Polimerni materijali(plastika, plastika) su, u pravilu, kaljeni kompozitni sastavi, u kojima polimeri, oligomeri služe kao vezivo. Dobili su široko rasprostranjeno ime "plastika" (što nije sasvim točno) jer su u plastičnom (fluidnom) stanju kada se prerađuju u proizvode. Stoga su naučno utemeljeni nazivi "polimerni materijali", " kompozitni materijali na bazi polimera ".

Polimeri (od grčkog poly - puno, meres - parts) su kemijski spojevi velike molekulske mase, čiji se molekuli sastoje od ogromnog broja ponavljajućih osnovnih jedinica iste strukture. Takve se molekule nazivaju makromolekule. Ovisno o rasporedu atoma i atomskih grupa (elementarnih karika) u njima, oni mogu imati linearnu (lanastu), razgranatu, mrežastu i prostornu (trodimenzionalnu) strukturu koja određuje njihova fizičko-mehanička i kemijska svojstva. Formiranje ovih molekula moguće je zbog činjenice da su atomi ugljika lako i čvrsto povezani međusobno i sa mnogim drugim atomima.

Postoje i formopolimeri (predpolimeri, predpolimeri), koji su spojevi koji sadrže funkcionalne skupine i sposobni su sudjelovati u reakcijama rasta ili umrežavanja polimernog lanca s stvaranjem linearnih i mrežnih polimera velike molekulske mase. Prije svega, to su također tekući poliol proizvodi s viškom poliizocijanata ili drugih spojeva u proizvodnji proizvoda od poliuretana.

Po porijeklu polimeri mogu biti prirodni, umjetni i sintetički.

Prirodni polimeri uglavnom su biopolimeri - proteinske tvari, škrob, prirodne smole (borova kolofonija), celuloza, prirodna guma, bitumen itd. Mnogi od njih nastaju u procesu biosinteze u stanicama živih i biljnih organizama. Međutim, u industriji se u većini slučajeva koriste umjetni i sintetički polimeri.

Glavne sirovine za proizvodnju polimera su nusproizvodi ugljena i naftna industrija, proizvodnja gnojiva, prirodni gas, celuloze i drugih tvari. Formiranje takvih makromolekula i polimera u cjelini uzrokovano je utjecajem toka svjetlosnih zraka na početnu tvar (monomer), električna pražnjenja visokofrekventne struje, grijanje, tlak itd.

Ovisno o načinu dobivanja polimera, oni se mogu podijeliti na polimerizaciju, polikondenzaciju i modificirane prirodne polimere. Postupak dobivanja polimera uzastopnim dodavanjem monomernih jedinica jedna drugoj kao rezultat otvaranja više (nezasićenih) veza naziva se reakcija polimerizacije. Tijekom ove reakcije tvar može prijeći iz plinovitog ili tekućeg stanja u vrlo gusto tekuće ili čvrsto stanje. U ovom slučaju reakciju ne prati odvajanje bilo kojih nusproizvoda niske molekulske mase. I monomer i polimer karakterišu isti elementarni sastav. Reakcijom polimerizacije proizvodi se polietilen iz etilena, polipropilen iz propilena, poliizobutilen iz izobutilena i mnogi drugi polimeri.

Tijekom reakcije polikondenzacije, atomi dva ili više monomera preuređuju se i nusproizvodi niske molekulske mase (na primjer, voda, alkoholi ili druge tvari niske molekulske mase) oslobađaju se iz reakcijske sfere. Reakcijom polikondenzacije nastaju poliamidi, poliesteri, epoksi, fenol-formaldehid, organosilicijum i drugi sintetički polimeri, koji se nazivaju i smole.

Ovisno o odnosu prema grijanju i otapalima, polimeri se, poput materijala na njihovoj osnovi, dijele na termoplastične i termoreaktivne.

Termoplastični polimeri (termoplastike), kada se prerađuju u proizvode, mogu opetovano prelaziti iz čvrstog agregatnog stanja u viskozno-fluidno stanje (talina), a nakon hlađenja se ponovno učvršćuju. U pravilu nemaju visoku temperaturu prijelaza u stanje viskoznog tečenja, dobro se obrađuju brizganjem, ekstruzijom i prešanjem. Formiranje proizvoda od njih je fizički proces koji se sastoji u skrućivanju tekućeg ili omekšanog materijala kada se ohladi i ne dođe do kemijskih promjena. Većina termoplastike je također topljiva u odgovarajućim otapalima. Termoplastični polimeri imaju linearne ili blago razgranate makromolekule. To uključuje određene vrste polietilena, polivinil klorida, fluoroplastike, poliuretane, bitumen itd.

Termoreaktivna (termoreaktivna plastika) uključuje polimere čija prerada u proizvode prati hemijska reakcija formiranje mreže ili trodimenzionalnog polimera (stvrdnjavanje, umrežavanje lanaca) i prijelaz iz tekućeg stanja u čvrsto stanje događa se nepovratno. Njihovo stvrdnuto stanje je termički stabilno i gube sposobnost ponovnog prelaska u stanje viskoznog tečenja (na primjer, fenol, poliester, epoksidni polimeri itd.).

