Полимеры свойства: Что такое полимерные материалы, их свойства и применение?

alexxlab | 09.04.2023 | 0 | Разное

Открытое образование – Полимеры со специальными свойствами

Select the required university:

———

Закрыть

Курс разработан авторским коллективом кафедры «Химической технологии и новых материалов» МГУ имени М. В. Ломоносова совместно с кафедрой «Химические технологии» ЮРГПУ (НПИ) им. М. И. Платова и  Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого.

Онлайн-курс рассматривает строение и физические свойства важнейших классов высокомолекулярных соединений, влияние структуры на физико-химические и эксплуатационные свойства полимеров и их прогнозирование для использования полимеров в различных областях. Знание данного курса дает возможность глубже понимать процессы переработки и применения полимеров.

• About
• Format
• Information resources
• Course program
• Education results
• Formed competencies
• Education directions

About

Данный курс имеет целью прогнозирование свойств полимеров для их использования в различных областях (металлизация пластмасс; модификация полимеров; эластомеры: каучуки и резины; полимеры пищевого и медико-биологического назначения, клеи и технология склеивания).

Во время обучения выполняются задачи по изучению строения и физическо-химических свойства важнейших классов высокомолекулярных соединений, влияние структуры полимеров на их эксплуатационные свойства, прогнозирование свойств полимеров.

В результате освоения курса студент должен:
знать: основные классы полимеров; физико-химические характеристики полимеров; способы модификации полимеров; пути синтеза полимеров специального назначения.
уметь: синтезировать, очищать и идентифицировать полимеры; пользоваться приборами для определения их физико-химических свойств; пользоваться приборами для определения их физико-механических свойств.
владеть: методами расчета эффективности и компьютерного моделирования новых технологий при внедрении их в производство; технологиями синтеза, модификации полимеров: технологией металлизации полимеров; технологией склеивания различных материалов.

Format

Курс ориентирован как на магистров 1-го года обучения, так и на слушателей, желающих повысить уровень своих знаний. Для глубокого понимания материала необходимо базовое химическое образование – бакалавр в области химической технологии. Включает видеолекции, презентации, конспект, глоссарий, тесты и список рекомендуемой литературы, примеры решения задач и методические рекомендации для самостоятельной проработки материала по 4-м модулям курса.

1. Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения: учебник для вузов. – Москва: Академия, 2005. – 368 с.
2. Штильман М. И. Полимеры медико-биологического назначения: учебное пособие. – Москва: Академкнига, 2006. – 400 с.
3. Поциус А. В. Клеи, адгезия, технология склеивания: перевод с английского. – Санкт-Петербург: Профессия, 2007. – 376 с.
4. Шалкаускас М. И. Химическая металлизация пластмасс: – Ленинград: Химия, Ленинградское отделение, 1985. – 144 с.

Course program

1. Металлизация пластмасс

2. Полимеры медико-биологического назначения

3. Лакокрасочные материалы

4. Модификация полимеров

5.  Биодеградирующие полимеры

6. Термо- и реактопласты для ПКМ

7. Полимеры на основе целлюлозы

8. Армирующие волокна в производстве ПКМ

 

 

 

Education results

В результате освоения курса студент должен:

Знать:

– основные классы полимеров;

– физико-химические характеристики полимеров;

– способы модификации полимеров;

– пути синтеза полимеров специального назначения.

Уметь:

– синтезировать, очищать и идентифицировать полимеры;

– пользоваться приборами для определения их физико-химических свойств;

– пользоваться приборами для определения их физико-механических свойств.

Владеть:

– методами расчета эффективности и компьютерного моделирования новых технологий при внедрении их в производство;

– технологиями синтеза, модификации полимеров:

– технологией металлизации полимеров:

– технологией склеивания различных материалов.

