Подробное описание

Версия для печати

   Полимеры

        Полимеры - вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок, соединенных между собой химическими связями.
        Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли», означающего «много» и «мерос» - «части» или «звенья».
        Молекулярные массы полимеров могут быть от нескольких тысяч до нескольких миллионов.


                 Автором принципиально новых представлений о полимерах как о веществах, построенных из макромолекул, был Штаудингер, победа его идей (к 40-м годам XX века) привела к тому, что полимеры стали рассматриваться как качественно новый объект исследования химии и физики.

        Классификация полимеров

        По происхождению полимеры делят на:
        1) природные, биополимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча);
        2) искусственные - полученные из природных путём химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноаммиачное, вискозное волокно);
        3) синтетические - полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна/капрон, лавсан, пластмассы).

        По составу полимеры бывают:
        1) органические (их большинство);
        2) элементоорганические (поликарбонаты, кремнийорганические);
        3) неорганические (некоторые простые вещества: полимерные олово, селен, теллур, аморфная сера, черный фосфор, карбин, поликумулен, полифосфазены, сульфаны - линейные, кварц, корунд, алюмосиликаты - сетчатые).

        По структуре макромолекулы:
        1) линейные (высокоэластичные);
        2) разветвленные;
        3) сетчатые (низкоэластичные).

        По химическому составу:
        1) гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья);
        2) гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья).

        По составу главной цепи:
        1) гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента);
        2) гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы).

        По пространственному строению
        1) стереорегулярные - макромолекулы построены из звеньев одинаковой пространственной конфигурации, или из звеньев разной пространственной конфигурации, но чередующихся в цепи с определенной периодичностью;
        2) нестереорегулярные (атактические) - с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурации.

        По физическим свойствам:
        1) кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы);
        2) аморфные: высокоэластическое, вязкотекучее, стеклообразное состояние.
        Если полимер переходит из высокоэластичного состояния в стеклообразное при температурах, ниже комнатной, его относят к эластомерам, при более высоких температурах - к пластикам.
        Полимеры, которые обратимо твердеют и размягчаются называют термопластичными; если при нагревании полимер утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние из-за образования сетчатой структуры, он называется термореактивным.
        Для характеристики полимера используют: степень полимеризации, строение мономерного звена, молекулярную массу. А также указываются другие особенности его строения, физических свойств.

        По способу получения полимеры бывают:
        1) полимеризационные;
        2) поликонденсационные.

        Области применения
        Механическая прочность, эластичность, электроизоляция и другие ценные технические свойства полимеров обусловливают их широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и в быту. Высокомолекулярные соединения - основа пластических масс, волокон химических, резины, лакокрасочных материалов, клеев, герметиков, ионообменных смол. Биополимеры составляют основу всех живых организмов и участвуют во всех процессах жизнедеятельности.


   Смолы

        Смолы – это полимеры, растворимые в спирте, эфире и некоторых маслах, но нерастворимые в воде.

