Пластмасса это полимер: Много шума из полимеров

alexxlab | 25.01.1971 | 0 | Разное

Содержание

Виды и свойства пластмасс. Определение типа пластика

Автор Забытый Автомаляр На чтение 18 мин. Опубликовано 29.04.2016

В современных автомобилях доля пластмассовых деталей постоянно растет, а значит растет и количество ремонтов на пластмассовых поверхностях.

Во многом окраска пластмасс отличается от окраски металлических поверхностей, что обусловлено, в первую очередь, самими свойствами пластмасс: они более эластичны и имеют меньшую адгезию к ЛКМ. А поскольку разнообразие пластмасс, применяемых в автомобилестроении, очень широко, то не будь каких-нибудь универсальных ремонтных материалов, обеспечивающих создание качественного ЛКП на большинстве из их типов, нам бы, наверное, пришлось с головой погружаться в изучение молекулярной химии полимеров.

К счастью, делать этого не придется: на практике ремонт пластмасс окажется значительно проще. Но все же некоторая информация о типах пластмасс и их свойствах нам пригодится.

Пластмассы — в массы

В XX веке человечество пережило синтетическую революцию, в его жизни появились новые материалы — пластмассы. Пластмассу можно смело отнести к одному из главных открытий человечества. Без изобретения этого материала многих других открытий получить бы не удалось или удалось бы намного позже.

Александр Паркс. Изобретатель пластмассы

Первая пластмасса была изобретена в 1855 году британским металлургом и изобретателем Александром Парксом. Когда он решил найти дешевый заменитель дорогостоящей слоновой кости, из которой в то время делались бильярдные шары, он и представить себе не мог, какое важное открытие ему удалось совершить.

Ингредиентами первой пластмассы стала нитроцеллюлоза, спирт и камфора. Смесь этих компонентов прогревалась до текучего состояния, а затем заливалась в форму и застывала при нормальной температуре. Так был изобретен родоначальник современных пластмасс — паркезин.

От природных материалов к полностью синтетическим развитие пластмасс пришло позже — когда профессор Фрейбургского университета немец Герман Штаудингер открыл макромолекулу — тот «кирпичик», из которого строятся все синтетические органические материалы, да и природные тоже. Это открытие принесло в 1953 году профессору Штаудингеру Нобелевскую премию.

С тех-то пор все и началось… Чуть ли не каждый год из химических лабораторий начали сообщать об открытии очередного синтетического материала с невиданными ранее свойствами, и сегодня в мире ежегодно производятся миллионы тонн всевозможных пластмасс, без которых жизнь современного человека и представить себе нельзя.

Пластмассы применяются везде, где только можно: в обеспечении комфортного быта людей, сельском хозяйстве, во всех сферах промышленности. Не стало исключением и автомобилестроение. Здесь пластик применяется все шире, стремительно смещая с позиций своего главного технологического конкурента — металл.

По сравнению с металлами пластмассы — очень молодые материалы. Их история не насчитывает и 200 лет, в то время как железо, олово и свинец были знакомы человеку еще в глубокой древности — за 3000-4000 лет до н. э. Но несмотря на это, пластмасса во многом превосходит металл.

Преимущества пластмасс

Во-первых, пластик значительно легче металла. Это позволяет снизить общий вес автомобиля и сопротивление воздуха при движении, и тем самым — уменьшить расход топлива, а значит и снизить выброс выхлопных газов.

Общее снижение веса автомобиля на 100 кг за счет применения пластмассовых деталей позволяет экономить до одного литра топлива на 100 км.

Во-вторых, применение пластмасс дает колоссальные возможности для формообразования, позволяя изготавливать детали самых сложных и хитроумных форм и реализовывать любые дизайнерские идеи.

К преимуществам пластмасс также относятся их высокая коррозионная стойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, кислотам, щелочам и другим агрессивным химическим веществам, высокий коэффициент шумоподавления, отменные электро- и теплоизоляционные характеристики.

Так что неудивительно, почему пластмассы получили такое широкое распространение в автомобилестроении.

Предпринимались ли попытки создать полностью пластмассовый автомобиль? А как же! Вспомните легендарный «Трабант», выпускавшийся в Германии более 40 лет назад. Кузов этого героя анекдотов был полностью изготовлен из слоистого пластика.

Для получения этого пластика использовалась поступавшая с текстильных фабрик хлопчатобумажная ткань. 65 слоев этой ткани, чередуясь со слоями размолотой крезолоформальдегидной смолы, спрессовывались в очень прочный материал толщиной 4 мм при давлении 40 атм. и температуре 160 °С в течение 10 мин.

Trabant. Самый популярный в мире автомобиль из пластика

Цельнопластмассовые кузова серийных авто разрабатываются и сейчас, многие кузова спортивных автомобилей полностью делают из пластика. Традиционно металлические детали (капоты, крылья) на многих автомобилях сейчас также меняют на пластиковые, например, у автомобилей Citroën, Renault, Peugeot и других.

Только если кузовные детали народного Трабанта вызывали скорее ироническую усмешку, то пластиковые элементы современных авто, обладающие высочайшей прочностью, антикоррозионной стойкостью и малым удельным весом, заставляют с уважением относиться к этому материалу.

Заканчивая разговор о преимуществах пластмасс нельзя обойти стороной тот факт, что большинство из них хорошо поддается окрашиванию, пускай и с некоторыми оговорками. Не будь у пластика такой возможности, вряд ли бы этот материал снискал столь высокую популярность.

Зачем красить пластик?

Необходимость покраски пластмасс продиктована с одной стороны эстетическими соображениями, а с другой — необходимостью защищать пластики. Ведь ничего вечного нет. Пластмасса хоть и не гниет, но в процессе эксплуатации и атмосферных воздействий она все равно повергается старению и деструкции. А нанесенный лакокрасочный слой защищает поверхность пластика от различных агрессивных воздействий и продлевает срок его службы.

На заводе покраска пластмассовых деталей трудностей не вызывает. Технологии здесь отлажены, да и речь в данном случае идет о покраске новых одинаковых деталей из одной и той же пластмассы. А вот в условиях мастерской маляры уже сталкиваются с проблемой, заключающейся в разнородности материалов различных деталей.

Вот здесь и приходится ответить себе на вопрос: «Что вообще такое пластмасса? Из чего ее делают, каковы ее свойства и основные виды?».

Что такое пластмасса?

В соответствии с отечественным государственным стандартом:

Пластмассами называются материалы, основной составной частью которых являются такие высокомолекулярные органические соединения, которые образуются в результате синтеза или же превращений природных продуктов. При переработке в определенных условиях они, как правило, проявляют пластичность и способность к формованию или
деформации.

Если из такого сложного определения убрать первое слово «пластмассами», можно даже и не догадаться, о чем вообще идет речь. Что ж, попробуем немного разобраться.

«Пластмассы» или «пластические массы» назвали так потому, что эти материалы способны при нагреве размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать определенную форму, которая при дальнейшем охлаждении и отверждении сохраняется.

Основу любой пластмассы составляет полимер (то самое «высокомолекулярное органическое соединение» из определения выше).

Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли» («много») и «мерос» («части» или «звенья»). Это вещество, молекулы которого состоят из большого числа одинаковых, соединенных между собой звеньев. Эти звенья называют мономерами («моно» — один).

Так, например, выглядит мономер полипропилена, наиболее применяемого в автомобилестроении типа пластика:

Молекулярные цепи полимера состоят из практически бесчисленного числа таких кусочков, соединенных в одно целое.

Цепочки молекул полипропилена

По происхождению все полимеры делят на синтетические и природные. Природные полимеры составляют основу всех животных и растительных организмов. К ним относят полисахариды (целлюлоза, крахмал), белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и другие вещества.

Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство пластмасс являются синтетическими.

Синтетические полимеры получают в процессе химического синтеза из соответствующих мономеров.

В качестве исходного сырья обычно применяются нефть, природный газ или уголь. В результате химической реакции полимеризации (или поликонденсации) множество «маленьких» мономеров исходного вещества соединяются между собой, будто бусины на ниточке, в «огромные» молекулы полимера, который затем формуют, отливают, прессуют или прядут в готовое изделие.

Так, например, из горючего газа пропилена получают пластик полипропилен, из которого делают бамперы:

Теперь вы наверное догадались, откуда берутся названия пластмасс. К названию мономера добавляется приставка «поли-» («много»): этилен → полиэтилен, пропилен → полипропилен, винилхлорид → поливинилхлорид и т.д.

Международные краткие обозначения пластмасс являются аббревиатурами их химических наименований. Например, поливинилхлорид обозначают как PVC (Polyvinyl chloride), полиэтилен — PE (Polyethylene), полипропилен — PP (Polypropylene).

Кроме полимера (его еще называют связующим) в состав пластмасс могут входить различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие вещества, обеспечивающие пластмассе те или иные свойства, такие как текучесть, пластичность, плотность, прочность, долговечность и т.д.

Виды пластмасс

Пластмассы классифицируют по разным критериям: химическому составу, жирности, жесткости. Но главным критерием, объясняющим природу полимера, является характер поведения пластика при нагревании. По этому признаку все пластики делятся на три основные группы:

термопласты;
реактопласты;
эластомеры.

Принадлежность к той или иной группе определяют форма, величина и расположение макромолекул, вместе с химическим составом.

Термопласты (термопластичные полимеры, пластомеры)

Термопласты — это пластмассы, которые при нагреве плавятся, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Эти пластмассы состоят из линейных или слегка разветвленных молекулярных цепей. При невысоких температурах молекулы располагаются плотно друг возле друга и почти не двигаются, поэтому в этих условиях пластмасса твердая и хрупкая. При небольшом повышении температуры молекулы начинают двигаться, связь между ними ослабевает и пластмасса становится пластичной. Если нагревать пластмассу еще больше, межмолекулярные связи становятся еще слабее и молекулы начинают скользить относительно друг друга — материал переходит в эластичное, вязкотекучее состояние. При понижении температуры и охлаждении весь процесс идет в обратном порядке.

Если не допускать перегрева, при котором цепи молекул распадаются и материал разлагается, процесс нагревания и охлаждения можно повторять сколько угодно раз.

Эта особенность термопластов многократно размягчаться позволяет неоднократно перерабатывать эти пластмассы в те или иные изделия. То есть теоретически, из нескольких тысяч стаканчиков из-под йогурта можно изготовить одно крыло. С точки зрения защиты окружающей среды это очень важно, поскольку последующая переработка или утилизация — большая проблема полимеров. Попав в почву, изделия из пластика разлагаются в течение 100–400 лет!

Кроме того, благодаря этим свойствам термопласты хорошо поддаются сварке и пайке. Трещины, изломы и деформации можно легко устранить посредством нагрева.

Большинство полимеров, применяемых в автомобилестроении, являются именно термопластами. Используются они для производства различных деталей интерьера и экстерьера автомобиля: панелей, каркасов, бамперов, решеток радиатора, корпусов фонарей и наружных зеркал, колпаков колес и т.д.

К термопластам относятся полипропилен (РР), поливинихлорид (PVC), сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), полистирол (PS), поливинилацетат (PVA), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат (оргстекло) (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC), полиоксиметилен (РОМ) и другие.

Реактопласты (термореактивные пластмассы, дуропласты)

В начальном состоянии реактопласты имеют линейную структуру макромолекул, но при нагревании во время производства формового изделия макромолекулы «сшиваются», создавая сетчатую пространственную структуру. Именно благодаря такой структуре тесно сцепленных, «сшитых» молекул, материал получается твердым и неэластичным, и теряет способность повторно переходить в вязкотекучее состояние.

Из-за этой особенности термореактивные пластмассы не могут подвергаться повторной переработке. Также их нельзя сваривать и формовать в нагретом состоянии — при перегреве молекулярные цепочки распадаются и материал разрушается.

Эти материалы являются достаточно термостойкими, поэтому их используют, например, для производства деталей картера в подкапотном пространстве. Из армированных (например стекловолокном) реактопластов производят крупногабаритные наружные кузовные детали (капоты, крылья, крышки багажников).

К группе реактопластов относятся материалы на основе фенол-формальдегидных (PF), карбамидо-формальдегидных (UF), эпоксидных (EP) и полиэфирных смол.

Эластомеры

Эластомеры, так же как и реактопласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Только в отличие от реактопластов, макромолекулы эластомеров расположены более широко. Именно такое размещение обуславливает их упругие свойства.

В силу своего сетчатого строения эластомеры неплавки и нерастворимы, как и реактопласты, но набухают (реактопласты не набухают).

К группе эластомеров относятся различные каучуки, полиуретан и силиконы. В автомобилестроении их используют преимущественно для изготовления шин, уплотнителей, спойлеров и т.д.

В автомобилестроении используются все три типа пластиков. Также выпускаются смеси из всех трех видов полимеров — так называемые «бленды» (blends), свойства которых зависят от соотношения смеси и вида компонентов.

Определение типа пластика. Маркировка

Любой ремонт пластиковой детали должен начинаться с определения типа пластмассы, из которой изготовлена деталь. Если в прошлом это давалось не всегда просто, то сейчас «опознать» пластик легко — все детали, как правило, маркируются.

Обозначение типа пластмассы производители обычно выштамповывают с внутренней стороны детали, будь то бампер или крышка мобильного телефона. Тип пластика, как правило, заключен в своеобразные скобки и может выглядеть следующим образом: >PP/EPDM<, >PUR<, <ABS>.

Задание: снимите крышку своего мобильного телефона и посмотрите из какого типа пластмассы он изготовлен. Чаще всего это >PC<.

Вариантов таких аббревиатур может быть очень много. Рассмотрим несколько самых распространенных в автомобилестроении типов пластмасс.

Примеры наиболее распространенных в автомобилестроении типов пластика

Полипропилен — РР, модифицированный полипропилен — PP/EPDM

Полипропилен — самый распространенный в автомобильной промышленности тип пластика. В большинстве случаев при ремонте мы будем иметь дело с его различными модификациями.

Полипропилен обладает массой преимуществ: низкой плотностью (0,90 г/см³ — наименьшее значение среди всех пластмасс), высокой механической прочностью, химической стойкостью (устойчив к разбавленным кислотам и большинству щелочей, моющим средствам, маслам, растворителям), термостойкостью (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C). Он почти не подвергается коррозионному растрескиванию, обладает хорошей способностью к восстановлению. Кроме того, полипропилен является экологически чистым материалом.

Столь ценные свойства этого пластика дают повод считать его идеальным материалом для автомобилестроения. Благодаря достоинствам полипропилена его даже начали называть «королем пластмасс».

На основе полипропилена изготовлены практически все бампера, также этот материал используется при изготовлении спойлеров, деталей салона, приборных панелей, расширительных бачков, решеток радиатора, воздуховодов, корпусов и крышек аккумуляторных батарей и т.д.

Только при литье большинства этих деталей используется не чистый полипропилен, а его различные модификации.

«Чистый» немодифицированный полипропилен очень чувствителен к кислороду и ультрафиолетовому излучению, в процессе эксплуатации он быстро теряет свои свойства и становится хрупким. По той же причине нанесенное на чистый полипропилен отделочное покрытие не может обладать прочной и долговечной адгезией.

Введенные же в полипропилен добавки — часто в виде резины и талька — существенно улучшают его свойства и дают возможность его покраски.

Покраске поддается только модифицированный полипропилен. На «чистом» полипропилене адгезия будет очень слабой! Из чистого полипропилена >РР< изготавливают, например, бачки омывателей, расширительные емкости, одноразовую посуду, стаканчики и т.д.

Все модификации полипропилена первыми двумя буквами обозначаются все равно, как >РР…<, какой бы длинной не была аббревиатура. Самый распространенный продукт этих модификаций — >PP/EPDM< (сополимер полипропилена и этиленпропиленового каучука).

ABS (сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола)

ABS — эластичный, но в тоже время ударопрочный пластик. За эластичность отвечает составляющая каучука (бутадиена), за прочность — акрилонитрил. Этот пластик чувствителен к ультрафиолетовому излучению — под его воздействием пластик быстро стареет. Поэтому изделия из ABS нельзя долго держать на свету и нужно обязательно окрашивать.

Чаще всего используется для производства корпусов фонарей и наружных зеркал, решеток радиатора, облицовки приборной панели, обивки дверей, колпаков колес, задних спойлеров и т. п.

Поликарбонат — PC

Один из наиболее ударопрочных термопластов. Чтобы понять, насколько прочен поликарбонат, достаточно того факта, что это материал используется при изготовлении пуленепробиваемых банковских стоек.

Помимо прочности поликарбонаты отличаются легкостью, стойкостью к световому старению и перепадам температур, пожаробезопасностью (это трудно воспламеняющийся самозатухающий материал).

К сожалению, поликарбонаты чувствительны к воздействию растворителей и имеют тенденцию к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений.

Не подходящие агрессивные растворители могут сильно ухудшать прочность этого пластика, поэтому при покраске деталей, где прочность имеет ключевое значение (например мотоциклетного шлема из поликарбоната) нужно быть очень внимательными и четко соблюдать рекомендации производителя, а в некоторых случаях даже принципиально отказаться от покраски. Зато спойлеры, решетки радиатора и панели бамперов из поликарбоната можно красить без проблем.

Полиамиды — PA

Полиамиды — жесткие, прочные и при этом эластичные материалы. Детали из полиамида выдерживают нагрузки, близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металлов и сплавов. Полиамид обладает высокой стойкостью к износу, химической устойчивостью. Он почти невосприимчив к большинству органических растворителей.

Чаще всего полиамиды используют для изготовления съемных автомобильных колпаков, различных втулок и вкладышей, хомутов трубок, языков замка дверей и защелок.

Полиуретан — PU, PUR

Пока свое широкое распространение в производстве не получил полипропилен, самым популярным материалом для изготовления различных эластичных деталей автомобиля был полиуретан. Из него делали рулевые колеса, грязезащитные чехлы, покрытия для педалей, мягкие дверные ручки, спойлеры и т.д.

У многих этот тип пластика вызывает ассоциации с маркой Mercedes. До недавнего времени почти на всех моделях из полиуретана делали бамперы, боковые накладки дверц, порогов.

Для производства деталей из этого пластика требуется не такое сложное оборудование, как для полипропиленовых. Поэтому сегодня многие частные компании предпочитают работать именно с полиуретаном при изготовлении различных деталей для тюнинга автомобилей.

Стеклопластики — SMC, BMC, UP-GF

Стеклопластики — один из главных представителей семейства так называемых «армированных пластиков». Эти материалы изготавливаются на базе эпоксидных или полиэфирных смол (это реактопласты) со стеклотканью в качестве наполнителя.

Благодаря своим высоким физико-механическим характеристикам, а также стойкости к различным агрессивным воздействиям, стеклопластики получили широкое применение во многих сферах промышленности. Этот материал используется, например, в производстве кузовов американских минивэнов.

В процессе производства деталей из стеклопластика могут применяться технологии типа «сэндвич», когда детали состоят из нескольких слоев тех или иных материалов, каждый из которых отвечает определенным требованиям (прочности, химической стойкости, абразивоустойчивости).

Если тип пластика неизвестен

Вот к нам в руки попала пластиковая деталь, не имеющая на себе никакой маркировки. Но нам позарез нужно выяснить что это за материал, или хотя бы его тип — термопласт это или реактопласт.

Потому что, если речь идет, например, о сварке, то она возможна лишь с термопластами (для ремонта термореактивных пластмасс применяются клеевые композиции). Кроме того, свариваться могут только одноименные материалы, разнородные просто не будут взаимодействовать. В связи с этим появляется необходимость «опознать» неизвестный пластик, чтобы правильно подобрать ту же сварочную присадку.

