Полимеры и пластмассы

Понятие о полимерах и пластмассах
Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых, называемые макромолекулами, состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных между собой химическими связями.

Для получение полимеров используют:
Реакцию полимеризации – в неё вступают молекулы одинаковых мономеров, в результате получается полимер, побочных продуктов не образуется. Таким образом получают полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др.
Реакцию поликонденсации – в неё вступают молекулы одинаковых или разных мономеров, образование полимера идет с выделением побочных продуктов (воды и газа). Таким способом получают феноло- и аминоальдегидные смолы, полиэфирные, полиуритановые и др.

Классификация высокомолекулярных соединений:
По происхождению:
природные (природные белки, каучук)
искусственные (нитроцеллюлоза, ацетат целлюлозы)
синтетические (полиэтилен, поливинилхлорид)
По природе:
органические(белки, полиолефены, эпоксидные смолы)
неорганические (сера, кварц, тальк, корунд)
элементоорганические (кремнийорганические, борсодеражащие и фосфорсодержащие полимеры)

По типу реакций получения:
полимеризационные (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол)
поликонденсационные (полиамиды, полиэфиры, эпоксидные смолы, фенолоформальдегидные смолы)
В зависимости от структуры основной цепи:
линейные (молекулы вытянутой или зигзагообразной формы без боковых ответвлений)
разветвленные (длина основной цепи молекулы соизмерима с длиной боковых ответвлений)
пространственные или сетчатые (соединенные химическими связями во всех трех направлениях пространства отрезки макромолекул)

По отношению к действию повышенных температур:
Термопластичные (высокомолекулярные соединения, изменения свойств которых при нагревании носят обратимый характер)
Термореактивные (высокомолекулярные соединения, изменения свойств которых при нагревании носят необратимый характер)
Линейная
Разветвленная
Пространственная

Пластические массы
Пластическими массами называются высокомолекулярные органические и элементоорганические соединения (полимеры) и композиции на их основе, способные принимать заданную форму под влиянием внешнего воздействия (температуры и давления) и сохранять её после устранения внешнего воздействия

Основные общие свойства пластмасс:
Легкость
Механическая прочность
Химическая стойкость
Термостойкость
Хороший внешний вид
Высокие диэлектрические свойства
Оптические свойства

Состав пластмасс:
Связующие вещества – главная составляющая часть пластмасс, определяющая их основные свойства и связывающая другие элементы в однородную массу.
Наполнители – повышают механическую прочность, твердость, термостойкость, повышают величину усадки пластмассы.
Пластификаторы – повышают мягкость, эластичность, гибкость, морозостойкостьэ
Красящие вещества – тонкоизмельченные объекты или органические красители.

Стабилизаторы (ингибиторы) – это вещества, препятствующие необратимому изменению свойств пластмасс под действие света, влаги, кислороды и температуры.
Газообразователи – химические соединения, разлагающиеся в процессе образования пластмассы при нагревании с выделением большого количества газа, образующего поры в структуре пластмасса.
Отвердители – добавляют в термореактивные пластмасса для перевода их в процессе формирования изделий в неплавкое и нерастворимое состояние.

Полиэтилен
Занимает первое место по объему производства.
Получается полимеризацией этилена.
Материал белого цвета, просвечивающий, полужесткий, с жирной на ощупь поверхностью.
Используется в изделиях без пластификаторов и наполнителей, окрашивается в любой цвет.
Сочетает высокую прочность при растяжении с эластичностью, хороший диэлектрик.
Устойчив к щелочам и кислотам, разрушается хлором и фтором. В жирах набухает
Горит медленно, синеватым у основания пламенем, капая. Издает запах парафина.

Пример полиэтилена

Полипропилен
Получается полимеризацией пропилена.
Жесткий молочно-белого цвета с сухой блестящей поверхностью, в пленке прозрачный бесцветный.
Имеет высокую ударную прочность, стойкость к многократным изгибам, низкую паро- газопроницаемость, хорошие диэлектрические свойства.
Термо- и светостойкость низкие, устойчив к щелочам и воде.
Горит с копотью, издает запах жженой резины.

Пример полипропилена:

Поливинилхлорид
Продукт полимеризации винилхлорида.
Твердое белого цвета вещество, выше 100°С разлагается с выделением хлористого водорода.
Обладает высокой химической стойкостью, не подвержен воздействие воды, нефтепродуктов, масел, многих химических реактивов
Растворим в дихлорэтане, нитробензоле, циклогексане.
Горит только в пламени, зеленоватым цветом, издает запах хлора. Пластикат может гореть вне пламени, с большим количеством копоти, также с запахом хлора.