Formed competencies

• готов обеспечивать контроль качества и материалов, производственного процесса и готовой продукции с использованием существующих и разработанных методик;
• способен проводить лабораторные испытания, измерения, анализ, обобщение и другие виды работ при исследовании технологических и эргономических показателей продукции, математически обрабатывать полученные результаты и выявлять их погрешности с заданной точностью

Education directions

18. 00.00 Химические технологии

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Авдеев Виктор Васильевич

Доктор химических наук, профессор
Position: заведующий кафедрой «Химической технологии и новых материалов» МГУ

Александров Андрей Анатольевич

Кандидат технических наук, доцент
Position: декан технологического факультета, доцент кафедры Химические технологии

Certificate

По данному курсу возможно получение сертификата.

Стоимость прохождения процедур оценки результатов обучения с идентификацией личности – 2800 ₽. 

Similar courses

15 February 2021 – 31 December 2023 г.

Всеобщая история. Часть 1

СПбГУ

15 February 2021 – 31 December 2023 г.

История России

СПбГУ

12 September 2022 – 1 January 2030 г.

Основы комбинаторики

МФТИ

К сожалению, мы не гарантируем корректную работу сайта в вашем браузере. Рекомендуем заменить его на один из предложенных.

Также советуем ознакомиться с полным списком рекомендаций.

Google Chrome

Mozilla Firefox

Apple Safari

Полимеры. Свойства и методы исследования

Реферат

• формат pdf
• размер 326.67 КБ
• добавлен 01 июня 2011 г.

Реферат. – Владимир, ВлГУ, 2010. – 26 с.

Кафедра “Полимерных материалов”.

Введение
Свойства полимеров:
механические свойства
теплофизические свойства
химические свойства
электрические свойства
технологические свойства
Пластмассы:
полистирол
полиэтилен
фторпласт
полиимид
эпоксидные смолы
Список литературы

Читать онлайн

Похожие разделы

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Аналитическая химия
4. Аналитическая химия полимеров

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Процессы и аппараты химической технологии
4. Основы проектирования и оборудование производств полимеров и полимерных материалов

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Химическая технология
4. Технология пластмасс и изделий из них

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Химическая технология
4. Технология химических волокон

1. Академическая и специальная литература
2. Химия и химическая промышленность
3. Химическая технология
4. Технология эластомеров и изделий из них

Смотрите также

Реферат

• формат doc
• размер 237 КБ
• добавлен 11 февраля 2011 г.

В реферате рассмотрены методы получения ароматических аминов (первичных, вторичных и третичных), их физические и химические свойства. Также описаны свойства отдельных представителей ароматических аминов и их применение в промышленности.

Дисертация

• формат djvu
• размер 1.59 МБ
• добавлен 12 июня 2011 г.

Магистерская диссертация. 107 страниц. Отфотографированная, качество хорошее. Содержание: Введение. Литературный обзор. Эластомерные клеи и их классификация. Система эластомер-термопласт, как основа эластомерных клеев. Особенность клеев из бутадиен-нитрильных каучуков. Теоретические представления об адгезии полимеров. Механизм образования адгезионного соединения. Теории адгезии.

Объекты и методы исследования. Объекты исследования. Методы исследов…

Реферат

• формат doc
• размер 201 КБ
• добавлен 04 декабря 2010 г.

Оглавление: Введение Высокомолекулярные соединения Конфигурация макромолекул Локальная изомерия Цис-транс изомерия Стереоизомерия Стереорегулярные полимеры Список литературыrn

Реферат

• формат pdf
• размер 750.97 КБ
• добавлен 01 июня 2011 г.

Реферат. – Владимир, ВлГУ, 2010. – 48 с. Кафедра “Полимерных материалов”. В данной работе представлена классификация кремнийорганических полимерных материалов, их описание. Приведены свойства каждого класса кремнийорганических полимеров, а также их применение в народном хозяйстве. Введение 1 Классификация кремнийорганических полимеров Полимеры с неорганическими главными цепями молекул Полиорганосилоксаны Полиэлементоорганосилоксаны Полиорганос…

Реферат

• формат docx
• размер 53.99 КБ
• добавлен 14 декабря 2010 г.