Идентификация типа пластика — задача непростая. Анализ пластмасс производится в лабораториях по различным показателям: по спектрограмме сгорания, реакции на различные реактивы, запаху, температуре плавления и т.д.

Тем не менее, существует несколько простейших тестов, позволяющих определить приблизительный химический состав пластика и отнести его к тому или иному типу полимеров. Один из таких — анализ поведения образца пластика в открытом источнике огня.

Для теста нам понадобится проветриваемое помещение и зажигалка (или спички), с помощью которой нужно осторожно поджечь кусочек испытуемого материала. Если материал плавится, значит мы имеем дело с термопластом, если не плавится — перед нами реактопласт.

Теперь убираем пламя. Если пластик продолжает гореть, то это может быть ABS-пластик, полиэтилен, полипропилен, полистирол, оргстекло или полиуретан. Если гаснет — скорее всего это поливинилхлорид, поликарбонат или полиамид.

Далее анализируем цвет пламени и запах, образующийся при горении. Например, полипропилен горит ярким синеватым пламенем, а его дым имеет острый и сладковатый запах, похожий на запах сургуча или жженной резины. Слабым синеватым пламенем горит полиэтилен, а при затухании пламени чувствуется запах горящей свечи. Полистирол горит ярко, и при этом сильно коптит, а пахнет довольно приятно — у него сладковатый цветочный запах. Поливинилхлорид, наоборот, пахнет неприятно — хлором или соляной кислотой, а полиамид — горелой шерстью.

Кое-что о типе пластика может сказать и его внешний вид. Например, если на детали наблюдаются явные следы сварки, то она наверняка изготовлена из термопласта, а если имеются следы снятых наждаком заусенцев, значит это реактопласт.

Также можно провести тест на твердость: попробовать срезать небольшой кусочек пластмассы ножом или лезвием. С термопласта (он более мягкий) стружка будет сниматься, а вот реактопласт будет крошиться.

Или еще один способ: погружение пластика в воду. Этот метод позволяет довольно просто определить пластики, входящие в группу полиолефинов (полиэтилен, полипропилен и др.). Эти пластмассы будут плавать на поверхности воды, так как их плотность почти всегда меньше единицы. Другие пластики имеют плотность больше единицы, поэтому они будут тонуть.

Эти и другие признаки, по которым можно определить тип пластика, представлены ниже в виде таблицы.

P.S. В следующей статье мы уделим внимание вопросам подготовки и покраски пластиковых деталей.

Бонусы

Расшифровка обозначения пластмасс

Обозначения наиболее распространенных пластиков

Классификация пластиков в зависимости от жесткости

Основные модификации полипропилена и области их применения в автомобиле

Методы определения типа пластмассы

Нагрев и деформация полимеров: поведение и физическое состояние пластмасс. :: информационная статья компании Полимернагрев

Практически все способы обработки пластика сводятся к вводу энергии, которая в итоге преобразуется в тепло, и прикладыванию определенного давления. Это касается даже процесса сваривания. Поэтому мы можем сделать следующий вывод:

Главными характеристиками, от которых будет зависеть способность полимеров к свариванию и переработке, являются их реакция на нагревание и деформирование.

В зависимости от реакции на термический нагрев все полимеры можно разделить на такие группы:

Термопластичные пластмассы или термопласты. Такие полимеры не изменяют свою структуру при повышении температуры и охлаждении. При нагреве термопласты размягчаются, но остаются химически неизменными. Это свойство термопластов позволяет их легко сваривать или создавать из них изделия различных форм.
Термореактивные пластмассы или реактопласты. Данный тип полимеров под воздействием высоких температур приобретают пространственную структуру и полностью утрачивают способность плавиться. Термореактивные пластики соединяют при помощи так называемой химической сварки.

Особенности подвижности макромолекул полимеров при нагреве

Нагрев пластиков ведет к преобразованию их состояния за счет того, что повышение температуры увеличивает запас средней тепловой энергии макромолекул полимеров, следовательно, подвижность макромолекул повышается. С характеристикой подвижности макромолекул у полимеров связаны определенные особенности, которые мы рассмотрим в данной статье.

Гибкость макромолекул пластика

Молекулы полимеров связаны друг с другом очень сильно, поэтому при нагревании макромолекулы не разъединяются полностью и не могут независимо друг от друга двигаться. Полный разрыв соединений макромолекул пластика по всей длине возможен только при воздействии такого количества энергии, которое больше энергии хим. связей основной цепи. Это значит, что оторвать молекулы полимера друг от друга возможно только при полной деструкции химических связей. Однако, на помощь для перемещения молекул приходит такое их свойство как

гибкость макромолекул полимера.

Гибкость молекулы полимера обуславливается ее большой длиной, которая может быть больше поперечника в тысячи раз. Свойство макромолекулы изгибаться можно сравнить с гибкостью длинной нити. Также дополнительная гибкость обеспечивается деформированием валентных углов и увеличением при нагреве межчастичных расстояний. Вращение частиц макромолекулы вокруг простых химических связей без их разрыва требует значительно меньших энергозатрат. Данное вращение называют конформацией.

Из-за теплового движения отдельных звеньев макромолекул полимеров и благодаря их высокой гибкости, относительное перемещение молекул пластика происходит частями.

Гибкость макромолекул измеряется в величине ее частицы, которая при определенных условиях внешнего воздействия ведет себя как отдельная кинетическая единица и двигается независимо от других сегментов.

Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше будет гибкость цепи, а увеличение молекулярных связей наоборот гибкость уменьшает. Если взять две молекулы полимера с равной молекулярной массой, то гибкость будет больше у той, у которой длина сегментов меньше.

Выделяют три состояния аморфных полимеров, которые обуславливаются свойством гибкости молекул:

Стеклообразное состояние. Или проще говоря застывшее. При низких температурах пластик полностью застывает и твердеет. В данном состоянии не наблюдается абсолютно никакой сегментарной подвижности, потому как в молекуле для этого не хватает тепловой энергии. Время пребывания в застывшем состоянии у пластика практически не ограничено.
Высокоэластичное состояние. Данное свойство наблюдается при повышении температуры. Сегменты начинают смещаться и макромолекулы становятся способны принимать различные конформации: от полностью свернутой до выпрямленной. При деформации в высокоэластичном состоянии молекулы полимера могут сильно удлиняться, а при застывании опять вернутся в исходное состояние.
Вязкотекучее состояние. Данное физическое состояние полимера возможно при значительном его нагревании. В данном случае пластик плавится и течет даже при небольшом на него воздействии. При этом состоянии активно двигаются не только сегменты, но и отдельные молекулы целиком.

При постепенном нагреве смена физического состояния полимера происходит в определенном диапазоне температурных значений, но за температуру перехода обычно берут среднюю температуру интервала. Такие переходы очень хорошо видны на термомеханических кривых (график зависимости деформации от температурных показателей).

На термомеханической кривой можно увидеть три участка кривой, которые соответствуют каждому из описанных выше состояний. Посмотреть термомеханическую кривую для аморфного пластика вы можете на иллюстрации ниже.

Как видно на графике, на первом участке с низкой температурой показатель деформации совсем маленький. Тхр – это температура хрупкости полимера. Тс – это температура стеклования, при которой пластик переходит с высокоэластичного состояния в стеклообразное и обратно. После перехода из стеклобразного в высокоэластичное состояние идет так называемое переходное состояние, когда повышение температуры приводит к определенному уровню деформации, сохраняющемуся на всем интервале температур для высокоэластичного состояния. При вязкотекучем состоянии уровень деформации повышается очень резко. Граничная температура для состояний высокоэластичности и вязкотекучести называется Тт – температура текучести. Рост деформации продолжается до достижения температуры разложения полимера.

Термомеханические кривые для различных типов полимерных масс будет отличаться, их вид зависит от степени кристалличности полимера и от молекулярной массы. К примеру, при малых значениях молекулярной массы высокоэластичная область на термомеханической кривой будет практически отсутствовать, а для частично-кристаллических полимеров температура текучести будет выше температуры плавления.

Для переработки полимеров наиболее значимым является интервал температур между текучестью и разложением, ведь от него зависит, насколько чувствительным будет процесс переработки к изменению параметров режима.

Компания Полимернагрев специализируется на изготовлении нагревательных элементов для нагрева пластика для различного промышленного оборудования. У нас вы можете купить такие типы нагревательных элементов для переработки полимеров:

Если у вас остались вопросы по нагреву полимеров, пишите их в форме ниже или отправляйте нам на почтовый ящик, постараемся ответить на все в самые короткие сроки.

Полимерные материалы: нагрев и деформация пластмасс

Абсолютно при всех видах переработки полимеров требуется нагрев и воздействие определенного давления. Это относится даже к сварке пластиков. И, исходя из этого, мы делаем следующий вывод:

Главные характеристики, которые влияют на качество сварки и обработки полимеров это их реагирование на процесс нагревания и деформирование.

Зависимо от того как реагируют разные пластики на подачу определенных температур их разделяют на следующие группы:

Термопласты — представляет собой пластиковый полимерный материал , который становится пластичным или формуемыми при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении. Мономеры, из которых состоят термопластичные полимеры, соединяются посредством электрических связей, называемых силами Ван-дер-Ваальса, которые слабо притягивают нейтральные молекулы друг к другу. Эти повторяющиеся звенья расположены таким образом, что молекулы термопластичного полимера выглядят как множество нитей жемчуга, смешанных вместе.

Поскольку их связи являются слабыми, термопластические полимеры легко размягчаются при нагревании, что позволяет производителям формовать их в широком диапазоне форм, затем повторно размягчать и снова формовать. Эта способность повторно использовать термопластичные полимеры на неопределенный срок означает, что они пригодны для вторичной переработки.

К другим преимуществам этих полимеров относятся превосходная прочность и способность противостоять усадке. С другой стороны, термопластичные полимеры действительно имеют несколько недостатков, включая высокую стоимость производства и тот факт, что они легко плавятся, что делает их непригодными для некоторых высокотемпературных применений.

На самом деле существует множество типов термопластичных полимеров, уникальных по форме и функциям. Производители часто используют полиэтилен высокого давления для герметизации твердых предметов, таких как электрическое оборудование. Полиэтилен низкого давления очень эластичен и идеально подходит для изоляции электрических кабелей. Полиамид чаще всего ассоциируется с производством веревок и ремней. Возможно, наиболее узнаваемым термопластичным полимером является поливинилхлорид или ПВХ, из которого легко формуются трубы, контейнеры и изоляционные материалы. Наконец, некоторые клеи представляют собой термопластичные полимеры, включая акрилаты, цианоакрилаты и эпоксидную смолу.

Хотя термопластичные полимеры бывают самых разных форматов и служат множеству уникальных целей, основные характеристики этих материалов остаются неизменными: высокая универсальность и возможность вторичной переработки. Когда дело доходит до применения химии в реальном мире, вам будет сложно найти лучший пример, чем производство пластмасс, включая термопластичные полимеры.

Термореактивные пластмассы или реактопласты — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

По сравнению с термопластами термореактивные пластмассы не плавятся при нагревании. Кроме того, они не деформируются и не теряют свою форму при очень низких температурах. Это делает их идеальными для любых деталей или механизмов, которые будут использоваться в экстремальных климатических условиях или в средах с регулярными колебаниями температуры.

Термореактивные материалы обладают низкой вязкостью, и с ними легко работать, поскольку они существуют в жидкой форме при комнатной температуре, а это означает, что нагревание не требуется. Литье под давлением с использованием термореактивных полимеров может быть выполнено с использованием гораздо меньшего количества тепла и давления, чем это необходимо при использовании термопластов. По этой причине термореактивное литье под давлением (которое включает реактивное литье под давлением (RIM) и литье под давлением длинных волокон (LFI)) может осуществляться с гораздо меньшими затратами. Формы для этого процесса экономичны и просты в производстве; они могут быть изготовлены из ряда материалов, включая алюминий, киркситовые сплавы, никель, эпоксидную смолу, силикон и стекловолокно.

Особенности подвижности макромолекул полимеров при нагреве

Нагревание полимеров приводит к изменению их состояния, т. к. повышенная температура провоцирует увеличение среднего значения тепловой энергии макромолекул полимеров. Макромолекулы при этом становятся более подвижными.

Гибкость макромолекул полимеров

Молекулы пластика имеют между собой сильную связь. При нагреве макромолекулы не утрачивают связь полностью и самостоятельно передвигаться не могут. Полностью разорвать соединение макромолекул можно только лишь при воздействии энергии, которая будет сильнее энергии химической связи основной цепи. То есть разорвать полимерные молекулы можно, только если полностью деструктировать их химическую связь. Но, это сделать очень сложно, т.к. подключается такое свойство молекул, как гибкость макромолекул.

Гибкость молекул обеспечивается их длиной, превышающей поперечник в тысячи раз. Молекулы полимера обладают такой гибкостью, которую можно сравнить с гибкостью обычной нитки. Дополнительную гибкость обеспечивает деформирование валентных углов и увеличение расстояния между частицами в процессе нагрева. Вращение макромолекулярных частичек вокруг простых хим. связей без риска разрыва требует небольших энергетических затрат. Такое вращение называется конфирмация.

Перемещение молекул полимера происходит частями благодаря тепловому движению макромолекулярных звеньев и отличной гибкости. Величина частиц молекул определяет уровень их гибкости. Движение частиц зависит от внешних воздействий. При этом частицы могут приходить в движение независимо от соседних сегментов.

От молекулярной массы всего полимера будет зависеть гибкость макромолекулярных цепей. Чем она больше, тем выше уровень гибкости. А вот молекулярные связи наоборот снижают гибкость. Например: у двух молекул пластика с одинаковой массой гибкость будет хуже у той молекулы, где длиннее сегмент.

Разность гибкости молекул у разных аморфных пластиков обуславливает разность в их состоянии:

Стеклообразное или застывшее состояние. Характерно для пластиков находящихся в условиях низкой температуры. В таких условиях происходит их застывание и затвердение. При данных условиях молекулы абсолютно обездвижены, т.к. энергии для этого недостаточно. Полимер в таком виде может находиться неопределенное время.
Высокоэластичное состояние. Такое состояние для пластика характерно при подъеме температуры. Сегменты постепенно перемещаются и макромолекулы принимают различное положение. Могут либо полностью сворачиваться или выпрямляться. В данном случае молекулы могут значительно увеличиваться в длине. При обратном застывании они возвращаются в исходное состояние.
Вязкотекучее состояние. В такой вид полимер приходит в условиях сверхсильного нагрева. Полимер расплавляется и даже при небольшом воздействии начинает течь. В активность приходят не только сегменты, но и в отдельности молекулы.

В процессе постепенного нагрева полимер изменяет свое состояние в пределах определенного термического диапазона. Температурой перехода считается средняя температура интервала. Данные переходы можно хорошо пронаблюдать на термомеханической кривой.

С помощью такой кривой можно заметить три четких участка, соответствующих каждому из состояний полимера. Рассмотреть такой график для аморфных пластмасс, можно ниже.

График показывает, что на уровне первого участка деформация практически отсутствует или наблюдается в незначительном коэффициенте. Тхр — это термические значения показателя хрупкости пластика. Тс — температура, при которой происходит стеклование. Здесь полимер может переходить от высокоэластичного состояния к стеклообразному и наоборот. После того, как полимер перешел из стеклообразного состояния в эластичное, наступает переходной период. Повышение термических значений в данном случае провоцирует некоторые деформации, которые сохраняются на протяжение всего температурного интервала эластичного состояния. В случае вязкотекучего состояния деформация происходит очень быстро. Граничные термические значения характерные для высокоэластичного и вязкотекучего состояния называются Тт — температура текучести. Деформация нарастает до тех пор, пока пластик не разложится.

Температурно-механические кривые у разных видов пластика будут иметь отличия. Кривая будет зависеть от уровня полимерной кристаллизации и от молекулярной массы. Например, если полимер обладает малой молекулярной массой, то на кривой области высокоэластичности не будет заметно. У полимеров, которые кристаллизуются частично температура текучего состояния, будет значительно большей, чем температура плавления.

В обработке пластиков большое значение имеет интервал термического воздействия между состоянием текучести и разложения. От этого интервала зависит чувствительность процесса переработки к изменениям настройки параметров.

У компании «ТЭН24» вы можете заказать нагреватели для обработки полимеров. Мы производим электронагреватели стандартной и индивидуальной сборки абсолютно для всех типов оборудования. Самые часто запрашиваемые электронагреватели для полимеров от «ТЭН24»:

«ТЭН24» работает в долгосрочной перспективе и ценит своих клиентов. Мы одни из немногих поставщиков, который предоставляет товар собственного производства, а не является дилером.

Состав и свойства пластмасс

Пластмассы получают обычно из связующего вещества и наполнителя, вводя в состав исходной массы те или иные специальные добавки-пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.

Связующие вещества

Связующим веществом в пластмассах служат различные полимеры – синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы. Выбор связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристика прочности и деформативности. Связующее вещество – это обычно самый дорогой компонент пластмассы.

Для производства полимеров имеются огромные запасы сырья. Исходными материалами для их получения являются природный газ и так называемый «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти. В газообразных продуктах переработки нефти содержится этилен, пропилен и другие газы, перерабатываемые на предприятиях в полимеры.

Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.

В производстве синте5тических материалов применяют также азот и кислород, получаемые из воздуха, воду и ряд других широко распространенных веществ.

Наполнители

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс порошки и волокна. В форме наполнителей слоистых пластмасс широко используют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители существенно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс. Кроме того, наполнители улучшают ряд свойств изделий – повышают теплостойкость, а волокна ткани и листовой материалы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу, действуя подобно арматуре в железобетоне.

Пластификаторы

Пластификаторы – это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокой эластичности и уменьшения хрупкости. В виде пластификаторов могут использоваться некоторые низкомолекулярные высококипящие жидкости. Молекулы жидкости, проникая между звеньями цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связи между ними. Это и приводит к уменьшению вязкости полимера.

При изготовлении пластмасс в их состав добавляют и другие добавки. Вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, убыстряют процесс отверждения пластмасс и их поэтому называют отвердителями. Добавки стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойства пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных влияний.

В качестве красителей пластмасс применяют как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др.

Для производства пористых пластических масс в полимеры вводят специальные вещества – порообразователи (порофоры), обеспечивающие создание в материале пор.

Положительным свойством пластмасс является то, то возможно получить некоторые материалы с высокими показателями, например:

– малая плотность в пределах от 20 до 2200 кг/м3;

– высокие прочностные характеристики – у текстолита предел прочности при разрыв5е достигает 150 МПа, у древопластиков равен 350 МПа. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточно высоки, например, у древопластиков порядка 200 МПа, у СВАМа (стекловолокнистый анизотропный материал) – 420 МПа. Пластмассы с наполнителями (как порошкообразными, так и волокнистыми) имеют предел прочности при сжатии в пределах от 120 до 160 МПа;

– низкая теплопроводность. Самые легкие пористые пластмассы имеют показатель теплопроводности всего лишь 0,03 Вт/(м*°C), т.е. близкий к теплопроводности воздуха;

– высокая химическая стойкость;

– высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;

– способность окрашиваться в различные цвета;

– малая истираемость некоторых пластмасс. В связи с этим в первую очередь эти пластмассы целесообразно внедрять как материалы для покрытия полов;

– прозрачность пластмасс. Органические стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как обычные – более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м3, тогда как обычное оконное стекло – 2500 кг/м3;

– технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы. Пластмассовые конструкции и изделия поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.). Поэтому из пластмасс можно изготовлять различные комбинированные клееные строительные изделия и конструкции;

– относительная легкость сварки материалов из пластмасс (например, труб в струе горячего воздуха) позволяет механизировать работы по монтажу пластмассовых трубопроводов;

– способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов, вследствие чего такие пластмассы незаменимы как сырье для производства строительных лаков и красок;

– наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы, газы нефтепереработки).