Klasifikacija i svojstva polimernih materijala

Polimerni materijali, ovisno o sastavu ili broju komponenti, dijele se na nepopunjene, predstavljene samo jednim vezivom (polimerom) - organsko staklo, U većini slučajeva polietilenski film; punjene, koje mogu uključivati ​​punila, plastifikatore, stabilizatore, učvršćivače, pigmente - stakloplastiku, tektolit, linoleum i punjene plinom (pjena i stanična plastika) - polistirensku pjenu, poliuretansku pjenu itd. kako bi se dobio potreban skup svojstava.

U zavisnosti od fizičkog stanja sa normalna temperatura i viskoelastična svojstva, polimerni materijali su kruti, polukruti, meki i elastični.

Kruti su tvrdi, elastični materijali s amorfnom strukturom s modulom elastičnosti većim od 1000 MPa. Lome se lomljivo uz zanemarivo izduženje pri lomu. To uključuje fenoplastiku, aminoplaste, plastiku na bazi gliftalnih i drugih polimera.

Gustoća polimernih materijala najčešće je u rasponu od 900.1800 kg / m3, tj. 2 puta su lakši od aluminija i 5,6 puta lakši od čelika. Istovremeno, gustoća poroznih polimernih materijala (pjene) može biti 30..15 kg / m3, a gusta - veća od 2.000 kg / m3.

Tlačna čvrstoća polimernih materijala u većini je slučajeva superiornija od mnogih konvencionalnih Građevinski materijal(beton, cigla, drvo) i iznosi oko 70 MPa za nepopunjene polimere, više od 200 MPa za armiranu plastiku, 100.150 MPa za istezanje materijala s punilom u prahu i 276.414 MPa i više za materijale od stakloplastike.

Toplinska vodljivost takvih materijala ovisi o njihovoj poroznosti i tehnologiji proizvodnje. Za pjene i poroznu plastiku to je 0,03,04 W / m -K, za ostale 0,2,0,7 W / mK ili 500 600 puta manje nego za metale.

Nedostatak mnogih polimernih materijala je njihova niska otpornost na toplinu. Na primjer, većina njih (na bazi polistirena, polivinil klorida, polietilena i drugih polimera) ima toplinsku otpornost od 60,80 ° C. Na osnovi fenol -formaldehidnih smola, otpornost na toplinu može doseći 200 ° C, a samo na silikonskim polimerima - 350 ° C.

Kao spojevi ugljikovodika, mnogi polimerni materijali su zapaljivi ili imaju nisku otpornost na vatru. Proizvodi na bazi polietilena, polistirena, derivata celuloze su zapaljivi i zapaljivi sa velikom emisijom čađi. Proizvodi na bazi polivinil klorida, poliesterske stakloplastike, fenolne plastike, koji, kada povišena temperatura samo se ugljenisati. Nezapaljivi su polimerni materijali sa visok sadržaj hlor, fluor ili silicijum.

Mnogi polimerni materijali, kada se obrađuju, spaljuju, pa čak i zagrijavaju, emitiraju tvari opasne po zdravlje, kao npr ugljen monoksid, fenol, formaldehid, fosgen, klorovodična kiselina Značajni nedostaci su visoki koeficijent toplinskog širenja - 2 do 10 puta veći od onog u čeliku.

Polimerne materijale karakterizira skupljanje tijekom stvrdnjavanja, dosežući 5,8%. Većina njih ima nizak modul elastičnosti, mnogo niži od onog u metala. Pod dugotrajnim opterećenjima pokazuju visoko puzanje. S povećanjem temperature puzanje se još više povećava, što dovodi do neželjenih deformacija.

Detalji objavljeni: 25. decembra 2013

Izraz polimer danas se široko koristi u industriji plastike i kompozita, a često se riječ "polimer" koristi za označavanje plastike. Zapravo, izraz "polimer" znači mnogo, mnogo više.

Stručnjaci kompanije LLC NPP Simplex odlučili su detaljno reći šta su polimeri:
Polimer je tvar sa hemijski sastav molekule povezane u dugačke ponavljajuće lance. Zahvaljujući tome, svi materijali napravljeni od polimera imaju jedinstvena svojstva i mogu se prilagoditi ovisno o njihovoj namjeni.
Polimeri su umjetnog i prirodnog porijekla. Najčešći u prirodi je prirodni kaučuk, koji je izuzetno koristan i čovječanstvo ga koristi već nekoliko hiljada godina. Guma (guma) ima odličnu elastičnost. To je rezultat činjenice da su molekularni lanci u molekuli izuzetno dugi. Apsolutno sve vrste polimera imaju svojstva povećane elastičnosti, međutim, uz ta svojstva, mogu pokazati široki raspon dodatnih korisna svojstva... Ovisno o namjeni, polimeri se mogu fino sintetizirati za najpogodniju i najkorisniju upotrebu njihovih specifičnih svojstava.

Osnovna fizička svojstva polimera:

• Otpornost na udarce
• Rigidnost
• Transparentnost
• Fleksibilnost
• Elastičnost

  Hemičari su odavno primijetili jednu zanimljiva karakteristika u vezi s polimerima: ako pogledate polimerni lanac pod mikroskopom, možete vidjeti da će vizualna struktura i fizička svojstva molekula lanca oponašati stvarna fizička svojstva polimera.

