Типы полимеров: Полимерные материалы – что это такое и что к ним относится: виды и примеры изделий

alexxlab | 12.05.2019 | 0 | Разное

Виды полимеров и их свойства

Маркировка пластмассовых изделий:

1. PET или ПЭТ – полиэтилентерфталат. Используется для изготовления упаковок (бутылок, банок, коробок и т.д.) для розлива прохладительных напитков, соков, воды. Также этот материал можно встретить в упаковках для разного рода порошков, сыпучих пищевых продуктов и т.д. Самый распространенный вид пластмасс. Хорошо поддается переработке. Считается одним из самых безопасных видов пластмасс.

2. LDPE или ПВД – полиэтилен высокого давления. Используется для изготовления кружек и пакетов для молока и воды, бутылок для отбеливателей, шампуней, моющих и чистящих средств. Для изготовления пластиковых пакетов. Канистр для моторного и прочих машинных масел и т.д. Очень хорошо поддается переработке и вторичному использованию. Считается безопасным для пищевого использования.

3. PVC или ПВХ – поливинилхлорид. Используется для упаковки жидкостей для мытья окон, пищевых растительных масел. Из него изготавливаются банки для упаковки сыпучих пищевых продуктов и разного рода пищевых жиров. Этот пластик используется для производства труб, напольных и настенных покрытий, окон, садовой мебели, для изготовления жалюзи, клеенок, пленок для натяжных потолков, шторок для ванной, различного вида упаковок, пластиковых пакетов и даже игрушек. Этот пластик относится к самому опасному виду пластмасс и практически не поддается переработке. При сжигании ПВХ выделяет в воздух канцерогенные диоксины (очень опасные яды).

Для придания ПВХ эластичности в него добавляют пластификаторы (фталаты), что может вызывать у людей поражения печени и почек, бесплодие, рак. В ПВХ может содержаться Бисфенол А и такие тяжелые металлы как кадмий, хром, ртуть, свинец, формальдегид. По возможности откажитесь от использования этого пластика или сократите его потребление.

4. HDPE или ПНД – полиэтилен низкого давления. Используется в производстве полиэтиленовых пакетов, гнущихся пластиковых упаковок и для производства некоторых пластиковых бутылок. Хорошо поддается переработке и вторичному использованию, но его переработка низкорентабельна. Считается безопасными для пищевого использования.

5. PP или ПП – полипропилен. Из него делаются крышки для бутылок, диски, бутылки для сиропа и кетчупа, стаканчики для йогурта, упаковки для фотопленок. Употребляется для изготовления игрушек, бутылочек для кормления детей. Полипропилен быстрее изнашивается и менее морозостоек, чем полиэтилен. Ученые полагают, что он не представляет опасности для здоровья человека и окружающей среды. Считается безопасными для пищевого использования.

6. PS или ПС – полистирол. Используется в производстве поддонов для мяса и птицы, контейнеров для яиц, столовых приборов и чашек, сандвич-панелей, плит теплоизоляции зданий. Полистирол получают в результате полимеризации стирола, который является канцерогенном. По возможности откажитесь от использования этого пластика или сократите его потребление.

7. OTHER или ДРУГОЕ. Смесь различных пластиков или полимеры, не указанные выше. Упаковка маркированная этой цифрой не может быть переработана и заканчивает свой жизненный цикл на свалке или в печи мусоросжигательного завода. Часто к этой группе относят пластик, изготавливаемый из поликарбоната PC или ПК. При нагревании, частом мытье или долгом использовании из таких изделий (пищевые контейнеры и бутылки) может выделяться Бисфенол А, который вызывает гормональные нарушения в человеческом организме. В тоже время к этому типу пластмасс могут относиться экологичные, разлагающиеся виды пластмасс.

Классификация полимеров:

Огромное число полимеров можно подразделить на три основных класса, лежащих в основе принятой сейчас классификации.
К первому классу относится обширная группа карбоцепных полимеров, макромолекулы которых имеют скелет, построенный из атомов углерода. Типичными представителями полимеров этого класса можно назвать полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт и множество других. Фрагмент макромолекулы первого из них имеет следующее строение: [-СН2-СН2-]n.

Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.).
К полимерам этого класса относятся многочисленные простые и сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, природные белки и т.д., а также большая группа элементоорганических полимеров:

• полиэтиленоксид (простой полиэфир)
• полиэтилентерефталат (сложный полиэфир) полиамид
• полидиметилсилоксан

Третий класс полимеров — высокомолекулярные соединения с сопряженной системой связей. К ним относятся различные полиацетилены, полифенилены, полиоксадиазолы и многие другие соединения. Примерами таких полимеров могут служить: полиацетилен; полифенилен; полиоксадиазол.

К этому же классу относится интересная группа хелатных полимеров, в состав которых входят различные элементы, способные к образованию координационных связей (они обычно обозначаются стрелками). Элементарное звено таких полимеров часто имеет сложное строение.

Среди многочисленных полимерных материалов наибольшее практическое применение пока находят материалы на основе представителей первого класса полимеров — карбоцепных высокомолекулярных соединений. Из карбоцепных полимеров можно получить ценнейшие материалы — синтетические каучуки, пластмассы, волокна, пленки и т.д., и исторически именно эти полимеры нашли первое практическое применение (получение фенолоформальдегидных смол, синтетического каучука, органического стекла и др.).

Многие из карбоцепных полимеров стали впоследствии классическими объектами для исследования и создания теории механического поведения полимерных тел (например, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полипропилен, фенолоформальдегидная смола и т.д.).

По способности к вторичной переработке полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Рассмотрим первые подробнее.

ТЕРМОПЛАСТЫ

К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
Физические состояния термопластов

В зависимости от принимаемых фазовых состояний термопластичные материалы делятся на аморфные и кристаллические (точнее кристаллизующиеся). В кристаллизующихся литьевых термопластах всегда сохраняется какая-то доля незакристаллизованного (аморфного) материала, поэтому эти материалы иногда называют частично-кристаллическими. Некоторые материалы (PC), в принципе способные к кристаллизации, не кристаллизуются при литье под давлением, оставаясь аморфными.

Есть материалы , которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий литья. Другие — очень сильно меняют степень кристалличности и свойства при изменении технологического режима. Способность к кристаллизации — очень важное свойство материалов, определяющее их поведение при переработке, и которое обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки (разница продольной и поперечной усадки). Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (зародышеобразователи кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.

В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.

Для стеклообразного состояния характерны небольшие упругие деформации. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования Tc (glass transition temperature, Tg). В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала.

Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %. При повышении температуры литьевой термопластичный материал переходит из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести Тт. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. При нагревании аморфного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов. Температуру такого перехода условно называют температурой плавления (melting temperature, Tm ) аморфного материала.

В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления Тпл (melting temperature, Tm). Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы и от того, в каком физическом состоянии (стеклообразном или высокоэластическом) находится при температуре эксплуатации аморфная фаза.
Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам

Литьевые термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.
Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):

• Материалы общего назначения или общетехнического назначения (general purpose plastics)

• Конструкционные пластмассы или пластмассы инженерно-технического назначения (engineering plastics)
• Суперконструкционные (super-engineering plastics) или высокотермостойкие полимеры (high temperature plastics).

Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE).

Классификация термопластов по химической структуре

По химическому строению многочисленные литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester).

Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics). Изготовители акриловых полимеров или акрилатов (acrylic) часто указывают только принадлежность материала к данной группе и не приводят тип материала.

Классификация термопластов по объему производства

Нередко в литературе выделяют группу крупнотоннажных материалов (volume plastics), к которым относят полиэтилен (PE) и полипропилен (PP). основные стирольные пластики (PS) и особенно АБС (ABS), акрилаты (acrylic), ПВХ (PVC) и бутылочный ПЭТ (PET).

Гомополимеры. Сополимеры. Стереоизомеры
Полимеры, построенные одинаковых мономеров называют гомополимерами (homopolymer), из разных — сополимерами (copolymer).

Для некоторых типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия — тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:
изотактический (isotactic) — боковые группы расположены по одну сторону полимерной цепи
синдиотактический (syndiotactic) — боковые группы последовательно чередуются по одну и другую сторону полимерной цепи
атактическиий (atactic) — беспорядочное расположение боковых групп по одну и другую сторону полимерной цепи

Развитие технологии синтеза полимеров с использованием металлоценовых катализаторов, позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров.

В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом в отличие от обычного аморфного атактического полистирола.

По структуре сополимеры делят на несколько типов:
блок-сополимер (block-copolymer) — регулярное чередование последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи
статистический сополимер (random copolymer) — нерегулярное чередование последовательностей звеньев
привитой сополимер (graft copolymer) — имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи
чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) — регулярное чередование звеньев в основной цепи

В последнее время большое развитие получили интерполимеры — сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).

Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др.

Классификация термопластов по типу наполнителя

Наполнители могут значительно изменять эксплуатационные и технологические свойства термопластов.

Термопласты, содержащие стекловолокно и др. виды стеклянных наполнителей, традиционно называют стеклопластиками (glass filled). В последние годы большое распространение получили материалы, наполненные длинным стекловолокном, требующие особых условий переработки.

Углепластиками (carbon filled) называют материалы, содержащие углеродное волокно.

Иногда выделяют группу «специальных» термопластов. К ним относят материалы, содержащие антипирены (материалы с повышенной стойкостью к горению), электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), добавки, придающие износостойкость и др.

Вторичная переработка ПЭ, ПП и ПС

Полиэтилен_ПЭ
Из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и линейного полиэтилена (ЛПЭНП) изготавливаются пленки для бытовой упаковки (в том числе пластиковые пакеты, сумки и мешки) и для промышленной упаковки (например, мешки для сельхозудобрений), которые и являются сырьем для дальнейшей вторичной переработки.

В первом случае переработка достаточно проста, т. к. качество вторматериала очень близко к качеству первичного полимера из-за короткого жизненного цикла продукта. Полимер подвергается воздействию внешних факторов на непродолжительный срок и претерпевает лишь незначительный распад структуры. В большей степени структура материала страдает в процессе его регенерации посредством пластификации.

Другим источником неудовлетворительных свойств переработанного вторичного материала может служить использование отходов с разными молекулярными структурами (например, одновременно ПЭНП + ЛПЭНП), что непременно приводит к снижению механических свойств получаемого материала

При вторичном использовании промышленной упаковки дело обстоит несколько сложнее. Как правило, пленка промышленного назначения имеет больший жизненный цикл, чем бытовая. Воздействие солнечных лучей, температурных колебаний и т. д. также оказывает пагубное воздействие на структуру полимера. Ко всему прочему, использованные промышленные полиэтиленовые пленки могут содержать значительные загрязнения в виде пыли и мелкодисперсных компонентов, которые практически невозможно удалить даже при самой тщательной мойке. Естественно, это негативно сказывается на свойствах вторичных материалов.

Применение всех вторичных пластиков рассчитывается исходя из их усредненных свойств. В случае ПЭНП и ЛПЭНП можно с той или иной степенью уверенности утверждать, что полимерное сырье вторичных пленок этих типов может перерабатываться в тех же условиях (и примерно с теми же конечными свойствами), что и первичные пластики.

В качестве примеров утилизации ПЭНП можно назвать повторное производство пленки для бытовой и торговой упаковки, пакетов для несыпучего мусора, а также садовой мульчирующей пленки. Свойства материала готовой продукции очень близки к свойствам первичной полимерной основы, однако количество циклов повторной переработки «продукта в продукт» ограничено из-за ухудшения свойств полимера в процессе многократно повторяющегося процесса плавления материала. На последнем цикле утилизируемая пленка годна лишь для производства садовой мульчирующей пленки, от которой требуются достаточно скромные механические свойства (нередко в нее добавляется обыкновенная сажа).

Стретч-пленки имеют полимерные добавки, которые проявляют себя как загрязнители, требуя значительного добавления первичного сырья: вторичная стретч-пленка смешивается в низкой пропорции (15–25 %) с первичным полимером. При вторичной переработке пленки агропромышленного происхождения возникает ряд трудностей, вызванных не только ухудшением механических свойств полимерной основы и посторонними включениями, но и фотоокислительными процессами, снижающими оптические свойства материала. Получаемая вновь пленка приобретает желтый оттенок.

В настоящее время наиболее перспективным направлением переработки отходов из ПЭНП и ЛПЭНП (да и из любых других полимеров) считается создание промежуточных материалов для замены традиционных материалов из дерева. Основное преимущество полимерного вторсырья над деревом — его биологическая стойкость: полимеры не подвергаются разрушению микроорганизмами и могут длительное время находиться в воде без угрозы для структуры. Для улучшения механических свойств в состав полимеров вводятся различные инертные добавки, например, пылевидная древесная стружка или волокна. Рынок такой продукции огромен. Компания US Plastic Lumber Corp. оценивает его в 10 млрд долл.
2. Из полиэтилена высокой плотности изготавливаются, например, канистры для жидких продуктов. Процесс переработки ПЭВП-отходов требует специальной очистки вторпродуктов (например, емкостей для ГСМ). Кроме того, часто возникают проблемы, связанные с разрушением ПЭВП в процессе пластификации по причине сопровождающих процесс больших механических усилий.