Вместе с тем пластмассы имею ряд недостатков. К отрицательным свойствам большинства пластических масс нужно прежде всего отнести их низкую теплостойкость (от +70 до +200°C). Пластические массы имеют малую поверхностную твердость. Значительным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения. Это необходимо учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов).

Не могут быть игнорированы и другие отрицательные строительные свойства пластмасс – их повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температурного режима, а также некоторых из них обладают горючестью с выделением вредных газов и токсичностью при эксплуатации.

К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки из службы. Между тем вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени в значительной мере определяют их применения в строительстве.

Автор: к.т.н. Иванов М.И.

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: [email protected]

Виды пластика и полиэтилена и их условные обозначения, прием в Самаре.

«Все на свете из пластмассы, и вокруг пластмассовая жизнь», — пела группа «Сплин». И действительно, из пластмассы делают великое множество вещей. Однако и пластмасс существует очень много. У каждого типа — свои особенности и преимущества.

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

ПЭТ — самый распространенный материал для производства пластиковых бутылок. Минеральная вода, газировка и другие освежающие напитки, как правило, содержатся именно в ПЭТ-бутылках.

Основное преимущество ПЭТ в том, что это превосходный барьер на пути влаги и жидкости. Стекло, конечно, в этом плане вне конкуренции, но оно гораздо более хрупкое и тяжелое. Пол-литровая бутылка ПЭТ в 10 раз легче бутылки из стекла. К тому же благодаря тому, что ПЭТ дешев и ударопрочен, производители стали продавать свои напитки в бутылках большого объема. Это выгодно и покупателям, и продавцам.

Впервые ПЭТ выделили британские химики — в 1941 году. После войны многие страны научились производить этот ценный синтетический материал в своих лабораториях. В СССР он получил красивое название лавсан, что, впрочем, означает вовсе не солнце любви, а Лабораторию Института высокомолекулярных соединений Академии Наук.

Первоначально о бутылках никто не думал. Из ПЭТ производили синтетические волокна, например полиэстер. В 1950-х годах из него научились делать пленку — в частности, для фотоаппаратов и кинокамер. Первая ПЭТ-бутылка сошла с конвейера в 1973 году. А уже в 1977 году бутылки стали перерабатывать. Оказалось, что они прекрасно поддаются переработке, и из них можно делать новые бутылки, одежду, хозяйственные емкости.

ПНД (полиэтилен низкого давления) и ПВД (полиэтилен высокого давления)

Считается, что впервые полиэтилен был получен на исходе 19-го века. Немецкий химик Ганс фон Пехманн в 1898 году нагрел диазометан и нашел в пробирке белый осадок, похожий на воск. Его коллеги описали вещество, но практического применения до 1930-х гг. это открытие не имело.

В 1933 году химики Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон из британской компании ICI случайно смешали два вещества и нагрели его под высоким давлением и, вслед за фон Пехманном, получили новую воскообразную субстанцию. Через два года еще один химик из ICI установил, как можно повторить этот опыт, и уже в 1939 году началось промышленное производство полиэтилена.

ПВД изготавливается при высоком давлении, а ПНД — при низком. Это определяет их свойства. ПНД тверже, но менее прозрачен. К плюсам ПНД можно отнести его низкую водопроницаемость, высокую устойчивость к маслам, бензину и другим элементам. Это долговечная и прочная пластмасса. Из нее изготавливают трубы, посуду, крышки, фляги, ведра и другие хозяйственные емкости.

ПВД, напротив, отличается гибкостью и эластичностью. Это не самая прочная пластмасса, зато совершенно безопасная. При контакте с пищевыми продуктами она не выделяет вредных веществ. Из ПВД делают пакеты, пищевую и другие виды пленок, брезент. Также ПВД используется в производстве бутылок, канистр и других емкостей. Еще одно важное достоинство ПВД — он не боится низкой температуры и не становится хрупким на холоде.

ПВХ (поливинилхлорид)

ПВХ широко применяется в ремонте и строительстве. Из ПВХ делают вагонку, сайдинг, натяжные потолки, пластиковые окна. Но этим сфера применения ПВХ не исчерпывается. В каждом современном автомобиле — несколько килограммов ПВХ. Покрытия, приборные панели, подлокотники, ручки, держатели стаканов и многие другие детали изготовлены из него. ПВХ ценят и в медицине, и в канцелярии, из него делают пластиковые карточки, игрушки. Словом, это универсальный материал.

ПВХ был открыт французским химиком Анри Реньо. Как-то раз он оставил пробирку с винилхлоридом на солнечном свету и забыл про нее несколько дней. В пробирке образовался белый порошок. Впрочем, почти на целый век про это вещество забыли. Промышленное производство ПВХ началось только в 1913 году, и оно связано с именем американского инженера Фрица Клатте. Бум производства ПВХ начался в 1930-е годы. Германия, США, Великобритания начали на полную мощность производить новый материал. С чем же связана его популярность?

ПВХ устойчив к химическим соединениям. Он долговечен, не боится ни влаги, ни песка, ни солнца. При этом современный ПВХ эстетично выглядит. Однако в среде экологов к ПВХ относятся настороженно, ведь при его производстве активно применяется хлор. К тому же ПВХ сложно утилизировать: при сжигании он выделяет опасные для здоровья канцерогены.

ПП (Полипропилен)

История полипропилена началась в 1950-х годах, когда его получили химики Джулио Натта и Карл Циглер. За свое открытие они удостоились Нобелевской премии. Сегодня этот пластик по распространенности уступает только полиэтилену. Из полипропилена делают упаковочную тару, пленку, волокна. Из него также изготавливают одежду — например, болониевые куртки. Само название «болонья» произошло от одноименного города, где Джулио Натта открыл этот материал.

Полипропилен — экстремальный пластик. Он не боится ни высоких температур, ни изгибов, ни коррозии, ни растворителей. Не тонет в воде. Безвреден. Зато от мороза и солнечных лучей его лучше беречь. Полипропилен хорошо перерабатывается, его дробят на гранулы, после чего вновь используют в производстве.

ПС (Полистирол)

Полистирол впервые был выделен в 1911 году, хотя стирол, на основе которого он производится, был известен еще в 19-м веке. Это жесткий, но относительно хрупкий материал. Он устойчив к влаге. Его легко обрабатывать. Сравнительно дешев. Из полистирола делают массу вещей в различных сферах: потолочные плитки, корпуса телевизоров, чашки Петри, игрушки для детей.

Впрочем, полистирол применяется не только в мирных целях. Это вязкое вещество сложно потушить, поэтому оно стал одним из составляющих напалма. А вот в быту полистирол безвреден, однако при его сжигании выделяются вредные канцерогены, поэтому лучше всего полистирол перерабатывать.

Знаки перерабатываемого пластика

Каждый перерабатываемый тип пластика обозначается определенным знаком. Наверняка вы не раз видели такие значки на упаковке. Если же пластик не подпадает ни под один из перечисленных видов (что редкость!), его обозначают знаком «Другие виды пластика» — вот таким.

Типы и виды пластика. Классификация пластиков. Термины и определения

Термопласты — это пластмассы, которые при нагреве плавятся, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние. Эти пластмассы состоят из линейных или слегка разветвленных молекулярных цепей. При невысоких температурах молекулы располагаются плотно друг возле друга и почти не двигаются, поэтому в этих условиях пластмасса твердая и хрупкая. При небольшом повышении температуры молекулы начинают двигаться, связь между ними ослабевает и пластмасса становится пластичной. Если нагревать пластмассу еще больше, межмолекулярные связи становятся еще слабее и молекулы начинают скользить относительно друг друга — материал переходит в эластичное, вязкотекучее состояние. При понижении температуры и охлаждении весь процесс идет в обратном порядке. Если не допускать перегрева, при котором цепи молекул распадаются и материал разлагается, процесс нагревания и охлаждения можно повторять сколько угодно раз. Это особенность термопластов многократно размягчаться позволяет неоднократно перерабатывать эти пластмассы в те или иные изделия. То есть теоретически, из нескольких тысяч стаканчиков из-под йогурта можно изготовить одно крыло. С точки зрения защиты окружающей среды это очень важно, поскольку последующая переработка или утилизация — большая проблема полимеров. Попав в почву, изделия из пластика разлагаются в течение 100–400 лет! Кроме того, благодаря этим свойствам термопласты хорошо поддаются сварке и пайке. Трещины, изломы и деформации можно легко устранить посредством теплового воздействия. Большинство полимеров, применяемых в автомобилестроении, являются именно термопластами. Используются они для производства различных деталей интерьера и экстерьера автомобиля: панелей, каркасов, бамперов, решеток радиатора, корпусов фонарей и наружных зеркал, колпаков колес и т.д. К термопластам относятся полипропилен (РР), поливинихлорид (PVC), сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), полистирол (PS), поливинилацетат (PVA), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат (оргстекло) (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC), полиоксиметилен (РОМ) и другие.

Если для термопластов процесс размягчения и отверждения можно повторять многократно, то реактопласты после однократного нагревания (при формовании изделия) переходят в нерастворимое твердое состояние, и при повторном нагревании уже не размягчаются. Происходит необратимое отверждение. В начальном состоянии реактопласты имеют линейную структуру макромолекул, но при нагревании во время производства формового изделия макромолекулы «сшиваются», создавая сетчатую пространственную структуру. Именно благодаря такой структуре тесно сцепленных, «сшитых» молекул, материал получается твердым и неэластичным, и теряет способность повторно переходить в вязкотекучее состояние. Из-за этой особенности термореактивные пластмассы не могут подвергаться повторной переработке. Также их нельзя сваривать и формовать в нагретом состоянии — при перегреве молекулярные цепочки распадаются и материал разрушается. Эти материалы являются достаточно термостойкими, поэтому их используют, например, для производства деталей картера в подкапотном пространстве. Из армированных (например стекловолокном) реактопластов производят крупногабаритные наружные кузовные детали (капоты, крылья, крышки багажников). К группе реактопластов относятся материалы на основе фенол-формальдегидных (PF), карбамидо-формальдегидных (UF), эпоксидных (EP) и полиэфирных смол.

Эластомеры — это пластмассы с высокоэластичными свойствами. При силовом воздействии они проявляют гибкость, а после снятия напряжения возвращают исходную форму. От прочих эластичных пластмасс эластомеры отличаются способностью сохранять свою эластичность в большом температурном диапазоне. Так, например, силиконовый каучук остается упругим в диапазоне температур от -60 до +250 °С. Эластомеры, так же как и реактопласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Только в отличие от реактопластов, макромолекулы эластомеров расположены более широко. Именно такое размещение обуславливает их упругие свойства. ₽ Дробилки для полимеров Изготовление пресс формы для ТПА Переработка отходов пластика Полиуретан для форм В силу своего сетчатого строения эластомеры неплавки и нерастворимы, как и реактопласты, но набухают (реактопласты не набухают). К группе эластомеров относятся различные каучуки, полиуретан и силиконы. В автомобилестроении их используют преимущественно для изготовления шин, уплотнителей, спойлеров и т.д. В автомобилестроении используются все три типа пластиков. Также выпускаются смеси из всех трех видов полимеров — так называемые «бленды» (blends), свойства которых зависят от соотношения смеси и вида компонентов.

Что за материал используется при производстве пластиковых тар. Чем пластики отличаются друг от друга?

Сдать пластик на переработку – это единственный правильный способ его утилизации без причинения вреда здоровью человека, животным и окружающей среде в целом. Из 1 кг переработанного пластика получается 0,8 кг готового к дальнейшей эксплуатации вторсырья.

Что за цифры внутри треугольника обозначающего пластик. Что за материал внутри треугольника.

Описание пластиков, идущих в переработку

1. PET или PETE (код PETE, иногда PET и цифра 1.) — полиэтилентерефталат (пластмасса ПЭТ или ПЭТФ). Что за материал, из которого делают пластиковые бутылки. Они могут выделять в жидкость тяжелые металлы и вещества, влияющие на гормональный баланс человека. ПЭТ — самый часто используемый в мире тип пластмассы. Важно помнить, что он предназначен для ОДНОРАЗОВОГО использования. Если вы в такую бутылку наливаете свою воду, то готовьтесь к тому, что в ваш организм могут попасть некоторые щелочные элементы и слишком большое количество бактерий, который буквально обожают ПЭТы.

2. HDPE— полиэтилен высокой плотности низкого давления (пластмасса ПНД) . Это очень хороший пластик, который не выделяет практически никаких вредных веществ. Специалисты рекомендуют, если это возможно, покупать воду именно в таких бутылках.
Это жесткий тип пластика, который чаще всего используется для хранения молока, игрушек, моющих средств и при производстве некоторого количества пластиковых пакетов. Что за материал, из которого делают большинство спортивных и туристических многоразовых бутылок изготавливаются именно из этого типа пластика.

3. PVC— поливинилхлорид (пластмасса ПВХ). Вещи из этого материала выделяют по меньшей мере два опасных химиката. Оба оказывают негативное влияние на ваш гормональный баланс. Это мягкий, гибкий пластик, который обычно используется для хранения растительного масла и детских игрушек. Из него же делают блистерные упаковки для бесчисленного множества потребительских товаров. Что за материал используется для обшивки компьютерных кабелей. Из него делают пластиковые трубы и детали для сантехники. PVC относительно невосприимчив к прямым солнечным лучам и погоде, поэтому из него часто еще делают оконные рамы и садовые шланги. Тем не менее эксперты рекомендуют воздержаться от его покупки, если вы можете найти альтернативу. Этот пластик повторно НЕ ПЕРЕРАБАТЫВАЕТСЯ в нашей стране, его использование по меньше мере не экологично.

4. LDPE — полиэтилен низкой плотности высокого давления (пластмасса ПВД). Что за материал используется и при производстве бутылок, и при производстве пластиковых пакетов. Он не выделяет химические вещества в воду, которую хранит. Но безопасен он в случае только с тарой для воды. Пакеты в продуктовом магазине из него лучше не покупать: можете съесть не только то, что купили, но и некоторые весьма и весьма опасные для вашего сердца химикаты.

5. PP – полипропилен (пластмасса ПП). Этот пластик имеет белый цвет или полупрозрачные тона. Что за материал используется в качестве упаковки для сиропов и йогурта. Полипропилен ценится за его термоустойчивость. Когда он нагревается, то не плавится. Относительно безопасен. Купить полипропилен.

6. PS – полистирол (пластмасса ПС). Что за материал часто используется при производстве кофейных стаканчиков и контейнеров для быстрого питания. При нагревании, однако, выделяет опасные химические соединения. Полистирол — это недорогой, легкий и достаточно прочный вид пластика, который СОВСЕМ НЕ ГОДИТСЯ для хранения ГОРЯЧЕЙ ЕДЫ и напитков. Помните об этом используя одноразовую посуду, практически вся она изготавливается из полистирола. Если нет возможности отказаться от одноразовой посуды, лучше отдать приоритет посуде изготовленной из бумаги.

7. OTHER или О – прочие. К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы.

ПВХ можно отличить по признакам:
– при сгибании на линии сгиба появляется белая полоса;
– бутылки из ПВХ бывают синего или голубого цвета;
– шов на дне бутылки имеет два симметричных наплыва.

Определение вида пластика ( полимера, пластмасса ) по горению с помощью зажигалки

Вид полимера	Характеристики горения			Химическая стойкость
	Горючесть	Окраска пламени	Запах продуктов горения	К кислотам	К щелочам
ПВД	Горит в пламени и при удалении	Внутри синеватая, без копоти	Горящего парафина	Отличная	Хорошая
ПНД	Горит в пламени и при удалении	Внутри синеватая, без копоти	Горящего парафина	Отличная	Хорошая
ПП	Горит в пламени и при удалении	Внутри синеватая, без копоти	Горящего парафина	Отличная	Хорошая
ПВХ	Трудно воспламеняется и гаснет	Зеленоватая с копотью	Хлористого водорода	Хорошая	Хорошая
ПС	Загорается и горит вне пламени	Желтоватая с сильной копотью	Сладковатый, неприятный	Отличная	Хорошая
ПА	Горит и самозатухает	Голубая, желтоватая по краям	Жженого рога или пера	Плохая	Хорошая
ПК	Трудно воспламеняется и гаснет	Желтоватая с копотью	Жженой бумаги	Хорошая	Плохая

Внешний вид полимера пластика пластмасса


Вид полимера	Механические признаки		Состояние поверхности на ощупь	Цвет		Прозрачность		Блеск
ПВД	Мягкая, эластичная, стойкая к раздиру	Маслянистая, гладкая			Бесцветная		Прозрачная	Матовая
ПНД	Жестковатая, стойкая к раздиру	Слегка маслянистая, гладкая, слабо шуршащая			Бесцветная		Полупрозрачная	Матовая
ПП	Жестковатая, слегка эластичная, стойкая к раздиру	Сухая, гладкая			Бесцветная		Прозрачная или полупрозрачная	Средний
ПВХ	Жестковатая, стойкая к раздиру	Сухая, гладкая			Бесцветная		Прозрачная	Средний
ПС	Жесткая, стойкая к раздиру	Сухая, гладкая, сильно шуршащая			Бесцветная		Прозрачная	Высокий
ПА	Жесткая, слабо стойкая к раздиру	Сухая, гладкая			Бесцветная или светло-желтая		Полупрозрачная	Слабый
ПК	Жесткая, слабо стойкая к раздиру	Сухая, гладкая, сильно шуршащая			Бесцветная, с желтоватым или голубоватым оттенком		Высоко-прозрачная	Высокий

Физико-механические характеристики полимера пластмасса

Вид полимера	Физико-механические характеристики при 20°C
	Плотность, кг/м³	Прочность при разрыве, МПа	Относит-ое удлинение при разрыве,%	Прониц-мость по водяным парам, г/м² за 24 часа	Прониц-мость по кислороду, см³/(м²хатм) за 24 часа	Прониц-мость по CO₂, см³/(м²хатм) за 24 часа	Температура плавления, °C
ПВД	910-930	10-16	150-600	15-20	6500-8500	30000-40000	102-105
ПНД	940-960	20-32	400-800	4-6	1600-2000	8000-10000	125-138
ПП	900-920	30-35	200-800	10-20	300-400	9000-11000	165-170
ПВХ	1370-1420	47-53	30-100	30-40	150-350	450-1000	150-200
ПС	1050-1100	60-70	18-22	50-150	4500-6000	12000-14000	170-180
ПА	1100-1150	50-70	200-300	40-80	400-600	1600-2000	220-230
ПК	1200	62-74	20-80	70-100	4000-5000	25000-30000	225-245

Что означает цифра в треугольничке как штамп на пластиковой бутылке.

Определить вид пластмассы, если имеется маркировка, достаточно легко – а как быть, если никакой маркировки нет, а узнать, из чего сделана вещь – необходимо?! Для быстрого и качественного распознавания различных видов пластмасс достаточно немного желания и практического опыта. Методика достаточно проста: анализируются физико-механические особенности пластмасс (твердость, гладкость, эластичность и т. д.) и их поведение в пламени спички (зажигалки).Может показаться странным, но различные виды пластмасс и горят по-разному! Например, одни ярко вспыхивают и интенсивно сгорают (почти без копоти), другие, наоборот, сильно коптят. Пластмасса даже издаёт разные звуки при своем горении! Поэтому так важно по набору косвенных признаков точно идентифицировать вид пластмассы, ее марку.