  Na primjer, ako se polimerni lanac sastoji od monomera čvrsto uvijenih između niti i teško ih je odvojiti, tada će najvjerojatnije ovaj polimer biti jak i elastičan. Ili, ako polimerni lanac pokazuje elastičnost na molekularnom nivou, vjerovatno je da će polimer također imati fleksibilna svojstva.

  Prerada polimera
  Većina polimernih proizvoda može se promijeniti i deformirati izlaganjem visoke temperature međutim, na molekularnom nivou, sam polimer se možda neće promijeniti i bit će moguće stvoriti novi proizvod od njega. Na primjer, možete se otopiti plastični kontejner i boce, a zatim napraviti od ovih polimera plastične posude ili dijelovi automobila.

  Primjeri polimera
  Ispod je lista najčešćih polimera koji se danas koriste, kao i njihova glavna upotreba:

  • Polipropilen (PP) - Proizvodnja tepisi, posude za hranu, boce.
  • Neopren - Odelo
  • Polivinil klorid) (PVC) - Proizvodnja cjevovoda, valovitog kartona
  • Polietilen niske gustoće (LDPE) - vrećice za namirnice
  • Polietilen visoke gustoće (HDPE) - spremnik za deterdženata, boce, igračke
  • Polistiren (PS) - Igračke, pjena, namještaj bez okvira
  • Politetrafluoroetilen (PTFE, PTFE) - neprianjajuće posude, električna izolacija
  • Polimetil metakrilat (PMMA, pleksiglas, pleksiglas) - oftalmologija, proizvodnja akrilne kupke, tehnologija rasvjete
  • (PVA) - Boje, ljepila

  

Godine 1833. J. Berzelius je skovao izraz "polimerija", koji je nazvao jednom od vrsta izomerije. Takve tvari (polimeri) morale su imati isti sastav, ali različite molekularne težine, poput etilena i butilena. Zaključak J. Berzeliusa ne odgovara savremenom shvaćanju pojma "polimer", jer pravi (sintetički) polimeri tada još nisu bili poznati. Prva pominjanja sintetičkih polimera datiraju iz 1838. godine (poliviniliden -hlorid) i 1839. godine (polistiren).

Hemija polimera nastala je tek nakon teorije A.M. Butlerova hemijska struktura organska jedinjenja i dalje je razvijen zahvaljujući intenzivnoj potrazi za metodama sinteze gume (G. Bouchard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev). Od početka 20 -ih godina 20. stoljeća počeli su se razvijati teoretski koncepti strukture polimera.

DEFINICIJA

Polimeri- hemijski spojevi velike molekulske mase (od nekoliko hiljada do mnogo miliona), čije se molekule (makromolekule) sastoje od velikog broja ponavljajućih grupa (monomernih jedinica).

Klasifikacija polimera

Klasifikacija polimera temelji se na tri karakteristike: njihovom podrijetlu, kemijskoj prirodi i razlikama u glavnom lancu.

S gledišta porijekla, svi polimeri se dijele na prirodne (prirodne), koji uključuju nukleinske kiseline, proteini, celuloza, prirodna guma, jantar; sintetičke (dobijene u laboratoriji sintezom i bez prirodnih analoga), koje uključuju poliuretan, polivinilden fluorid, fenol-formaldehidne smole itd. umjetni (dobiveni u laboratoriji sintezom, ali na bazi prirodnih polimera) - nitroceluloza itd.

Prema kemijskoj prirodi, polimeri se dijele na organske polimere (na osnovu monomera - organska tvar - svi sintetički polimeri), anorganske (na bazi Si, Ge, S i drugih neorganskih elemenata - polisilani, polisilicilne kiseline) i organoelemente (mješavina organskih i anorganskih polimera - polisloksana) prirode.

Dodijelite homolanca i heterolančani polimeri... U prvom slučaju glavni lanac čine atomi ugljika ili silicija (polisilani, polistiren), u drugom kostur različitih atoma (poliamidi, proteini).

Fizička svojstva polimera

Polimere karakteriziraju dva agregatna stanja - kristalno i amorfno i posebna svojstva- elastičnost (reverzibilna deformacija pod malim opterećenjem - guma), niska lomljivost (plastika), orijentacija pod djelovanjem usmjerenog mehaničkog polja, visoka viskoznost, a otapanje polimera također nastaje njegovim bubrenjem.

Dobivanje polimera

Reakcije polimerizacije su lančane reakcije koje su serijska veza molekuli nezasićenih spojeva međusobno s stvaranjem proizvoda velike molekulske mase - polimera (slika 1).

Pirinač. 1. Opća shema proizvodnja polimera

Na primjer, polietilen se dobiva polimerizacijom etilena. Molekulska težina molekula doseže 1 milion.

n CH 2 = CH 2 = - ( - CH 2 -CH 2 -) -

Kemijska svojstva polimera

Prije svega, polimere će karakterizirati reakcije karakteristične za funkcionalnu skupinu prisutnu u polimeru. Na primjer, ako polimer sadrži hidrokso skupinu karakterističnu za klasu alkohola, tada će polimer sudjelovati u reakcijama poput alkohola.

Drugo, interakcija sa spojevima niske molekulske mase, interakcija polimera međusobno s stvaranjem umreženih ili razgranatih polimera, reakcije između funkcionalnih grupa koje su dio istog polimera, kao i razgradnja polimera u monomere (uništenje lanca).