Окисление, самовозгорание и выветривание твердых горючих ископаемых. Естественное окисление и выветривание. Методы борьбы с самоокислением и самовозгоранием изменение свойств ТГИ при естественном окислении и выветривании Свойства кокса как металлургического топлива Физические и физико-механические свойства Механическая прочность Крупность и ситовый состав Химические и физико-химические свойства

Курсовая работа

• формат doc
• размер 130 КБ
• добавлен 08 июня 2011 г.

Курсовой проект. Армавирский государственный педагогический институт Введение Литературный обзор по данной теме Краткая историческая справка Современные проблемы производства и применения красителей Современная классификация синтетических красителей и их свойства Типы классификации Свойства и строение синтетических красителей Номенклатура красителей Связь между строением и цветом вещества Светопрочность красителей Объект, материалы и методы иссле…

Реферат

• формат doc
• размер 70.66 КБ
• добавлен 04 января 2012 г.

Общие сведения Термопластичные полимеры Термореактивные полимеры Каучуки и каучукоподобные полимеры Природные полимерные продукты Битумы и дегти Добавки к органическим вяжущим веществам Заключение Список используемой литературы 2005 – 40с.

• формат doc
• размер 17.61 КБ
• добавлен 25 марта 2010 г.

В реферате рассматриваются вопросы классификации полимеров, важнейшие характеристики, свойства и и получение ВМС. Обсуждается применение полимеров в сельском хозяйстве, машиностроении.

Реферат

• формат doc
• размер 450 КБ
• добавлен 18 октября 2011 г.

В реферате рассматривают основные классы водорастворимых полимеров и их физико-химические, химические свойства Содержание Введение Неионогенные водорастворимые полимеры Полиэлектролиты Заключение Литературы

Реферат

• формат pdf
• размер 453. 96 КБ
• добавлен 01 июня 2011 г.

Реферат. – Владимир, ВлГУ, 2009. – 32 с. Кафедра “Полимерных материалов”. Введение История создания и развития кремнийорганических соединений Кремнийорганические полимеры, классификация и свойства Разновидности кремнийорганических полимеров Некоторые кремнийорганические полимеры Производство пластических масс на основе кремнийорганических соеденений. Заключение Список используемой литературы

Свойства полимера

Существует множество различных способов, которыми мы можем описать полимеры: как они выглядят, как они ощущаются, как пахнут, как ведут себя, как звучат, когда их роняют на пол (шлеп! или шлеп!). может быть твердым или мягким, жестким или гибким, сильным или слабым, гладким или шероховатым, блестящим или тусклым – и многое другое!

Покажите мне номера

Итак, как мы можем узнать только , насколько прочно волокно, или только , насколько эластично резинка есть? Да и зачем нам это знать? Ну, если Ли Мьюри изобретет лучшее полимерное волокно, как она сможет доказать, что оно действительно лучше? Она захочет использовать чисел , то есть она захочет количественно оценить , насколько лучше ее полимер.

Ей также захочется подумать: «Что значит лучше ?» Он более эластичный или менее эластичный? Ооо, подумай об этом. В некоторых приложениях вы хотели бы, чтобы волокно было эластичным и идеально отскакивало назад (например, банджи), но в других случаях сильное растяжение не годится, но вы хотите, чтобы оно выдерживало большой вес, не ломаясь (например, веревка для скалолазания).

Ученые придумали всевозможные способы тестирования полимеров, чтобы ответить на такие вопросы, как:

• Насколько легко поцарапать?
  

• Какой вес может выдержать нить (или волокно, или веревка)?
  

• Как долго он прослужит, если оставить его на солнце?
  

• Как он поведет себя, если нагреется? Не растает ли он, если я оставлю его в машине посреди лета?
  

• Сколько нужно тепла, чтобы все это стало липким?
  

• Как быстро растворится в животе? (Это важно для покрытия таблеток. )

• Насколько хорошо я могу видеть сквозь него?

