные звенья.

Синтетический полимер — это искусственный полимерный материал, являющийся альтернативой природному сырью. Его получают лабораторным путем двумя методами: полимеризационным и поликонденсационным.

Производство синтетики

Человечество использует разные методы выработки искусственных полимеров:

1. своеобразное вытягивание их из органических низкомолекулярных соединений;
2. переработка естественной органики в неестественные материалы.

В качестве изначального продукта для образования синтетических цепей берут различные материалы, являющиеся конечными результатами от переработки газовых элементов, нефтепродуктов и каменного угля (фенолы, ацетилены, бензолы и этилены). Результат в целом зависит от внешности исходных веществ. По их обозначению дается и название полимеру.

Синтетические полимеры образуются методом синтезирующей реакции. Волокна вырабатывают из расплава, а также из раствора по сухому или мокрому методу.

Применение синтетических волокон набирает крупные обороты в отличие от выпуска искусственных волокон. Объясняется это доступностью первичного сырья и обширностью их свойств и полезных качеств. Это позволяет получать продукты с различными свойствами, в то время как возможности модифицировать свойства искусственных волокон крайне малы и даже иногда отсутствуют.

Переработка полимеров

Важным и очень значимым является вопрос экологичности таких изделий. Срок разложения предметов из пластика составляет более ста лет. Именно поэтому так важна переработка полимеров. Производство изделий из вторичного сырья - один из основных и действенных вариантов решения данной проблемы.

Применение синтетических полимеров

Синтетические полимерные материалы используются человечеством в различных областях, из них изготавливают самые разные предметы, оборудования и приспособления.

Одним из первых материалов, изготовление которого было перенесено на промышленные масштабы, является целлулоид. Он использовался при производстве различных видов материалов. Одним из основных толчков в развитии фабрикации синтетических полимерных материалов стало появление автомобильной промышленности.

Раньше при изготовлении машин использовали только натуральные материалы, что сильно осложняло процесс производства. В настоящее время синтетические полимерные материалы используются не только для внутренней облицовки салона автомобиля, но и для выпуска огромного спектра деталей.

Также их активно применяют в радиоэлектронике и строительстве, поэтому многие предприятия и фирмы вкладывают немалые денежные средства в разработку новых технологий и рецептур для создания полимерных материалов.

Их очень часто используют при фабрикации разных радиодеталей и бытовой техники, это неимоверно помогло при создании различных видов приборов, без которых сложно представить жизнь современного общества.

Строительные материалы из полимера обладают многими исключительными свойствами, например, имеют большую прочность при малом весе, высокую пропускаемость светового излучения, низкую теплопроводность и повышенную огнестойкость.

Все виды полимеров, использующиеся в быту, проходят специальные исследования и тесты для того, чтобы максимально снизить отрицательное влияние на организм человека.

Классификация пластмасс

Органические и неорганические.

Органические высокомолекулярные соединения являются основой в жизни растений (полисахариды, белки, пектиновые вещества, крахмал). Торф, бурый уголь, каменные угли - продукты геологического перевоплощения растительных тканей, целлюлозы и лигнина.

Неорганические ВМС играют большую роль в минеральном мире. Основная часть земной коры состоит из окислов кремния, алюминия и других многовалентных элементов, соединенных в макромолекулы.

По происхождению высокомолекулярные соединения делятся на:

1. природные, или биополимеры;
2. синтетические и искусственные.

По отношению к нагреванию (термопластичность).

Термопластичность - свойство тел менять изначальную форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения.

Реактопласты - пластмассы, обладающие высокой термоактивностью, перерабатывающиеся при протекании необратимой химической реакции, которая служит причиной образования нерастворимого вещества (процесс носит название “отверждение”). Самые известные и используемые реактопласты делают на основе: полиэфирных, феноло-формальдегидных и эпоксидных смол.

Термопласты - пластмассы, которые после изготовления предмета сохраняют способность к повторной переработке. Самые популярные термопласты изготавливают на основе поливинилхлорида, полиэтилена и полистирола.