Primjena polimera

Proizvodnja polimera našla je široku primjenu u različitim područjima ljudskog života - hemijska industrija(proizvodnja plastike), konstrukcija mašina i aviona, u preduzećima za preradu nafte, u medicini i farmakologiji, godine poljoprivrede(proizvodnja herbicida, insekticida, pesticida), građevinska industrija (zvučna i toplotna izolacija), proizvodnja igračaka, prozora, cijevi, predmeta za domaćinstvo.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 1

Vježbe	Polistiren se dobro otapa u nepolarnim organskim otapalima: benzen, toluen, ksilen, ugljikov tetraklorid. Izračunajte maseni udio (%) polistirena u otopini dobivenoj otapanjem 25 g polistirena u benzenu težine 85 g. (22,73%).
Rešenje	Zapisujemo formulu za pronalaženje masenog udjela: Odredite masu otopine benzena: m rastvor (C 6 H 6) = m (C 6 H 6) / ( / 100%)

Materijali dobiveni od polimera... Na bazi polimera, vlakana, filmova, guma, lakova, ljepila, plastike i kompozitnih materijala (kompozita).

Vlakna se dobivaju istiskivanjem otopina ili taljenja polimera kroz fine rupe (prednje ploče) u ploči, nakon čega slijedi skrućivanje. Polimeri koji stvaraju vlakna uključuju poliamide, poliakrilonitrile itd.

Polimerni filmovi dobivaju se iz polimernih talina istiskivanjem kroz matrice s prorezima ili primjenom polimernih otopina na pokretni remen ili kalandriranjem "polimera. Filmovi se koriste kao električna izolacija i ambalažni materijal, magnetske trake itd.

Lakovi su otopine tvari koje stvaraju film u organskim otapalima. Osim polimera, lakovi sadrže tvari koje povećavaju plastičnost (plastifikatori), topljive boje, učvršćivači itd. Koriste se za električne izolacijske premaze, a također i kao podloga za temeljni premaz i lakove za lakove.

Ljepila su sastavi koji se mogu spojiti razni materijali zbog stvaranja jakih veza između njihovih površina i ljepljivog sloja. Sintetička organska ljepila su na bazi monomera, oligomera, polimera ili njihovih smjesa. Sastav uključuje učvršćivače, punila, plastifikatore itd.

Ljepila se dijele na termoplastična, termoreaktivna i gumena ljepila. Termoplastična ljepila se vezuju za površinu otvrdnjavanjem pri hlađenju od tačke tečenja do sobne temperature ili isparavanjem otapala. Termoreaktivna ljepila spajaju se s površinom kao posljedica stvrdnjavanja (umrežavanje), gumena ljepila kao rezultat vulkanizacije.

Fenol- i urea-formaldehid i epoksidne smole, poliuretani, poliesteri i drugi polimeri, termoplastična ljepila - poliakrili, poliamidi, polivinil acetali, polivinil klorid i drugi polimeri. Čvrstoća ljepljivog sloja, na primjer, fenol -formaldehidnih ljepila (BF, VK) na 20 ° C s posmikom, je u rasponu od 15 do 20 MPa, epoksid - do 36 MPa.

Plastika je materijal koji sadrži polimer, koji je u stanju viskoznog tečenja za vrijeme stvaranja proizvoda, a u staklastom stanju za vrijeme njegovog rada. Sve plastike su klasificirane kao termoseti i termoplastike. Prilikom oblikovanja termoseta dolazi do nepovratne reakcije očvršćavanja koja se sastoji u stvaranju mrežne strukture. Termoseti uključuju materijale na bazi fenol-formaldehida, urea-formaldehida, epoksi i drugih smola. Termoplastika je sposobna opetovano prelaziti u stanje viskoznog strujanja pri zagrijavanju i staklasta kada se ohladi. Termoplastika uključuje materijale na bazi polietilena, politetrafluoroetilena, polipropilena, polivinil klorida, polistirena, poliamida i drugih polimera.

Osim polimera, plastika uključuje plastifikatore, boje i punila. Plastifikatori, poput dioktil ftalata, dibutil sebakata, kloriranog parafina, snižavaju temperaturu staklastog prijelaza i povećavaju fluidnost polimera. Antioksidansi usporavaju razgradnju polimera. Punila poboljšavaju fizička i mehanička svojstva polimera. Kao punila koriste se prah (grafit, čađa, kreda, metal itd.), Papir, tkanina. Posebna grupa plastika čini kompozite.

Kompozitni materijali (kompoziti) - sastoje se od baze (organske, polimerne, ugljične, metalne, keramičke), ojačane punilom, u obliku vlakana velike čvrstoće ili brkova. Kao osnova koriste se sintetičke smole (alkid, fenol-formaldehid, epoksid itd.) I polimeri (poliamidi, fluoroplastike, silikoni itd.).