Как определить ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности). Горит синеватым, светящимся пламенем с оплавлением и горящими потеками полимера. При горении становится прозрачным, это свойство сохраняется длительное время после гашения пламени. Горит без копоти. Горящие капли, при падении с достаточной высоты (около полутора метров), издают характерный звук. При остывании, капли полимера похожи на застывший парафин, очень мягкие, при растирании между пальцами- жирны на ощупь. Дым потухшего полиэтилена имеет запах парафина. Плотность ПЭВД: 0,91-0,92 г/см. куб.

Как определить ПЭНД (полиэтилен низкого давления, высокой плотности). Более жесткий и плотный чем ПЭВД, хрупок. Проба на горение – аналогична ПЭВД. Плотность: 0,94-0,95 г/см. куб.

Как определить Полипропилен. При внесении в пламя, полипропилен горит ярко светящимся пламенем. Горение аналогично горению ПЭВД, но запах более острый и сладковатый. При горении образуются потеки полимера. В расплавленном виде – прозрачен, при остывании – мутнеет. Если коснуться расплава спичкой, то можно вытянуть длинную, достаточно прочную нить. Капли остывшего расплава жестче, чем у ПЭВД, твердым предметом давятся с хрустом. Дым с острым запахом жженой резины, сургуча.

Как определить Полиэтилентерафталат (ПЭТ). Прочный, жёсткий и лёгкий материал. Плотность ПЭТФ составляет 1, 36 г/см.куб. Обладает хорошей термостойкостью (сопротивление термодеструкции) в диапазоне температур от – 40° до + 200°. ПЭТФ устойчив к действию разбавленных кислот, масел, спиртов, минеральных солей и большинству органических соединений, за исключением сильных щелочей и некоторых растворителей. При горении сильно коптящее пламя. При удалении из пламени самозатухает.

Полистирол. При сгибании полоски полистирола, легко гнется, потом резко ломается с характерным треском. На изломе наблюдается мелкозернистая структура.Горит ярким, сильно коптящим пламенем (хлопья копоти тонкими паутинками взмывают вверх!). Запах сладковатый, цветочный.Полистирол хорошо растворяется в органических растворителях (стирол, ацетон, бензол).

Как определить Поливинилхлорид (ПВХ). Эластичен. Трудногорюч (при удалении из пламени самозатухает). При горении сильно коптит, в основании пламени можно наблюдать яркое голубовато-зеленое свечение. Очень резкий, острый запах дыма. При сгорании образуется черное, углеподобное вещество (легко растирается между пальцами в сажу).Растворим в четыреххлористом углероде, дихлорэтане. Плотность: 1,38-1,45 г/см. куб.

Как определить Полиакрилат (органическое стекло). Прозрачный, хрупкий материал. Горит синевато-светящимся пламенем с легким потрескиванием. У дыма острый фруктовый запах (эфира). Легко растворяется в дихлорэтане.

Как определить Полиамид (ПА). Материал имеет отличную масло-бензостойкость и стойкость к углеводородным продуктам, которые обеспечивают широкое применение ПА в автомобильной и нефтедобывающей промышленности (изготовление шестерен, искуственных волокон…). Полиамид отличается сравнительно высоким влагопоглощением, которое ограничивает его применение во влажных средах для изготовления ответственных изделий. Горит голубоватым пламенем. При горении разбухает, “пшикает”, образует горящие потеки. Дым с запахом паленого волоса. Застывшие капли очень твердые и хрупкие. Полиамиды растворимы в растворе фенола, концентрированной серной кислоте. Плотность: 1,1-1,13 г/см. куб. Тонет в воде.

Как определить Полиуретан.Основная область применения – подошвы для обуви. Очень гибкий и эластичный материал (при комнатной температуре). На морозе – хрупок. Горит коптящим, светящимся пламенем. У основания пламя голубое. При горении образуются горящие капли-потеки. После остывания, эти капли – липкое, жирное на ощупь вещество. Полиуретан растворим в ледяной уксусной кислоте.

Как определить Пластик АВС. Все свойства по горению аналогичны полистиролу. От полистирола достаточно сложно отличить. Пластик АВС более прочный, жесткий и вязкий. В отличие от полистирола более устойчив к бензину.

Как определить Фторопласт-3. Применяется в виде суспензий для нанесения антикоррозийных покрытий. Не горюч, при сильном нагревании обугливается. При удалении из пламени сразу затухает. Плотность: 2,09-2,16 г/см.куб.

Как определить Фторопласт-4. Безпористый материал белого цвета, слегка просвечивающийся, с гладкой, скользкой поверхностью. Один из лучших диэлектриков! Не горюч, при сильном нагревании плавится. Не растворяется практически ни в одном растворителе. Самый стойкий из всех известных материалов. Плотность: 2,12-2,28 г/см.куб. (зависит от степени кристалличности – 40-89%).

Физико-химические свойства отходов пластмасс по отношению к кислотам

Наименование отхода	Воздействующие факторы
Наименование отхода	H₂SO₄(к) Хол.	H₂SO₄(к) Кипяч.	HNO₃ (к) Хол.	HNO₃ (к) Кипяч.	HCl (к) Хол.	HCl (к) Кипяч.
Бутылки из-под кока-колы	Без изменений	Приобрели окраску Сворачиваются	Без изменений	Без изменений	Без изменений	Образцы свернулись
Пластиковые пакеты	Без изменений	Практически растворились	Без изменений	Без изменений	Без изменений	Образцы растворились

Физико – химический свойств отходов пластмасс отходов пластмасс по отношению к щелочам

Наименование отхода	Воздействующие факторы
Наименование отхода	Н₂О Кипяч.	NаOН 6 н Хол.	NаOН 6 н Горяч.	КОН 0,1 н Хол	КОН 6 н Хол.	КОН 6 н Горяч.	Са(ОН)₂ Горяч.
Бутылки из-под кока-колы	Без изменений					Свернулись	–
Пластиковые пакеты	Без изменений					Свернулись	Свернулись

ЛЮБОЙ пластик выделяет в содержимое бутылки химикаты разной степени опасности.

1.3. Основные компоненты пластических масс

Полимеры и пластические массы на их основе по композиционному составу существенно отличаются друг от друга. Полимер не содержит добавок, пластмассы же – это многокомпонентные системы. Основой любой пластмассы служит связующее, т.е. полимер. Кроме него в состав могут входить:

– наполнители

– пластификаторы

– смазывающие вещества

– отвердители и ускорители отверждения

– структурообразователи и регуляторы структурообразования

– ингибиторы или стабилизаторы

– красители

– антистатики

– антипирены

– газообразователи

– аппретирующие и другие добавки

Каждый из них придаёт определённые свойства пластмассовому изделию.

Связующее вещество влияет на все свойства (физико-механические), а поэтому связующее вещество определяет свойства изделия из пластмассы. В качестве связующих используют главным образом синтетические и природные смолы, некоторые производные целлюлозы. Широкое применение получили поликонденсационные фенолформальдегидные, кремнийорганические соединения, а также соединения полимеризационного типа: ПЭ, ПП, ПС. В зависимости от связующего при выборе конкретного полимера в качестве связующего необходимо руководиться следующими теоретическими и практическими данными:

1. При производстве изделий применяющихся в качестве конструкционных или машиностроительных деталей, рекомендуются применять главным образом поликонденсационные фенолформальдегидные олигомеры.

2. Для производства изделий электротехнического назначения в качестве связующих можно применять фенолформальдегидные олигомеры, ПС, ПК, полиамиды, ПВХ и ПЭ.

3. Для изготовления химического оборудования часто выбирают ПЭ, полиизобутилен – они стойкие к действию солей, кислот. Также используются фенолформальдегидные олигомеры. Универсальной химической стойкостью отличается политетрафторэтилен.

4. Для придания изделию цветостойкости, светостойкости, способности окрашиваться в любые цвета применяются ПС, карбамидоформальдегидные смолы, сополимеры ПС с другими полимерами, ПВХ.

5. При изготовлении изделий, работающих на трение, в состав вводят фенолформальдегид или полиамиды.

Выбор состава полимерной композиции зависит от свойств основного компонента – полимера – а также от способности этого полимера совмещаться с добавками, и зависит от предъявляемых конечной пластмассе физико-механических и других эксплуатационных свойств. В последнее время используются гибридные связующие смеси полимеров в различных соотношениях.

Наполнители оказывают существенное влияние, а часто и определяющее, на физико-механические свойства изделия, а также на формовочные свойства (текучесть, усадка) и на режим переработки, а именно предопределяет величину удельного давления, температуры и продолжительность формования.

Интерес представляют твёрдые наполнители. По своей природе они бывают органическими и неорганическими. Каждая из групп подразделяется на порошковые, волокнистые и слоистые наполнители.

К неорганическим порошковым относят молотую слюду, кварцевую муку, графит, железный порошок, каолин, тальк, оксид цинка, диоксид титана и другие. К неорганическим волокнистым – длинноволокнистый асбест, стекловолокно.

Органические порошковые включают древесную муку. Волокнистые органические – хлопковый линтер, сульфитная целлюлоза, крошка древесного шпона, текстильная крошка, искусственные химические волокна. Слоистые наполнители включают стеклянную и х/б ткань, бумагу, древесный шпон.

При производстве изделий с заданными свойствами большое значение имеет выбор типа связующего и наполнителя, соотношения между ними, технологии переработки пластической массы в изделие. При одном и том же связующем в зависимости от свойств наполнителя свойства пластмасс сильно различаются.

Для материалов с особо высокими свойствами используют х/б ткань, химические волокна и древесный шпон. Повышенные диэлектрические свойства достигаются использованием слюды, кварцевой муки. Для придания кислотостойкости, теплостойкости и фрикционных свойств вводят асбест. Для получения пластмасс легкоокрашивающихся в светлые тона используют сульфитную муку. Для улучшения физико-механических характеристик пластмасс используют аппретирование. Аппреты – полифункциональные соединения (органические), способные взаимодействовать и с наполнителями и со связующим.

Пластификаторы – это жидкие или твёрдые вещества, придающие полимеру эластичность, придающие температуре размягчения и температуре стеклования. Они способствуют улучшению перерабатываемости. Они вводятся в том случае, когда основные компоненты плохо перемешиваются, плохо вальцуются и плохо прессуются.

Пластификаторы чаще всего применяются для эфиров целлюлозы, для полимеризационных пластмасс.

К пластификаторам предъявляют следующие требования:

– совместимость со связующим и с композицией в целом

– светостойкость

– теплостойкость

– малая летучесть

– должен сообщать материалу пластичность даже при низких температурах

– низкая стоимость

В качестве пластификаторов применяют камфору, трикрезилфосфат, трифенилфосфат, триэтилфосфат, триметилфосфат, дибулитфталат, дибутилксилацинат.

Смазывающие вещества: стеарин, олеиновая кислота. Они предотвращают прилипание пластмассы к технологическому оборудованию на стадии приготовления пластмассы и на стадии переработки при формовании.

Красители – они используются в декоративных целях. Применяются различные добавки: фенольные прессматериалы окрашиваются в чёрный и коричневый. Новолачные прессматериалы окрашиваются в чёрный с помощью нигрозина. Резольные – в коричневый с помощью мумия.

Аминопласты, полимеризационные пластмассы, эфиры целлюлозы окрашиваются в разнообразные цвета. Обычно в производстве применяют органические и неорганические красители, они растворяются в углеводородах, спиртах, иногда в воде, а также применяют нерастворимые красители – пигменты (охра, сурик жёлтый, технический углерод).

К потенциальным красителям предъявляют следующие требования:

-совместимость с компонентами пластмасс

-химически инертные (не вступали в реакции с компонентами)

-чистота окраски

-светостойкость

-теплостойкость

-неизменность во времени

-низкая стоимость

Отверждающие вещества – они вводятся в полимерный материал для обеспечения перехода полимера от линейному к пространственному строению. В качестве отверждающих веществ могут быть использованы совместно вводимые инициаторы и ускорители полимеризации. Эти добавки обычно способствуют развитию радикальной полимеризации. Этот способ обычно применяется для отверждения полиэфиракрилатных и полиэфирмалеиновых смол, в состав которых входит стирол и другие полимеризующиеся мономеры.

Для сшивания эпоксидных олигомеров используются ангидриды кислот, амины и другие соединения (фталевый ангидрид, полиэтиленполиамид ПЭПА).

Резольные фенолформальдегидные олигомеры отверждаются в результате поликонденсации при повышенной температуре.

Новолачные фенолформальдегидные олигомеры с помощью добавок формальдегида или уротропина переводятся в резольные олигомеры и отверждаются далее при нагревании.

В последнее время широкое распространение получила сшивка полиолефинов органическими пероксидами.

К числу других добавок, применяемых для изготовления пластмасс, относятся венская известь (MgO + CaO), и оксид Mg. Эти оксиды в составе пластмассы нейтрализуют остатки кислых катализаторов и предотвращают коррозию пресс-формы. Они же способствуют снижению прилипаемости формуемых изделий к поверхности оснастки.

В процессе приготовления и ещё более в процессе переработки, а также при эксплуатации изделий из пластмасс, полимерные изделия подвергаются воздействию тепла, кислорода, влаги, света и механических воздействий. При этом происходит деструкция, окисление, структурирование. В свою очередь окисление сопровождается ухудшением диэлектрических свойств, уменьшением упругости, повышением температуры стеклования полимера, возникающие при деструкции свободные радикалы вступают во вторичные реакции, образуя в полимере ответвления и сетчатую структуру.

Деструкция, которая сопровождается последующим сшиванием, и приводит к повышению молекулярной массы полимера вплоть до полной потери растворимости. При этом полимер теряет способность переходить в пластическое и вязкотекучее состояние. Разрыв же макромолекул и по длине цепи снижает среднюю молекулярную массу и изменяет фракционный состав полимера.

При переработке оба процесса (деструкция и сшивание) могут идти одновременно и происходящие при этом термоокислительные и механохимические превращения в итоге вызывают резкое ухудшение качества полимера. Поэтому задача технолога состоит в том, чтобы по возможности замедлить химические процессы, приводящие к разрушению пластмассы. Следует иметь ввиду, что ухудшение качества наблюдается и в процессе эксплуатации. Механохимические и термоокислительные превращения полимеров, которые протекают по механизму цепных реакций, замедляются при использовании для синтеза полимеров очень чистых мономеров.

Стабилизаторы:

– антиокислители (антиоксиданты). Они предотвращают или замедляют процесс окисления под действием кислорода. При окислении органических соединений молекулярным кислородом образуются пероксидные радикалы, являющиеся реакционно-способными частицами. Макромолекулы антиоксидантов вступают в реакции с пероксидными радикалами, в результате чего пероксидный активный радикал заменяется малоактивным радикалом антиоксиданта. Он не способен продолжать цепь.

Таким образом, стабилизаторы, как правило, являются акцепторами свободных радикалов, т. е. они замедляют цепные реакции распада полимера. Некоторые классы стабилизаторов, прежде всего амины, различные производные фенолов, подвергаются более быстрому окислению по сравнению с полимерами, поэтому они быстрее воспринимают действие кислорода воздуха и тем самым предотвращают его действие на полимер.

На практике различают термо- и светостабилизаторы. В качестве термостабилизаторов применяются серосодержащие соединения, амины, производные фенолов в количестве до 0,2 % от массы композиции.

Для фотостабилизации используются производные бензофенона, сложные эфиры салициловой кислоты, производные бензотризола, различные органические соединения олова, тиазолидоны, канальная сажа.

Для этрола в качестве термостабилизатора применяют дифениламин, а в качестве фотостабилизатора – салол. Эффективными стабилизаторами являются стеараты Ca, свинца, бария.

– антирады – вещества, повышающие стойкость пластмасс к действию ионизирующих излучений. В их качестве используются нафталин, антрацен, фенантрен, пирокатехин. Они поглощают энергию, рассеивают её в виде тепла, флуоресценции, при этом сами Антирады не претерпевают существенных изменений.

– антипирены – добавки, снижающие горючесть полимерных материалов, затрудняющие их воспламенение и замедляющие процесс распространения в них пламени. В качестве их применяются галогенсодержащие соединения, производные фосфора, изоцианата, соединения сурьмы, комбинации этих соединений.

Они должны обладать следующими свойствами:

ü хорошая совместимость с полимером

ü нетоксичность

ü бесцветность

ü атмосферостойкость

ü высокие диэлектрические показатели

– антимикробные добавки препятствуют зарождению и развитию микроорганизмов в полимерном изделии. Органические соединения ртути, меркаптаны.

– антистатики препятствуют возникновению и накоплению статического электричества в изделиях из пластмасс. Накопление на поверхности электрических зарядов при трении или при разрыве контакта между полимером и проводником обуславливается высокими диэлектрическими свойствами. Действие антистатиков основано на повышении электрической проводимости материалов, это и обеспечивает утечку электрических зарядов. Антистатиками являются все порошки металлов и их оксидов, технический углерод, графит, ПАВ, некоторые полимеры с хорошими антистатическими свойствами.

Регуляторы структурообразования или нуклеирующие агенты вводятся с целью формирования желаемой надмолекулярной структуры в полимере и желаемых свойств. Часто используется мелкокристаллический материал, тугоплавкий, добавки титана.

Газообразователи применяются для получения пенопластмасс. Органические и неорганические соединения, азо- и диазосоединения, сульфогидразины, нитрозосоединения, производные гуанидина, углекислый аммоний, бикарбонат натрия, легколетучий жидкий изопентан. Газообразователи характеризуются температурой разложения и газовым числом – это количество газа в см³, который выделяется при разложении 1 г газообразователя. При нагревании полимера с газообразователем, он разлагается с выделением газа, который и производит вспенивание.

Пластмассы против полимеров: в чем разница?

Янв

Автор: wkmounts / 16 января, 2020

Хотя эти термины часто используются как синонимы, полимеры и пластмассы не всегда одно и то же. Полимеры могут существовать органически или создаваться синтетически и состоять из цепочек соединенных отдельных молекул или мономеров. Пластмассы – это тип полимера, состоящий из цепочек полимеров, которые могут быть частично органическими или полностью синтетическими.

Проще говоря, все пластмассы – это полимеры, но не все полимеры – это пластмассы. Ниже мы исследуем состав, физические свойства и области применения полимеров и пластиков, чтобы дать четкое объяснение различий между ними.

Что такое полимеры?

Полимеры могут происходить органически в форме природных или биополимеров, таких как шерсть, хлопок или дерево, или они могут быть синтезированы в полуорганические или полностью синтетические материалы. Синтетические полимеры делятся на три категории:

Эластомеры – это эластичные материалы с высокой гибкостью и низкой прочностью молекулярных связей (например, резина).
Полимерные волокна состоят из полимерных цепей с более прочными молекулярными связями, чем эластомеры. Волокна более жесткие и менее эластичные, чем эластомеры, и могут состоять как из натуральных, так и из синтетических материалов.
Термопласты более жесткие, чем волокна и эластомеры, и отличаются своей способностью сохранять свою молекулярную структуру при воздействии тепла. При нагревании до температуры плавления термопласты будут плавиться, а не гореть, что делает их идеальными для придания формы и формования.

Основная структура, физические свойства и использование синтетического полимера помогают определить его классификацию. Поскольку существуют тысячи полимеров, важно понимать свойства и способы применения полимеров, чтобы гарантировать их использование в соответствующих областях.