Из-за исключительных физических и химических свойств термопластичных синтетических полимеров, а также экономичности этого материала, его чаще других используют в различных сферах деятельности.

Компания OOO предлагает высококачественные изделия из термопластичных полимеров. Материалы изготавливаются под заказ, даже по чертежам заказчика. Доставляются в виде: прутков, листов, труб.

Преимущества инженерных полимеров от “ Пластмасс Групп ”:

• низкий коэффициент трения;
• длительный срок службы;
• экономичность;
• минимизация рабочих шумов, благодаря поглотительной способности изделий;
• отсутствие потребности в смазке и постоянном техническом обслуживании;
• экологичность;
• простота обработки и установки;
• высокое качество материала;
• устойчивость к коррозионным средам.

Полимерный синтетический рынок очень велик, и на нем многочисленные производители соревнуются между собой, чтобы донести до потребителя качественный и доступный материал. Приходите или приезжайте в компанию “Торговый Дом Пластмасс Групп”, там с радостью помогут вам выбрать нужный материал или изделие.

Полимеры относятся к классу химических соединений, у которых короткие структурные единицы, состоящие из нескольких атомов (мономеров), соединенных в длинные цепочки при помощи различного рода связей. Характерная особенность полимеров – большая молекулярная масса – от нескольких тысяч, до миллионов. Натуральные и созданные позже синтетические полимеры характеризуются следующими свойствами:

• эластичность – способность выдерживать сильные деформирующие усилия без разрушения;
• прочность;
• способность макромолекул (молекулярных цепочек) к определенной ориентации по отношению друг к другу.

Точная классификация подразделяет многочисленное семейство полимеров на органические и неорганические. Наиболее востребованы, имеют большой ассортимент разновидностей с различными свойствами органические соединения, которые основаны на углеродных цепочках.

Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Дальнейшее создание и производство полимерных материалов базировалось на достижениях органической химии.

Особенности

Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.

Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.

Отдельные типы пластиков, наоборот, имеют высокую жесткость и твердость. Стеклотекстолит по прочности мало уступает стали, а такой полимер, как кевлар, даже превосходит ее.

Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.

Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:

• Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
• Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
• Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.

Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.

Применение

Без преувеличения можно сказать, что полимеры нашли применение абсолютно во всех областях деятельности и жизни человека. Синтетические полимеры используются в быту и промышленности как самостоятельные изделия, так и в качестве замены традиционных материалов или в комплексе с ними для получения уникальных характеристик.

Первое применение нашли искусственные полимеры. Самый яркий пример – резина. В настоящее время основная часть резиновых изделий выполняется из синтетического каучука, но имеется несколько областей применения, где до сих пор используется резина из натурального каучука.

Полимеры обладают целым комплексом уникальных качеств, которых нет у традиционных материалов, или использование последних технологически и экономически нецелесообразно. Устойчивость к химическим реакциям в большом диапазоне температур и по отношению к большой группе активных химических соединений способствует большому распространению полимерных материалов в химии и химической промышленности.

Низкая токсичность, химическая устойчивость, отсутствие аллергических реакций позволило синтетическим полимерам найти широкое применение в медицине. Это искусственные органы, производство лекарств – от упаковок, до оболочек медицинских препаратов (таблеток, капсул), шовные материалы, клеи.

Те же самые качества используются и в пищевой промышленности для изготовления посуды, упаковочной тары для готовых продуктов и в процессе их производства. Себестоимость упаковки синтетической тары в несколько раз меньше, чем у картонной, бумажной или из иных натуральных материалов.

В промышленности высокомолекулярные полимерные соединения используются для производства конструкционных материалов, узлов трения, несущих конструкций, лаков и красок.