• Что произойдет, если я ударю по нему молотком? (Это может показаться забавным, но полимеры, которые могут выдержать удар молотком, могут быть хороши для чего-то вроде шлема для скейтбординга или хоккейных наколенников для вратарей.)

Существуют всевозможные инструменты, которые ученые используют для проверки различных свойств полимеров. Цель состоит в том, чтобы получить числа (данные), чтобы можно было сравнить один полимер с другим.

Понимание того, как измерять свойства полимеров, нужно не только ученым. Внимательно слушайте рекламу по телевизору или внимательно смотрите рекламу. Когда компании хотят, чтобы вы потратили больше денег на велосипед, или игрушку, или шампунь, который едет быстрее, длится дольше или что-то еще, ну, господи, насколько быстрее, или дольше, или что-то еще? Стоит ли это дополнительных денег?

Назад к полимерам….
Сколько свойств вы можете придумать? Попробуйте перечислить их, а затем сравните с нашим списком здесь. Привет! Не подглядывать! Действительно, попробуйте сначала перечислить некоторые из них!

Насколько сильна сила?

Прочность, ударная вязкость и эластичность — все это механические свойства. Но что на самом деле означают эти слова? Как мы можем измерить, насколько «прочен» полимер? В чем разница между «сильным» полимером и «жестким» полимером? Остальная часть этой страницы сортирует их.

Прочность

Прочность — это свойство, с которым вы должны иметь дело, но вы можете не знать точно, что мы подразумеваем под словом «сильный», когда говорим о полимерах.

Во-первых, существует более одного вида силы. Тип прочности полимера зависит от того, насколько хорошо полимер выдерживает все, что вы пытаетесь с ним сделать.

Представьте себе: возьмите кусок пластика размером с вашу ладонь. Держите его за два конца и попытайтесь потянуть. Если ничего не происходит, то сильно. Но лучшим термином для описания такой прочности является предел прочности при растяжении . Прочность на растяжение важна для материала, который будет растягиваться или подвергаться натяжению, например веревке.

Вот некоторые виды прочности, начиная с прочности на растяжение. Каждый из них зависит от того, что вы пытаетесь сделать с образцом.

Попробуй потянуть — прочность на растяжение Попробуйте сжать — прочность на сжатие Попробуйте согнуть (или согнуть) его — прочность на изгиб Попробуй покрутить — прочность на кручение Попробуйте резко и внезапно ударить — (как молотком) ударная вязкость

Есть и другие виды силы!

Какой прочности вы хотели бы иметь велосипедную раму? А подушка на стул? Или одна из ваших любимых игрушек?

Что такое сила?

Но что значит быть сильным? У нас есть очень точное определение. Возьмем в качестве примера прочность на растяжение. Для измерения прочности на растяжение образца полимера, берем образец и пытаемся его растянуть. Мы обычно растягиваем его специальной машиной, которая просто зажимает каждый конец образца, затем, когда вы ее включаете, она растягивает образец. Пока он растягивается образец, он измеряет силу, которую он прилагает.

Когда мы знаем силу, действующую на образец, мы затем делим это число на площадь поперечного сечения нашего образца. Почему мы должны это делать? Что ж, толстый образец, вероятно, будет труднее растянуть, чем тонкий. Мы хотим получить число, которое позволило бы нам сравнивать полимер с в целом, а не только тот образец, который нам довелось иметь.

Прежде чем я узнал что-либо о полимерах, я думал, что знаю, что такое стресс. Оказывается, люди-полимеры имеют действительно специфическое значение термина 9.0007 стресс . Напряжение (в данном случае растягивающее напряжение) — это отношение силы, используемой для растяжения образца, к площади поперечного сечения.

Вы растягиваете полимер, он почувствует приложенную к нему силу. Это будет стресс.

Затем, используя нашу машину, мы продолжаем растягивать образец, увеличивая напряжение (сила/площадь) до тех пор, пока – щелчок! – это ломает. Сколько стресса это может выдержать? Напряжение, необходимое для разрушения образца, представляет собой предел прочности материала на растяжение.