Строение

Молекулярная структура полимера определяет основные свойства материала. При попытке классифицировать конкретный полимерный материал необходимо учитывать следующие структурные аспекты:

Мономерный состав.Знание того, какие мономеры составляют полимерную цепь, сколько из них и природу этих мономеров, поможет классифицировать материал.
Характеристики цепи. Средняя длина и вес цепей в полимере помогают определить степень полимеризации и молекулярную форму полимера.
Молекулярные связи. Структура полимера может определяться способами, которыми мономеры связаны друг с другом, а также наличием поперечно-разветвленных связей между полимерными цепями.
Метод полимеризации. Способы, с помощью которых мономеры объединяются в полимеры, определяют структуру полимера, будь то естественный процесс или синтетическая полимеризация с использованием тепла, химикатов или конденсации.

Недвижимость

Полимеры бывают самых разных форм и могут быть дополнительно классифицированы на основе их физических свойств. Некоторые идентифицирующие характеристики включают:

Плотность
Тепловые свойства
Кристаллическая структура
Твердость
Прочность на разрыв
Обрабатываемость
Формуемость
Растворимость

Приложения

Полимеры

также можно разделить на категории по областям их использования.Из-за разнообразия материалов, которые могут быть созданы путем полимеризации, полимеры могут использоваться в широком диапазоне применений:

Формованные и формованные изделия
Пленки и листы тонкие
Эластомеры
Клеи
Покрытия, краски и чернила
Пряжа и прочие волокна

Что такое пластмасса?

Пластмассы – это синтетические или полуорганические полимеры, изготовленные из масла или нефти с использованием химикатов и конденсации для создания молекулярных связей.Хотя полимеры могут возникать в природе, пластмассы полностью созданы руками человека.

Однако, поскольку пластик содержит полимеры, он демонстрирует аналогичные физические свойства и универсальность, что делает его полезным в широком диапазоне применений. Пластмассы можно разделить на две категории: термореактивные пластмассы и термопласты.

Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы подвергаются термической закалке в прочную конструкцию. После того, как они были сформированы, термореактивные пластмассы остаются в фиксированной форме даже при повторном воздействии тепла.После схватывания термореактивные пластмассы будут гореть, а не плавиться при воздействии экстремальных температур. Их высокая устойчивость к нагреванию и коррозии делает термореактивные пластмассы особенно полезными в тех случаях, когда требуются надежные прецизионные компоненты, которые не изменяют форму или не деформируются при экстремальных изменениях температуры.

Обычно используемые термореактивные пластмассы включают:

Полиуретан
Эпоксидная
Фенольный
Некоторые полиэфиры
Фенольный

Благодаря своей долговечности и термостойкости, термореактивные пластмассы используются в различных областях, например:

Электронные компоненты и изоляторы
Теплозащитные экраны
Детали двигателя и крышки
Бытовая техника
Компоненты освещения
Энергетическое оборудование

Термопласты

В отличие от термореактивных пластиков, термопласты можно повторно нагревать и изменять форму без каких-либо изменений в их фундаментальном молекулярном составе.Термопласты плавятся при воздействии сильного тепла, что делает их идеальными для процессов формования и формования. Обычно они используются для пластмассовых изделий, которые не подвергаются сильному нагреву, таких как пластмассовые игрушки, зубные щетки, пластиковые контейнеры для хранения, бутылки для напитков и другие потребительские товары.

Термопласты доступны в двух различных формах, аморфной и полукристаллической, в зависимости от их фундаментальной молекулярной структуры.

Аморфные термопласты.Аморфные термопласты состоят из полимерных цепей, которые не расположены в каком-либо определенном порядке – полимерные нити перемешаны друг с другом неравномерно и неорганизованно. Аморфные термопласты имеют очень низкую термостойкость, но обладают прочностью при низких температурах. Они, как правило, прозрачные из-за отсутствия структуры, что делает их полезными для пластиковых окон и осветительных приборов.
Полукристаллические термопласты. Полукристаллические термопласты состоят из полимерных нитей в упорядоченном расположении или кристаллической структуры, смешанной с аморфными участками.Количество кристаллической и аморфной структуры определяет физические характеристики пластика. Чем больше кристаллическая организация, тем непрозрачнее становится материал. Полукристаллические термопласты обладают большей прочностью, стабильностью, термостойкостью и химической стойкостью, чем их полностью аморфные аналоги.

Термопласты включают широкий спектр материалов, в том числе:

Полиэтилен (PE)
Полистирол (ПС)
Полипропилен
Поливинилхлорид (ПВХ)
Полиэстер
Нейлон
Термопластичные олефины
Сантопрен
Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS)
Ацетали

Благодаря своей универсальности термопласты находят применение во множестве отраслей и сфер применения, в том числе:

Выдувное и литье под давлением
Товары народного потребления
Автомобильные компоненты
Детали инженерные и механические
Медицинское оборудование
Складские контейнеры
Упаковочные материалы

Термопласты и легко поддаются формованию, что делает их идеальными для использования в производстве выдувного формования.В процессе выдувного формования сжатый воздух используется для нагнетания расплавленной пластмассы в предварительно изготовленную форму для создания бутылок, контейнеров, ящиков и других полых деталей и компонентов.

Выдувное формование с OMICO

Обладая более чем 50-летним опытом работы с полимерами и пластмассами, OMICO рада предоставить изделия выдувным формованием исключительного качества для широкого спектра отраслей, включая автомобилестроение, медицину, бытовую технику, авиакосмическую промышленность и товары для домашних животных. Наше предприятие, сертифицированное по стандарту IATF-16949, включает в себя парк современного оборудования для выдувного формования, что гарантирует высочайшее качество деталей.Мы используем только самые чистые пластмассовые изделия непосредственно из источника, Exxon Mobil, и наша система включает в себя специализированное оборудование для проверки, чтобы гарантировать, что наши продукты являются стабильными и надежными.

Для получения дополнительной информации о наших исключительных возможностях выдувного формования свяжитесь с нами или запросите предложение сегодня!

В чем разница между полимером и пластиком?

Мы знаем, что множество вещей вокруг нас состоит из пластика. Некоторые пластмассы бывают твердыми или мягкими, красочными, некоторые выглядят как дерево или металл и т. Д.Пластмассы изменили мир. Не правда ли!

Знаете ли вы, почему мы называем изделия пластиковыми, потому что в процессе производства они мягкие, пластичные и могут быть изменены в любой другой форме? По-гречески «пластикос» означает «лепить».

С другой стороны, полимеры – это те вещества, которые имеют молекулярную структуру, построенную для образования большого количества более мелких единиц, связанных вместе, как несколько синтетических органических материалов, используемых в качестве пластмасс или смол.

Можно сказать, что все пластмассы – это полимеры, но не все полимеры – пластмассы.Давайте подробно рассмотрим в этой статье полимеры, пластмассы и разницу между ними.

Прежде чем обсуждать пластмассы и полимеры, давайте сначала разберемся, что такое полимеризация?
Полимеризация
Полимеризация – это химический процесс, в котором мономеры соединяются вместе с образованием полимеров. Для изготовления одного полимера используются тысячи мономеров. Существует два типа полимеризации:
1. Аддитивная полимеризация: Когда с помощью катализатора мономеры добавляются друг к другу.Обычно это алкены, такие как этен и пропен. Алкены могут действовать как мономеры, поскольку имеют двойную связь.
2. Конденсационная полимеризация: С помощью воды соединяются или полимеризуются момомеры диоксида углерода или аммиака. Для этого требуются два разных типа мономеров, которые могут соединяться поочередно.

Знаете ли вы о грибке, поедающем пластик, обнаруженном в Пакистане
Что такое полимеры?
Поли значит много. Когда одна молекула или мономер соединяются вместе с помощью процесса полимеризации, полимер также образуется, как обсуждалось выше.То есть полимеры – это большие молекулы, которые состоят из повторяющихся мономеров в единой структурной единице. Здесь мономеры связаны ковалентными связями с образованием полимера. Знаете ли вы, что полимер имеет другие физические и химические свойства, чем мономер? В настоящее время термин «полимер» широко используется в индустрии пластмасс и композитов.

Примеры полимеров: клеи, смазки, краски, пленки, волокна, пластмассовые изделия и т. Д. Даже полимеры часто образуются из сырой нефти.Однако в последнее время из кукурузного крахмала и растительных жиров были созданы полимеры для образования биопластов.

Что такое пластмассы?
Слово «пластик» происходит от двух греческих слов «пластикос» и «пластос», что означает «пригодный для формования» и «формованный».

Пластмассы обычно называют полимерами, потому что они состоят из полимеров. С другой стороны, мы можем определить пластик как полуорганический материал, полученный из нефти или нефти. Они имеют полимерную структуру и относятся к синтетическим и полусинтетическим полимерам.Органический означает, что он содержит углерод наряду с другими веществами.

Пластик широко используется в различных формах, таких как бутылки, пакеты, коробки, волокна, пленки и т. Д. Он образуется в результате реакций конденсации и аддитивной полимеризации. Кроме того, полимер может быть биологическим или неорганическим, а пластик – нет. Пластмассы – это чисто синтетический материал, созданный руками человека.

Пластмассы классифицируются как термореактивные и термопластичные полимеры.
– Термореактивные полимеры также известны как термореактивные полимеры, т. Е. Они затвердевают в неизменную форму.Они аморфны и имеют бесконечную молекулярную массу.
– Термопласты можно нагревать и формовать снова и снова. Некоторые термопласты аморфны, а некоторые имеют частично кристаллическую структуру.

Примеры пластмасс: Полиэтилентерефталат (ПЭТ), винил, поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен и поликарбонаты, такие как бисфенол А (BPA).

Следовательно, мы можем сказать, что пластмассы – это полимеры, но не все полимеры – это пластмассы.Способ производства пластмасс – это имитация природы, которая создала огромное количество полимеров. Мы знаем, что клеточная стенка растений состоит из целлюлозы, которая является полимером, а белок также является полимером. Даже ДНК, которая является генетическим материалом, представляет собой полимер. Используемые нами шелк, шерсть, хлопок, кожа – это натуральный полимер.

Список некоторых распространенных искусственных полимеров и их использования

Полимеры и пластмассы: введение в химическую среду

1 Полимеры разные…

Давайте начнем с рассмотрения известного всем искусственного полимера в виде гибких прозрачных пластиковых пакетов : полиэтилена . Это также один из простейших полимеров, состоящий из цепей произвольной длины (но обычно очень длинных), состоящих из двухуглеродных звеньев.

Вы заметите некоторую “нечеткость” в том, как полиэтиленовые конструкции представлены выше. Волнистые линии на концах длинной конструкции указывают на то, что один и тот же узор продолжается бесконечно.Более компактное обозначение справа показывает минимальную повторяющуюся единицу, заключенную в скобки с надписями на тире; это означает то же самое и является предпочтительным способом изображения полимерных структур.

Полимеры и «чистые вещества»

В большинстве областей химии «чистое вещество» имеет определенную структуру, молярную массу и свойства. Однако оказывается, что немногие полимерные вещества являются однородными в этом отношении. Это особенно касается синтетических полимеров, молекулярные массы которых охватывают диапазон значений, как и последовательность, ориентация и связность отдельных мономеров.Таким образом, большинство синтетических полимеров на самом деле представляют собой смеси , а не чистые вещества в обычном химическом смысле этого слова. Их молекулярные массы обычно распределяются в широком диапазоне. (Подробнее)

Формы молекул полимера: думаю,

спагетти!
Пусть вас не вводят в заблуждение химические формулы, которые изображают полимеры, такие как полиэтилен, как достаточно прямые цепи замещенных атомов углерода.Свободное вращение вокруг связей C — C позволяет длинным полимерным молекулам скручиваться и запутываться, очень похоже на спагетти. Таким образом, полимеры обычно образуют аморфных твердых вещества. Однако есть способы, которыми можно частично ориентировать определенные полимеры.
Классификация полимеров
Полимеры можно классифицировать по способам, которые отражают их химический состав или, что более важно, их свойства и применение.Многие из этих факторов сильно взаимозависимы, и большинство из них более подробно обсуждается в следующих разделах этой страницы.
Классификация по структуре
Природа мономерных звеньев
Средняя длина цепи и молекулярная масса
гомополимеры (один вид мономерных звеньев) или сополимеры ;
Цепная топология: как связаны мономерные звенья
Наличие или отсутствие перекрестного разветвления
Способ полимеризации
Классификация по свойствам:
Плотность
Термические свойства – могут ли они размягчаться или плавиться при нагревании?
Степень кристалличности
Физические свойства, такие как твердость, прочность, обрабатываемость.
Растворимость, газопроницаемость
Классификация по применению:
формованные и формованные изделия («пластмассы»)
листов и пленки
эластомеры (т.е. эластичные полимеры, такие как резина)
клеи
Покрытия, краски, чернила
волокна и пряжа
Физические свойства полимеров

Физические свойства полимера, такие как его прочность и гибкость, зависят от:
длина цепи – как правило, чем длиннее цепи, тем прочнее полимер;
боковые группы – полярные боковые группы (включая те, которые приводят к образованию водородных связей) дают более сильное притяжение между полимерными цепями, делая полимер более прочным;
разветвление – прямые неразветвленные цепи могут упаковываться вместе более плотно, чем сильно разветвленные цепи, давая полимеры, которые имеют более высокую плотность, более кристаллические и, следовательно, более прочные;
сшивание – если полимерные цепи сильно связаны друг с другом ковалентными связями, полимер тверже и труднее плавится.
Классификация по степени кристалличности
Кристаллические части этого полимера показаны синим цветом. [источник]
Для очень понятного обсуждения кристалличности полимера см. Эту страницу Macrogalleria.
Спагетти-подобные переплетения полимерных молекул имеют тенденцию к образованию аморфных твердых тел, но часто случается, что некоторые части могут стать достаточно выровненными для образования области, демонстрирующей кристаллический порядок, поэтому некоторые полимерные твердые тела нередко состоят из случайная смесь аморфных и кристаллических областей.Как и следовало ожидать, более короткие и менее разветвленные полимерные цепи могут легче организовываться в упорядоченные слои, чем длинные цепи. Также помогает водородная связь между соседними цепями, что очень важно для волокнообразующих полимеров, как синтетических (нейлон 6.6), так и натуральных (хлопчатобумажная целлюлоза).
Классификация по тепловым свойствам: термопласты и реактопласты
Чистые кристаллические твердые вещества имеют определенные точки плавления, но полимеры, если они вообще плавятся, демонстрируют более сложное поведение.При низких температурах запутанные полимерные цепи имеют тенденцию вести себя как жесткие стекла. Например, натуральный полимер, который мы называем каучуком , становится твердым и хрупким при охлаждении до температуры жидкого азота. Многие синтетические полимеры остаются в этом состоянии при температуре значительно выше комнатной.
Плавление кристаллического соединения соответствует внезапной потере дальнего порядка; это основная причина того, что такие твердые тела имеют определенные точки плавления, и именно поэтому не существует промежуточной формы между жидким и твердым состояниями.В аморфных твердых телах нет дальнего порядка, поэтому нет температуры плавления в обычном понимании. Такие твердые вещества просто становятся все менее и менее вязкими при повышении температуры.
В некоторых полимерах (известных как термопласты ) существует довольно определенная точка размягчения, которая наблюдается, когда тепловая кинетическая энергия становится достаточно высокой, чтобы позволить внутреннему вращению происходить внутри связей и позволить отдельным молекулам скользить независимо от их соседей. , что делает их более гибкими и деформируемыми.Это определяет температуру стеклования t _g .
Более полное определение температуры стеклования см. Здесь.
В зависимости от степени кристалличности будет более высокая температура, точка плавления t _m , при которой кристаллические области расходятся, и материал становится вязкой жидкостью. Такие жидкости можно легко впрыснуть в формы для изготовления предметов различной формы или экструдировать в листы или волокна.
Другие полимеры (как правило, сильно сшитые) вообще не плавятся; они известны как реактопласты . Если из них должны быть изготовлены формованные изделия, реакция полимеризации должна происходить внутри форм – гораздо более сложный процесс. Около 20% коммерчески производимых полимеров являются термореактивными; остальные – термопласты.
2 Термопластичные полимерные конструкции
Гомополимеры и гетерополимеры
Сополимеризация – бесценный инструмент для «настройки» полимеров таким образом, чтобы они имели правильную комбинацию свойств для конкретного применения.Например, гомополимерный полистирол – это жесткий и очень хрупкий прозрачный термопласт с температурой стеклования 97 ° C. Сополимеризация его с акрилонитрилом дает смягчающий сополимер «SAN», в котором t _g повышено до 107 °, что делает его пригодным для использования в прозрачных емкостях для напитков.
Полимер, состоящий из идентичных мономерных звеньев (как полиэтилен), называется гомополимером . Гетерополимеры состоят из мономеров более чем одного типа.Искусственные гетерополимеры более известны как сополимеры .
Топология полимерной цепи
Полимеры также могут быть классифицированы как линейные или разветвленные, что дает следующие формы:
Мономеры могут быть соединены встык, а также могут быть сшиты для получения более твердого материала:
Если поперечные связи достаточно длинные и гибкие, соседние цепи могут перемещаться друг относительно друга, образуя эластичный полимер или эластомер .
Конфигурация и тактичность полимерных цепей
В линейном полимере, таком как полиэтилен, вращения вокруг одинарных связей углерод-углерод могут позволить цепям изгибаться или скручиваться по-разному, в результате чего получается спагетти-подобная смесь этих различных конформаций , о которых мы упоминали выше. Но если один из атомов водорода заменен каким-либо другим элементом, например метильной группой, относительная ориентация отдельных мономерных звеньев, составляющих линейный участок любой углеродной цепи, становится важной характеристикой полимера.
Изомерия цис-транс возникает из-за невозможности вращения вокруг двойных связей углерод-углерод – в отличие от одинарных связей. Любая пара различающихся заместителей, присоединенных к двум атомам углерода, навсегда заблокирована и находится на одной стороне ( цис, ) или противоположных сторонах ( транс, ) двойной связи.
Если углеродная цепь содержит двойные связи, тогда становится возможной цис-транс-изомерия , приводя к двум различным возможным конфигурациям (известным как диастереомеры) в каждом звене цепи.Эта, казалось бы, небольшая переменная может сильно повлиять на природу полимера. Например, латекс в натуральном каучуке состоит в основном из цис- -полиизопрена, тогда как транс-изомер (известный как латекс гуттаперчи) имеет очень разные (и, как правило, худшие) свойства.
Хиральность полимера
Тетраэдрическая природа углеродных связей имеет важное последствие, которое не раскрывается простыми двумерными структурными формулами: атомы, присоединенные к углероду, могут находиться на одной или другой стороне, и они не будут геометрически эквивалентными, если все четыре из четырех группы, присоединенные к одному атому углерода, различны.Такие атомы углерода (и присоединенные к ним группы) называются хиральными и могут существовать в двух различных трехмерных формах, известных как энантиомеры .
Для отдельного атома углерода в полимерной цепи две из присоединенных к нему групп обычно будут сегментами цепи по обе стороны от углерода. Если две оставшиеся группы различны (скажем, одна водородная и другая метиловая), то вышеуказанные условия удовлетворяются, и эта часть цепи может давать две энантиомерные формы.
Цепь, которую можно представить как (в которой оранжевый и зеленый кружки представляют разные группы), будет иметь несколько хиральных центров, что дает начало огромному количеству возможных энантиомеров. На практике обычно достаточно разделить хиральные полимеры на следующие три класса: стереорегулярность , , обычно называемая такт .
Тактичность полимерной цепи может иметь большое влияние на ее свойства.Например, атактические полимеры, будучи более разупорядоченными, не могут кристаллизоваться.
Один из главных прорывов в химии полимеров произошел в начале 1950-х годов, когда немецкий химик Карл Циглер открыл группу катализаторов, которые могли эффективно полимеризовать этилен. Примерно в то же время Джулио Натта (итальянец) изготовил первый изотактический (и кристаллический) полиэтилен. Катализаторы Циглара-Натта произвели революцию в химии полимеров, сделав возможным контролировать стереорганичность этих гигантских молекул.Они разделили Нобелевскую премию по химии 1963 года.
3 Как получают полимеры
Полимеры синтезируются путем соединения маленьких молекул в большие. Но большинство этих мономерных молекул совершенно стабильны, поэтому химики разработали два общих метода, чтобы заставить их реагировать друг с другом, создавая основную цепь по мере протекания реакции.
Полимеризация с удалением конденсации
Этот метод (также известный как step-growth ) требует, чтобы мономеры обладали двумя или более видами функциональных групп, которые способны реагировать друг с другом таким образом, что части этих групп объединяются, образуя небольшую молекулу (часто H ₂ O), который удаляется из двух частей.Теперь пустые места скрепления двух мономеров можно соединить вместе.
Это происходит, например, при синтезе семейства нейлоновых полимеров, в которых удаленная молекула H ₂ O происходит от гидроксильной группы кислоты и одного из аминоводородов:
Обратите внимание, что мономерные звенья, составляющие полимер, не идентичны исходным компонентам.
Аддитивная полимеризация
Добавление или с ростом цепи Полимеризация включает перегруппировку связей внутри мономера таким образом, что мономеры напрямую связываются друг с другом:
Чтобы это произошло, химически активная молекула
(называемый инициатором ) необходим для запуска так называемой цепной реакции .Производство полиэтилена – очень распространенный пример такого процесса. В нем используется свободнорадикальный инициатор , который отдает свой неспаренный электрон мономеру, делая последний очень реактивным и способным образовывать связь с другим мономером в этом месте.
Теоретически должен иметь место только один процесс инициирования цепи, а затем этап продолжения цепи повторяется бесконечно, но на практике требуется несколько этапов инициирования, и в конечном итоге два радикала вступают в реакцию ( обрыв цепи ), чтобы вызвать полимеризация остановилась.
Как и во всех процессах полимеризации, образуются цепи с диапазоном молекулярных масс, и этот диапазон можно изменять, контролируя давление и температуру процесса.
4 Галерея распространенных синтетических полимеров
Галерея термопластов
Примечание: на левой панели внизу показаны название полимера и синонимы, структурная формула, температура стеклования, точка плавления / температура разложения и (где применимо) идентификационный символ смолы , используемый для облегчения переработки.
Поликарбонат (Lexan® )
T _г = 145 ° C, T _м = 225 ° C.
Этот полимер был независимо открыт в Германии и США в 1953 году. Лексан исключительно твердый и прочный; мы видим это чаще всего в виде компакт-дисков . Когда-то его широко использовали в бутылках для воды, но опасения по поводу вымывания непрореагировавшего мономера (бисфенол-А, эндокринный разрушитель) в значительной степени подавили этот рынок.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ, Майлар )
T _г = 76 ° C, T _м = 250 ° C.
Тонкие и очень прочные пленки из этого материала получают путем вытягивания расплавленного полимера в обоих направлениях, таким образом ориентируя молекулы в высококристаллическое состояние, которое становится «заблокированным» при охлаждении. Его многочисленные применения включают упаковку пищевых продуктов (в ламинированные фольгой контейнеры для напитков и контейнеры для замороженных пищевых продуктов, которые можно использовать в микроволновой печи), пленку для диапроекторов, метеозонд и в качестве отражающего материала с алюминиевым покрытием в космических кораблях и других приложениях.
Нейлон (полиамид )
T _г = 50 ° C, T _м = 255 ° C.
Сделайте свой собственный нейлон дома
История нейлоновых чулок (Смитсоновский институт)
Нейлон имеет увлекательную историю, как научную, так и культурную. Он был изобретен химиком DuPont Уоллесом Карозерсом (1896-1937).Обычная форма Nylon 6.6 имеет шесть атомов углерода в обеих частях цепи; есть несколько других видов. Обратите внимание, что две субъединицы сополимера удерживаются вместе пептидными связями, теми же типами, которые соединяют аминокислоты в белки.
Нейлон 6.6 обладает хорошей устойчивостью к истиранию и самосмазывающимся, что делает его хорошим конструкционным материалом. Он также широко используется в качестве волокна для ковровых покрытий, одежды и шинного корда.
Интересный отчет о развитии нейлона см. В Enough for One Liftetime: Уоллес Карозерс, изобретатель нейлона Энн Гейнс (1971)
Полиакрилонитрил (Орлон, Акрилан, «акриловое» волокно)
T _г = 85 ° C, T _м = 318 ° C.
Используется в виде волокон в коврах, одеялах и одежде, особенно в свитерах, похожих на кашемир. Ткань очень мягкая, но имеет тенденцию к образованию комков, т. Е. К образованию пушистых пятен. Из-за низкой температуры стеклования требует осторожного обращения при чистке и глажке.
Полиэтилен
T _г = –78 ° C, T _м = 100 ° C.