Область применения вторичного ПЭВП весьма широка и отличается многообразием технологических процессов. Он часто используется для производства пленки, емкостей самого разного объема, ирригационных труб, различных полуфабрикатов и т. д. Наибольшее применение вторичный ПЭВП нашел в производстве емкостей — канистр методом выдувного формования. Реологические свойства вторично перерабатываемых полимеров высокой плотности не позволяют выдувать большие емкости, поэтому объем таких канистр ограничен. Типичная область использования канистр на основе ПЭВП-отходов — упаковка ГСМ и моющих средств.

Канистры могут изготавливаться либо полностью на основе полимерных отходов, либо со экструзией с первичным гранулятом. В последнем случае слой вторполимера формирует сердцевину между двумя слоями первичного полимера. Канистры, полученные таким путем, используют для розлива моющих средств целый ряд компаний (Procter & Gamble, Unilever и т. д.).

Другой пример массовой продукции из вторичного ПЭВП — ирригационные трубы. Как правило, они изготавливаются из смеси вторичного и первичного полимеров в разных соотношениях. Учитывая, что ирригационные трубы не предназначены для использования под давлением, механические свойства вторичного ПЭВП как нельзя лучше подходят для их производства. Высокую вязкость ПЭВП, полученного при переработке канистр и пленок, часто удается компенсировать низкой вязкостью первичного полимера, за счет чего можно улучшить ударопрочность.

Производство труб с большим диаметром из вторичного ПЭВП — тоже не проблема: диаметр ирригационных и дренажных труб достигает 630 мм. При использовании технологии литья под давлением процентное содержание вторичного пластика ниже. Эта технология применяется для изготовления обшивочных панелей, коммунальных мусорных контейнеров и т. д. Рынок обшивочных панелей очень привлекателен благодаря своей большой емкости. Подсчитано, что один только рынок США потребляет 2 млрд единиц обшивочных панелей и досок, в качестве которых все еще используются традиционные пиломатериалы.

Что касается производства пленки с повышенной стойкостью к ударным воздействиям и высокой прочностью на разрыв, то в этом случае вторичный ПЭВП может быть использован только с добавками ПЭНП и ЛПЭНП.

Полипропилен_ПП

Основным источником вторичного полипропилена являются пластиковые короба, изделия хозяйственного назначения, корпуса аккумуляторных батарей, бамперы и другие пластиковые детали автомобилей. В меньшей степени вторичной переработке подвергаются упаковочные изделия из этого материала.

Качество вторичного ПП зависит от условий, в которых находилось изделие в процессе эксплуатации. Чем меньше оно пострадало от внешних воздействий, тем ближе свойства вторичного материала к свойствам первичного. Однако условия эксплуатации редко бывают столь благоприятными. Лишь в редких случаях автомобильные пластиковые компоненты могут быть переработаны по замкнутому циклу: например, компания Renault при производстве модели Megane использует переработанные бамперы из ПП для изготовления новых.

Как правило, вторичный ПП используется для производства других автомобильных деталей, к которым предъявляются менее жесткие требования, — вентиляционных патрубков, уплотнений, ковриков и т. д. Этот пример укладывается в классическую схему каскадной утилизации.

Вторичный ПП также используется в различных смесях с первичным ПП или другими полиолефинами при литье под давлением (короба, корпуса) или экструзии (различные профили и полуфабрикаты).
Полистирол_ПС

Возможности вторичной переработки полистирольных отходов гораздо скромнее. Это объясняется меньшей диффузией по сравнению с другими пластиками и, самое главное, меньшей разницей в цене между исходным и вторичным сырьем. Кроме того, изделия из полистирола в процессе производства часто претерпевают значительную объемную вытяжку, что усложняет вторичную переработку и сказывается на общей себестоимости утилизации.

Очень небольшая часть полистиролов, бывших в употреблении, перерабатывается в исходные продукты. Примерами повторного использования полистирольных отходов являются изоляционные панели, упаковочные материалы, утепляющая обшивка труб и другие изделия, в которых оптимальным образом могут быть использованы хорошие термоизоляционные, шумопоглощающие и ударопрочные свойства вторичного полистирола.

В ряде случаев структура перерабатываемого полистирола уплотняется за счет использования специальных переходных технологий, и полученный таким образом материал используется в областях применения кристаллического полистирола. Наиболее интересное применение такого материала — производство профилей, ранее изготавливавшихся только из дерева (оконных рам, полов и т. д.). В этом случае свойства переработанного полистирола ничем не уступают свойствам дерева, а по показателям длительности жизненного цикла в естественных условиях даже превосходят его.
Смеси пластиков

Утилизация изделий, состоящих из комбинации различных полимеров, является насколько трудоемкой, настолько и перспективной задачей. С одной стороны, при создании вторичных материалов с допустимыми механическими свойствами из смесей пластиков отпадает необходимость в первичной (на коммунальном уровне) и вторичной (на уровне утилизационного производства) сортировке бытового и промышленного мусора, что должно положительно сказаться на себестоимости переработки.

С другой стороны, свойства получаемых материалов не очень-то хороши, т. к. полимеры, составляющие их основу (преимущественно ПЭ, ПП, ПЭТ, ПС и ПВХ), несовместимы между собой и образуют многокомпонентную систему с низким межфазным взаимодействием. Более того, присутствие загрязнителей — частиц бумаги, металла, красителей — приводит к дальнейшему ухудшению физико-механических свойств.

Практически во всех случаях свойства смеси оказываются намного хуже свойств каждого компонента по отдельности. Для достижения видимых успехов в утилизации многокомпонентных отходов необходимо вести переработку с максимально коротким циклом. Задача состоит в том, чтобы, с одной стороны, избежать лишних материальных затрат, а с другой — сократить время переработки, не давая возможности полимерам, входящим в состав материала, начать разрушаться.

По этой причине необходимо выдерживать рабочую температуру низкой, даже несмотря на то, что определенные компоненты (например, ПЭТ) останутся в твердом состоянии и будут вести себя как инертные наполнители. Необходимо также выбирать им приложения, которые не требуют высоких механических свойств и не обладают значительными габаритами. Только так можно избежать серьезного влияния себестоимости переработки на конечную стоимость изделия, а также нивелировать невысокие механические свойства многокомпонентного полимера малыми размерами изделий, формируемых из него.

Виды первичного вторсырья

Полипропилен_ПП

Высечка разовой посуды, шпули из под ниток, мебель летних кафе, лотки, подносы, корпуса шприцов, поддоны, литники, слипы, крышки для бутылок, диски, бутылки для сиропа и кетчупа, стаканчики для йогурта, упаковки для фотопленок.
Полиэтилен низкого давления_ПНД

Ящики: фруктовые, овощные, винно-водочные, молочные. Поддоны, лотки, штока шприцов, отходы трубного пр-ва, канистры, шпуля из под ниток, высечка разовой упаковки, литники, слипы и т.д.
Полиэтилен высокого давления_ПВД

Кружки и пакеты для молока и воды, бутылки для отбеливателей, шампуней, моющих и чистящих средств, пластиковые пакеты, канистры для моторного и прочих машинных масел.
Полистирол_УПС_ПСС Корпуса футляров CD-DVD дисков, лотки, высечка от разовой посуды и блистерной упаковки, обрезки листа, шпуля из под ниток, литники, слипы и т.д. поддоны для мяса и птицы, контейнеров для яиц, столовых приборов и чашек, сандвич-панелей, плит теплоизоляции зданий
Полиамид_ПА

Шпуля из под ниток, корпуса градильни, сепараторы подшипников, изделия электротехнического назначения, литники, слипы и т.д.
Поликарбонат_ПК CD-DVD диски с металлизацией и без, обрезки листа, бутыли для кулеров 19 л. и т.д.
Поливинилхлорид_ПВХ

Обрезки профиля от производства окон, мебельный кант, оболочка кабеля и проволоки, системы медицинских капельниц, высечка ленты от пр-ва блистерной упаковки и т.д. упаковки жидкостей для мытья окон, пищевых растительных масел. Банки для упаковки сыпучих пищевых продуктов и разного рода пищевых жиров. Трубы, напольные и настенные покрытия, окна, садовая мебель, жалюзи, клеенка, пленка для натяжных потолков, шторки для ванной, различного вида упаковка, пластиковые пакеты и даже игрушки.
Полиэтилентерефталат_ПЭТ

ПЭТ бутылки для прохладительных напитков, соков, воды, разного рода порошков, сыпучих пищевых продукто

Типы полимеров – Справочник химика 21

    Гидрированные полимеры, состоявшие в основном из деканов и выкипавшие в пределах 155—163°, имели октановое число 89 вышекипящий гидрированный продукт, выкипавший при 163—175° и содержавший главным образом ундеканы и додеканы, имел октановое число 93,6. В присутствии 50% бутана эквимолекулярные смеси пропилена и изобутилена полимеризуются в контакте с твердой фосфорной кислотой при таких же условиях и с такими же выходами и типами полимеров, какие получались и без разбавления бутаном. Полимеры, образовавшиеся нри 191°, а не при 135°, в присутствии твердой фосфорной кислоты из смесей пропилена и -бутилена, находящихся в молярных соотношениях, близких к 3 1, давали гидрированные фракции с концом кипения 150° и с октановым числом от 56 до 62°. Эти октановые числа были почти такими же, как и для фракций, выкипавших в тех же пределах, полученных при гидрировании полимеров пропилена при 205°. [c.198]
    Возможны три вида пространственного расположения замещающих групп. В зависимости от этого могут быть три типа полимеров изотактические, синдиотактические и атактические. Первые две структуры, или конфигурации, — изотактическая и синдиотактическая — являются структурами стереорегулярными. [c.249]

    Общепринятая классификация уретановых эластомеров основана на различиях в их переработке. По этому принципу выделяют три важнейших типа полимеров литьевые, вальцуемые и термоэластопласты. [c.523]

    Химическое название Элементарное звено Тип полимера [c.19]

    Влияние этих двух основных переменных на свойства полиэтилена обобщены Ричардсом [25]. Рис. 2 в статье Ричардса дает качественную картину типов полимеров этилена, получаемых путем изменения молекулярного веса и кристалличности полимеров. Глубокое влияние разветвления цепи на свойства этих полимеров можно иллюстрировать путем сравнения следующих данных, характеризующих полиметилен и типичный полиэтилен. [c.171]

    Физико-механические свойства вулканизатов, их стойкость к старению и воздействию агрессивных сред в значительной степени определяются типом полимера. Например, сопротивление разрыву ненаполненных вулканизатов повышается при увеличении вязкости по Муни и уменьшении непредельности бутилкаучука. Способность бутилкаучука к кристаллизации при растяжении обусловливает получение вулканизатов с высокой прочностью без применения [c.350]

    Подобного типа полимеры имеют функциональность значительно больше двух (до 2,9) и высокую дисперсность как по молекулярной массе, так и по функциональности [35]. [c.424]

    Из химических волокон в качестве наполнителей могут быть применены вискозные, полиамидные, полиэфирные и другие виды волокон. Свойства химических волокон существенно зависят от природы волокнообразующего полимера (табл. 9,1) и от способа изготовления волокна. Для получения материалов с высокими механическими свойствами важно правильно выбрать тип полимера. Из искусственных волокон часто в качестве наполнителей резиновых смесей используют вискозные волокна. [c.174]

    Тип полимера Содержание акрилонитрила, % Молекулярная масса Вязкость при 25 °С. Па-с Температура стеклования. °с [c.430]

    Вспененные термопластичные материалы получают, вводя в полимер вспенивающий агент. Существуют химические вспениватели, которые находятся внутри гранул, и физические, испаряющиеся вспениватели, которые впрыскиваются в расплав полимера. Высокое давление в экструдере препятствует вспениванию в машине, но, как только расплав выходит за пределы формующей матрицы, процесс вспенивания немедленно начинается. Расширяющиеся пузырьки приводят к возникновению локальной ориентации в полимере. Дополнительная ориентация может быть создана за счет продольной вытяжки. В зависимости от типа полимера, плотности готового изделия и вида вспенивателя переработка производится на одном одночервячном экструдере, на двух установленных друг за другом одночервячных экструдерах или на двухчервячных экструдерах. [c.19]