Благодаря превосходным электроизолирующим свойствам пластики практически полностью вытеснили натуральные материалы в электротехнической промышленности. Изоляция проводов, корпуса приборов, печатные платы изготавливаются на основе полимерных материалов. Жесткие обмоточные провода покрываются слоем синтетических лаков, при малой толщине обладающих высоким сопротивлением и прочностью, а гибкие монтажные проводники имеют оболочку из поливинилхлорида или полиэтилена, окрашенную в различные цвета для удобства обслуживании и ремонта.

На основе синтетических полимеров изготавливаются текстильные материалы большинства известных наименований. Ткани и одежда имеют в своем составе пряжу на основе полиамида, полиэстера, полипропилена. Как альтернатива натуральной шерсти выступает акрил, изделия из которого трудно отличить от натуральных.

Тот же самый полиамид, который служит заменой шелку, в монолитном состоянии имеет прочность, сравнимую со многими металлами. Если учесть, что полиамид, иначе называемый капрон или нейлон, химически инертен, а значит, не подвержен коррозии и имеет низкий коэффициент трения, то замена металлов синтетическими веществами вполне очевидна.

Еще более высокие качества имеют такие промышленные полимеры, как фторопласты – фторорганические соединения. Данные синтетические полимерные материалы имеют один из самых низких коэффициентов трения и самую высокую химическую устойчивость. Эти качества используются при производстве узлов трения, особенно в устройствах, работающих в агрессивной среде.

Когда нельзя произвести полноценную замену металлических конструкций искусственными материалами, выполняют покрытие металлической основы слоем пластика. Технологический процесс покрытия металла слоем пластика осуществляется таким образом, чтобы происходила связь основы и покрытия на молекулярном уровне. Этим достигается высокая прочность соединения.

Промышленные полимеры могут иметь самые различные виды. Используются как термопластичные материалы, так и термореактивные пластики. В первом случае для изготовления деталей и конструкций используется метод литья или прессовки при температуре размягчения полимера, а во втором пластмасса формируется непосредственно в виде готового изделия или полуфабриката с минимальной последующей обработкой.

Среди промышленных синтетических полимеров можно выделить композиционные материалы, в которых наполнителем или армирующей составляющей могут служить самые различные материалы, а связующим веществом выступает полимер.

Наиболее известны такие композиционные материалы:

• Стеклопластик – стекловолокно или ткань на его основе, пропитанные эпоксидной полимерной смолой. Данный композит имеет высокую прочность, отличные электроизоляционные свойства, устойчивость к неблагоприятным факторам, высокую огнестойкость.
• Углепластик – армирующим элементом здесь выступает углеродное волокно. Прочность и упругость конструкций из углепластиков, наряду с их легкостью (значительно легче металлов) послужили поводом для использования в аэрокосмическом направлении промышленности. Комплекс полезных качеств в этой области имеет более высокий приоритет, чем высокая стоимость, связанная с трудоемкостью получения углеродных волокон.
• Текстолит – тканевый слоистый материал, в котором слои ткани пропитаны полимерным материалом. Ткань используется натуральная или искусственная. Самый прочный и надежный вариант – стеклотекстолит, использующий ткань из стеклянного волокна;
• Порошковые композиты, имеющие наполнитель из порошкообразных материалов натурального или искусственного происхождения;
• Газонаполненные материалы – вспененные полимеры. Это всем известный поролон, пенопласт, пенополиуретан. Газонаполненные материалы обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью и используются в качестве теплоизоляционных материалов. Мягкость, пластичность наряду с прочностью послужили широкому распространению пенопластовых упаковочных материалов для нетяжелой, но требующей бережного обращения техники.

Классификация синтетических полимеров

Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:

• Искусственные полимеры, созданные на основе природных органических полимеров (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
• Синтетические полимеры, в основе которых синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этилен – полиэтилен).

По химическому составу деление таково:

• Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
• Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее яркий пример – кремнийорганические композиции.

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:

• Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
• Разветвленные;
• С сеточной структурой.

Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:

• Термопластичные, для которых воздействие температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
• Термореактивные, необратимо изменяющие свою структуру при нагреве. В большинстве случаев этот процесс происходит без стадии плавления.

Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.

Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).