        Природные смолы (натуральные смолы, естественные смолы) - продукты жизнедеятельности в основе некоторых растений (преимущественно тропических и хвойных, главным образом семейства сосновых), содержащиеся в жидкостях (бальзамах), которые выделяются на поверхность коры самопроизвольно или при их ранении.
        Различают натуральные смолы:
        1) "молодые" (собирают непосредственно с деревьев);
        2) ископаемые (извлекают из земли).
        Смолы природные - окрашенные (иногда бесцветные) стеклообразные вещества, затвердевающие на воздухе; размягчаются (плавятся) при нагревании; не растворяются в воде, растворяются или набухают в органических растворителях.
        Основные компоненты растительных смол: смоляные кислоты; одно- или многоатомные спирты (резинолы); эфиры смоляных кислот и резиноловных или одноатомных фенолов; инертные углеводороды (резены). В состав смол могут входить также эфирные масла и вода.
        До 30-х гг. 20 в. натуральные смолы были главными пленкообразующими для лакокрасочных материалов и широко использовались, кроме того, как связующие в производствах клеев, сургуча, линолеума, шлифовальных и полировальных паст, грампластинок, медицинских пластырей, жевательной резинки, в качестве аппретов для тканей и бумаги и др. В настоящее время натуральные смолы успешно заменяются смолами синтетическими.
        К числу наиболее известных природных смол относят: акароид, даммара, канифоль, копалы, мастике, сандарак, шеллак, янтарь. Такие естественные смолы, как даммара и сандарак, применяют для специальных лаков (лакирование музыкальных инструментов и т.п.). В современной промышленности сохранили значение преимущественно канифоль, в меньшей степени-копалы, шеллак и янтарь.
        Копалы (испанский - copal - смола) - вещества от светло-желтого до темно-коричневого цвета; температура плавления до 360 0С; плотность 1,03-1,06 г/см3; кислотное число 35-140; растворим в алифатических спиртах, ацетоне, скипидаре, ароматических углеводородах. Состоят в основном из смоляных кислот. Содержатся в растениях семейства араукариевых (агатис), цезалышниевых (гименея, трахилобиум) и др. Получают подсочкой деревьев или добывают из их остатков в земле (ископаемые копалы). Название сортов происходит чаще от мест добычи, например, копалы Занзибар (Восточная Африка), каури (Новая Зеландия), конго (Западная Африка), манила (Юго-Восточная Азия). Копалы сорта манила - пленкообразующие спиртовых лаков, остальные сорта-компоненты масляных лаков, образующих атмосферостойкие покрытия.
        Шеллак (голландский- schellak) – тонкие непрозрачные чешуйки от лимонного до темно-коричневого цвета; температура размягчения 77-85 0С; плотность 1,14-1,22 г/см3; кислотное число 55-75; частично растворимы в алифатических спиртах (нерастворимый остаток – воск). Состоит преимущественно из алифатических и ароматических гидрокси-кислот, а также их лактонов и лактидов. Свето- и износостоек, обладает хорошими клеящими и электроизоляционными свойствами. Пленки лака имеют сильный блеск и значительную твердость, но недостаточно влагостойки. Получают очисткой смолы штоклак (стиклак), которую вырабатывает насекомое лаковый червец, паразитирующий на растениях семейства мимозовых (акация, альбиция); добывают в Индокитае и Индостане. Пленкообразующее спиртовых лаков и политур для отделки деревянных изделий.
        Канифоль является наболее доступной смолой растительного происхождения, применяемой в производстве лаков. Её добывают из живицы хвойных деревьев (сосна, ель, пихта) путем отгонки из нее скипидара. Остаток после отгонки представляет собой хрупкую стекловидную смолу от желтого до коричневого цвета - канифоль. Она термопластична и размягчается при температуре 65-75 0С.
        Канифоль представляет собой смесь смоляных кислот (главным образом абиетиновой), нерастворима в воде, но растворяется в спирте, ацетоне, бензине, скипидаре, бензоле, маслах, а также в водных растворах щелочей (с образованием канифольных мыл), применяют ее в мыловарении и бумажном производстве.
        Смоляные кислоты канифоли образуют нерастворимые мыла с некоторыми пигментами. Это приводит к преждевременному загустеванию красок (при хранении). Кроме того, пленки канифоли отличаются хрупкостью и легко размягчаются. Поэтому в производстве лаков применяют облагороженную канифоль, кислотные свойства которой понижены в результате образования эфиров канифоли (преимущественно глицериновых) и её солей (резинатов кальция, цинка). Эфиры канифоли водоустойчивы и в масляных, и масляно-эмалевых красках используются не только для внутренних, но и для наружных покрытий.
        Соли канифоли (резинаты) недостаточно водостойки и применяются для внутренних покрытий. Резинаты свинца, кобальта, марганца, цинка используют также как сиккативы.
        Янтарь (от литовского – gintaras, латышского – gzintaras) - ископаемая смола хвойных деревьев (встречается в отложениях третичного периода по берегам Балтийского моря). Температура плавления 280-320 0С, температура размягчения ~150 0С; плотность 1,05-1,10 г/см3; кислотное число 15-35. Цвет от желтого до желто-красного и желто-бурого; иногда светло-коричневый, молочно-белый, оранжевый; редко бледно-зеленый, голубой, черный; встречаются также бесцветные образцы. Вязкое вещество, легко поддающееся механической обработке. При сжигании испускает смолистый запах, по которому его отличают от поделок. Различается также по видовому составу смол и степени прозрачности, например прозрачный, облачный, непрозрачный, костяной (похож на слоновую кость), пенистый. Служит для получения янтарной кислоты, масляных лаков, медицинских препаратов, реактивов и др.; ювелирно-поделочный материал.