    В остальном ориентированные некристаллические и кристаллические полимеры имеют много общего. Полимеры и в том, и в другом состоянии обладают твердостью, анизотропией свойств и значительной упорядоченностью в расположении макромолекул. В тех и других образуются надмолекулярные структуры и обнаруживаются явления, обусловленные существованием этих структур. Одним из характерных различий процессов ориентации в этих двух типах полимеров является возможность непрерывного их осуществления в аморфном полимере и скачкообразность этого процесса [c.184]

    Перейдем к рассмотрению закономерностей разрушения этого типа полимеров. [c.200]

    Все типы полимеров формируются в виде пространственных, слоистых или линейных (цепных) структур, образованных направленными химическими связями (ковалентными или ионно-ковалентными). Процессы получения и различные свойства полимеров описаны в различных руководствах (см. список литературы в конце книги). [c.11]

    Снижение энергии активации и приводит к уменьшению, а уменьшение концентрации напряжения — к увеличению долговечности полимера. В результате в зависимости от типа полимера й условий опыта прочность при переходе через 7 хр может либо уменьшиться, либо возрасти. [c.318]

    Ш, Укажите стереохимический тип полимера, к которому относится полипропилен (в зависимости от числа асимметрических С -атомов в структурном звене). [c.14]

    Развитие этого принципа измерения в нашей стране состоит в использовании изгибных и крутильных колебаний (в последнем случае стержень крепят к ОК сургучом). Метод используют для измерения упругих постоянных в зоне контакта, упругой анизотропии (при изгибных колебаниях в двух перпендикулярных плоскостях), ползучести и температуропроводности материалов типа полимеров. Наблюдают за изменением этих величин под влиянием температуры, радиационного облучения. Вопрос контроля твердости чугуна рассмотрен далее. [c.257]

технология, виды, производство и применение

Полимерные материалы – это химические высокомолекулярные соединения, которые состоят из многочисленных маломолекулярных мономеров (звеньев) одинакового строения. Зачастую для изготовления полимеров используют следующие мономерные компоненты: этилен, винилхлорид, винилденхлорид, винилацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стирол, мочевину, меламин, формальдегид, фенол. В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое полимерные материалы, каковы их химические и физические свойства, классификация и виды.

Виды полимеров

Особенностью молекул данного материала является большая молекулярная масса, которая соответствует следующему значению: М>5*103. Соединения с меньшим уровнем этого параметра (М=500-5000) принято называть олигомерами. У низкомолекулярных соединений масса меньше 500. Различают следующие виды полимерных материалов: синтетические и природные. К последним принято относить натуральный каучук, слюду, шерсть, асбест, целлюлозу и т. д. Однако основное место занимают полимеры синтетического характера, которые получают в результате процесса химического синтеза из соединений низкомолекулярного уровня. В зависимости от метода изготовления высокомолекулярных материалов, различают полимеры, которые созданы или путем поликонденсации, или с помощью реакции присоединения.

Полимеризация

Этот процесс представляет собой объединение низкомолекулярных компонентов в высокомолекулярные с получением длинных цепей. Величина уровня полимеризации – это количество «меров» в молекулах данного состава. Чаще всего полимерные материалы содержат от тысячи до десяти тысяч их единиц. Путем полимеризации получают следующие часто применяемые соединения: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутадиен и др.

Поликонденсация

Данный процесс представляет собой ступенчатую реакцию, которая заключается в соединении или большого количества однотипных мономеров, или пары различных групп (А и Б) в поликонденсаторы (макромолекулы) с одновременным образованием следующих побочных продуктов: метилового спирта, диоксида углерода, хлороводорода, аммиака, воды и др. При помощи поликонденсации получают силиконы, полисульфоны, поликарбонаты, аминопласты, фенопласты, полиэстеры, полиамиды и другие полимерные материалы.

Полиприсоединение

Под данным процессом понимают образование полимеров в результате реакций множественного присоединения мономерных компонентов, которые содержат предельные реакционные объединения, к мономерам непредельных групп (активные циклы или двойные связи). В отличие от поликонденсации, реакция полиприсоединения протекает без выделений побочных продуктов. Важнейшим процессом данной технологии считают отверждение эпоксидных смол и получение полиуретанов.

Классификация полимеров

По составу все полимерные материалы делятся на неорганические, органические и элементоорганические. Первые из них (силикатное стекло, слюда, асбест, керамика и др.) не содержат атомарный углерод. Их основой являются оксиды алюминия, магния, кремния и т. д. Органические полимеры составляют наиболее обширный класс, они содержат атомы углерода, водорода, азота, серы, галогена и кислорода. Элементоорганические полимерные материалы – это соединения, которые в составе основных цепей имеют, кроме перечисленных, и атомы кремния, алюминия, титана и других элементов, способных сочетаться с органическими радикалами. В природе такие комбинации не возникают. Это исключительно синтетические полимеры. Характерными представителями этой группы являются соединения на кремнийорганической основе, главная цепь которых строится из атомов кислорода и кремния.

Для получения полимеров с необходимыми свойствами в технике зачастую используют не «чистые» вещества, а их сочетания с органическими или неорганическими компонентами. Хорошим примером служат полимерные строительные материалы: металлопласты, пластмассы, стеклопластики, полимербетоны.

Структура полимеров

Своеобразие свойств этих материалов обусловлено их структурой, которая, в свою очередь, делится на следующие виды: линейно-разветвленная, линейная, пространственная с большими молекулярными группами и весьма специфическими геометрическими строениями, а также лестничная. Рассмотрим вкратце каждую из них.

Полимерные материалы с линейно-разветвленной структурой, кроме основной цепи молекул, имеют боковые ответвления. К таким полимерам относятся полипропилен и полиизобутилен.

Материалы с линейной структурой имеют длинные зигзагообразные либо закрученные в спирали цепочки. Их макромолекулы прежде всего характеризуются повторениями участков в одной структурной группе звена либо химической единицы цепи. Полимеры с линейной структурой отличаются наличием весьма длинных макромолекул со значительным различием характера связей вдоль цепи и между ними. Имеются ввиду межмолекулярные и химические связи. Макромолекулы таких материалов весьма гибкие. И это свойство является основой полимерных цепей, которая приводит к качественно новым характеристикам: высокой эластичности, а также отсутствию хрупкости в затвердевшем состоянии.

А теперь узнаем, что такое полимерные материалы с пространственной структурой. Эти вещества образуют при объединении между собой макромолекул прочные химические связи в поперечном направлении. В результате получается сетчатая структура, у которой неоднородная либо пространственная основа сетки. Полимеры этого типа обладают большей теплостойкостью и жесткостью, чем линейные. Эти материалы являются основой многих конструкционных неметаллических веществ.

Молекулы полимерных материалов с лестничной структурой состоят из пары цепей, которые соединены химической связью. К ним относятся кремнийорганические полимеры, которые характеризуются повышенной жесткостью, термостойкостью, кроме того, они не взаимодействуют с органическими растворителями.

Фазовый состав полимеров

Данные материалы представляют собой системы, которые состоят из аморфных и кристаллических областей. Первая из них способствует снижению жесткости, делает полимер эластичным, то есть способным к большим деформациям обратимого характера. Кристаллическая фаза способствует увеличению их прочности, твердости, модуля упругости, а также других параметров, одновременно снижая молекулярную гибкость вещества. Отношение объема всех таких областей к общему объему называется степенью кристаллизации, где максимальный уровень (до 80%) имеют полипропилены, фторопласты, полиэтилены высокой плотности. Меньшим уровнем степени кристаллизации обладают поливинилхлориды, полиэтилены низкой плотности.

В зависимости от того, как ведут себя полимерные материалы при нагреве, их принято делить на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные полимеры

Данные материалы первично имеют линейную структуру. При нагреве они размягчаются, однако в результате протекания в них химических реакций строение меняется на пространственное, и вещество превращается в твердое. В дальнейшем это качество сохраняется. На этом принципе построены полимерные композиционные материалы. Последующий их нагрев не размягчает вещество, а приводит только к его разложению. Готовая термореактивная смесь не растворяется и не плавится, поэтому недопустима ее повторная переработка. К этому виду материалов относятся эпоксидные кремнийорганические, феноло-формальдегидные и другие смолы.

Термопластичные полимеры

Данные материалы при нагреве сначала размягчаются и потом плавятся, а при последующем охлаждении затвердевают. Термопластичные полимеры при такой обработке не претерпевают химических изменений. Это делает данный процесс полностью обратимым. Вещества этого типа имеют линейно-разветвленную или линейную структуру макромолекул, между которыми действуют малые силы и совершенно нет химических связей. К ним относятся полиэтилены, полиамиды, полистиролы и др. Технология полимерных материалов термопластичного типа предусматривает их изготовление методом литья под давлением в водоохлажденных формах, прессования, экструзии, выдувания и другими способами.

Химические свойства

Полимеры могут перебывать в следующих состояниях: твердое, жидкое, аморфное, кристаллическое фазовое, а также высокоэластическое, вязкотекучее и стеклообразное деформационное. Широкое применение полимерных материалов обусловлено их высокой стойкостью к различным агрессивным средам, таким как концентрированные кислоты и щелочи. Они не подвержены воздействию электрохимической коррозии. Кроме того, с увеличением их молекулярной массы происходит снижение растворимости материала в органических растворителях. А полимеры, обладающие пространственной структурой, вообще не подвержены воздействию упомянутых жидкостей.

Физические свойства

Большинство полимеров являются диэлектриками, кроме того, они относятся к немагнитным материалам. Из всех используемых конструкционных веществ только они обладают наименьшей теплопроводностью и наибольшей теплоемкостью, а также тепловой усадкой (примерно в двадцать раз больше, чем у металла). Причиной потерь герметичности различными уплотнительными узлами при условиях низкой температуры является так называемое стеклование резины, а также резкое различие между коэффициентами расширения металлов и резин в застеклованном состоянии.

Механические свойства

Полимерные материалы отличаются широким диапазоном механических характеристик, которые сильно зависят от их структуры. Кроме этого параметра, большое влияние на механические свойства вещества могут оказать различные внешние факторы. К ним относятся: температура, частота, длительность или скорость нагружения, вид напряженного состояния, давление, характер окружающей среды, термообработка и др. Особенностью механических свойств полимерных материалов является их относительно высокая прочность при весьма малой жесткости (по сравнению с металлами).

Полимеры принято делить на твердые, модуль упругости которых соответствует Е=1–10 ГПа (волокна, пленки, пластмассы), и мягкие высокоэластичные вещества, модуль упругости которых составляет Е=1–10 МПа (резины). Закономерности и механизм разрушения тех и других различны.

Для полимерных материалов характерны ярко выраженная анизотропия свойств, а также снижение прочности, развитие ползучести при условии длительного нагружения. Вмести с этим они обладают довольно высоким сопротивлением усталости. По сравнению с металлами, они отличаются более резкой зависимостью механических свойств от температуры. Одной из главных характеристик полимерных материалов является деформируемость (податливость). По этому параметру в широком температурном интервале принято оценивать их основные эксплуатационные и технологические свойства.

Полимерные материалы для пола

Теперь рассмотрим один из вариантов практического применения полимеров, раскрывающего всю возможную гамму этих материалов. Эти вещества нашли широкое применение в строительстве и ремонтно-отделочных работах, в частности в покрытии полов. Огромная популярность объясняется характеристиками рассматриваемых веществ: они устойчивы к стиранию, малотеплопроводны, имеют незначительное водопоглощение, достаточно прочны и тверды, обладают высокими лакокрасочными качествами. Производство полимерных материалов можно разделить условно на три группы: линолеумы (рулонные), плиточные изделия и смеси для устройства бесшовных полов. Теперь вкратце рассмотрим каждый из них.

Линолеумы изготавливают на основе разных типов наполнителей и полимеров. В их состав также могут входить пластификаторы, технологические добавки и пигменты. В зависимости от типа полимерного материала, различают полиэфирные (глифталевые), поливинилхлоридные, резиновые, коллоксилиновые и другие покрытия. Кроме того, по структуре они делятся на безосновные и со звуко-, теплоизолирующей основой, однослойные и многослойные, с гладкой, ворсистой и рифленой поверхностью, а также одно- и многоцветные.

Плиточные материалы, изготовленные на основе полимерных компонентов, обладают весьма малой истираемостью, химической стойкостью и долговечностью. В зависимости от типа сырья, этот вид полимерной продукции делят на кумаронополивинилхлоридные, кумароновые, поливинилхлоридные, резиновые, фенолитовые, битумные плитки, а также древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Материалы для бесшовных полов являются наиболее удобными и гигиеничными в эксплуатации, они обладают высокой прочностью. Эти смеси принято делить на полимерцемент, полимербетон и поливинилацетат.

Строение полимеров и его влияние на свойства — Студопедия

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Неметаллические материалы в качестве конструкционных материалов служат важным дополнением к металлам, в ряде случаев, с успехом заменяют их, а иногда неметаллические материалы сами являются незаменимыми.