ПВД

ПНД
Контроль полимеризации с помощью катализаторов и добавок привел к появлению большого разнообразия материалов на основе полиэтилена, которые демонстрируют различия в плотности, степени разветвления цепи и кристалличности, а также сшивки. Некоторыми основными типами являются: низкая плотность (LDPE), линейная низкая плотность (LLDPE), высокая плотность (HDPE).
LDPE был первой коммерческой формой (1933 г.) и использовался в основном для изготовления обычных «пластиковых пакетов», но также для пищевых контейнеров и колец из шести банок из-под газировки. Его низкая плотность обусловлена разветвлением длинной цепи, препятствующим плотной упаковке. ЛПЭНП имеет меньше разветвлений; его большая прочность позволяет использовать его в раздражающе тонких пластиковых пакетах, которые часто можно найти на продовольственных рынках.
Форма «очень низкой плотности» (VLDPE) с обширными короткоцепочечными разветвлениями теперь используется для пластиковой стрейч-пленки (заменяющей исходный компонент Saran Wrap) и в гибких трубках.
HDPE имеет в основном прямые цепи и поэтому более прочен. Он широко используется в молочниках и аналогичных емкостях, контейнерах для мусора, а также в качестве «инженерного пластика» для деталей машин.
Полиметилметакрилат (оргстекло, люцит, плексиглас)
T _г = 114 ° C, T _м = 130-140 ° C.
Этот прозрачный бесцветный полимер широко используется вместо стекла, где его преимуществами являются более высокая ударопрочность, меньший вес и обрабатываемость.Обычно он сополимеризуется с другими веществами для улучшения его свойств. Окна самолетов, пластиковые вывески и световые панели – очень распространенные области применения. Его совместимость с тканями человека привела к различным медицинским применениям, таким как замена линз для пациентов с катарактой. Статья в Википедии
Полипропилен
T _г = –10 ° C, T _м = 173 ° C.

ПП
Полипропилен используется отдельно или в качестве кополимера, обычно вместе с этиленом. Эти полимеры имеют исключительно широкий спектр применения – веревки, переплетные крышки, пластиковые бутылки, штапельная пряжа, нетканые материалы, электрические чайники. В неокрашенном состоянии он полупрозрачный, но не прозрачный. Его устойчивость к усталости делает его полезным для пищевых контейнеров и их крышек, а также откидных крышек для продуктов в бутылках, таких как кетчуп.
Статья в Википедии
полистирол
T _г = 95 ° C, T _м = 240 ° C.
PS
Полистирол прозрачный, но довольно хрупкий и желтеет под воздействием ультрафиолета.
Широко используется для недорогих упаковочных материалов и лотков на вынос, пенопласта для упаковки арахиса, коробок для компакт-дисков, стаканчиков для напитков с пенопластом и других тонкостенных и формованных деталей. Статья в Википедии
поливинилацетат
T _г = 30 ° C
ПВС слишком мягкий и легкоплавкий, чтобы использовать его самостоятельно; он обычно используется в виде эмульсии на водной основе в красках, клеях для дерева и других адгезивах.
поливинилхлорид («винил», «ПВХ»)
T _г = 85 ° C, T _м = 240 ° C.
ПВХ
Это один из наиболее широко используемых полимеров в мире. Сам по себе он довольно жесткий и используется в таких строительных материалах, как трубы, сайдинг дома, полы. Добавление пластификаторов делает его мягким и гибким для использования в обивке, электроизоляции, занавесках для душа и водонепроницаемых тканях.Предпринимаются некоторые усилия по поэтапному отказу от этого полимера из-за проблем, связанных с окружающей средой (см. Ниже).
Каучуки синтетические
Неопрен (полихлоропрен)
T _г = –70 ° C
Полибутадиен T _г <–90 ° C
Неопрен, изобретенный в 1930 году, был первым синтетическим каучуком массового производства.Используется для таких вещей, как кровельные мембраны и гидрокостюмы.
Полибутадиен заменяет хлор водородом; это основной компонент шин (обычно в смеси с другими каучуками). Синтетические каучуки сыграли решающую роль во Второй мировой войне: более
Каучук
SBS (стирол-бутадиен-стирол) представляет собой блок-сополимер, особая прочность которого делает его ценным для протекторов шин.
Политетрафторэтилен ( тефлон , PTFE)
Разлагается при температуре выше 350 ° C.
Этот высококристаллический фторуглерод исключительно инертен по отношению к химическим веществам и растворителям. Вода и масло не смачивают его, что объясняет его использование в посуде и других антипригарных изделиях, включая средства личной гигиены. Он также используется в ткани Gore-Tex для непромокаемой одежды.
Эти свойства – отсутствие адгезии к другим материалам, несмачиваемость и очень низкий коэффициент трения («скользкость») – происходят из высоко электроотрицательной природы фтора, атомы которого частично защищают углеродную цепь.Внешние электроны фтора настолько сильно притягиваются к его ядру, что менее доступны для участия в лондонских взаимодействиях (сила дисперсии). В Википедии есть информационные страницы о фторуглеродах и тефлоне.
Полиарамид (кевлар )
Температура сублимации 450 ° C.
Кевлар известен своей способностью превращаться в волокна, которые имеют в пять раз большую прочность на разрыв, чем сталь.Впервые он был использован в 1970-х годах для замены стального корда шин. Пуленепробиваемые жилеты – одно из наиболее ярких его применений, но другие применения включают корпуса лодок, барабанные головки, спортивное оборудование и в качестве замены асбеста в тормозных колодках. Он часто сочетается с углеродными или стеклянными волокнами в композитных материалах.
Высокая прочность на разрыв частично обусловлена обширными водородными связями между соседними цепями.
Кевлар также известен тем, что был изобретен женщиной-химиком Стефани Кволек.
Термореактивные пластмассы
Термопластические материалы , описанные выше, представляют собой цепи, основанные на относительно простых мономерных звеньях, имеющих разную степень полимеризации, разветвления, изгиба, сшивки и кристалличности, но при этом каждая молекулярная цепь является дискретным звеном. В термореактивном пластике концепция индивидуальной молекулярной единицы в значительной степени утрачена; материал становится больше похожим на собственную гигантскую протяженную молекулу – отсюда и отсутствие чего-либо вроде температуры стеклования или точки плавления.
Эти свойства проистекают из природы мономеров, используемых для их получения. Самая важная особенность – это наличие нескольких реактивных сайтов, которые могут формировать количество перекрестных ссылок в каждом центре.
Фенольные смолы, типичным примером которых является реакция фенола с формальдегидом, иллюстрируют множество связей, которые могут быть образованы.
Смолы фенольные
Они получают конденсацией одного или нескольких типов фенолов (гидроксизамещенных бензольных колец) с формальдегидом, как показано выше.Это был первый промышленный синтетический формовочный пластик. Он был разработан в 1907–1909 годах бельгийским химиком Лео Бекеландом, отсюда и общее название бакелит. Коричневый материал (обычно набитый древесным порошком) ценился за его электроизоляционные свойства (осветительные приборы, розетки и другие электропроводки), а также для предметов потребления до середины века. С тех пор полимеры, разработанные недавно, в значительной степени вытеснили эти применения. Фенолы по-прежнему широко используются в качестве клея при производстве фанеры, а также для изготовления красок и лаков.
Смолы карбамид
Конденсация формальдегида с мочевиной дает более светлые и менее дорогие материалы, чем фенольные. Основное применение карбамидоформальдегидных смол – это склеивание древесных частиц с ДСП. Другие области применения – это эмалевые покрытия для кухонных приборов, а также покрытие хлопковых и вискозных волокон для придания готовым тканям водостойкости и устойчивости к образованию складок.
Смолы меламиновые
Меламин с даже большим количеством амино (–NH ₂) групп, чем мочевина, реагирует с формальдегидом с образованием бесцветных твердых веществ, которые тверже, чем смолы мочевины.Чаще всего они встречаются в столовой посуде (пластиковые тарелки, чашки и сервировочные тарелки) и в пластиковых ламинатах, таких как Formica.
Алкидно-полиэфирные смолы
Сложный эфир – это продукт реакции органической кислоты со спиртом, поэтому сложные полиэфиры образуются, когда многофункциональные кислоты, такие как фталевая кислота, взаимодействуют с многоатомными спиртами, такими как глицерин. Термин алкид происходит от двух слов alc ohol и ac id.
Алкидные смолы были впервые произведены Берцелиусом в 1847 году, и впервые они были коммерциализированы как лаки Glyptal ( gly cerine + p hth al ic acid) лаки для лакокрасочной промышленности в 1902 году.
Позднее развитие других полиэфиров привело к значительному расширению их использования в широкий спектр волокон и формованных изделий, начиная от тканей для одежды и наполнителей подушек и заканчивая стеклопластиками (стекловолокном).
Смолы эпоксидные
Эта большая и промышленно важная группа смол обычно начинается с конденсации бисфенола-A с эпихлоргидрином в присутствии катализатора. (Префикс – epi относится к группе эпоксида , в которой атом кислорода соединяет два атома углерода.) Эти смолы обычно комбинируются с другими для получения желаемых свойств. Эпоксидные смолы особенно ценятся как клеи и адгезивы, поскольку их схватывание не зависит от испарения, а время схватывания можно варьировать в широких пределах.В двухкомпонентных смолах , обычно продаваемых для домашнего использования, неполимеризованная смесь и отвердитель-катализатор упаковываются отдельно для смешивания непосредственно перед использованием. В некоторых составах полимеризация инициируется нагреванием («термическое отверждение»). Зубные пломбы из эпоксидной смолы отверждаются путем облучения ультрафиолетом.
Полиуретаны
Органические изоцианаты R – NCO реагируют с многофункциональными спиртами с образованием полимерных карбаматов , обычно называемых полиуретанами .В основном они используются в пенопластах для теплоизоляции и обивки, но очень много других применений, включая краски, лаки и пластиковые колеса, используемые в автопогрузчиках, тележках для покупок и скейтбордах.
Силиконы
Полисилоксаны (–Si – O – Si-) являются наиболее важными из небольшого класса неорганических полимеров . Коммерческие силиконовые полимеры обычно содержат присоединенные органические боковые группы, которые способствуют сшиванию.Силиконы могут быть самых разнообразных форм; материалы с более низкой молекулярной массой являются жидкостями, тогда как материалы с более высокой степенью полимеризации представляют собой твердые каучукоподобные вещества. Эти полимеры имеют столь же широкий спектр применения: смазочные материалы, герметики и герметики, медицинские имплантаты, антипригарные покрытия для посуды, кондиционеры для волос и другие продукты личной гигиены.
5 Некоторые важные природные полимеры
Полимеры, полученные из растений, были важными компонентами человеческого существования на протяжении тысячелетий.В этом обзоре мы рассмотрим только те, которые имеют основное промышленное применение, поэтому мы не будем обсуждать очень важные биополимеры , белки и нуклеиновые кислоты .
Полисахариды
Полисахариды представляют собой полимеры сахаров ; они играют важную роль в хранении энергии, передаче сигналов и в качестве структурных компонентов всех живых организмов. Здесь мы будем иметь дело только с теми, которые состоят из глюкозы , наиболее важной из шестиуглеродных гексоз .Глюкоза служит основным топливом для большинства организмов.
Глюкоза, однако, хорошо растворима и не может легко храниться, поэтому организмы создают полимерные формы глюкозы, чтобы выделить в качестве резервного хранилища , из которого молекулы глюкозы могут быть извлечены по мере необходимости.
Гликоген
У человека и высших животных запасным полимером для хранения является гликоген . Он состоит из примерно 60 000 единиц глюкозы в сильно разветвленной конфигурации.Гликоген вырабатывается в основном в печени под действием гормона инсулина , который запускает процесс, в котором расщепленная глюкоза полимеризуется и хранится в основном в этом органе. Через несколько часов после еды содержание глюкозы в крови начинает падать, и гликоген начинает расщепляться, чтобы поддерживать необходимый организму уровень глюкозы.
Крахмал
В растениях эти запасы полимеров глюкозы известны как крахмал . Гранулы крахмала хранятся в семенах или клубнях, чтобы обеспечить глюкозой для энергетических потребностей только что проросших растений, и в ветвях листопадных растений, чтобы поддерживать их в течение зимы, когда фотосинтез (процесс, в котором глюкоза синтезируется из CO ₂ и H ₂ O) не имеет места.Крахмал в зерновых, таких как рис и пшеница, и в клубнях, таких как картофель, является основным источником питания для человека.
Растительные крахмалы представляют собой смесь двух основных форм: амилозы и амилопектина . Амилоза представляет собой неразветвленный полимер, содержащий от 500 до 20 000 молекул глюкозы, который скручивается в спиральную форму, которая стабилизируется за счет внутренней водородной связи. Амилопектин – это гораздо более крупный полимер, содержащий до двух миллионов остатков глюкозы, расположенных в ответвления от 20 до 30 единиц.Подробнее об этих двух вариантах крахмала см. Здесь.
Целлюлоза и ее производные
Целлюлоза – это самое распространенное органическое соединение на Земле. Обширная водородная связь между цепями приводит к тому, что природная целлюлоза становится кристаллической примерно на 70%. Он также повышает температуру плавления (> 280 ° C) выше температуры горения.
По всей видимости, структуры крахмала и целлюлозы очень похожи; в последнем любая другая молекула глюкозы находится «вверх ногами».Но последствия этого далеко идущие; крахмал может растворяться в воде и перевариваться высшими животными, включая человека, тогда как целлюлоза нерастворима и неперевариваема. Целлюлоза является основным структурным компонентом зеленых растений и (наряду с лигнином) древесины.
Хлопок – одна из самых чистых форм целлюлозы, которую выращивают с древних времен. Его способность впитывать воду (что увеличивает его прочность) делает хлопчатобумажные ткани особенно полезными для одежды в очень жарком климате.
Хлопок также служит (наряду с обработанной древесной массой) источником промышленного производства материалов на основе целлюлозы, которые были первыми «пластичными» материалами, имеющими коммерческое значение.
Нитроцеллюлоза была разработана во второй половине XIX века. Его получают путем обработки хлопка азотной кислотой, которая вступает в реакцию с гидроксильными группами в цепи целлюлозы. Впервые он был использован для изготовления формованных предметов – первого материала, использованного Eastman Kodak для фотопленки.Его чрезвычайная воспламеняемость представляла значительную опасность для кинотеатров, а его спонтанное медленное разложение с течением времени серьезно ухудшило качество многих ранних фильмов, прежде чем они были переведены на более стабильные носители. Нитроцеллюлоза также использовалась как взрывчатое вещество и метательное вещество, для чего она известна как пушечный хлопок . Под названием целлулоид он использовался для изготовления формованных предметов, таких как бильярдные шары. Он по-прежнему имеет ряд коммерческих применений, в основном в специальных покрытиях.
Ацетат целлюлозы был разработан в начале 1900-х годов и стал первым искусственным волокном, которое было вплетено в ткани, которые стали цениться за их блестящий внешний вид и комфорт при ношении.Компания Kodak разработала его в качестве основы для «защитной пленки» в 1930-х годах, чтобы заменить нитроцеллюлозу, но она не стала широко использоваться для этой цели до 1948 года. Несколько лет спустя она стала основным материалом для магнитной записывающей ленты.
Вискоза – это общий термин для «регенерированных» форм целлюлозы, полученных из растворов полимера в определенных сильных растворителях. При экструзии в тонкую пленку он превращается в целлофан, который используется в качестве пищевой упаковки с 1912 года и является основой для прозрачных клейких лент, таких как скотч.Растворы вискозы, выдавливаемые через фильеру, производят волокна, известные как вискоза. Вискоза (справа) была первым «искусственным шелком», который использовался для изготовления шинного корда, одежды и ковров. Он был популярен для женских чулок до того, как для этой цели стал доступен нейлон.
a name = “502”>
Резина
Различные растения производят сок, состоящий из коллоидной дисперсии цис--полиизопрена. Этой молочной жидкости особенно много каучукового дерева ( Hevea ), с которого она капает при ранении коры.После сбора латекс коагулируют, чтобы получить твердый каучук. Натуральный каучук термопластичен с температурой стеклования –70 ° C.