        Ценность природной смолы тем больше, чем выше ее температура размягчения (плавления), крупнее куски и светлее окраска.

        Синтетические смолы - термореактивные синтетические олигомеры, способные при переработке в результате отверждения превращаются в неплавкие и нерастворимые продукты (ранее синтетическими смолами называли все синтетические полимеры).
        Основной метод синтеза - поликонденсация. Синтетические смолы применяют как связующие для пластмасс, клеев, герметиков; пленкообразующие лакокрасочных материалов; аппреты для тканей; проклеивающие вещества для бумаги; модифицирующие добавки к различным полимерам.
        К синтетическим смолам относят, в частности, алкидные смолы, мочевино-формальдегидные смолы, полиэфирные смолы, феноло-формальдегидные смолы, эпоксидные смолы.


   Пластмасса

        Пластические массы (пластмассы, пластики) - материалы, содержащие в своём составе полимер, который в период формования изделий находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии.
        Помимо полимера могут содержать твердые или газообразные наполнители и различные модифицирующие добавки, улучшающие технологические и (или) эксплуатационные свойства, снижающие стоимость и изменяющие внешний вид изделий.
        В зависимости от природы твердого наполнителя различают асбопластики, боропластики, графитопласты, металлополимеры, органопластики, стеклопластики, углепластики.
        Пластмассы, содержащие твердые наполнители в виде дисперсных частиц различной формы (например, сферической, игольчатой, волокнистой, пластинчатой, чешуйчатой) и размеров, распределенных в полимерной матрице (связующем), называют дисперсно-наполненными.
        Пластмассы, содержащие наполнители волокнистого типа в виде ткани, бумаги, жгута, ленты, нити и другие, образующие прочную непрерывную фазу в полимерной матрице, называют армированными.
        В пластмассе могут также сочетаться твердые дисперсные и(или) непрерывные наполнители одинаковой или различной природы (так называемые гибридные, или комбинированные, наполнители). Содержание твердого наполнителя в дисперсно-наполненных пластмассы обычно изменяется в пределах 30-70% по объему, в армированных - от 50 до 80%.
        По типу полимерного компонента и характеру физических и химических превращений, протекающих в нем при получении и переработке и определяющих способ и условия последних, пластмассы подразделяют на два принципиально различных класса - термопласты и реактопласты.
        Термопласты - пластмассы на основе линейных или разветвленных полимеров, сополимеров и их смесей, обратимо переходящих при нагревании в пластическое или вязкотекучее состояние в результате плавления кристаллической и(или) размягчения аморфной (стеклообразной) фаз.
        Наиболее распространены термопласты на основе гибкоцепных (главным образом карбоцепных) полимеров, сополимеров и их смесей – полиолефинов (полиэтилена, полипропилена, поли-4-метил-1-пентена), поливинилхлорида, полистирола, полиметилметакрилата, поливинилацеталей, производимых в больших объемах и имеющих сравнительно низкую стоимость; они обладают низкими температурами плавления и размягчения, тепло- и термостойкостью. Особое место среди пластмасс на основе карбоцепных полимеров занимают фторопласты, для которых характерны высокие температуры плавления и уникальные химическую стойкость и термостойкость, антифрикционные свойства.
        В меньших масштабах используют термопласты на основе гетероцепных полимеров, сополимеров и их смесей, например, гибкоцепных алифатических и жесткоцепных ароматических простых и сложных полиэфиров, полиамидов, полиацеталей, полиимидов и полиуретанов.
        По фазовому состоянию не содержащие наполнителей (ненаполненные) термопласты могут быть одно- и двухфазными аморфными, аморфно-кристаллическими и жидкокристаллическими.
        К однофазным аморфным термопластам относятся полистирол, полиметакрилаты, полифениленоксиды, которые эксплуатируются в стеклообразном состоянии и обладают высокой хрупкостью.
        По свойствам им близки стеклообразные аморфно-кристаллические термопласты, имеющие низкую степень кристалличности (менее 25%), например, поливинилхлорид, поликарбонаты, полиэтилентерефталат, и двухфазные аморфные термопласты на основе смесей полимеров и привитых сополимеров, например, ударопрочный полистирол, АБС-пластики, состоящие из непрерывной стеклообразной и тонко диспергированной эластичной фаз. Деформационная теплостойкость таких термопластов определяет температура стеклования, лежащая в интервале 90-220 0C.
        Кристаллические термопласты, имеющие высокую степень кристалличности (более 40-50%) и низкую температуру стеклования, например, полиолефины, фторопласты, полиформальдегид, алифатические полиамиды, обычно эксплуатируют при температурах выше температур стеклования, когда аморфные области находятся в эластичном состоянии. Их деформационная теплостойкость определяет температура плавления, лежащая в интервале 110-360 0C.