Ojačavajuća vlakna i kristali mogu biti metalni, polimerni, anorganski (na primjer, staklo, karbid, nitrid, borni). Punila za pojačavanje uvelike određuju mehanička, termofizička i električna svojstva polimera. Mnogi kompozitni polimerni materijali nisu lošiji po čvrstoći od metala. Kompoziti na bazi polimera, ojačan staklenim vlaknima(fiberglas), imaju visoku mehanička čvrstoća(vlačna čvrstoća 1300-2500 MPa) i dobra električna izolacijska svojstva. Kompoziti na bazi polimera, ojačani karbonska vlakna(plastika ojačana karbonskim vlaknima), kombiniraju visoku čvrstoću i otpornost na vibracije s povećanom toplinskom vodljivošću i kemijskom otpornošću. Boroplastika (punila - borna vlakna) imaju visoku čvrstoću, tvrdoću i nisko puzanje.

Kompoziti na bazi polimera koriste se kao konstrukcijski, električni i toplinski izolacijski materijali, otporni na koroziju, protiv trenja u automobilskoj industriji, alatnim strojevima, električnoj industriji, zrakoplovstvu, radiotehnici, rudarstvu, svemirskoj tehnologiji, kemijskom inženjeringu i građevinarstvu.

Redoksitis. Široka primjena dobijeni polimeri sa redoks svojstvima - redoksiti (sa redoks grupama ili redoksionitima).

Upotreba polimera. Veliki broj različitih polimera danas je u širokoj upotrebi. Fizička i hemijska svojstva nekih termoplastika data su u tabeli. 14.2 i 14.3.

Polietilen [-CH2-CH2-] n je termoplastika dobijena radikalnom polimerizacijom na temperaturama do 320 ° C i pritisku od 120-320 MPa (polietilen visokog pritiska) ili pri pritiscima do 5 MPa koristeći složene katalizatore (polietilen nizak pritisak). Polietilen niskog pritiska ima veću čvrstoću, gustoću, elastičnost i tačku omekšavanja od polietilena visokog pritiska. Polietilen je hemijski stabilan u mnogim sredinama, ali stari pod uticajem oksidanata (Tabela 14.3). Dobar dielektrik (vidi tablicu 14.2) može se koristiti u temperaturnom rasponu od -20 do +100 ° S. Zračenje može povećati otpornost polimera na toplinu. Cijevi, električni proizvodi, dijelovi radio opreme, izolacijske folije i omotači kabela (visokofrekventni, telefonski, energetski), filmovi, materijal za pakiranje, zamjene za staklene posude izrađeni su od polietilena.

Polipropilen [-CH (CH3) -CH2-] n je kristalna termoplastika dobijena stereospecifičnom polimerizacijom. Ima veću toplinsku stabilnost (do 120-140 ° C) od polietilena. Ima visoku mehaničku čvrstoću (vidi tablicu 14.2), otporna na opetovano savijanje i abraziju, elastična. Koristi se za proizvodnju cijevi, filmova, spremnika itd.

Termoplastika dobivena radikalnom polimerizacijom stirena.

Polimer je otporan na oksidante, ali nije otporan na jake kiseline, otapa se u aromatskim otapalima (vidi tablicu 14.3).

Tabela 14.2. Fizička svojstva neki polimeri

Property	Polietilen	Polipropilen	Polish-roll	Polivinil hlorid	Polymethymethacrylate	Politetrafluoroetilen
Gustoća, g / cm3 Temperatura staklenog prijelaza, ° S Vlačna čvrstoća, MPa Produženje pri prekidu,% Specifično električni otpor, Ohm × cm Dielektrična konstanta

* Temperatura topljenja.

Tabela 14.3 Hemijska svojstva neki polimeri

Property	Polimeri
	Polietilen	Polistiren	Polivinil hlorid	Polymethymethacrylate	Silikoni	Slojevi fluora
Otpornost na djelovanje: a) kiseli rastvori b) alkalni rastvori c) oksidanti Rastvorljivost u ugljikovodicima a) alifatski b) aromatično Otapala	Oteče Otapa se pri zagrijavanju Benzen pri zagrijavanju	Otporan na slaba rješenja Otporan na slaba rješenja Oteče Rastvara se Alkoholi, eteri, stiren	Ne rastvara se Ne rastvara se Tetrahidrofuran, dihloroetan	Otporan na mini-ral kiseline Rastvoriti Dikloroetan, ketoni	Ne stoj Rastvoriti Topivo Eteri, kloro-ugljikovodici-vodikovi	Rješenja nekih kompleksa

Polistiren ima visoku mehaničku čvrstoću i dielektrična svojstva (vidi tablicu 14.2) i koristi se kao visokokvalitetna električna izolacija, kao i građevinski i dekorativni završni materijal u proizvodnji instrumenata, elektrotehnici, radiotehnici, kućanskih aparata... Vruće vučeni, fleksibilni elastični polistiren koristi se za oblaganje kabela i žica. Stiropor se proizvodi i na bazi polistirena.

Polivinil klorid [-CH2-CHCl-] n je termoplastika napravljena polimerizacijom vinil hlorida, otporna na kiseline, lužine i oksidante (vidi Tabelu 14.3). Otopimo se u cikloheksanonu, tetrahidrofuranu, ograničeno - u benzenu i acetonu. Uspori vatru, mehanički jak (vidi tabelu 14.2). Dielektrična svojstva su gora od polietilena. Primijenjeno kao izolacijski materijal koji se mogu spojiti zavarivanjem. Od njega se prave zapisi, kabanice, lule i drugi predmeti.