Пример поливинилхлорида:

Фторполимеры
Получают путем полимеризации фтористого этилена.
Эластичен и хладотекуч, не подвержен действию плесневых грибов.
Не поглощает влагу, не набухает в растворителях, абсолютно стоек к кислотам и щелочам.
При температуре 415° разлагается.

Пример фторполимеров:

Полистирол
Получают полимеризацией стирола.
Жесткое, бесцветное и прозрачное вещество, легко окрашивается, при ударе издает металлический звук.
Размягчается при 85°, растворяется в ароматических углеводородах, мономере.
Обладает невысокой прочностью, хрупок. Имеет высокие диэлектрические свойства.
Горит с копотью, издавай сладковатый запах, легко размягчается и тянется нитями.

Пример полистирола:

Поливинилацетат
Продукт полимеризации винилацетата.
Твердое, бесцветное, прозрачное вещество.
Хладотекуч, растворим во многих органических растворителях. Нерастворим в бензине, керосине, минеральных маслах, скипидаре и воде.
Омыляется кислотами и щелочами с образованием поливинилового спирта.
Имеет высокую адгезию к коже, силикатному стеклу, тканям.
Применяется в производстве клеев, пропиточных составов, эмульсионных красок.

Пример поливинилацетата:

Акриловые смолы
Получают полимеризацией эфиров акриловой и метакриловой кислот.
Высокая прозрачность. Устойчив к воде, кислотам, щелочам.
Хорошо обрабатывается режущим инструментом, легко полируется, склеивается и сваривается.
Низкая абразивная стойкость.
Горит вспышками, потрескивая, издает сладковатый эфирный запах.

Пример акриловых смол (оргстекло):

Полиэфирные смолы
Продукт полимеризации ненасыщенных сложных эфиров.
Прочные, водостойкие, химически-устойчивые материалы с хорошей адгезия и высоким диэлектрическими свойствами
Используется в производстве стеклопластиков, лаков, шпатлевок и клеев.
Наибольшее распространение получил полиэтилентерефталат (лавсан) – белый или светло-кремовый непрозрачный материал. Температура плавления 265°С.
Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.

Пример полиэфирных смол:

Эпоксидные смолы
Образуются при взаимодействии эпихлоргидрина с фенолами, аминами.
Устойчив к действию щелочей, моющих средств, окислителей, большинства органических кислот.
Обладают высокой прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, малой усадкой и высокой адгезией.
Применяются для изготовления клеев, лаков.

Пример эпоксидных смол:

Поликарбонаты
Продукт взаимодействия двухатомных фенолов с производными угольной кислоты.
Твердые, бесцветные или желтоватые вещества, плавятся при 150-270°С. Отличаются высокой прочностью к изгибам и ударам, хорошими электроизоляционными свойствами.
Растворяются в хлорированных углеводородах, устойчивы к воде, растворам кислот и щелочей.
Применяются для изготовления пленок, волокон.
Загораются с трудом, вне пламени гаснут, издают неприятный специфический запах.

Пример поликарбонатов:

Алкидные смолы
Получают поликонденсацией многоатомных спиртов с многоосновными кислотами.
Наиболее распространены смолы, полученные из глицерина пентаэритрита с фталевой кислотой – глифталевые и пентафталевые смолы.
Применяются в виде 40-60-процентных растворов в органических растворителях для изготовления олиф и лаков, эмалевых красок, линолеума, клеенки.

Пример алкидных смол:

Полиамиды
Роговидные вещества от белого до кремового цвета, в тонком слое просвечивают.
Плавятся при 150-430°С
Высокая прочность, твердость, эластичность, износо- и теплостойкость, устойчивость к химическим реагентам.
Растворяются только в сильно полярных растворителях (концентрированная серная кислота)
Применяется при производстве волокон, пленок, клеев, радиоаппаратуры, антифрикционных изделий.

Пример полиамидов:

Полиуретаны
Образуются при поликонденсации ди- или полиизационатов с многоатомными спиртами.
Жесткие или эластичные твердые вещества, либо вязкие жидкости.
Обладают высокими износо-, атмосферо- и кислотостойкостью.
Вспененные полиуретаны бывают эластичные или жесткие.

Пример полиуретанов:

Силиконы
Кремнийорганические полимеры.
Могут быть вязкими жидкостями, куачукоподобными или стеклоподобными веществами. Хорошие диэлектрики, безвредны.
Обладают высокой морозо- и атмосверостойкостью, уникальными электроизоляционными свойствами.
Имеют температуру эксплуатации от -70 до 250°С
Используются для изготовления прокладок, работающих на сжатие.

Пример силиконов:

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

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