Достоинством неметаллических материалов является сочетание требуемого уровня химических, физических и механических свойств с низкой стоимостью и высокой технологичностью. Трудоемкость при их изготовлении в 5-6 раз ниже, и они в 4-5 раз дешевле по сравнению с металлическими материалами. Они не подвергаются коррозии.

Строение полимеров и его влияние на свойства.

Строение полимеров. Полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных маломолекулярных звеньев одинакового строения (мономеров). Макромолекулы представляют собой длинные цепи из мономеров, что определяет их большую гибкость. Отдельные атомы в мономерах соединены между собой довольно прочными ковалентными химическими связями. Между макромолекулами действуют значительно более слабые физические связи (Ван-дер-Ваальса). Чаще всего для получения полимеров применяют мономеры, представленные на рис.1.

Особенностью молекул полимеров является их большая молекулярная масса (М ≥ 5 · 10³). Соединения с меньшей молекулярной массой (М = 500-5000) называются олигомерами, у низкомолекулярных соединений М ≤ 500. Различают природные и синтетические полимеры.

К полимерам, встречающимся в природе, относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть и т.д. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений. В зависимости от способа образования высокомолекулярных синтетических соединений различают полимеры, получаемые либо в процессе полимеризации, либо поликонденсации, либо в результате реакции присоединения.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи кроме перечисленных, атомы кремния, титана, алюминия и др. Это синтетические полимеры. Их характерными представителями являются кремнийорганические соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода.

Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда, асбест и др.) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния и др.

Для получения материалов с заданными свойствами в технике часто используют не сами полимеры, а их сочетания с другими материалами как органического, так и неорганического происхождения (металлопласты, пластмассы, полимербетоны, стеклопластики и др.). Своеобразие свойств полимеров обусловлено их структурой. Различают следующие типы полимерных структур: линейную, линейно-разветвленную, лестничную и пространственную с громоздкими молекулярными группами (рис2).

Полимеры с линейной структурой представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рис.2.а). Их макромолекулы характеризуются повторением вдоль цепи одной и той же структурной группы – звена. Между звеньями макромолекул и между

атомами в звеньях имеет место ковалентный характер связи. Связь между макромолекулами осуществляется слабыми физическими силами (Ван-дер-Ваальса). Для макромолекул полимеров с линейной структурой характерна высокая гибкость. Гибкость – основное свойство полимерных цепей, приводящее к качественно новым свойствам: высокой пластичности и отсутствию хрупкости в твердом состоянии. К типичным полимерам с линейной структурой относится полиэтилен.

Рис.2

Полимеры с линейно-разветвленной структурой помимо основной цепи имеют боковые ответвления (рис.2.б). К типичным полимерам с линейно-разветвленной структурой относится полипропилен.

Молекула полимера с лестничной структурой (рис.2.в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями, характеризуются повышенной термостойкостью, жесткостью, они нерастворимы в органических растворителях.

Полимеры с пространственной структурой (рис.2.г) образуют при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочные химические связи. В результате такого соединения макромолекул образуется сетчатая структура с различной густотой сетки или пространственная сетчатая структура. Полимеры с пространственной структурой являются основой конструкционных неметаллических материалов.

По фазовому составу полимеры представляют собой системы, состоящие из кристаллических и аморфных областей. Кристаллическое состояние характеризуется наличием дальнего порядка в расположении макромолекул. Для кристаллического состояния характерны различные структуры образований (надмолекулярные структуры) (рис.3).

Рис.3

К ним в первую очередь относятся ленты (рис.3.а). Из лент строятся плоскости, которые представляют собой важнейший структурный элемент кристаллического полимера. Когда образование правильных кристаллов затруднено, то образуется сферолитная структура (рис.3.б). Сферолиты состоят из лепестков, образованных последовательным чередованием кристаллических и аморфных участков. Кристаллические полимеры по своему строению похожи на обычные кристаллические твердые тела, но сложнее, поскольку наряду с кристаллической фазой имеют в объеме аморфную фазу с межфазными слоями. Кристаллическая форма полимеров способствует повышению их твердости, прочности, модуля упругости, одновременно снижая гибкость молекул.

Аморфные полимеры по строению близки к жидкостям. В них существуют упорядоченные участки, в которых наблюдается ближний порядок в расположении молекул. Аморфная фаза уменьшает жесткость, делает полимер более эластичным, т.е. способным к большим обратимым деформациям. Отношение объема всех кристаллических областей к общему объему называют степенью кристалличности. Высокую степень кристалличности (60-80 %) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности. Меньшей степенью кристалличности обладают поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности.

В зависимости от того, как ведут себя полимеры при нагреве, они делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются и плавятся, а при охлаждении затвердевают.При этом материал не претерпевает химических превращений, что делает процесс плавления – затвердевания полностью обратимым. Термопластичные полимеры имеют линейную или линейно- разветвленную структуру макромолекул. Между молекулами действуют слабые силы, и нет химических связей. К термопластам относятся полиэтилен, полистирол, полиамиды и др. Изделия из термопластичных полимеров изготавливают литьем под давлением в водо-охлаждаемые формы, прессованием, экструзией, выдуванием и другими способами.

Термореактивные полимеры сначала имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и превращаются в твердое вещество, сохраняя и в дальнейшем высокую твердость. Последующий нагрев не размягчает их и может привести только к их разложению.

Готовый термореактивный полимер не плавится и не растворяется, поэтому в отличие от термопластичного не может подвергаться повторной переработке. К термореактивным полимерам относятся феноло-формальдегидная, кремнийорганическая, эпоксидная и другие смолы.

Основные свойства полимеров. Полимеры могут находиться в твердом и жидком состояниях (газообразное состояние для них не характерно), кристаллическом и аморфном фазовых состояниях, а также в стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем деформационных физических состояниях.

Полимеры имеют высокую стойкость в таких средах, как щелочи, концентрированные кислоты. С увеличением молекулярной массы снижается растворимость полимеров в органических растворителях. Полимеры с пространственной структурой практически не подвержены действию органических растворителей. В отличие от металлов полимеры не подвержены действию коррозии.

Большинство полимеров является диэлектриками. Полимеры в основном относятся к немагнитным материалам. Из всех конструкционных материалов полимеры имеют наименьшую теплопроводность и наибольшую теплоемкость.

Для полимеров характерен широкий диапазон механических характеристик, сильно зависящий от их структуры. Кроме структурных параметров большое влияние на механические свойства полимеров оказывают внешние факторы: температура, скорость нагружения, давление, вид напряженного состояния, термообработка и др.

Полимерные материалы подразделяются на жесткие с модулем упругости Е= 10⁴ МПа (пластмассы, волокна, пленки) и мягкие высокоэластичные материала с модулем упругости Е=1-10 МПа (резины). Механизм и закономерности разрушения тех и других существенно различны.

Для полимеров характерны ярко выраженная анизотропия свойств, снижение прочности и развитие ползучести при длительном нагружении. Вместе с тем полимеры обладают высоким сопротивлением усталости. Для полимеров характерна более резко выраженная температурная зависимость механических свойств по сравнению с металлами.

Одной из основных характеристик полимеров является деформируемость. По деформируемости полимеров в широком температурном интервале чаще всего оценивают их основные технологические и эксплуатационные свойства. Значение деформируемости определяют методом термомеханических кривых деформация – температура (рис.4).

Термомеханические кривые получают при нагреве нагруженного образца полимера с заданной скоростью. Действующая нагрузка должна быть постоянной по величине и малой по значению, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры. Анализ кривой на рис.5 показывает, что полимер может находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

В стеклообразном состоянии при малых напряжениях наблюдается только упругая деформация с высоким модулем упругости (Е = 2,2-5 МПа ).. Выше температуры стеклования к этой деформации добавляется высокоэластическая составляющая, которая значительно превосходит упругую и характеризуется модулем высокоэластичности (Е = 0,1-1 МПа). Выше температуры текучести проявляется еще одна составляющая деформации, которая приводит к постепенному накоплению остаточной деформации образца полимера. Границы между этими физическими состаяниями характеризуются значениями температур стеклования Т_с и текучести Т_t . Критические температуры Т_с и Т_t являются основными характеристиками полимеров.

Важность этих характеристик хорошо иллюстрируется следующими примерами. Во многих случаях полимеры должны иметь высокую прочность. Поэтому лежащие в их основе полимеры должны находиться в стеклообразном состоянии. Для резин, наоборот, необходимы высокоэластичные полимеры, сохраняющие это состояние в широком температурном интервале. Процесс технологической переработки полимеров происходит в области вязкотекучего состояния. Поэтому для переработки они должны быть нагреты выше соответствующей температуры Т_t. Низкомолекулярные вещества не могут находиться в высокоэластичном состоянии, для них характерно только стеклообразное и вязкотекучее состояние. Высокоэластическое состояние занимает тем больший температурный интервал Т_с – Т_t, чем больше молекулярная масса полимера.

Все полимеры в большей или меньшей степени подвержены процессу старения во времени.

Старением полимеров называют самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.

Старению способствуют свет, частая смена циклов нагрев – охлаждение, воздействие кислорода, озона и другие факторы. Старение ускоряется при многократных деформациях. Менее существенное влияние на старение оказывает влага. При старении повышается твердость, хрупкость, теряется эластичность

Ускоренное старение наблюдается при действии механических напряжений, когда не успевают протекать процессы релаксации напряжений, в результате чего ослабляются или нарушаются химические связи. При длительной работе резин в растянутом состоянии на их поверхности под действием атмосферного кислорода образуется хрупкая пленка, склонная к расслаиванию. Для замедления старения в полимерные материалы добавляют стабилизаторы. Обычно применяют стабилизаторы двух типов: термостабилизаторы (амины, фенолы) и светостабилизаторы (сажу). Длительность эксплуатации стабилизированных полимеров значительно возрастает. Срок наступления хрупкости полиэтилена, стабилизированного сажей, составляет свыше 5 лет. Трубы из поливинилхлорида могут работать 10-25 лет.

Для определения механических свойств неметаллических материалов проводят статические испытания на растяжение, сжатие, и изгиб; динамические испытания на удар; определение твердости, усталостной прочности, ползучести и др. С целью определения стойкости к старению проводят физико-механические испытания материалов после ускоренных климатических испытаний на фотостарение. Кроме того, существуют методы определения массы, толщины, плотности материала, а также специальные виды испытаний.

. При высоких температурах (200-250 °С) происходит термическая деструкция – разложение органических полимеров, сопровождающихся испарением летучих веществ. Сравнительные характеристики важнейших полимеров представлены в табл.1

Пластмассы. Состав, виды пластмасс, их основные физико-механические свойства. Технология изготовления изделий из пластмасс и область их применения.

Особенностями пластмасс является малая плотность (1-2 т/м³), низкая теплопроводность, значительное тепловое расширение (в 10-30 раз больше теплового расширения стали), хорошие электроизоляционные свойства, высокая химическая стойкость, немагнитность. Одним из основных преимуществ пластмасс является возможность изготовления из них деталей наиболее прогрессивными способами, т.е. их технологичность. Прочность силовых пластиков сопоставима с прочностью стали. Недостатки пластмассы – невысокая теплостойкость, низкий модуль упругости и низкая ударная вязкость по сравнению с металлами и сплавами. В процессе эксплуатации изделий из пластмасс необходимо учитывать их склонность к старению, т.е. ухудшение основных эксплуатационных характеристик под воздействием внешних факторов с течением времени. Для конструкционных пластмасс особенно опасна потеря пластичности и повышение хрупкости, что приводит к снижению надежности изделия. Декоративные пластмассы в процессе старения теряют внешний вид. Также необходимо учитывать токсичность некоторых пластмасс, особенно усиливающую при повышенной температуре.

Пластмассы. Пластмассы (пластики) – твердые, прочные материалы на основе полимерных соединений, формуемых в изделие методами пластической деформации. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих их основу, а также технологическими процессами формования изделий из них. При разработке технологического процесса следует пользоваться характеристиками полимеров, выявленными при построении термомеханической кривой. Пластмассы, как и полимерные материалы, подразделяются на термопластичные и термореактивные. Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются, даже плавятся, при охлаждении затвердевают. Обратимость свойств термопластов, их невысокая прочность (10-10МПа) объясняется линейной или разветвленной структурой и аморфным строением полимеров. Термопласты легко формуются в изделия, дают незначительную усадку при формовании (1-3 %), однако имеют ограниченную рабочую температуру (свыше 60-70ºC начинается резкое снижение физико-механических свойств). Более теплостойкие термопласты могут работать до 150-250ºC.

Термореактивные пластмассы (т.е. не размягчающиеся) на начальной стадии нагрева, имея линейную структуру, размягчаются, а затем затвердевают в результате протекания химических реакций и образования пространственной структуры. Изделия из термореактивных полимеров при повторном нагреве не размягчаются и не поддаются повторной переработке.