        Термопласты на основе термотропных жидкокристаллических полимеров, например, некоторых ароматических сложных полиэфиров и их сополимеров, состоят из изотропной и анизотропной (чаще всего нематической) фаз. Анизотропная фаза характеризуется самопроизвольной ориентацией выпрямленных макромолекул или их участков и оказывает так называемый эффект самоармирования. Их теплостойкость определяет температура плавления жидкокристаллической фазы, лежащая в пределах 200-250 0C.
        Производят термопласты в виде гранул или порошков. Для наполнения с целью снижения стоимости, повышения стабильности формы изделий и улучшения эксплуатационных свойств чаще всего используют коротковолокнистые наполнители органической или неорганической природы и минеральные порошки. Эти наполнители, а также модифицирующие добавки вводят чаще всего при переработке-гранулировании термопластов, реже на стадии синтеза полимера. При использовании непрерывных волокнистых наполнителей их пропитывают раствором или расплавом полимера. Применяют также методы пленочной, волоконной или порошковой технологии, в которых наполнитель сочетают с термопластом, находящимся в форме пленки, волокна или порошка соответственно; на стадии формования изделий из таких пластмасс термопласты расплавляются и наполнитель пропитывается ими.
        В качестве газонаполненных термопластов наиболее распространены пенополистирол и пенополивинилхлорид, а также синтактические пластические массы (наполнитель - полые частицы).
        Ненаполненные и дисперсно-наполненные термопласты формуют в изделия и полуфабрикаты (например, прутки, профили, листы) литьем под давлением и экструзией, реже прессованием или спеканием. Изделия из листовых заготовок термопластов, в том числе армированных непрерывными наполнителями, изготовляют штамповкой, вакуумным и пневмоформованием. Изделия и полуфабрикаты из термопластов можно подвергать механической обработке (например, вырубке, резке), сварке, склеиванию и вторичной переработке. Для регулирования структуры термопластов и остаточных напряжений в изделиях из них, используют дополнительную термообработку (отжиг или закалку). Для снижения ползучести (особенно при повышенных температурах) термопласты подвергают также химическому или радиационному сшиванию, приводящему к образованию пространственной сетки. Важный способ повышения деформационно-прочностных свойств термопластов, особенно листовых и пленочных, ориентационная вытяжка.
        Реактопласты - пластмассы на основе жидких или твердых, способных при нагревании переходить в вязкотекучее состояние, реакционноспособных олигомеров (смол), превращающихся в процессе отверждения при повышенной температуре и (или) в присутствии отвердителей в густосетчатые стеклообразные полимеры, необратимо теряющие способность переходить в вязкотекучее состояние.
        По типу реакционноспособных олигомеров реактопласты подразделяют на фенопласты (на основе фенолоформальдегидных смол), аминопласты (на основе мочевино- и меламиноформальдных смол), эпоксипласты (на основе эпоксидных смол), эфиропласты (на основе олигомеров акриловых), имидопласты (на основе олигоимидов или смесей имидообразующих мономеров) и др.
        Молекулярная масса олигомеров, тип и количество реакционноспособных групп в них, а также природа и количество отвердителя определяют свойства реактопластов на стадиях их получения, переработки в изделия (например, условия, механизм и скорость отверждения, объемные усадки и выделение летучих веществ), а также эксплуатационные свойства изделий. Для регулирования технологических свойств реактопластов наиболее широко используют разбавители, загустители и смазки, а для модификации свойств в отвержденном состоянии - пластификаторы и эластифицирующие добавки (например, жидкие каучуки, простые олигоэфиры), которые вводят в олигомер.
        Ненаполненные реактопласты сравнительно редко используют как самостоятельные материалы из-за высоких объемных усадок при отверждении смол и возникающих вследствие этого больших усадочных напряжений. Обычно смолы, содержащие модифицирующие добавки, служат связующими наполненных реактопластов.
        Дисперсно-наполненные реактопласты получают в виде отверждающихся масс совмещением связующего с наполнителем в различных смесителях; такие реактопласты перерабатывают в изделия методами компрессионного или литьевого прессования и литья под давлением, реже заливкой в формы или трансфертам прессованием.
        Армированные реактопласты получают в виде препрегов - предварительно пропитанных связующим непрерывных волокнистых наполнителей. Изделия из таких полуфабрикатов формуют методами намотки, выкладки и протяжки с последующим фиксированием их формы путем отверждения связующего. В других методах заготовки изделий формуют из "сухого" наполнителя, а затем, предварительно вакуумируя, пропитывают их связующим под давлением, после чего уплотняют и отверждают.
        Из газонаполненных реактопластов наибольшее распространение получили пенофенопласты и пенополиуретаны.