Politetrafluoroetilen (fluoroplastika) [- CF2-CF2-] n- termoplastika dobijena metodom radikalne polimerizacije tetrafluoroetilena. Poseduje izuzetnu hemijsku otpornost na kiseline, lužine i oksidante. Odličan dielektrik. Ima vrlo širok radni raspon rada (od -270 do +260 ° C). Na 400 ° C razgrađuje se oslobađanjem fluora, ne vlaži se vodom. Fluoroplastika se koristi kao kemijski otporna građevinski materijal u hemijskoj industriji. Kao najbolji dielektrik koji se koristi u uvjetima gdje je potrebna kombinacija električna izolacijska svojstva sa hemijskom otpornošću. Osim toga, koristi se za nanošenje anti-trenja, hidrofobnih i zaštitni premazi, poklopci tava.

Polimetil metakrilat (pleksiglaza)

Termoplastika dobijena polimerizacijom metil metakrilata. Mehanički je jak (vidi tabelu 14.2), otporan na kiseline i vremenske uslove. Rastvara se u dihloroetanu, aromatskim ugljikovodicima, ketonima, esterima. Bezbojan i optički proziran. Koristi se u elektrotehnici, kao građevinski materijal, a također i kao podloga za ljepila.

Poliamidi su termoplasti koji sadrže amido grupu -NHCO- u glavnom lancu, na primjer, poli-e-najlon [-NH- (CH2) 5-CO-] n, poliheksametilen adipinamid (najlon) [-NH- (CH2) 5 -NH-CO- (CH2) 4-CO-] n, polidodekanamid [-NH- (CH2) 11-CO-] n, itd. Dobijaju se polikondenzacijom i polimerizacijom. Gustoća polimera je 1,0 - 1,3 g / cm3. Odlikuje ih visoka čvrstoća, otpornost na trošenje, dielektrična svojstva. Otporan na ulja, benzin, razrijeđene kiseline i koncentrirane lužine. Koriste se za dobivanje vlakana, izolacijskih filmova, konstrukcijskih proizvoda, proizvoda protiv trenja i električne izolacije.

Poliuretani su termoplasti koji sadrže -NH (CO) O- grupe u glavnom lancu, kao i eter, karbamat itd. Dobivaju se interakcijom izocijanata (spojevi koji sadrže jednu ili više NCO-grupa) s polialkoholima, na primjer, sa glikolima i glicerolom. Otporan na razrjeđivanje mineralnih kiselina i lužina, ulja i alifatskih ugljikovodika.

Proizvode se u obliku poliuretanskih pjena (pjenaste gume), elastomera, dio su lakova, ljepila, brtvila. Koristi se za toplinsku i električnu izolaciju, kao filtere i ambalažni materijal, za izradu cipela, Umjetna koža, proizvodi od gume. Poliesteri - polimeri sa opšta formula HO [-RO-] nH ili [-OC-R-COO-R "-O-] n. Dobija se ili polimerizacijom cikličnih oksida, na primjer etilen oksida, laktona (esteri hidroksi kiselina), ili polikondenzacijom glikola , diestri i drugi spojevi Alifatski poliesteri otporni su na djelovanje lužinskih otopina, aromatični poliesteri također su otporni na djelovanje otopina mineralnih kiselina i soli.

Koriste se u proizvodnji vlakana, lakova i emajla, filmova, koagulanata i flotacijskih reagensa, komponenata hidrauličkih fluida itd.

Sintetičke gume (elastomeri) dobivaju se emulzijom ili stereospecifičnom polimerizacijom. Kada se vulkaniziraju, pretvaraju se u gumu, koju karakterizira visoka elastičnost. Industrija proizvodi veliki broj različitih sintetičkih guma (SC), čija svojstva ovise o vrsti monomera. Mnoge gume nastaju ko-polimerizacijom dva ili više monomera. Razlikovati opće SC i posebnu namenu... K SC opšte namene uključuju butadien [-CH2-CH = CH-CH2-] n i butadien stiren [-CH2-CH = CH-CH2-] n-[-CH2-CH (C6H5)-] n. Guma na njihovoj osnovi koristi se u proizvodima masovnu upotrebu(gume, zaštitni omotači kablova i žica, trake itd.). Ebonit, koji se široko koristi u elektrotehnici, također se dobiva iz ove gume. Gume dobivene iz SC za posebne namjene, osim elastičnosti, odlikuju se i nekim posebnim svojstvima, na primjer, otpornošću na benzo i ulje (butadien nitril SC [-CH2-CH = CH-CH2-] n-[-CH2-CH ( CN)-] n), benzo-, otpornost na ulje i toplinu, nezapaljivost (kloropren SK [-CH2-C (Cl) = CH-CH2-] n), otpornost na trošenje (poliuretan, itd.), Toplina, svjetlost, ozon otpor (butil guma) [-C (CH3) 2-CH2-] n-[-CH2C (CH3) = CH-CH2-] m.

Najviše se koriste stiren butadien (preko 40%), butadien (13%), izopren (7%), kloropren (5%) guma i butil kaučuk (5%). Glavni udio gume (60-70%) ide u proizvodnju guma, oko 4% - u proizvodnju cipela.