Состав, виды пластмасс, их основные физико-механические свойства.

Пластмассы могут быть простыми, представляющими собой чистые полимеры, и сложными, в состав которых помимо полимеров могут входить одновременно или в различном сочетании: связующее (полимерная основа), наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, отвердители (сшивающие агенты), структурообразователи, порообразователи, смазки, антистатики, антимикробные агенты и др. компоненты, придающие специфические свойства пластическим массам.

Связующее в пластмассе или полимерная матрица в изделии удерживает все ингредиенты композиции в форме и размерах, полученных после формования изделия. Содержание связующего в пластмассах достигает 30–70 %.

Наполнители – это твердые, жидкие и газообразные органические и неорганические вещества, вводимые с целью снижения стоимости изделий с одновременным улучшением эксплуатационных свойств ( механических, электрических, химических свойств, а также их водо-, термо- и теплостойкость.)

В зависимости от химической природы и поверхностной активности наполнители разделяют на органические и неорганические, природные и синтетические, активные и неактивные, а в зависимости от формы и структуры – на порошкообразные (дисперсные), волокнистые и листовые.

Наибольшее применение находят порошкообразные наполнители различных форм: кубической – полевой шпат, кальциты; игольчатой – древесная мука, силикат кальция; чешуйчатой – тальк, графит, каолин, гидроокись алюминия; в виде параллелепипеда – оксиды кремния, бария и др. Из волокнистых наполнителей широкое распространение получили хлопковые очесы, короткие целлюлозные, асбестовые и др. волокна. Из листовых наполнителей применяют бумагу, различные ткани и др.

Пластификаторы – это вещества, вводимые в связующее с целью повышения пластичности и эластичности. Пластификаторы понижают температуру переработки и придают материалу такие свойства, как свето -, термо -, морозоустойчивость, негорючесть. Важнейшими из них являются эфиры алифатических или ароматических кислот и алифатических спиртов, эпоксидированные соединения, полиэфиры, хлорированные соединения и др.

Стабилизаторы (антиоксиданты, термосветостабилизаторы, противоутомители) – вещества, повышающие устойчивость связующего к действию кислорода. Различают окрашивающие и неокрашивающие антиоксиданты, среди которых широкое применение находят неозон, диафан, алкофены и др.

Структурообразователями называют вещества, вводимые в полимерные материалы для получения связующего с определенной структурой. К таким веществам относятся тонкодисперсные порошки оксидов, нитридов, карбидов, соли органических кислот, поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые вводятся в количестве 0,1-1 % от массы полимера. Выполняя роль центров кристаллизации или понижая поверхностное натяжение на границах фаз, эти добавки способствуют улучшению прочностных, химических и других свойств полимерных материалов.

Сшивающие агенты (отвердители) – вещества, создающие в полимерной основе химические связи между макромолекуламис целью повышения прочности, тепло- и химической стойкости и других свойств.

Смазки (парафины, воски,стеараты) предохраняютот прилипания полимера к поверхностям формующего оборудования.

Антистатики (различные группы ПАВ, добавляемые в количестве 1 % от массы полимера) – предотвращают возникновение и накопление статического электричества на изделиях из полимерного материала.

Антипирены (галогеносодержащие соединения, соединения сурьмы и др.) снижают горючесть материалов, затрудняя воспламенение и распространение пламени.

Порообразователи – вспенивающие вещества, используемые для образования в полимере замкнутых (пенопласт) или сообщающихся (поропласт) между собой пор, что ведет к существенному снижению плотности материала. Порообразователями могут быть жидкие и твердые органические и неорганические вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением СО2, Nh3, N2, h3; либо воздух, СО2, Nh3, N2, h3 в виде газов, вводимые под давлением; легкокипящие, но не разлагающиеся при нагревании жидкости (пектан. гектан и др.).

Антисептики (доли процента органических соединений Sn, As, Hg) в полимере затрудняют появление и распостранение микроорганизмов.

Красители (органические и неорганические пигменты) вводят для придания цвета. Красители должны обладать высокой степенью дисперсности, свето-, термо- и атмосферостойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред (кислот, щелочей) и отсутсвием склонности к миграции на поверхность изделия.

По применению пластмассы подразделяются на силовые (конструкционные, антифрикционные, электроизоляционные) и несиловые (оптические, прозрачные, декоративные, уплотнительные).

Основное отличие полимеров от эластомеров

Полимеры имеют молекулярную структуру, состоящую в основном или целиком из большого количества одинаковых звеньев, связанных вместе. Эти звенья называются повторяющимися звеньями. Эти повторяющиеся звенья представляют собой мономеры, из которых изготовлен полимер. Поскольку существует множество разновидностей полимеров, все эти макромолекулы можно классифицировать в зависимости от нескольких различных параметров.

Полимеры классифицируют в зависимости от их молекулярных сил, определяют три группы:

1. Термопластичные полимеры;
2. Термореактивные полимеры;
3. Эластомеры.

Основное различие между полимером и эластомером состоит в том, что полимер – это любая большая молекула, построенная из небольших звеньев, называемых мономерами, тогда как эластомер – это особый тип полимера, который обладает упругими свойствами.

Что такое эластомер

Эластомер – это тип полимера, имеющий специфическую характеристику упругости. Эластичность – это способность объекта или материала восстанавливать свою нормальную форму после растяжения или сжатия. Эластомеры представляют собой резиноподобный материал и обычно представляют собой аморфные полимеры (упорядоченная структура отсутствует).

Упругие свойства эластомеров возникают из-за достаточно слабых ван-дер-ваальсовых сил между полимерными цепями или достаточно нерегулярной структуры. Если силы между полимерными цепями слабы, это дает гибкость полимеру. Аналогично, если полимер имеет неорганизованную структуру, он позволяет полимеру быть более гибким. Но для того, чтобы полимер был гибким, он должен иметь некоторую степень сшивки.

Некоторые эластомеры являются термопластичными, тогда как другие эластомеры являются термореактивными полимерами. Наиболее распространенным примером эластомеров является резина. Натуральный каучук состоит в основном из полиизопренового полимера. Следовательно, это соединение является причиной эластичности резины. Натуральный каучук получается из латекса каучукового дерева. Но резина может быть синтезирована для получения синтетического каучука. Нефтяное масло и природные газы могут быть использованы для производства каучука.

Что такое полимер

Полимер представляет собой макромолекулу, которая состоит из большого количества повторяющихся звеньев. Эти повторяющиеся звенья представляют собой мономеры, из которых изготовлен полимер. Мономеры – это маленькие молекулы. Эти мономеры имеют либо двойные связи, либо, по крайней мере, две функциональные группы на молекулу. Затем они могут пройти полимеризацию для образования полимерного материала.

Поскольку полимеры разнообразны, их можно разделить на несколько разных групп в зависимости от разных параметров структуры: линейные, разветвлённые, сетевые. Также, они могут быть натуральные и синтетические и отличаться на основании молекулярных сил: Термопластичные полимеры, Термореактивные полимеры, Эластомеры.

Полимеры имеют различные свойства в зависимости от повторяющихся звеньев, присутствующих в полимере, микроструктуры полимерного материала и т.д. Некоторые полимеры проявляют пластичность, некоторые показывают эластичность, некоторые полимеры прочные и жесткие, некоторые мягкие и эластичные. Аналогично, полимеры проявляют широкий спектр свойств.

В качестве общих свойств полимеров могут быть приведены следующие.

• Большинство полимеров устойчивы к химическим веществам.
• Большинство полимеров действуют как электрические и тепловые изоляторы.
• Как правило, полимеры имеют высокую прочность по сравнению с их легким весом.
• Некоторые полимеры могут быть получены из природных источников, но большинство полимеров синтезируются из нефтяного масла.

Тактичность полимеров является еще одной важной концепцией относительно полимеров. Полимеры могут быть изотактическими, синдиотактическими или атактическими. Эта тактичность определяется в зависимости от положения боковых групп, присутствующих в полимерных цепях. Если боковые группы находятся на одной стороне, они являются изотактическими полимерами. Если группы чередуются, то они синдиотактичны. Но если боковые группы расположены случайным образом, они являются атактическими полимерами.

Вывод: Отличие полимеров от эластомеров

Эластомеры – это тип полимеров. Группы эластомеров отделены от других полимеров в зависимости от молекулярных сил, которые придают эластомерам их эластичность. Основное различие между полимером и эластомером состоит в том, что полимер – это любая большая молекула, которая состоит из небольших звеньев, называемых мономерами, тогда как эластомер – это особый тип полимера, который обладает упругими свойствами.

Полимеры

Полимеры

Типы полимеров

Аддитивные полимеры

Добавочные полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, поли (винилхлорид) и полистирол бывают линейными или разветвленными полимеры с незначительной сшивкой или без нее. В результате они термопластические материалы, которые легко текут при нагревании и могут быть отформованы в различные формы.Структуры, имена и торговля названия некоторых распространенных аддитивных полимеров приведены в таблице ниже.

Обычные аддитивные полимеры

Полиэтилен

Полиэтилен низкой плотности (LDPE) производится свободнорадикальным полимеризация при высоких температурах (200С) и высоких давлениях (выше 1000 атм). Полимер высокой плотности (HDPE) получается с использованием катализа Циглера-Натта при температурах ниже 100 ° C и давление менее 100 атм.С каждым годом производится больше полиэтилена. год, чем любой другой пластик. Около 7800 миллионов фунтов низкой плотности и 4400 миллионов фунтов полиэтилена высокой плотности были проданы в 1980 году. Полиэтилен не имеет вкуса и запаха и является легкий, нетоксичный и относительно недорогой. Он используется как пленка для упаковки продуктов питания, одежды и оборудования. Наиболее пакеты для мусора, пакеты для сэндвичей и полиэтиленовая упаковка из полиэтиленовых пленок. Полиэтилен также используется для все, от чехлов для сидений до бутылочек с молоком, ведер, сковородок и блюда.

Полипропилен

Изотактический полипропилен производства Циглера-Натта, катализируемый полимеризация – это жесткий, термостойкий полимер с отличная устойчивость к нагрузкам, растрескиванию и химическим реакциям. Хотя он стоит больше фунта, чем полиэтилен, он намного дороже. сильнее. Таким образом, бутылки из полипропилена могут быть тоньше, содержат меньше полимера и стоят меньше, чем обычные полиэтиленовые изделия.Наиболее важное влияние полипропилена на Сегодняшний студент колледжа принимает форму пластиковой штабелируемой стульев, которыми изобилуют университетские городки.

Поли (тетрафторэтилен)

Тетрафторэтилен (CF ₂ = CF ₂ ) – газ который кипит при -76C и поэтому хранится в цилиндрах при высокой давление. В 1938 году Рой Планкетт получил цилиндр тетрафторэтилен, который не доставляет столько газа, сколько должно иметь.Вместо того, чтобы вернуть цилиндр, он разрезал его ножовкой и обнаружил белый восковой порошок, который был первым политетрафторэтиленовый полимер. После значительных усилий был открыт менее удачный путь к этому полимеру, и политетрафторэтилен, или тефлон, стал коммерческим доступный.

Тефлон – замечательное вещество. У него лучшее сопротивление к химическому воздействию любого полимера, и его можно использовать в любых температура от -73C до 260C без влияния на его свойства.Он также имеет очень низкий коэффициент трения. (В проще говоря, он имеет восковой или скользкий оттенок.) Даже такие «липкие» материалы, как резина, клеи, хлеб тесто и конфеты не будут насекомыми, которые прилипнут к тефлоновому покрытию поверхность. Тефлон настолько скользкий, что его даже разбрызгивают растения, так что они могут охотиться на растения.

Поли (винил Хлорид) и поли (винилиденхлорид)

Хлор входит в первую десятку промышленных химикатов США более 20 миллиард фунтов производится ежегодно.Около 20% этого хлора используется для производства винилхлорида (CH ₂ = CHCl) для производство поливинилхлорида или ПВХ. Хлор заместители в полимерной цепи делают ПВХ более огнестойким чем полиэтилен или полипропилен. Они также увеличивают силу притяжения между полимерными цепями, что увеличивает твердость пластика. Свойства ПВХ можно варьировать широкий ассортимент за счет добавления пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей и красители, что делает ПВХ одним из самых универсальных пластиков.

Сополимер винилхлорида (CH ₂ = CHCl) и винилиденхлорид (CH ₂ = CCl ₂ ) продается под торговой маркой Саран. Такое же увеличение силы притяжение между полимерными цепями, которое делает ПВХ тверже, чем полиэтилен придает тонким пленкам Сарана склонность к “цепляться.”