цис -полиизопрен
Необработанный натуральный каучук имеет тенденцию быть липким в тепле и хрупким в холодном состоянии, поэтому он был не более чем новым материалом, когда впервые был введен в Европу примерно в 1770 году. Он не стал широко применяться до середины девятнадцатого века, когда Чарльз Гудиер обнаружил, что нагрев это с серой – процесс, который он назвал вулканизацией – может значительно улучшить его свойства.
Почему резинка нагревается, когда ее растягивают, и почему она самопроизвольно отрывается? Все это связано с энтропией ; см. здесь краткое объяснение.
Вулканизация создает дисульфидные поперечные связи, которые предотвращают скольжение полиизопреновых цепей друг по другу. Степень сшивки можно контролировать для получения резины, имеющей желаемую эластичность и твердость. Совсем недавно были разработаны другие виды химической обработки (например, эпоксидирование) для производства каучуков специального назначения.
Аллергические реакции на некоторые белки и химические добавки в натуральном каучуке не редкость.
Натуральный каучук по-прежнему занимает большой рынок, несмотря на наличие многих форм синтетического каучука, включая синтетический полиизопрен («синтетический натуральный каучук»). Большая промышленность занимается разработкой комбинаций этих каучуков и сополимеров бутадиена для специальных применений.
В Википедии есть очень хорошая статья о шинах.
Самым крупным применением каучука является производство автомобильных шин. Шины – это тщательно спроектированные продукты, в которых в разных частях используются разные виды резины. Например, на внешней поверхности протектора шин, предназначенных для использования в зимнее время, может быть использован специальный состав, предназначенный для улучшения гибкости при низких температурах.
Конечно, шины сделаны не только из резиновых материалов. Многих особенно удивляет высокая доля технического углерода (аморфная углеродная сажа) в шинах.Этот материал служит связующим и укрепляющим агентом, пигментом, а также улучшает теплопроводность, что важно для предотвращения локального перегрева.
Краткое обсуждение экологически важной проблемы утилизации выброшенных шин можно найти в конце следующего раздела.
6 Полимеры в окружающей среде
“ Лучше вещи для лучшей жизни … через химию “- известный коммерческий лозунг, отражавший отношение общественности примерно в 1940 году, когда синтетические полимеры начали оказывать большое влияние на жизнь людей.Однако в то время не было осознано некоторые из проблем, которые эти материалы будут создавать по мере того, как их использование умножается, и мир становится более осторожным по отношению к «химическим веществам». (DuPont отказалась от понятия «сквозная химия» в 1982 году.)
Низкомолекулярное высвобождение
Многие виды полимеров содержат небольшие молекулы – либо непрореагировавшие мономеры, либо вещества, специально добавленные (пластификаторы, поглотители ультрафиолетового излучения, антипирены и т. Д.) Для изменения их свойств. Многие из этих более мелких молекул способны диффундировать через материал и попадать в любую жидкость или воздух при контакте с пластиком – и, в конечном итоге, в водную среду.Те, которые используются для строительных материалов (например, в передвижных домах), могут накапливаться в закрытых помещениях и способствовать загрязнению воздуха внутри помещений.
Остаточный мономер
Образование длинных полимерных цепей – сложный и в некоторой степени случайный процесс, который никогда не бывает полностью стехиометрическим. Поэтому нередко в готовом продукте остается некоторое количество непрореагировавшего мономера. Некоторые из этих мономеров, такие как формальдегид, стирол (из полистирола, включая контейнеры для пищевых продуктов из пенополистирола), винилхлорид и бисфенол-A (из поликарбонатов), являются известными канцерогенами.Хотя существует мало доказательств того, что небольшие количества, которые диффундируют в воздух или вымываются в жидкости, представляют поддающийся количественной оценке риск для здоровья, люди по понятным причинам не хотят терпеть такое воздействие, и государственная политика постепенно начинает регулировать их.
Перфтороктановая кислота (PFOA), мономер, из которого сделан тефлон, стала предметом судебного процесса 2004 года против фабрики DuPont, которая загрязнила грунтовые воды. Небольшие количества ПФОК были обнаружены в газовых выбросах горячих фторуглеродных продуктов.Страница EPA на PFOA
Пластификаторы
Эти вещества входят в состав определенных типов пластмасс, чтобы сделать их более гибкими за счет снижения температуры стеклования. Они достигают этого, занимая пространство между полимерными цепями и действуя как смазка, позволяя цепям легче скользить друг по другу. Многие (но не все) достаточно малы, чтобы их можно было распространять, и они могут стать потенциальным источником проблем со здоровьем.
[изображение]
Поливинилхлоридные полимеры являются одним из наиболее широко пластифицируемых типов, и запахи, часто связанные с гибкими виниловыми материалами, такими как садовые шланги, водяные кровати, дешевые занавески для душа, плащи и обивка, свидетельствуют об их способности проникать в окружающую среду.
Известный «запах нового автомобиля» во многом связан с выделением пластификатора из обивки и внутренней отделки салона.
В настоящее время идет активное движение по разработке недиффузионных и «зеленых» пластификаторов, которые не представляют этих опасностей.
Надежные ссылки:
Эндокринные разрушители
Соединения, связанные с пластмассами, – не единственный вид эндокринных разрушителей, обнаруженных в окружающей среде. Другие включают остатки пестицидов и фунгицидов, а также промышленные химикаты, такие как полихлорированные бифенолы (ПХД).См. Хороший обзор на сайте Университета Эмори и на этой странице в Википедии. Дополнительные ссылки см. На этой странице каталога Google.
Еще больше усложняет ситуацию то, что многие из этих небольших молекул оказались физиологически активными из-за их способности имитировать действие гормонов или других сигнальных молекул, вероятно, за счет приспособления и связывания со специализированными рецепторными участками, присутствующими во многих тканях. Свидетельства того, что многие из этих химических веществ способны действовать таким образом на клеточном уровне, довольно ясны, но все еще существует некоторый спор о том, представляют ли многие из них реальный риск для здоровья взрослых людей при относительно низких концентрациях, в которых они обычно встречаются в организме. окружение.
Однако есть некоторая озабоченность по поводу воздействия этих веществ на взрослых и особенно на плод, учитывая, что эндокрины тесно связаны с половым дифференцированием и неврологическим развитием, которое продолжается до подросткового возраста.
Продукты разложения пластмасс в среде
Наиболее часто используемые полимеры не поддаются биологическому разложению, особенно в анаэробных условиях большинства свалок.И то, что происходит разложение, объединится с дождевой водой с образованием фильтрата , которые могут загрязнить близлежащие ручьи и запасы грунтовых вод. Частичное фоторазложение, инициированное воздействием солнечного света, является более вероятной долгосрочной судьбой экспонированных пластмасс, что приводит к образованию крошечных разбитых фрагментов. Многие из этих материалов менее плотны, чем морская вода, и, попадая в океаны через выходы прибрежных сточных вод или с отходами морских судов, они, как правило, остаются там на неопределенный срок.
Еще одна интересная статья: Удивительное путешествие пластиковых уток
Открытое сжигание полимерных материалов, содержащих хлор (например, поливинилхлорид), как известно, выделяет такие соединения, как диоксины, которые остаются в окружающей среде.Сжигание в правильных условиях может эффективно устранить эту опасность.
Утилизированные продукты, содержащие фторуглеродов (посуда с тефлоновым покрытием, некоторые средства личной гигиены, гидроизоляционные и антипригарные материалы) распадаются на перфтороктановый сульфонат, который, как было доказано, наносит вред водным животным.
Опасность пластиковых отходов для животных
Есть два основных типа опасностей, которые полимеры могут внести в водную среду.Один из них связан с высвобождением небольших молекул, которые действуют как разрушители гормонов, как описано выше. Хорошо известно, что мелкие водные животные, такие как рыбы, серьезно страдают от воздействия таких веществ во многих реках и эстуарных системах, но подробности об источниках и типах этих молекул не установлены. Одним из мешающих факторов является попадание сточных вод, содержащих противозачаточные препараты (которые оказывают феминизирующее действие на половое развитие), во многие водные пути.
Другая опасность связана с кусками пластиковых отходов, которые водные животные принимают за пищу или запутываются.