Organosilicijski polimeri (silikoni) - sadrže atome silicija u elementarnim jedinicama makromolekula, na primjer:

Veliki doprinos razvoju organosilicijumskih polimera dao je ruski naučnik K.A. Andrianov. Karakteristična osobina ti polimeri imaju visoku otpornost na toplinu i mraz, elastičnost. Silikoni nisu otporni na lužine i otapaju se u mnogim aromatskim i alifatskim otapalima (vidi tablicu 14.3). Organosilicijski polimeri koriste se za izradu lakova, ljepila, plastike i gume. Organosilicijske gume [-Si (R2) -O-] n, na primjer dimetilsiloksan i metil vinil siloksan imaju gustoću od 0,96-0,98 g / cm3, temperaturu staklastog prijelaza 130 ° C. Topiv u ugljikovodicima, halogeniranim ugljikovodicima, etrima. Vulkaniziran organskim peroksidima. Gume se mogu koristiti na temperaturama od -90 do + 300 ° C, imaju otpornost na vremenske uvjete, visoka električna izolacijska svojstva (r = 1015-1016 Ohm × cm). Koriste se za proizvode koji rade u uvjetima velikih temperaturnih razlika, na primjer, za zaštitne premaze svemirska letelica itd.

Fenolne i amino-formaldehidne smole pripravljene su polikondenzacijom formaldehida s fenolom ili aminima (vidi §14.2). To su termoreaktivni polimeri u kojima se kao rezultat umrežavanja stvara mrežasta prostorna struktura koja se ne može pretvoriti u linearnu strukturu, tj. proces je nepovratan. Koriste se kao osnova za ljepila, lakove, ionske izmjenjivače i plastiku.

Plastika na bazi fenol-formaldehidnih smola naziva se fenoplastika, na bazi urea-formaldehidnih smola-aminoplastika. Punila za fenolne i aminoplaste su papir ili karton (getinax), tkanina (tektolit), drvo, kvarcno i liskunovo brašno itd. Fenoplasti su otporni na vodu, otopine kiselina, soli i baze, organska otapala, otporni na plamen, otporni na vremenske uvjete i dobri dielektričari. Koristi se u proizvodnji štampane ploče, kućišta proizvoda za električnu i radio-tehniku, dielektrike obložene folijom. Aminoplastiku odlikuju visoka dielektrična i fizičko -mehanička svojstva, otporne su na svjetlost i UV zrake, teško su zapaljive, otporne na slabe kiseline i baze i mnoga otapala. Mogu se ofarbati u bilo koju boju. Koriste se za proizvodnju električnih proizvoda (kućišta instrumenata)

1. Na bazi polimera vlakna se dobivaju istiskivanjem otopina ili se tope kroz matrice s naknadnim skrućivanjem - to su poliamidi, poliakrilonitrili itd.

2. Polimerni filmovi proizvode se ekstruzijom kroz matrice s prorezima ili nanošenjem na pokretni remen. Koriste se kao električni izolacijski i ambalažni materijal, osnova magnetnih traka.

3. Lakovi - otopine tvari koje stvaraju film u organskim otapalima.

4. Ljepila, sastavi koji mogu spojiti različite materijale zbog stvaranja jakih veza između njihovih površina ljepljivim slojem.

5. Plastika

6. Kompoziti (kompozitni materijali) - polimerna baza ojačana punilom.

10.4.2. Područja primjene polimera

1. Polietilen je otporan na korozivno okruženje, otporan na vlagu, dielektrik je. Od njega se izrađuju cijevi, električni proizvodi, dijelovi radio opreme, izolacijski filmovi, omotači kablova za telefonske i dalekovode.

2. Polipropilen - mehanički jak, otporan na savijanje, abraziju, elastičan. Koriste se za proizvodnju cijevi, filmova, spremnika itd.

3. Polistiren - otporan na kiseline. Mehanički je jak, dielektrik, koristi se kao električni izolacijski i konstrukcijski materijal u elektrotehnici, radiotehnici.

4. Polivinil klorid je mehanički čvrst, električno izolacijski materijal koji usporava plamen.

5. Politetrafluoroetilen (fluoroplastika) - dielektrik se ne otapa u organskim otapalima. Posjeduje visoka dielektrična svojstva u širokom temperaturnom rasponu (od -270 do 260 ° C). Koristi se i kao antifrikcijski i hidrofobni materijal.

6. Polimetil metakrilat (pleksiglas) - koristi se u elektrotehnici kao građevinski materijal.

7. Poliamid - ima visoku čvrstoću, otpornost na habanje, visoka dielektrična svojstva.

8. Sintetičke gume (elastomeri).

9. Fenol -formaldehidne smole - osnova ljepila, lakova, plastike.

10.5. Organski polimerni materijali

10.5.1. Polimerizirane termoplastične smole

Polipropilen- termoplastični polimer dobiven iz propilenskog plina C 3 H 6. (CH 2 = CH - CH 3)

Strukturna formula

[-CH 2 -CH (CH 3) -] n.

Polimerizacija se vrši u benzinu na temperaturi od 70 ° C prema Natta metodi. Dobiva se polimer pravilne strukture. Ima visoku kemijsku otpornost i uništava se samo pod djelovanjem 98% H 2 SO 4 i 50% HNO 3 na temperaturama iznad 70 °.