        Основные преимущества реактопластов по сравнению с термопластами - более широкие возможности регулирования вязкости, смачивающей и пропитывающей способности связующего; недостатки обусловлены экзотермическими эффектами, объемными усадками и выделением летучих веществ при отверждении и связанными с этим дефектностью и нестабильностью формы изделий и их хрупкостью. Процессы формования изделий из реактопластов обычно более длительны и трудоемки, чем из термопластов. На предельных стадиях отверждения реактопласты не способны к повторному формованию и сварке. Соединение деталей из реактопластов производят склеиванием и мехеическими методами. При низких степенях отверждения реактопласты способны к так называемой химической сварке и при формовке одной детали к другой.

        Основные достоинства пластмасс - возможность производства деталей сложной формы и полуфабрикатов (пленок, труб, профилей и т.п.) высокопроизводительными, малоэнергоемкими и безотходными методами формования, низкая плотность, устойчивость в агрессивных средах, к воздействиям вибрации и ударных нагрузок, радиационных излучений, атмосферостойкость, высокие оптические и диэлектрические свойства, легкость окрашивания.
        К недостаткам относятся горючесть, большое тепловое расширение, низкие термо- и теплостойкость, склонность к ползучести и релаксации напряжения, растрескивание под напряжением.

        Области применения
        Пластмассы применяют во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначений.

        Идентификационная маркировка пластиков
        В США популярны знаки в виде треугольника из трех замкнутых стрелок, внутри – цифра или латинские буквы. Сам знак означает замкнутый цикл (создание – применение – утилизация), а надписи определяют материал. Цифрами 1–19 обозначают пластики, 20–39 бумагу и картон, 40–49 металлы, 50–59 древесину, 60–69 ткани и текстиль, 70–79 стекло.
        В свою очередь для пластмасс, например, установлены такие обозначения: PETE – полиэтилен, V – поливинилацетат, LDPE – полиэтилен низкого давления, PP – полипропилен, PS – полистирол, HDPE – полиэтилен высокого давления, PAN – полиакрилонитрил.

Маркировка пластиков, принятая в США

 



Наши доски объявлений Продажа химии и нефтехимии,    Покупка химии и нефтехимии,     Услуги,     Транспорт,     Оборудование

Copyright © 2003-2024, HimTrade.ru – проект группы "Текарт".
Карта сайта... PDA-версия...
При любом использовании материалов HimTrade.RU ссылка обязательна.
Политика конфиденциальности
Реклама на HimTrade.RU
Рейтинг@Mail.ru Ваши замечания и предложения направляйте на info@himtrade.ru