Точно так же можно представить аналогичные испытания на прочность на сжатие или изгиб. Во всех случаях прочность представляет собой напряжение, необходимое для разрушения образца.

Прочность

Чем твердость отличается от силы? С точки зрения физики, ответ заключается в том, что сила говорит о том, сколько силы необходимо, чтобы сломать образец, а ударная вязкость говорит о том, сколько энергии необходимо для разрушения образца. Но это на самом деле не говорит вам, каковы практические различия.

Важно знать, что только потому, что материал прочный, он также не обязательно будет жестким. Отличным примером является что-то жесткое и хрупкое: оно прочное, но не жесткое, а это означает, что оно не может сильно растянуться, прежде чем сломается.

Гибкие пластмассы, такие как полиэтилен и полипропилен. отличаются от жестких пластиков тем, что их легче растягивать (поэтому их прочность на растяжение ниже), но они не ломаются. Интересно, что способность растягиваться — это то, что удерживает их от разрыва. Какое-то время они будут сопротивляться растяжению, но если к гибкому пластику приложить достаточное усилие, он в конечном итоге деформируется. Вы можете попробовать это дома с куском пластика. сумка. Если попытаться его растянуть, сначала будет очень тяжело, но однажды вы растянули его достаточно далеко, он легко растянется. Суть в том, что гибкие пластики могут быть не такими прочными, как жесткие, но они намного жестче.

Выходя за пределы свойств при растяжении

Когда мы смотрим на другие свойства, такие как свойства на сжатие или свойства на изгиб, все может быть совершенно по-другому. Например, волокна обладают очень высокой прочностью на растяжение и хорошей прочностью на изгиб, но обычно имеют ужасную прочность на сжатие. Они также имеют хорошую прочность на растяжение только в направлении волокон.

Волокна

обладают высокой прочностью на растяжение только в одном направлении.

Перейти к Повышение прочности полимеров

---

Каталожные номера

Одиан, Джордж; Принципы полимеризации, 3-е изд. , Дж. Уайли, Нью-Йорк Йорк, 1991 год.

Джанг Б.З.; Передовые полимерные композиты: принципы и Applications , ASM International, Materials Park, OH, 1994.

---

Перейти к Повышение прочности полимеров

Вернуться к созданию вещей

Вернуться к Главная страница

31.

6: Структура полимера и физические свойства

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

364617

Кристалличность полимера

Для учета физических различий между различными типами полимеров необходимо учитывать природу совокупной макромолекулярной структуры или морфологию каждого вещества. Поскольку полимерные молекулы очень велики, они обычно упаковываются вместе неравномерно, с упорядоченными или кристаллоподобными областями, называемыми кристаллитами , смешанными с неупорядоченными или аморфными областями. В некоторых случаях все твердое тело может быть аморфным, полностью состоящим из спиральных и запутанных макромолекулярных цепей. Кристалличность возникает, когда линейные полимерные цепи структурно ориентированы в однородной трехмерной матрице. На диаграмме справа кристаллические домены окрашены в синий цвет. Повышенная кристалличность связана с увеличением жесткости, прочности на разрыв и непрозрачности (из-за светорассеяния). Аморфные полимеры обычно менее жесткие, более слабые и легче деформируются. Часто они прозрачные.

Схематическая диаграмма кристаллитов (синего цвета) в основном кристаллическом полимере.

На степень кристалличности влияют три фактора:

1. Длина цепи: Более длинные полимерные цепи, как правило, имеют большие силы Ван-дер-Ваальса и повышенную кристалличность, чем более короткие цепи ( Раздел 2-12 )
2. Разветвление цепи: Полимерные цепи без разветвления могут плотно укладываться друг на друга. Отсутствие разветвления увеличивает кристалличность полимеров.
3. Межцепные взаимодействия: (Межмолекулярные силы и сшивание). Кристалличность увеличивается по мере увеличения силы межмолекулярных сил между полимерными цепями. Перемычка между полимерными цепями имеет тенденцию к увеличению кристалличности.