Этот пластиковый пакет (вероятно, ошибочно принят за медузу, единственную пищу морских черепах) не может срыгнуть и приводит к кишечному блаокку и медленной смерти.
Останки альбатроса, принявшего кусочки пластикового мусора за еду; подробнее здесь.
Эти опасности встречаются повсюду в океане, но особенно ярко проявляются в регионах, известных как круговороты.Это районы океана, в которых сочетание океанских течений вызывает постоянные вихри, которые имеют тенденцию собирать и концентрировать плавающие материалы. Самыми известными из них являются Великие тихоокеанские круговороты, в которых накопилось поразительное количество пластиковых отходов.
Переработка пластмасс
Огромное количество (по оценкам 10 ⁸ метрических тонн в год) пластмассовых материалов, производимых для потребительского и промышленного использования, создало гигантскую проблему: что делать с пластиковыми отходами, которые трудно безопасно сжигать и которые, в основном, не являются – биоразлагаемый, угрожает перегрузить мусорные свалки.Дополнительным соображением является то, что производство de novo для большинства основных полимеров потребляет невозобновляемые углеводородные ресурсы.
Пластиковые бутылки для воды (слева) представляют собой особую проблему переработки из-за их широкого использования вдали от дома. См. Эту статью MSNBC.
Переработка пластмасс стала крупной отраслью промышленности, чему в значительной степени способствовала продуманная политика управления мусором в основных развитых странах. Однако у него есть свои особые проблемы:
Переработка выгодна только тогда, когда есть рынок для регенерированного материала.Такие рынки меняются в зависимости от экономического цикла (они практически исчезли во время рецессии, начавшейся в 2008 году).
Связанные с энергией затраты на сбор и транспортировку пластиковых отходов, и особенно на их переработку для повторного использования, часто являются решающим фактором при оценке целесообразности переработки.
Сбор пластиковых отходов из различных источников и мест и их транспортировка в перерабатывающие центры потребляют энергию и создают многочисленные эксплуатационные проблемы.
Большинство процессов переработки оптимизированы для определенных классов полимеров. Разнообразие типов пластика требует их разделения на разные потоки отходов, что обычно требует ручного (то есть недорогого) труда. Это, в свою очередь, способствует отправке этих отходов в страны с низкой заработной платой, тем самым сокращая доступность вторичных материалов в странах происхождения пластмасс.
Некоторые из основных процессов переработки включают
Процессы термического разложения, которые позволяют обрабатывать смешанные виды пластмасс и превращать их в жидкое топливо, но при этом требуются большие затраты энергии.
Очень небольшое количество конденсационных полимеров может быть деполимеризовано, так что мономеры могут быть извлечены и повторно использованы.
Термополимеры можно плавить и гранулировать, но полимеры самых разных типов необходимо обрабатывать отдельно, чтобы избежать проблем несовместимости.
Термореактивные материалы обычно измельчают и используют в качестве наполнителя в переработанных термополимерах.
Чтобы облегчить эффективную переработку, был установлен набор из семи идентификационных кодов смолы (седьмой, не показанный ниже, является «другим»).
Эти коды проштампованы на дне многих контейнеров с широко распространенными продуктами. Не все категории принимаются всеми местными органами по утилизации, поэтому жителей необходимо проинформировать о том, какие виды следует помещать в контейнеры для утилизации, а какие – вместе с обычным мусором.
Переработка шин
Огромное количество автомобильных и грузовых шин, выбрасываемых ежегодно (около 230 миллионов в США).Только С.) долгое время представляли собой серьезную экологическую проблему, усугубляемую растущим нежеланием свалок их принимать.
В 2013 году около половины из них было сожжено в качестве топлива для выработки электроэнергии и топлива в цементных печах, но сжигание влечет за собой собственные экологические издержки и считается не более чем временным решением, которое не позволяет полностью уловить стоимость каучука.
Дополнительная четверть выброшенных шин перемалывается в «резиновую крошку», которая служит добавкой к асфальту или спортивным покрытием и покрытием игровых площадок, а также при производстве промышленных товаров, таких как конвейерные ленты.Но очень небольшая часть регенерированного каучука может быть использована в производстве новых шин без ухудшения их тщательно разработанных свойств.
К сожалению, процесс вулканизации, который делает резину таким универсальным материалом, нелегко обратить; шины нельзя просто переплавить и переработать, как многие другие полимерные материалы. Хотя было предложено множество способов девулканизации, лишь немногие из них оказались коммерчески жизнеспособными. Основная проблема заключается в том, что условия, необходимые для разрыва углеродно-серных связей, возникающих в результате вулканизации, имеют тенденцию к повреждению одной или нескольких форм полимерного каучука, присутствующих в большинстве шин, что делает регенерированный продукт непригодным для включения в новые шины, за исключением очень небольших количеств. .
Менее амбициозный подход, применяемый некоторыми компаниями, заключается в переработке технического углерода, который составляет до 30% веса типичной шины. Обычно это сопровождается контролируемым процессом пиролиза. Но даже здесь восстановленная сажа может не подходить для 100% включения в новые шины из-за различного гранулометрического состава.
Короче говоря, эффективная переработка шин остается проблемой, не имеющей четкого решения, несмотря на то, что для ее решения прилагаются значительные усилия.
Статья в Википедии о переработке шин
Дополнительная информация о полимерах
Виртуальный учебник Университета Кейс Вестерн Резерв содержит раздел о полимерах. См. Также главу Полимеры виртуального учебника органической химии Уильяма Ройша .
У Исторического общества пластмасс есть интересный веб-сайт, на котором представлена хронология развития пластмасс. Превосходная и краткая статья Дорела Фельдмана «История полимеров » появилась в журнале « Designed Monomers & Polymers 11 (1) 2008» и доступна в Интернете в некоторых академических библиотеках.См. Также эту статью в Википедии.
Прекрасный учебник для неспециалистов с некоторым опытом работы в области химии – это Гигантские молекулы: необходимые материалы для повседневной жизни и решения проблем Чарльза Каррахера-младшего (Wiley-Interscience 2003; Google Книги).
… и рассказ о том, как все это началось, см. В книге Ясу Фурукавы «Изобретая полимерную науку: Штаудингер, Каротерс и появление макромолекулярной науки ». (1998) – См. Также эту статью в Википедии о Уоллесе Карозерсе и его работах о неопрене, полиэфирах и нейлоне.
Что вы должны уметь
Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие важные идеи, представленные выше. Особенно важно, чтобы вы знали точное значение всех выделенных зеленым цветом терминов в контексте этой темы.
Чем синтетические полимеры отличаются от обычных молекулярных твердых тел, помимо их высоких молярных масс?
Полимеры можно классифицировать по химическому составу, физическим свойствам и общему применению.Для каждой из этих трех категорий назовите два примера, которые можно было бы рассмотреть при адаптации полимера к конкретному конечному использованию.
Объясните разницу между термопластом и термореактивом и прокомментируйте молекулярную основу их различных свойств, включая кристалличность.
Опишите два основных метода синтеза полимеров.
Назовите по два вида коммерчески важных синтетических термопластов и реактопластов и укажите их основные области применения.
Назовите два вида коммерчески важных природных полимеров.
Опишите некоторые проблемы и источники высвобождения малых молекул из полимеров.
Какие проблемы связаны с переработкой или повторным использованием полимерных материалов?
Концептуальная карта
Полимер Vs. Пластик | Home Guides
Автор: Дженнифер Гиттинс Обновлено 21 июля 2017 г.
Разница между полимером и пластиком сложна, поскольку все пластмассы являются полимерами, но не все полимеры являются пластиками.Многие компании и университеты согласны с тем, что сам по себе полимер по существу бесполезен и его необходимо комбинировать с другими средами, чтобы получить пригодный для использования продукт. Однако важно признать, что и полимер, и пластик – это два отдельных продукта, даже если для создания одного требуется другой.
Полимер
На рынке доступно очень мало настоящих полимерных продуктов, если они вообще есть. Фактически, при сбыте продукции полимер и пластик могут использоваться как взаимозаменяемые. По словам доктора Ахмеда Лофти, полимеры – это длинные цепочки молекул, которые могут быть как биологическими, так и неорганическими, что дает термин «полимер» для многих различных элементов.Примеры изделий, содержащих полимер, включают бакелит, синтетическое волокно, известное как вискоза, деготь, шеллак и древесные соки, которые используются для производства латекса.
Пластик
В то время как полимер может быть биологическим или неорганическим, пластик – нет. Пластик – это чисто синтетический искусственный материал, но он часто включает в себя полимер. Он получил свое название от греческих слов «plastikos» и «plastos», что означает «пригодный для формования» и «отформованный». Наиболее известные типы пластика – это полиэтилентерефталат (ПЭТ), винил, ПВХ, полипропилен и поликарбонаты, такие как бисфенол А, более известный как BPA.
Плюсы и минусы полимера
Некоторые полимерные продукты можно перерабатывать, а некоторые – нет. Например, термопластичные полимеры – это полимеры, которые можно повторно нагревать и преобразовывать снова и снова. Между тем, термореактивные полимеры нельзя повторно нагревать или реформировать, что делает их бесполезными для вторичной переработки. Однако полимер имеет тенденцию быть более гибким с точки зрения того, для чего он может использоваться: для одежды, текстиля и пластмассовых изделий. Им можно манипулировать во многих формах: волокна, листы, шнуры и различные формы.
Плюсы и минусы пластика
Поскольку пластик частично состоит из полимеров, они обладают многими схожими характеристиками. Некоторые пластмассы можно перерабатывать, а другие – нет. Некоторые пластмассы являются гибкими и могут использоваться в таких предметах, как текстиль или одежда, в то время как другие пластмассы не могут и могут быть более подходящими для использования в таких предметах, как пластиковые контейнеры для хранения или компьютерная мышь. Однако, как и полимер, пластик можно использовать в самых разных предметах.
Производство пластмасс: от мономера к полимеру
Универсальность, простота производства и относительно низкая стоимость делают пластмассы одними из наиболее полезных материалов для широкого спектра применений.В этой статье рассказывается о химии и производственных процессах двух самых популярных пластиков – полиэтилена и полипропилена.
Пластмассы – одни из самых разнообразных и полезных производственных материалов в мире. В то время как пластмассы включают в себя большое количество материалов, полиэтилен и полипропилен являются двумя основными типами пластмасс, используемых во многих потребительских товарах, от автомобильных запчастей до пакетов для покупок и водопроводных труб.
Несколько типов реакторов могут производить полимеры, включая реакторы с псевдоожиженным слоем, петлевые, автоклавные и трубчатые реакторы.Различные марки полиэтилена и полипропилена обладают широким спектром физических свойств, таких как плотность, жесткость, гибкость, непрозрачность, температура плавления, текстура и прочность. Манипулируя переменными в реакторе, такими как расход мономера, сомономера, катализатора и охлаждающей среды, можно управлять ключевыми параметрами качества. Добавки и красители могут изменить внешний вид полимера.
Полимерные заводы – это полунепрерывные процессы. Сырье непрерывно подается в реактор в передней части, а полимерный порошок и гранулы упаковываются партиями.На большинстве предприятий используется несколько линий с большим количеством бункеров и силосов для хранения и смешивания. Пластмассы в конечном итоге доставляются клиентам с помощью барж, грузовиков или железнодорожных вагонов.
В этой статье описаны различные процессы производства полиолефинов, их основные рабочие параметры и способы использования автоматизации для улучшения контроля качества и увеличения производительности.
Химия производства пластика
Полезно понять некоторые химические процессы, лежащие в основе реакции полимеризации, чтобы понять, как работает этот процесс, и насколько сложен процесс производства пластика.Реакция полимеризации начинается с первичного ингредиента (мономера), такого как этилен или пропилен.
Этилен (C ₂ H ₄) представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода и двойной связью. Полиэтилен (PE) образуется в результате реакции множества молекул этилена в присутствии катализатора с разрывом двойной связи и соединением атомов углерода в цепь (рис. 1). Чем длиннее цепь, тем выше молекулярная масса. Полимеры могут иметь миллионы молекулярных масс.
Точно так же полипропилен (ПП) получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена (C ₃ H ₆) в присутствии катализатора с образованием длинных цепей молекул с тремя атомами углерода (рис. 2). Третий атом углерода добавляет сложности: на какую сторону цепи попадут метильные (CH ₃) группы? Все они могут быть по одну сторону от центральной линии цепи или позвоночника (изотактический), они могут появляться поочередно на противоположных сторонах позвоночника (синдиотактический), или их положения могут быть случайными (атактическими).Эти устройства имеют разные физические свойства.
Реакции полимеризации также потребляют водород, который требуется для гашения реакции (, т.е. завершают цепочки), а некоторые будут включать вторичный ингредиент (известный как сомономер). Поскольку концентрации этих компонентов в реакторе влияют на вероятность того, что конкретные реакции будут иметь место, состав в реакторе эффективно устанавливает количество разветвлений и длину цепи.
▲ Рисунок 1. Этилен представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода, соединенными двойной связью. Полиэтилен образуется в результате реакции множества молекул этилена в присутствии катализатора.
В полимерной промышленности используется множество катализаторов, и каждый год разрабатываются новые катализаторы. Различные катализаторы используются для создания полимеров с определенными свойствами даже в одном реакторе. Каждый лицензиар процесса ПЭ или ПП включает патентованные рецептуры катализаторов в конструкции своих реакторов. В зависимости от типа реактора катализаторы могут быть твердыми частицами или суспендированы в углеводороде или растворителе.
Полимеризация – это сильно экзотермическая реакция, и она требует постоянного охлаждения для предотвращения неуправляемых реакций. Большинство реакторных систем включают аварийное гашение, которое быстро останавливает реактор, если температура достигает заданного значения. До внедрения дублирующих механизмов управления реакция побега могла привести к тому, что реактор полностью забился пластиком. С тех пор технологические процессы были изменены, и были внедрены системы безопасности для предотвращения таких инцидентов.
▲ Рис. 2. Полипропилен получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена в присутствии катализатора. Получающийся в результате полимер может быть изотактическим, со всеми метильными группами на одной стороне основной цепи полимера, синдиотактическим, с альтернативными метильными группами на противоположных сторонах основной цепи, или атактическим (не показано), с метильными группами, расположенными случайным образом.
▲ Рис. 3. Распределение молекулярной массы бимодального полимера имеет более одного пика.
Основные характеристики качества
Хотя свойства полимера можно несколько изменить на стадиях смешивания и экструзии, условия в реакторе устанавливают сорт (ы) продукта – как определено несколькими ключевыми мерами качества – которые могут быть изготовлены. В общем, полиэтилен классифицируется на основе его плотности, линейности молекул (, т.е. степени разветвления) и его молекулярной массы (длины цепей). Другие качества полимера, включая свойство текучести расплава, известное как индекс текучести расплава, являются функцией кристаллической структуры и также в первую очередь определяются реакцией полимеризации.Индекс текучести расплава определяет поведение полимера при последующих операциях, таких как экструзия, выдувное формование или производство пленки.
Наиболее распространенные марки полиэтилена:
полиэтилен высокой плотности (HDPE) . Этот полимер имеет плотность выше или равную 0,941 г / см ³. Он имеет низкую степень разветвления, в основном линейные молекулы, имеет высокую прочность на разрыв, устойчив ко многим химическим веществам и используется в таких продуктах, как бутылки, кувшины, водопроводные трубы и игрушки.
полиэтилен средней плотности (MDPE) . Имея диапазон плотности от 0,925 до 0,940 г / см ³, MDPE имеет лучшую сопротивляемость ударам и растрескиванию под напряжением, чем HDPE, и обычно используется для газовых труб, пластиковых пакетов и упаковочных пленок.
полиэтилен низкой плотности (ПВД) . Этот сорт имеет диапазон плотности …
Конструирование смерти пластмассы
Адам Файнберг не успел сделать ярко-желтый тонкий лист пластмассы, как ему пришлось разрезать его на мелкие кусочки.Он выбрал форму «I» для логотипа Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, где он работает химиком. Затем он наполнил его кусочками пластика и засунул в горячую духовку.
«Я открыл форму и увидел красивое желтое« я », – вспоминает он. Его новый пластик прошел первое испытание – он был формован при нагревании, как обычный пластик. Но оставался еще один важный шаг в переосмыслении мира прочных пластиков.
Доктор Файнберг поместил I под белый свет, и через пять минут осталась только половина.Другая половина упала на землю. Собранные вместе, у меня была дыра посередине, а на ее месте была желтая слизь.
Пластик не просто плавился. Его строительные блоки, синтетические полимеры внутри, вернулись к своим молекулярным единицам. «Это было феноменальное чувство», – сказал он об успешном эксперименте.
Большинство синтетических полимеров – по-гречески «много частей», потому что они представляют собой длинные цепочки из множества одинаковых молекул – не предназначены для распада или исчезновения.Напротив, они должны были прослужить как можно дольше, когда они начали заменять металлы и стекло в таких долговечных вещах, как автомобили и самолеты.
Но синтетические полимеры стали настолько популярными и адаптируемыми, что десятилетия спустя они лежат в основе глобального бремени в виде миллиардов тонн пластиковых отходов. Последними злодеями в экологических кампаниях стали одноразовые пластиковые изделия из синтетических полимеров – соломинки, сигаретные фильтры, крышки кофейных чашек и т. Д. За последние несколько десятилетий это несоответствие между материалом и сроком службы продукта привело к образованию пластиковых отходов на свалках и в естественной среде. , некоторые дрейфуют в океанах, пока холмы и холмы не достигли края света, а кусочки не были поглощены морскими обитателями.Слишком мало перерабатывается; на самом деле, по некоторым оценкам, ежегодно перерабатывается всего 10 процентов всего пластика.
Европейский Союз предложил запретить одноразовые пластмассы, стремясь сократить производство различных предметов, от рыболовных снастей до ватных тампонов. Города в Соединенных Штатах также пытались запретить некоторые виды пластика, в том числе пакеты для продуктов и ту вездесущую соломинку, которая внезапно превратилась в символ всего, что не так с нашей культурой одноразового использования.
Воздействие отложений пластика на окружающую среду и снижение популярности пластмасс подтолкнули химиков к поиску новых материалов с двумя противоречащими друг другу требованиями: они должны быть прочными, но разлагаемыми по команде.Короче говоря, ученые ищут полимеры или пластмассы со встроенным механизмом самоуничтожения.
[ Ставьте лайк на странице Science Times на Facebook. | Подпишитесь на информационный бюллетень Science Times. ]
«Мы пытаемся манипулировать двумя диаметрально противоположными критериями, – сказал доктор Файнберг. По его словам, легче слепить прочный пластик, не повредив его, но в то же время он не должен длиться вечно.
«Настоящая уловка состоит в том, чтобы сделать их стабильными, когда вы их используете, и нестабильными, когда вы не хотите их использовать», – говорит Марк Хиллмайер, возглавляющий Центр устойчивых полимеров при Университете Миннесоты.
Хотя саморазрушающийся пластик не является серебряной пулей для проблемы пластиковых отходов, он может также открыть новые возможности для применения в доставке лекарств, самовосстанавливающихся материалах и даже в некоторой электронике.
Отправной точкой является выбор полимеров, которые по своей природе нестабильны и часто игнорируются из-за их хрупкости.Если бы у них был выбор, их единицы предпочли бы оставаться в виде небольших молекул. Ученые заставляют эти молекулы соединяться в длинные цепи, а затем улавливают полученные полимеры.
Демонтаж этих полимеров иногда называют расстегиванием молнии, потому что, как только полимеры сталкиваются с триггером, который убирает эти ловушки, их единицы отваливаются одна за другой, пока полимеры полностью не переключатся обратно на маленькие молекулы.
«Как только вы начнете процесс», – объясняет Джеффри Мур, д-р.Руководитель Файнберга в Университете Иллинойса, “они просто продолжают идти”.
Полимеры доктора Файнберга были заключены в кольцевые петли, а не в цепи с открытыми концами. Сами по себе петли были стабильными. Для саморазрушающегося пластика доктор Файнберг смешал полимеры с небольшим количеством желтого светочувствительного красителя. Когда свет падает на пластик, находящиеся под напряжением молекулы красителя отрывают электроны от полимеров. Петли разрываются, обнажая концы полимера, и полимеры расстегиваются.
Другие ученые улавливают свои полимеры, закрывая концы длинных цепей или связывая цепи вместе в сети. Разработав эти ловушки, чтобы они не сработали при столкновении с определенными триггерами, такими как свет или кислота, ученые могут точно контролировать, как и когда их полимеры распаковываются.
«Мы можем иметь большое изменение свойств или полную деградацию полимера всего за одно событие», – говорит Элизабет Гиллис, химик-полимер из Западного университета в Лондоне, Онтарио. По ее словам, быстрая дезинтеграция по требованию дает распаковывающимся полимерам преимущество перед биоразлагаемыми, поскольку биоразложение часто протекает медленно и с трудом поддается контролю.
Теоретически эти полимеры следующего поколения могут помочь уменьшить проблемы загрязнения, связанные с пластмассовыми изделиями. Если бы блоки были собраны после распаковки для изготовления новых полимеров, это привело бы к химической переработке. В настоящее время переработка в большинстве случаев заключается в плавлении пластика и его повторной формовке.
«На мой взгляд, у него большой потенциал, проблема в том, чтобы сделать его достаточно дешевым и сделать свойства достаточно конкурентоспособными, чтобы быть полезными и иметь доступ на рынок для потребителя», – сказал доктор.- сказал Хиллмайер.
С экономической точки зрения, замена наиболее широко используемых полимеров, таких как полиэтилен (пакеты для продуктов), полипропилен (рыболовные сети) или политерефталат (одноразовые бутылки) полимерами для расстегивания молнии, невозможна.
«Упаковка из пластика – самая дешевая вещь на свете», – сказал доктор Гиллис.
Вместо этого такие ученые, как доктор Хиллмайер, сосредотачивают свое внимание на более ценных материалах, таких как пенополиуретан, обычно используемый в матрасах и автомобильных сиденьях. В 2016 г.Хиллмайер и его команда сделали полиуретан из распакованных полимеров, пригодных для химической переработки. Молекулярные единицы, полученные из сахара, соединяются, образуя полимеры, которые затем сшиваются в полиуретановые сети. Пена остается стабильной при комнатной температуре, но расстегивается на части при нагревании выше 400 градусов по Фаренгейту.
Использование химически перерабатываемых материалов может стать практичным, особенно если компании начнут брать на себя ответственность за свои продукты по истечении срока их полезного использования, сказал доктор Хиллмайер.Он стал соучредителем новой компании Valerian Materials для коммерциализации перерабатываемого полиуретана. По его словам, если бы автомобильным компаниям приходилось забирать назад подержанный автомобиль, возможно, имело бы смысл создать внутреннюю систему химической переработки для производства новых материалов из старых.
«Это буквально восстановление сырья», – говорит Жаннетт Гарсиа, химик по полимерам из IBM.
Распаковка полимеров может также привести к образованию клея, который можно отключить. Это поможет разделить сложные предметы и материалы, такие как игрушки или поверхности Formica, на отдельные компоненты для вторичной переработки.«Мы ужасно справляемся с переработкой ламината, композитов и даже электроники», – говорит Скотт Филлипс, химик по полимерам из Государственного университета Бойсе.
Доктор Филлипс и Хёнву Ким, которые сейчас работают в Национальном университете Чоннам в Южной Корее, ввели небольшое количество распаковывающего полимера в обычный дешевый полимер. Сами по себе ни один из полимеров не является липким. Но при смешивании они перекрестно связываются в сети, превращаясь в липкую серую слизь. Чтобы отключить клей, доктор Филлипс и доктор Ким нанесли фторид на края двух склеенных вместе микроскопических предметных стекол, и стеклянные предметные стекла развалились в течение нескольких минут.
Распаковка полимеров и продуктов, полностью пригодных для вторичной переработки, – это шаг вперед, но потребители по-прежнему должны правильно выполнять свою утилизацию. «Загрязнение существует потому, что материал не был собран», – говорит Стив Александер, возглавляющий Ассоциацию переработчиков пластмасс. «Если вы не можете правильно отсортировать, что бы это ни было, это просто мусор». По его словам, сегодня сбор и сортировка остаются самыми большими проблемами для переработчиков.
Ключ, по словам Рамани Нараяна, химика-полимера из Университета штата Мичиган, состоит в том, чтобы иметь четкую, четко определенную среду утилизации для любого объекта, срок службы которого подошел к концу.
Возможно, по его словам, биоразлагаемые пластмассы также обладают механизмом самоуничтожения при условии, что они попадают в нужное место с нужными микробами. Но они годами страдали от ложной рекламы и замешательства потребителей. В связи с этим доктор Нараян продвигает идею создания компостируемых пластмасс, начиная с одноразовой посуды и упаковки для пищевых продуктов своей дочерней компании Natur-Tec. Компост может утилизировать не только одноразовый пластик, связанный с пищевыми продуктами, но и пищевые отходы.
«Использование слова« компостируемый »определяет окружающую среду», – говорит он, и это «критически важно для потребителей, пытающихся выбрать правильный контейнер.«
Помимо переработки, распаковка полимеров может открыть новые возможности применения, начиная от доставки лекарств и заканчивая материалами, которые автоматически восстанавливаются, – сказал д-р Мур.
Хотя саморазрушающиеся биомедицинские имплантаты или электроника все еще далеки от будущего, такие ученые, как доктор Гиллис, создают умную упаковку из распакованных полимеров. Не для того, чтобы носить с собой продукты, а для таких грузов, как лекарства от рака, которые могут высвобождаться вместе с опухолями или удобрениями, только когда они нужны на полях.
Для этих применений блоки должны быть безопасными и безопасными.По словам доктора Гиллис, потенциальным кандидатом является глиоксилат, молекула которого естественным образом встречается в почвенных микроорганизмах. Команда доктора Гиллиса распаковала полимеры из глиоксилатных единиц и наложила на них разные заглушки, чтобы их можно было использовать во многих различных сценариях.
«У нас есть универсальный каркас, и мы можем просто изменить заглушку, чтобы она реагировала на разные вещи», – говорит д-р Гиллис, например, на свет в полях или низкое содержание кислорода в опухолях.
Для Dr.Мур, цель – создать материалы, которые могут лечить сами себя. «Мы хотим, чтобы наши материалы могли восстанавливаться после повреждений и сохранять работоспособность в течение длительных периодов времени», – говорит он.
Доктор Мур предполагает заполнение крошечных капсул, сделанных из распакованных полимеров, заживляющими веществами, а затем вложение капсул в покрытия. Возможно, они реагируют на свет, говорит он, поэтому, когда покрытие мобильного телефона, например, трескается, проникающий свет вызовет деградацию капсулы. Затем эти целебные вещества проливаются, чтобы заполнить трещины.Тогда покрытие автоматически станет как новое, что снизит потребность в приобретении нового устройства.
В ожидании появления этих полимеров следующего поколения существующие промышленные пластмассы все еще перекачиваются в объеме 400 миллионов метрических тонн в год. «И эти пластмассы должны были быть максимально прочными, надежными и служить как можно дольше», – говорит д-р Гарсиа.
«Разработка новых полимеров будет абсолютно важной и абсолютно необходимой», – говорит д-р Гарсиа. Но более серьезная проблема, по ее словам, состоит в том, чтобы научиться таким же образом расщеплять унаследованные полимеры пластиковых отходов, в идеале на их строительные блоки.
«Это почти что вызов Святого Грааля».
Как производятся пластмассы :: PlasticsEurope

Пластмассы получают из природных органических материалов, таких как целлюлоза, уголь, природный газ, соль и, конечно же, сырая нефть. Сырая нефть представляет собой сложную смесь тысяч соединений, и ее необходимо переработать, прежде чем ее можно будет использовать. Производство пластмасс начинается с перегонки сырой нефти на нефтеперерабатывающем заводе. Это разделяет тяжелую сырую нефть на группы более легких компонентов, называемых фракциями.Каждая фракция представляет собой смесь углеводородных цепей (химических соединений, состоящих из углерода и водорода), которые различаются размером и структурой своих молекул. Одна из этих фракций, нафта, является ключевым соединением для производства пластмасс.
Для производства пластмасс используются два основных процесса – полимеризация и поликонденсация – и оба требуют специальных катализаторов. В реакторе полимеризации мономеры, такие как этилен и пропилен, связаны вместе с образованием длинных полимерных цепей.Каждый полимер имеет свои собственные свойства, структуру и размер в зависимости от различных типов используемых основных мономеров.
Существует много различных типов пластмасс, и их можно сгруппировать в два основных семейства полимеров:
Примеры термопластов
Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)
Поликарбонат (ПК)
Полиэтилен (PE)
Полиэтилентерефталат (ПЭТ)
Политетрафторэтилен (PTFE)
Поливинилхлорид (ПВХ)
Полиметилметакрилат (ПММА)
Полипропилен (ПП)
Полистирол (ПС)
Пенополистирол (EPS)
Примеры термореактивных материалов
Эпоксид (EP)
Фенолформальдегид (PF)
Полиуретан (PUR)
Ненасыщенные полиэфирные смолы (UP)

Подробнее о различных типах пластмасс.