Акрил

Акриловая кислота – это общее название 2-пропеновой кислоты: CH ₂ = CHCO ₂ H.Акриловые волокна, такие как Орлон, получают путем полимеризации производное акриловой кислоты, известное как акрилонитрил.

Полиакрилонитрил

Другие акриловые полимеры получают полимеризацией сложного эфира эта кислота, такая как метилакрилат.

Поли (метилакрилат)

Одним из важнейших акриловых полимеров является полиметил метакрилат) или ПММА, который продается под торговыми названиями Люцит и оргстекло.

Поли (метилметакрилат), PMMA

PMMA – это легкий, кристально чистый стеклообразный полимер. в окнах самолетов, линзах задних фонарей и светильниках. Поскольку он твердый, устойчивый к солнечному свету и чрезвычайно прочный, PMMA также используется для изготовления отражателей между полосами движения. межгосударственных автомобильных дорог.

Необычная прозрачность ПММА делает этот полимер идеальным для жесткие контактные линзы. К сожалению, ПММА непроницаем для кислорода. и вода. Следовательно, кислород должен транспортироваться к роговице глаз в слезах, а затем прошел под контактные линзы каждый время моргает глаз. Мягкие пластиковые линзы, пропускающие кислород и вода производятся с использованием диметакрилата этиленгликоля для сшитый поли (2-гидроксиэтилметакрилат).

		Поли (2-гидроксиэтилметакрилат)
		Диметакрилат этиленгликоля

Интересный полимер можно получить путем сополимеризации смесь акриловой кислоты и натриевой соли акриловой кислоты. Продукт этой реакции имеет следующую структуру.

Полиакрилат натрия

Разница между концентрацией ионов Na ⁺ внутри полимерной сетки и в растворе, в котором погруженный полимер создает осмотическое давление, которое притягивает вода в полимер.Количество жидкости, которое может впитаться зависит от ионной силы раствора общая концентрация положительных и отрицательных ионов в растворе. это полимер может абсорбировать дистиллированную воду в 800 раз больше собственного веса, но всего в 300 раз больше веса водопроводной воды. Поскольку ионный концентрация мочи эквивалентна 0,1 M NaCl раствор, этот сверхабсорбентный полимер, который можно найти в одноразовые подгузники, могут поглощать в 60 раз больше своего веса мочи.

Конденсация Полимеры

Первый пластик (целлулоид) и первое искусственное волокно (Вискоза) производились из целлюлозы. Первым по-настоящему синтетическим пластиком стал бакелит, разработанный Лео. Бекланд между 1905 и 1914 годами. Начало синтеза бакелита. с реакцией между формальдегидом (H ₂ CO) и фенол (C ₆ H ₅ OH) с образованием смеси орто – и п. -замещенных фенолов.При температурах выше 100C, эти фенолы конденсируются с образованием полимера, в котором ароматические кольца соединены мостиком -CH ₂ OCH ₂ – или -CH ₂ – тяги. Сшивка в этом полимере настолько обширен, что представляет собой термореактивный пластик. Когда-то это образовалась, любая попытка изменить форму этого пластика обречена до отказа.

Исследование начато Уоллесом Каротерсом и его коллегами из DuPont в 1920-х и 1930-х годах в конечном итоге привели к открытию семейства конденсационных полимеров, известных как полиамиды и полиэфиры.Полиамиды были получены взаимодействие диацилхлорида с диамином.

Полиэфиры были получены путем реакции диацилхлорид со спиртом.

Изучая полиэфиры, Джулиан Хилл обнаружил, что может намотайте небольшое количество этого полимера на конец стержня для перемешивания и медленно вытяните его из раствора как шелковистое волокно. Один день, когда Карозерса не было в лаборатории, Хилл и его коллеги пытались чтобы узнать, какой длины можно сделать волокно, растягивая образец этот полимер, когда они бежали по коридору.Вскоре они поняли, что это игривое упражнение ориентировало молекулы полимера в два размеры и произвел новый материал с превосходными свойствами. Затем они попробовали то же самое с одним из полиамидов и произвела образец того, что стало первым синтетическим волокном: Nylon .

Этот процесс можно продемонстрировать, осторожно налив раствор гексаметилендиамина в воде поверх раствора адипоилхлорид в CH ₂ Cl ₂ .

На границе раздела между ними образуется тонкая пленка полимера. две фазы. Взяв эту пленку пинцетом, мы можем вытяните из раствора непрерывную нейлоновую нить. Продукт этой реакции известен как нейлон 6,6, потому что полимер образованный из диамина, который имеет шесть атомов углерода и производное дикарбоновой кислоты, имеющей шесть атомов углерода.

Эффект от натягивания полимера пинцетом очень велик. как при растяжении эластомера, молекулы полимера становятся ориентирована в двух измерениях.Почему не полимерные молекулы вернуться к своей первоначальной форме, когда мы перестанем тянуть? В разделе P.3 говорилось, что полимеры эластичны. когда нет сильной силы притяжения между полимером цепей. Полиамиды и полиэфиры образуют прочные водородные связи. между полимерными цепями, которые удерживают молекулы полимера ориентированы, как показано на рисунке ниже.

Первые полиэфирные волокна были получены в результате реакции этилена. гликоль и терефталевая кислота или один из ее эфиров, чтобы дать полиэтилентерефталат).Этот полимер до сих пор используется для изготовления тонкие пленки (майлар) и текстильные волокна (дакрон и фортрел).

Фосген (COCl ₂ ) реагирует со спиртами с образованием сложных эфиров, аналогичных тем, которые образуются, когда ацил хлориды реагируют со спиртами.

Продукт этой реакции называется карбонатным эфиром поскольку это диэфир угольной кислоты, H ₂ CO ₃ . Поликарбонаты производятся, когда один из этих сложные эфиры реагируют с соответствующим спиртом, как показано на рисунке ниже. Поликарбонат, показанный на этом рисунке, известен как Lexan. Он имеет очень высокую устойчивость к ударам и используется в целях безопасности. стекла, пуленепробиваемые окна и мотоциклетные шлемы.

Структура и названия некоторых распространенных конденсационных полимеров приведены в таблице ниже.

Обычные конденсационные полимеры

---

,

Научные принципы: полимеры

Научные принципы: полимеры

Область полимеров настолько обширна и области применения настолько разнообразны, что важно понимать, как полимеры производятся и используются. Поскольку за место на рынке борются более 60 000 различных пластиков, знание этой важной области может по-настоящему обогатить наше понимание этого чудесного материала. Компании производят более 30 миллионов тонн пластика в год и тратят большие суммы на исследования, разработки и более эффективные методы переработки.Ниже мы узнаем о некоторых научных принципах, связанных с производством и переработкой материалов, полученных из ископаемого топлива, известных как полимеры.

Реакции полимеризации

Химическая реакция, в которой молекулы с высокой молекулярной массой образуются из мономеров, известна как полимеризация. Существует два основных типа полимеризации: цепная реакция (или добавление) и ступенчатая реакция (или конденсация) полимеризация .

Полимеризация по цепной реакции

Одним из наиболее распространенных типов полимерных реакций является цепная реакция (присоединение) полимеризации.Этот тип полимеризации представляет собой трехступенчатый процесс с участием двух химических соединений. Первый, известный просто как мономер, можно рассматривать как одно звено в полимерной цепи. Изначально он существует в виде простых единиц. Почти во всех случаях мономеры имеют по крайней мере одну двойную связь углерод-углерод. Этилен является одним из примеров мономера, используемого для получения обычного полимера.

Другой химический реагент – катализатор. При полимеризации с цепной реакцией катализатор может представлять собой свободнорадикальный пероксид, добавляемый в относительно низких концентрациях.Свободный радикал – это химический компонент, который содержит свободный электрон, который образует ковалентную связь с электроном другой молекулы. Образование свободного радикала из органического пероксида показано ниже:

В этой химической реакции из одной молекулы R ₂ O ₂ были образованы два свободных радикала. Теперь, когда все химические компоненты определены, мы можем приступить к изучению процесса полимеризации.

Шаг 1: Инициирование

Первый этап цепной реакции полимеризации, инициирование, происходит, когда радикальный катализатор вступает в реакцию с мономером углерода с двойной связью, начиная полимерную цепь.Двойная углеродная связь разрывается, мономер связывается со свободным радикалом, и в этой реакции свободный электрон передается внешнему атому углерода.

Шаг 2: Распространение

Следующим шагом в процессе размножения является повторяющаяся операция, в ходе которой формируется физическая цепь полимера. Двойная связь следующих друг за другом мономеров разрывается, когда мономер вступает в реакцию с реакционноспособной полимерной цепью. Свободный электрон последовательно передается по цепи к внешнему атому углерода.

Эта реакция может протекать непрерывно, потому что энергия в химической системе снижается по мере роста цепи. Говоря термодинамически, сумма энергий полимера меньше, чем сумма энергий отдельных мономеров. Проще говоря, одинарные связи в полимерной цепи более стабильны, чем двойные связи мономера.

Шаг 3: Прекращение действия

Прерывание происходит, когда другой свободный радикал (R-O ^.), оставшаяся от первоначального расщепления органического пероксида, встречается с концом растущей цепочки. Этот свободный радикал завершает цепь, связываясь с последним CH ₂ ^. компонент полимерной цепи. Эта реакция дает полную полимерную цепь. Обрыв может также произойти, когда две незавершенные цепи соединяются вместе. Оба типа оконечной нагрузки показаны ниже. Возможны и другие типы прерывания.

Эта экзотермическая реакция происходит очень быстро, образуя отдельные цепи полиэтилена, часто менее 0.1 секунда. Созданные полимеры имеют относительно высокую молекулярную массу. Вдоль основной цепи нередко возникают разветвления или поперечные связи с другими цепями.

Ступенчатая реакционная полимеризация

Ступенчатая (конденсационная) полимеризация – еще один распространенный тип полимеризации. Этот метод полимеризации обычно дает полимеры с более низкой молекулярной массой, чем цепные реакции, и требует более высоких температур. В отличие от аддитивной полимеризации, ступенчатые реакции включают два разных типа бифункциональных мономеров или концевых групп, которые реагируют друг с другом, образуя цепь.Конденсационная полимеризация также дает побочный продукт с небольшими молекулами (вода, HCl и т. Д.). Ниже приведен пример образования нейлона 66, обычного полимерного материала для одежды, включающего по одному из двух мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, реагирующих с образованием димер нейлона 66.

В этот момент полимер может расти в любом направлении за счет связывания с другой молекулой гексаметилендиамина или адипиновой кислоты или с другим димером. По мере роста цепи молекулы с короткой цепью называются олигомерами.Теоретически этот процесс реакции может продолжаться до тех пор, пока не исчезнут другие мономеры и реакционноспособные концевые группы. Однако этот процесс относительно медленный и может занимать от нескольких часов до дней. Обычно в этом процессе образуются линейные цепи, которые растянуты без каких-либо поперечных связей или разветвлений, если не добавлен трехфункциональный мономер.

Химическая структура полимера

Мономеры в полимере могут быть расположены по-разному. Как указано выше, полимеры присоединения и конденсации могут быть линейными, разветвленными или сшитыми.линейный полимеры состоят из одной длинной непрерывной цепи без каких-либо лишних придатков или прикреплений. Разветвленные полимеры имеют цепную структуру, которая состоит из одной основной цепи молекул с меньшими молекулярными цепями, отходящими от нее. Разветвленная цепная структура имеет тенденцию понижать степень кристалличности и плотность полимера. Сшивание в полимерах происходит, когда между отдельными молекулами полимерной цепи образуются первичные валентные связи.

Цепи только с одним типом мономера известны как гомополимеров.Если задействованы два или более мономера разных типов, полученный сополимер может иметь несколько конфигурации или расположения мономеров вдоль цепи. Ниже представлены четыре основные конфигурации:

Рисунок 1: Конфигурации сополимера.

Физическая структура полимера

Сегменты полимерных молекул могут существовать в двух различных физических структурах. Их можно найти в кристаллическом или аморфные формы.Кристаллические полимеры возможны только в том случае, если существует регулярная химическая структура (например, гомополимеры или чередующиеся сополимеры), а цепи обладают высокоупорядоченным расположением своих сегментов. Кристалличность полимеров благоприятствует симметричным полимерным цепям, однако она никогда не бывает 100%. Эти полукристаллические полимеры обладают довольно типичным процессом разжижения, сохраняя свое твердое состояние до тех пор, пока они не достигнут точки плавления T _m .