Важность первых двух факторов прекрасно иллюстрируется различиями между LDPE и HDPE. Как отмечалось ранее (раздел 31-2), ПЭВП состоит из очень длинных неразветвленных углеводородных цепей. Они легко объединяются в кристаллические домены, которые чередуются с аморфными сегментами, и полученный материал, хотя и относительно прочный и жесткий, сохраняет некоторую гибкость. Напротив, ПЭНП состоит из меньших по размеру и более разветвленных цепей, которым нелегко принять кристаллическую структуру. Таким образом, этот материал мягче, слабее, менее плотный и легче деформируется, чем HDPE.

Силы между цепями в кристаллитах полиэтилена представляют собой так называемые силы Ван-дер-Ваальса или дисперсионные силы, которые представляют собой те же силы, действующие между меньшими молекулами углеводородов. Хотя эти силы относительно слабы, они возрастают с увеличением размера молекулы. Полимерные цепи достаточно велики, чтобы силы Ван-дер-Ваальса создавали прочный и жесткий материал.

Представление взаимодействий притяжения между атомами водорода в кристаллите полиэтилена

В других видах полимеров даже более сильные межмолекулярные силы могут быть получены за счет водородных связей. Это особенно важно для полиамидов, таких как нейлоны, из которых наиболее широко используется нейлон 66. Увеличение прочности взаимодействий между полимерными цепями делает полиамиды одними из самых прочных известных полимерных материалов.

Возможная структура с водородными связями для кристаллитов нейлона 66, полимера амидного типа гександиовой кислоты и 1,6-гександиамина.

Натуральный каучук представляет собой полностью аморфный полимер. К сожалению, потенциально полезные свойства необработанного латексного каучука ограничены температурной зависимостью; однако эти свойства могут быть изменены путем химического изменения. Если цепи молекул каучука слегка сшиты атомами серы, процесс, называемый вулканизацией , который был открыт Чарльзом Гудиером в 1839 году, желаемые эластомерные свойства каучука существенно улучшаются. При степени сшивания от 2 до 3% получается полезная мягкая резина, которая больше не страдает от проблем с липкостью и хрупкостью при нагревании и охлаждении. При степени сшивки от 25 до 35% образуется жесткий твердый каучуковый продукт. На следующем рисунке показан сшитый участок аморфного каучука.

Температуры стеклования и плавления

Влияние температуры на физические свойства полимеров очень важно для их практического использования. При низких температурах полимеры становятся твердыми и стеклообразными из-за медленного движения сегментов полимерных цепей относительно друг друга. Приблизительная температура, ниже которой проявляется стекловидное поведение, называется температурой стеклования и обозначается как T _g . Когда полимер, содержащий кристаллиты, нагревают, кристаллиты в конечном итоге плавятся, и эту температуру обычно называют температура перехода расплава и обозначается как T _m. По мере увеличения степени кристалличности полимера увеличивается и T _m .

T _g часто зависит от истории образца, особенно от предшествующей термической обработки, механических манипуляций и отжига. Иногда ее интерпретируют как температуру, выше которой значительные части полимерных цепей способны скользить относительно друг друга в ответ на приложенную силу. Введение относительно больших и жестких заместителей (например, бензольных колец) будет препятствовать этому движению цепи, увеличивая, таким образом, T _г (обратите внимание на полистирол ниже). Введение низкомолекулярных соединений, называемых пластификаторами (обсуждаемыми далее в этом разделе) , в полимерную матрицу увеличивает расстояние между цепями, обеспечивая движение цепей при более низких температурах. с последующим уменьшением Т _г . Значения

T _m и T _g для некоторых распространенных аддитивных полимеров приведены ниже.