Аморфные полимеры не упорядочены.Молекулярные сегменты в аморфных полимерах или аморфные домены полукристаллических полимеров расположены случайным образом и перепутаны. Аморфные полимеры не имеют определяемого T _m из-за их случайности. При низких температурах, ниже их температуры стеклования (T _g ), сегменты неподвижны, а образец часто становится хрупким. При повышении температуры, близком к T _g , молекулярные сегменты могут начать движение. Выше T _г , подвижность достаточна (если кристаллы отсутствуют), чтобы полимер мог течь как высоковязкая жидкость.Вязкость уменьшается с увеличением температуры и уменьшением молекулярной массы. Также может возникнуть упругая реакция, если сцепления не могут выровняться со скоростью приложения силы (как в глупой замазке). Затем этот материал описывают как вязкоупругий. В полукристаллическом полимере молекулярному потоку препятствуют части молекул в кристаллах до тех пор, пока температура не станет выше T _m . В этот момент образуется вязкоупругий материал. Эти эффекты легче всего увидеть на графике зависимости удельного объема от температуры.

Рисунок 2: График зависимости удельного объема от температуры.

Члены семейства полимеров

Полимеры можно разделить на две разные группы в зависимости от их поведения при нагревании. Полимеры с линейными молекулами, вероятно, будут термопластик. Это вещества, которые размягчаются при нагревании и могут быть переработаны и переработаны. Они могут быть полукристаллическими или аморфными. Другая группа полимеров известна как термореактивные.Это вещества, которые не размягчаются под действием тепла и давления и не могут быть переработаны или переработаны. Их необходимо подвергнуть повторной обработке, использовать в качестве наполнителей или сжечь, чтобы удалить их из окружающей среды.

Термопласты

Термопласты обычно представляют собой углеродсодержащие полимеры, синтезированные аддитивной или конденсационной полимеризацией. Этот процесс формирует сильные ковалентные связи внутри цепей и более слабые вторичные ван-дер-ваальсовые связи между цепями. Обычно эти вторичные силы можно легко преодолеть с помощью тепловой энергии, что делает термопласты пластичными при высоких температурах.Термопласты также сохранят свою новую форму после охлаждения. Несколько распространенных применений термопластов включают: детали для обычных бытовых приборов, бутылки, кабельные изоляторы, ленту, блендер и чаши миксера, медицинские шприцы, кружки, текстиль, упаковку и изоляцию.

Термореактивные элементы

Термореактивные материалы имеют те же ван-дер-ваальсовые связки, что и термопласты. У них также более прочная связь с другими цепями. Сильные ковалентные связи химически скрепляют различные цепи в термореактивном материале.Цепи могут быть связаны друг с другом напрямую или через другие молекулы. Это «поперечное сшивание» между цепями позволяет материалу сопротивляться размягчению при нагревании. Таким образом, термореактивным пластикам необходимо придать новую форму, если они будут использоваться повторно, или они могут служить порошкообразными наполнителями. Хотя термореактивные пластмассы трудно реформировать, они имеют много явных преимуществ при инженерном проектировании, включая:

1. Высокая термическая стабильность и изоляционные свойства.
2. Высокая жесткость и стабильность размеров.
3. Сопротивление ползучести и деформации под нагрузкой.
4. Облегченный.

Несколько распространенных применений термореактивных материалов включают эпоксидные смолы (клеи), детали кузова автомобилей, клеи для фанеры и ДСП, а также в качестве матрицы для композитов в корпусах лодок и резервуарах.

Переработка полимеров

Существует пять основных процессов формирования полимерных продуктов или деталей.Это включает; литье под давлением, компрессионное формование, трансферное формование, выдувное формование и экструзия. Компрессионное формование и трансферное формование используются в основном для термореактивных пластмасс. Литье под давлением, экструзия и выдувание используются в основном с термопластами.

Литье под давлением

Этот очень распространенный процесс формования пластмасс включает четыре этапа:

1. Порошок или гранулированный полимер нагревают до жидкого состояния.
2. Под давлением жидкий полимер выталкивается в форму через отверстие, называемое литником. Ворота контролируют поток материала.
3. Материал под давлением удерживается в форме до тех пор, пока он не затвердеет.
4. Форма открывается и деталь удаляется выталкивающими штифтами.

Преимущества литья под давлением включают быструю обработку, малое количество отходов и простую автоматизацию. Формованные детали включают гребни, основы зубных щеток, ведра, фитинги для труб и детали моделей самолетов.

Рисунок 3: Схема литья под давлением.

Компрессионное формование

Этот тип формовки был одним из первых, который использовался для формования пластмасс. Он состоит из четырех этапов:

1. Предварительно сформованные заготовки, порошки или гранулы помещают в нижнюю часть нагретой формы или матрицы.
2. Другая половина формы опускается и подвергается давлению.
3. Материал размягчается под действием тепла и давления и течет, заполняя форму.Из формы выдавливается излишек. Если термореактивный, в пресс-форме происходит сшивание.
4. Форма открыта и деталь удалена.

Для термопластов форма охлаждается перед снятием, чтобы деталь не потеряла свою форму. Термореактивные материалы могут быть выброшены, пока они горячие и после завершения отверждения. Этот процесс медленный, но материал перемещается только на небольшое расстояние до формы и не проходит через заслонки или направляющие. Из каждой формы изготавливается только одна деталь.

Трансферное формование

Этот процесс является модификацией компрессионного формования. Он используется в основном для производства термореактивных пластмасс. Его шаги:

1. Частично полимеризованный материал помещают в нагретую камеру.
2. Плунжер выталкивает текущий материал в формы.
3. Материал проходит через литники, желоба и затворы.
4. Температура и давление внутри формы выше, чем в нагретой камере, что вызывает образование поперечных связей.
5. Пластмасса затвердевает, затвердевает, форма открывается и деталь удаляется.

Затраты на пресс-форму высоки, и в литниках и направляющих скапливается много металлолома, но можно точно изготавливать сложные детали различной толщины.

Выдувное формование

Выдувным формованием производятся бутылки, шаровые светильники, баки, автомобильные бензобаки и бочки. Это включает в себя:

1. Экструдируется размягченная пластиковая трубка
2. Трубка зажимается с одного конца и надувается, чтобы заполнить форму.
3. Пластик с твердой оболочкой извлекается из формы.

Это быстрый и относительно недорогой процесс.

Экструзия

Этот процесс позволяет получать детали постоянного поперечного сечения, такие как трубы и стержни. Расплавленный полимер проходит через фильеру для придания окончательной формы. Он состоит из четырех этапов:

1. Гранулы полимера смешанные с красителями и добавками.
2. Материал нагревается до должной пластичности.
3. Материал продавливается через матрицу.
4. Материал охлаждается.

Экструдер имеет бункер для подачи полимера и добавок, цилиндр с шнеком непрерывной подачи, нагревательный элемент и держатель фильеры. Адаптер на конце экструдера, вдувающий воздух через отверстие в горячий полимер, выдавливаемый через кольцевую головку, позволяет производить пластиковые пакеты и пленки.

Рисунок 4: Схема экструдера. Таблица 1: Сравнение технологий обработки полимеров термопластов и реактопластов.

Процесс	Термопласт (TP) или Thermoset (TS)	Преимущества	Недостатки
Литье под давлением	TP, TS	Он имеет наиболее точный контроль формы и размеров, является высокоавтоматическим процессом, имеет короткое время цикла и самый широкий выбор материалов.	Он имеет высокие капитальные затраты, подходит только для большого количества деталей и имеет высокое давление в форме (20 000 фунтов на квадратный дюйм).
Компрессионное формование	TS	Он имеет более низкое давление в пресс-форме (1000 фунтов на кв. Дюйм), наносит минимальный ущерб армирующим волокнам (в композитах), и возможны большие детали.	Он требует больше труда, более длительный цикл, чем литье под давлением, имеет меньшую гибкость формы, чем литье под давлением, и каждая загрузка загружается вручную.
Трансферное формование	TS	Подходит для герметизации металлических деталей и электронных схем.	В каждой части есть лом, и каждая загрузка загружается вручную.
Выдувное формование	TP	Из него можно изготавливать полые детали (особенно бутылки), растяжение улучшает механические свойства, имеет быстрый цикл и низкую трудозатратность.	Он не контролирует напрямую толщину стенок, не может формовать мелкие детали с высокой точностью и требует полимера с высокой прочностью расплава.
Экструзия	TP	Используется для пленок, оберток или длинных непрерывных деталей (т.е.трубы).	Его необходимо охладить ниже температуры стеклования для сохранения стабильности.

---

Переработка: сегодняшняя задача, завтрашняя награда

Обзор

Потребительские отходы в США бросают вызов каждому. Отходы твердых материалов можно разделить на следующие категории:

• металлы – алюминий, сталь и др.
• стекло – прозрачное, цветное и т. Д.
• бумага – газетная бумага, картон и др.
• полимеры натуральные – кожа, трава, листья, хлопок и др.
• синтетические полимеры – синтетические каучуки, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид и др.

Сегодня потребители используют больше продуктов и, следовательно, производят больше твердых отходов. Со временем у нас становится все меньше места, чтобы избавиться от этих отходов.Восемьдесят процентов всех твердых отходов захоронены на свалках. Сегодня количество действующих свалок на треть меньше, чем 18 500, имевшихся десять лет назад, что делает их намного более дорогостоящим.

Плата за чаевые – плату, взимаемую с перевозчика отходов за выгрузку твердых отходов, – регулярно увеличивается. Муниципалитеты наложили ограничения и / или запретили запуск новых свалок в своих границах. Например, 50% твердых отходов Нью-Джерси отправляется за пределы штата для захоронения на свалках.

Величина, которую синтетические полимеры вносят в массу твердых отходов, будет продолжать расти по мере увеличения использования пластмасс, как прогнозируется ниже.

Таблица 2: Процент пластиковых отходов в Америке по массе.

Год	Всего отходов	Процент пластмасс
1960	76 млн тонн	2,7%
1984	133 миллиона тонн	7.2%
1995	142 млн тонн	8,4%
2000	159 млн тонн	9,8% (прогноз)

Пластмассы составляют от 14 до 22% от объема твердых отходов. Один из возможных ответов на эту проблему – переработка. В 1990 году от 1 до 2% пластика, 29% алюминия, 25% бумаги, 7% стекла и 3% резины и стали как бытовых отходов были переработаны. Очевидно, ответом может быть увеличение количества переработанного пластика.Однако основным недостатком повторного использования пластмасс является то, что повторная обработка добавляет тепловую предысторию, ухудшает свойства и затрудняет повторное использование для одного и того же приложения. Например, 58-граммовая 2-литровая бутылка для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТ) состоит из 48 г ПЭТ, остальное – это основа стакана из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), бумажная этикетка, клей и крышка из формованного полипропилена (ПП). Основание чашки, этикетка, клей и крышка являются загрязнителями при переработке ПЭТ.

В ответ на проблему загрязняющих веществ при переработке пластмасс, пластиковые изделия проектируются «пригодными для повторного использования».Продукты производятся с возможностью вторичной переработки в качестве эффективного средства утилизации. По крайней мере, одна компания разработала 2-литровую бутылку для напитков, полностью изготовленную из ПЭТ, для рентабельной переработки. Что касается повторного использования переработанного пластика, многие организации переоценивают использование переработанного пластика. Например, пластиковые шарики используются для удаления краски с самолета методом «пескоструйной очистки». Раньше использовались агрессивные, экологически вредные химические растворители. Использование переработанного пластика ограничено только воображением дизайнеров и конечных пользователей пластмасс.

Еще одна причина, по которой нельзя отказываться от пластика, – это сохранение энергии. Энергетическая ценность полиэтилена (ПЭ) составляет 100% эквивалентной массы печного топлива №2. Полистирол (ПС) составляет 75%, а поливинилхлорид (ПВХ) и ПЭТ – около 50%. При энергетической ценности фунта топочного мазута № 2 при 20 000 БТЕ, присыпка пластика на землю приводит к потере энергии. Некоторые страны, в частности Япония, используют энергетическую ценность пластика и бумаги с помощью установок для сжигания отходов.

Еще одним фактором в уравнении утилизации является экономическая тенденция увеличения платы за опрокидывание на свалках.В северо-восточных штатах плата за чаевые постепенно увеличивалась, но в западных штатах сборы оставались низкими из-за субсидий местным правительством на свалки. По мере того, как увеличивается стоимость захоронения твердых отходов, растет и стимул к их переработке. Когда стоимость засыпки земли превышает затраты на переработку, переработка будет практической альтернативой засыпке земли.

Эти факторы привели к определенным рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США.В порядке возрастания до минимума рекомендации EPA: сокращение источников, переработка, термическое восстановление (сжигание) и захоронение. У каждого из них есть свои проблемы. Сокращение количества источников требует изменения конструкции упаковки и / или использования менее, более легких или более экологически безопасных материалов. Компромисс может означать сокращение упаковки пищевых продуктов с возможностью более высокого уровня порчи продуктов. Пластика будет меньше, но в твердых бытовых отходах будет больше еды. Какой бы метод утилизации ни был выбран, выбор сложен.Какими бы ни были расходы, их понесет потребитель.