Полимер	ПЭНП	ПЭВП	ПП	ПВХ	PS	ПАН	ПТФЭ	ПММА	Резина
Т м (°С)	110	130	175	180	175	>200	330	180	30
Т г (°С)	_ 110	_ 100	_ 10	80	90	95	_ 110	105	_ 70

Категории полимеров

Термопласты

Большинство полимеров, описанных в этой главе, классифицируются как термопласты s. Пластмассы, которые размягчаются при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. Это более популярный тип пластика, потому что нагревание и охлаждение можно повторять, а термопласт можно реформировать. Эти полимеры, как правило, имеют высокую Tg, поэтому они представляют собой твердые твердые вещества при комнатной температуре, однако при температуре выше Tg они становятся пластичными и могут формоваться, прессоваться в формы, формоваться или отливаться из расплава.

Полиэтилен (поли(этилентерефталат) или ПЭТ является наиболее распространенным термопластом. В 2017 году ПЭТ составил 34% от общего объема рынка пластмасс, при этом было произведено более 100 миллионов тонн полиэтиленовых смол. ПЭТ является частично кристаллическим и используется для создания прозрачных пластиковых бутылок, таких как 2-литровые бутылки из-под напитков, молочные кувшины, бутылки для моющих средств и бутылки с водой.

Полистирол также является распространенным термопластиком. Полимер делает его твердым, но довольно хрупким при комнатной температуре. используется для изготовления жестких прозрачных пластиковых стаканчиков, пенопластовых стаканчиков, столовых приборов, пищевых контейнеров для гастрономов, наборов игрушечных моделей, некоторых видов упаковки попкорна.0003

Пластификаторы

Пластификаторы или диспергаторы — это добавки, повышающие пластичность или снижающие вязкость материала. Эти вещества добавляют в определенные виды пластмасс, чтобы сделать их более гибкими за счет снижения температуры стеклования. Они достигают этого, занимая пространство между полимерными цепями и действуя как смазка, позволяющая цепям легче скользить друг по другу. Многие (но не все) достаточно малы, чтобы распространяться и являться потенциальным источником проблем со здоровьем. Были высказаны серьезные опасения по поводу безопасности некоторых пластификаторов, особенно потому, что некоторые низкомолекулярные ортофталаты были классифицированы как потенциальные эндокринные разрушители с сообщениями о некоторой токсичности для развития.

Поливинилхлоридные (ПВХ) полимеры являются одним из наиболее широко пластифицируемых типов. ПВХ обычно не очень кристаллический и относительно хрупкий и стекловидный. Свойства поливинилхлорида можно улучшить, смешивая его с веществами с низкой летучестью, которые разрушают его стеклообразную структуру. Обычными пластификаторами, используемыми с ПВХ, являются трис-(2-метилфенил)фосфат (трикрезилфосфат) и дибутилбензол-1,2-дикарбоксилат (дибутилфталат). Пластифицированный поливинилхлорид является достаточно гибким и широко используется для гибких виниловых материалов, таких как садовые шланги, водяные матрасы, дешевые занавески для душа, плащи и обивка. Острый запах, связанный с этими продуктами, свидетельствует о способности пластификаторов мигрировать в окружающую среду.

Волокна

Волокна вытягиваются в тонкие нити путем пропускания расплавленного или растворенного полимера через фильеру для получения нитей, из которых можно вплетать ткани. В рамках этого процесса, называемого холодным волочением , полимерный материал подвергается сильному напряжению в одном направлении, в результате чего материал удлиняется, а кристаллиты стягиваются и ориентируются в направлении приложенного напряжения. Наличие кристаллитов в полимере, ориентированных друг относительно друга, придает полимеру гораздо более высокую прочность на растяжение, чем у неориентированного полимера. Полимеры, такие как нейлон, обладающие сильными межмолекулярными силами, обладают кристалличностью, необходимой для вытягивания ориентированных волокон.

Схематическое изображение ориентированного кристаллического полимера, полученного вытягиванием полимера в горизонтальном направлении. Кристаллические области обведены пунктирными линиями.

Эластомеры

Эластомеры обычно представляют собой аморфные полимеры, способные растягиваться. Ключом к этому упругому поведению являются полимерные цепи со слабыми силами между цепями и достаточно нерегулярной структурой, чтобы быть нестабильными в кристаллическом состоянии. Полезный эластомер должен иметь некоторую сшивку. Важным отличием эластомера от кристаллического полимера является размер аморфных областей. Когда прикладывается напряжение и материал удлиняется, цепи в аморфных областях выпрямляются и становятся более параллельными. Силы между цепями слишком слабы, чтобы поддерживать кристаллическое состояние в отсутствие напряжения. Таким образом, когда напряжение снимается, происходит сжатие и образуется исходный аморфный полимер. Энтропия цепей более благоприятна в расслабленном состоянии, чем в растянутом.

Схематическое изображение эластомера в расслабленном и растянутом состояниях.

Хороший эластомер не должен подвергаться пластическому течению ни в растянутом, ни в расслабленном состоянии, а при растяжении должен иметь «память» о своем расслабленном состоянии. Эти условия лучше всего достигаются с натуральным каучуком ( цис -поли-2-метил-1,3-бутадиен, цис -полиизопрен) путем вулканизации ( вулканизация ) серой. Натуральный каучук ( Раздел 14-6) является липким и довольно легко подвергается пластическому течению, но при нагревании с элементарной серой между цепями образуются поперечные связи серы. Эти поперечные связи уменьшают пластическое течение и обеспечивают опорную структуру для растянутого полимера, к которой он может вернуться, когда ему дают возможность расслабиться. Кроме того, все двойные связи в каучуке имеют Z-конфигурацию, что заставляет эту макромолекулу принимать изогнутую или спиральную конформацию.

Однако гуттаперчевый (структура выше) E-изомер каучука принимает однородную зигзагообразную конформацию, которая обеспечивает большую кристалличность, что делает его не эластомером.

Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы — это пластмассы, которые размягчаются при нагревании и могут быть отформованы, но постоянно затвердевают. В термореактивных материалах поперечные связи соединяют различные цепи в материале, образуя мосты, которые переходят от цепи к цепи к цепи, по существу объединяя материал в одну большую молекулу. Если это одна большая молекула, цепи никогда не смогут двигаться полностью независимо друг от друга, и материал не сможет принять новую форму.

Схематическое изображение превращения несшитого термореактивного полимера в сильно сшитый полимер. Ссылки показаны в двумерной сети, но на практике формируются трехмерные сети.

Один из старейших известных термореактивных синтетических полимеров, бакелит , производится путем конденсации фенола с формальдегидом. Во время термореактивного процесса вода теряется и образуется много поперечных связей. производят (4-гидроксифенил)метанол. Бакелит был запатентован 7 декабря 1909 года и был революционным благодаря своей электрической непроводимости и термостойкости, которые использовались в электрических изоляторах, корпусах радио и телефонов, а также в таких разнообразных продуктах, как кухонная утварь, ювелирные изделия, трубные стержни и детские игрушки.

8

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

1) Предложите механизм катализируемой основаниями полимеризации фенола и формальдегида с образованием бакелита.

2) Ожидаете ли вы, что каталитическое гидрирование гуттаперчи приведет к получению синдиотактического, атактического или изотактического продукта?

Ответить

1) Один из старейших известных термореактивных синтетических полимеров производится путем конденсации фенолов с альдегидами с использованием основных катализаторов. Образовавшиеся смолы известны как бакелиты . Начальной стадией является реакция бензола и метаналя, индуцированная основанием, с образованием (4-гидроксифенил)метанола, и эта реакция очень напоминает альдольное присоединение и может происходить либо во 2-м, либо в 4-м положении бензольного кольца:

Следующей стадией конденсации является образование производного бис(гидроксифенил)метана, которое для удобства принято здесь за 4,4′-изомер:

Эта реакция, вероятно, представляет собой реакцию присоединения по типу реакции Михаэля к продукту дегидратации (4-гидроксифенил)метанола, индуцированного основанием:

Продолжение этих реакций во 2-, 4- и 6-положениях бензола приводит к сшитой трехмерной бакелитовой смоле:

2) Атактический.