Переработка различных пластмасс

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

В 1989 году миллиард фунтов первичного ПЭТ использовался для изготовления бутылок для напитков, из которых около 20% было переработано. Из переработанного количества 50% было использовано для наполнения волокна и обвязки. Переработчики заявляют, что производят высококачественный гранулированный ПЭТ с чистотой 99%. Его стоимость составляет от 35 до 60% от стоимости первичного ПЭТ.

Основные виды повторного использования ПЭТ включают листы, волокна, пленки и экструзии.При химической обработке переработанный продукт может быть превращен в сырье для производства ненасыщенных полиэфирные смолы. При использовании достаточного количества энергии переработанный продукт может быть деполимеризован до этиленгликоля и терефталевой кислоты, а затем реполимеризован в чистый ПЭТ.

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Из пластмасс, которые могут быть переработаны, жесткий контейнер из полиэтилена высокой плотности является одним из наиболее вероятных на свалке.Менее 5% контейнеров из HDPE обрабатываются или обрабатываются таким образом, чтобы облегчить переработку. Первоначальный HDPE используется в непрозрачных бытовых и промышленных контейнерах, используемых для упаковки моторного масла, моющих средств, молока, отбеливателя и сельскохозяйственных химикатов.

Существует большой потенциал для использования переработанного HDPE в базовых чашках, дренажных трубах, цветочных горшках, пластиковых пиломатериалах, мусорных баках, автомобильных брызговиках, кухонных сливных щитках, ящиках для бутылок с напитками и поддонах. В большинстве случаев переработанный HDPE представляет собой цветной непрозрачный материал, доступный во множестве оттенков.

LDPE (полиэтилен низкой плотности)

LDPE перерабатывается гигантскими поставщиками смол и коммерческими переработчиками, сжигая его в качестве топлива для получения энергии или повторно используя его в мешках для мусора. Переработка мешков для мусора – это большой бизнес. Их цвет не имеет решающего значения, поэтому измельченный материал попадает в черные, коричневые и, в меньшей степени, зеленые и желтые мешки.

ПВХ (поливинилхлорид)

Существует много споров относительно переработки и повторного использования ПВХ из-за проблем со здоровьем и безопасностью.При сжигании поливинилхлорида часто ставятся под сомнение его влияние на мусоросжигательную печь и качество воздуха. Федеральное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) приказало своим сотрудникам подготовить заявления о воздействии на окружающую среду, в которых рассматривается роль ПВХ в свалках и сжигании. При сжигании ПВХ выделяются токсичные диоксины, фураны и хлористый водород. Эти пары обладают канцерогенными, мутагенными и тератагенными свойствами. Это одна из причин, по которой ПВХ необходимо идентифицировать и удалять из любых пластиковых отходов, подлежащих переработке.

В настоящее время ПВХ используется в контейнерах для пищевых продуктов и алкогольных напитков с одобрения FDA. Будущее ПВХ находится в руках пластмассовой промышленности, которая решит проблему токсичных эффектов сжигания ПВХ. Интересно отметить, что ПВХ составляет менее 1% отходов свалки. При правильной переработке ПВХ проблемы токсичных выбросов сводятся к минимуму. Различные переработчики смогли утилизировать ПВХ без проблем со здоровьем. Использование переработанного ПВХ включает аквариумные трубы, дренажные трубы, фитинги для труб, напольную плитку и непищевые бутылки.Когда ПВХ сочетается с другими пластиковыми отходами, он используется для производства пластиковых пиломатериалов.

ПС (полистирол)

ПС и его производители уже несколько лет являются мишенью экологов. Производители и переработчики прилагают все усилия, чтобы переработка полистирола стала такой же распространенной, как и бумаги и металлов. Одна компания, Rubbermaid, тестирует регенерированный полистирол в служебных лотках и других предметах потребления. Amoco, еще одна крупная корпорация, в настоящее время имеет метод преобразования отходов полистирола, включая остаточные продукты питания, в масло, которое можно повторно очищать.

Будущее

Переработка – жизнеспособная альтернатива всем другим средствам обращения с потребительскими пластиковыми отходами. В ответ на проблему смешанных пластиковых отходов в пластмассовой промышленности была разработана система кодирования. Код представляет собой систему цифр и букв. Это относится к бутылкам, превышающим 16 унций, и другим контейнерам, превышающим 8 унций. Цифра появляется в 3 символе утилизации изогнутой стрелки с аббревиатурой пластмассы под символом.

Западноевропейские компании, особенно немецкие фирмы Hoechst и Bayer, успешно вышли на рынок перерабатываемого пластика. Используя высокотехнологичный подход, они разрабатывают новые методы разделения и обработки смешанных пластиковых отходов.

Потенциальное использование переработанных материалов включает пиломатериалы из пластика. Переработанный пластик смешивают с древесными волокнами и перерабатывают в замену пиломатериалам. Если бы древесные волокна не использовались повторно, они превратились бы в свалку. Конечный продукт называется Биопастой.Ожидается, что в конечном итоге это станет многомиллионным предприятием. Исследования и разработки продолжают улучшать этот продукт.

Переработка – это экономически эффективное средство обращения с потребительскими пластиковыми отходами. Исследования по снижению затрат на переработку необходимо продолжить. Переработка пластмасс не сможет достичь уровня программ рециркуляции бумаги и некоторых металлов до тех пор, пока не будут внедрены более дешевые и автоматические методы переработки. К счастью, решения этих проблем не выходят за рамки наших технологий или нашего разума.Ниже представлена ​​диаграмма, в которой перечислены различные типы пластмасс и их использование до и после переработки.

Таблица 3: Основные пластмассовые смолы и их применение

Код смолы	Название смолы	Распространенное использование	Примеры переработанных продуктов
	Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТ)	Бутылки для безалкогольных напитков, банки с арахисовым маслом, бутылки для заправки салатов, банки для полоскания рта	Бутылки для жидкого мыла, обвязка, фибровый наполнитель для зимних пальто, доски для серфинга, кисти, пух на теннисных мячах, бутылки для безалкогольных напитков, пленка
	Полиэтилен высокой плотности (HDPE)	Емкости для молока, воды и сока, продуктовые пакеты, игрушки, бутылки для жидких моющих средств	Чашки на основе безалкогольных напитков, цветочные горшки, сливные трубы, вывески, сиденья стадиона, мусорные баки, мусорные корзины, конусы дорожных барьеров, вкладыши для сумок для гольфа, игрушки
	Поливинилхлорид или винил (PVC-V)	Прозрачная упаковка для пищевых продуктов, флаконы для шампуня	Коврики в салон, патрубки, шланги, брызговики
	Полиэтилен низкой плотности (LDPE)	Пакеты для хлеба, пакеты для замороженных продуктов, пакеты для продуктов	Вкладыши для мусорных баков, пакеты для продуктов, универсальные пакеты
	Полипропилен (ПП)	Бутылки для кетчупа, контейнеры для йогурта, маргарин, кадки, бутылки с лекарствами	Ступени люков, ведра с краской, ящики для хранения видеокассет, скребки для льда, лотки для фаст-фуда, колеса газонокосилок, детали автомобильных аккумуляторов.
	Полистирол (ПС)	Ящики для видеокассет, оболочки для компакт-дисков, кофейные чашки, столовые приборы, подносы для кафетерия, подносы для мяса в продуктовых магазинах, контейнеры для бутербродов быстрого питания	Держатели номерных знаков, дренажные системы для полей для гольфа и септических ям, аксессуары для настольных столов, подвесные файлы, подносы для еды, цветочные горшки, мусорные баки

Следующая тема: Ссылки
Полимеры Содержание
Домашняя страница MAST

,

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Полимер – это молекула, состоящая из соединения множества небольших молекул, называемых мономерами. Слово «полимер» можно разбить на «поли» (что по-гречески означает «много») и «мер» (что означает «единица»). Это показывает, как химический состав полимера состоит из множества более мелких единиц (мономеров), связанных вместе в более крупную молекулу. Химическая реакция связывания мономеров вместе с образованием полимера называется полимеризацией .

Некоторые полимеры являются натуральными и созданы организмами. Белки имеют молекулы полипептидов, которые представляют собой природные полимеры, состоящие из различных мономерных единиц аминокислот. Нуклеиновые кислоты – это огромные природные полимеры, состоящие из миллионов нуклеотидных единиц. Целлюлоза и крахмал (два типа углеводов) также являются природными полимерами, состоящими из мономера глюкопиранозы, связанных между собой различными способами. Каучук – это смесь полимеров. Пластмассы – это искусственные полимеры. Многие волокна сделаны из полимеров.

Если «звенья», называемые мономерами, в полимере одинаковы, то полимер называется «гомополимером».Гомополимеры именуются добавлением префикса poly- перед названием мономера, из которого сделан полимер. Например, полимер, полученный путем связывания молекул мономера стирола вместе, называется полистиролом.

Многие молекулы стирола соединяются в молекулу полистирола. Волнистые линии на обоих концах полимера означают, что здесь показан только короткий участок длинной молекулы.

Если мономеры не все одинаковы, полимер называют «сополимером» или «гетерополимером».

Многие молекулы полимера подобны цепочкам , где звеньями являются мономерные звенья. Молекулы полимера могут быть с прямой цепью, иметь разветвлений на от основной цепи или с перекрестными связями между цепями. В качестве примера сшивки, сульфгидрильные (-S-H) группы в двух цистеиновых аминокислотных единицах в полипептидных цепях могут связываться вместе, образуя дисульфидный мостик (-S-S-), соединяющий цепи вместе.

,

Полимеры и пластмассы: введение в химию

Пластмассы и природные материалы, такие как резина или целлюлоза, состоят из очень больших молекул, называемых полимерами . Полимеры состоят из относительно небольших молекулярных фрагментов, известных как мономеров , которые соединены вместе.

Шерсть, хлопок, шелк, дерево и кожа – примеры натуральных полимеров, которые были известны и использовались с древних времен. Эта группа включает биополимеров , таких как белки и углеводы, которые являются составными частями всех живых организмов.

Синтетические полимеры, которые включают большую группу, известную как пластмассы , приобрели известность в начале двадцатого века. Способность химиков разрабатывать их для получения желаемого набора свойств (прочности, жесткости, плотности, термостойкости, электропроводности) значительно расширила многие роли, которые они играют в современной промышленной экономике.

Эта глава будет посвящена в основном синтетическим полимерам, но будет включать в себя синопсис некоторых наиболее важных природных полимеров.Он завершится кратким описанием некоторых из очень серьезных экологических проблем, созданных широким использованием пластмасс.

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 единиц.

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 надпечаткой через 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 верно в отношении 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 полимерных молекул: представьте 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, как спагетти. Таким образом, полимеры обычно образуют аморфных твердых веществ. Однако есть способы, которыми можно частично ориентировать определенные полимеры.

Как классифицируются полимеры

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 обсуждается более подробно в следующих разделах этой страницы.

Классификация по структуре

• Природа мономерных звеньев
• Средняя длина цепи и молекулярная масса
• Гомополимеры (один вид мономерных звеньев) или сополимеров ;
• 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 частиц, но часто случается, что некоторые части могут стать достаточно выровненными для образования области, демонстрирующей кристаллический порядок, поэтому некоторые полимерные твердые вещества 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 (хлопковая 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 нет 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 вязкими с повышением температуры.

В некоторых полимерах (известных как термопластов ) 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 .

См. Здесь для более полного определения температуры стеклования.

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 впрыскивать в формы для изготовления предметов различной формы или прессовать в листы или волокна.

Другие полимеры (как правило, сильно сшитые) вообще не плавятся; они известны как реактопластов . Если из них нужно сделать 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 так, 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 _г повышено до 107 °, что делает его пригодным для использования в прозрачных емкостях для напитков.

Полимер, который состоит из идентичных мономерных звеньев (как полиэтилен), называется гомополимером . Гетерополимеры состоят из более чем одного типа мономеров.Искусственные гетерополимеры более известны как сополимеры .

Топология полимерной цепи

Полимеры также можно разделить на 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 относительно друг друга, образуя эластичный полимер или эластомер .

Конфигурация и тактика полимерной цепи

В линейном полимере, таком как полиэтилен, вращения вокруг одинарных углерод-углеродных связей могут позволить цепям изгибаться или скручиваться по-разному, в результате получается подобная спагетти смесь этих различных конформаций , о которых мы упоминали выше. Но если один из атомов водорода заменяется каким-либо другим элементом, например метильной группой, относительная ориентация отдельных мономерных звеньев, составляющих линейный участок любой углеродной цепи, становится важной характеристикой полимера.

Цис-транс Изомерия 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 цис-транс-изомерия становится возможной, давая начало двум различным возможным конфигурациям (известным как диастереомеры) на каждом звене цепи.Эта, казалось бы, маленькая переменная

.