Električna svojstva slična polietilenu. Film ima nisku propusnost za plin i paru. Koristi se za izolaciju visokofrekventnih kabela i žica, kao dielektrik visokofrekventnih kondenzatora.

Poliizobutilen- proizvod plinske polimerizacije izobutilena. Strukturna formula:

Postoji nekoliko vrsta poliizobutilena, tekući niske molekulske mase (1000) i čvrste velike molekularne mase (400000). One. ovisno o stupnju polimerizacije, može biti tekućina različite viskoznosti i elastična poput gume. Molekule imaju vlaknastu simetričnu strukturu s granama u bočnim grupama. To može objasniti ljepljivost materijala, veću elastičnost u usporedbi s polietilenom. To je dielektrik s ρ = 10 15 - 10 16 Ohm cm, ε = 2,25 - 2,35, dielektrična čvrstoća - 16 - 23 kV / mm.

Otpornost poliizobutilena na mraz ovisi o njegovoj molekularnoj težini; što je veća težina, poliizobutilen je otporniji na mraz.

U čistom obliku ili u sastavima, poliizobutilen se koristi za proizvodnju izolacijskih traka; izolacija visokofrekventnih kabela (u kompozicijama s polietilenom); brtve; izolacijske smjese za posude; ljepljivih materijala.

Zbog hladne fluidnosti poliizobutilena, za izolaciju visokofrekventnih kablova koristi se smjesa nalik gumi od 90% poliizobutilena i 10% polistirena sa slojem polistirenske folije (stiroflex). Ova mješavina ima visoka električna svojstva pri visokoj vlažnosti.

Polistiren- proizvod polimerizacije stirena - nezasićeni ugljikovodici - vinilbenzen ili feniletilen - CH 2 CHC 6 H 5.

Molekula stirena je donekle asimetrična zbog prisutnosti fenolnih grupa u njemu.

Na normalnim temperaturama stiren je bezbojna prozirna tekućina. Među metodama polimerizacije stirena i proizvodnje čvrstog dielektrika, najčešće su metode blok i emulzijske polimerizacije.

Stiren je otrovan, iritira kožu, oči i respiratorni sistem. Polistirenska prašina sa zrakom stvara eksplozivne koncentracije.

Gustoća - 1,05 g / cm 3

ρ , Ohm cm, 10 14 - 10 17

ε = 2,55 - 2,52

Polistiren je kemijski otporan, koncentrirane kiseline (HNO 3 je iznimka) i lužine ne djeluju na njega, otapa se u eterima, ketonima, aromatskim ugljikovodicima i ne otapa se u alkoholima, vodi, biljnim uljima.

Stepen polimerizacije zavisi od uslova. Možete dobiti polimer molekulske težine do 600 000. To će biti čvrsti polimeri. Polimeri sa M.M. od 40 000 do 150 000. Kada se zagrije na 180 - 300 ºS, moguća je depolimerizacija. Električna svojstva također ovise o metodi polimerizacije i prisutnosti polarnih nečistoća, posebno emulgatora.

Proizvodi od polistirena proizvode se prešanjem i brizganjem. Koristi se za izradu: filma (stiroflex), panela za lampe, okvira zavojnica, izolacionih dijelova za prekidače, antenskih izolatora; folije za kondenzatore itd. Polistiren u obliku traka, podloška, ​​čepova koristi se za izolaciju visokofrekventnih kabela.

Nedostaci: niska otpornost na toplinu i sklonost brzom starenju - na površini mreže pojavljuju se male pukotine; u ovom slučaju dielektrična čvrstoća opada, a ε raste.

Polidichlorostyrene- razlikuje se od polistirena po sadržaju dva atoma klora u svakoj kariki lanca i, kao rezultat toga, visokom toplinskom otpornošću, otpornom na toplinu.

ε = 2,25 - 2,65

PVC- termoplastično sintetičko visoko polimerno jedinjenje sa linearnom strukturom molekula asimetrične strukture. Izražena asimetrija i polaritet PVC -a povezani su s klorom.

Dobiveno polimerizacijom vinil klorida H 2 C = CH -Cl. Sirovine za proizvodnju su dikloroetan i acetilen. Vinil klorid je halogenirani derivat etilena. Na normalnoj temperaturi to je bezbojni gas, na temperaturi od 12 - 14 ºS je tečnost, a na -159 ºS u čvrstom stanju. Polimerizacija vinil klorida može se izvesti na tri načina: blok, emulzija i u otopinama. Najviše se primjenjuje na vodenoj osnovi. Postoje marke PVC -a s dodatkom plastifikatora i punila različitih mehaničkih svojstava, otpornosti na mraz i topline.

Molekul PVC -a ima oblik

ε = 3,1 - 3,4 (pri 800 Hz)

ρ = 10 15 - 10 16 Ohm. cm

Polivinil klorid je niskohigroskopan, promjena dielektričnih svojstava u vlažnoj atmosferi je beznačajna.

Proizvodi se proizvode prešanjem, brizganjem, štancanjem, kalupljenjem.

PVC se koristi u obliku plastike različite elastičnosti, u obliku lakova za zaštitne premaze. Hemijski je otporan na lužine, kiseline, alkohol, benzin i mineralna ulja... Esteri, ketoni, aromatski ugljikovodici djelomično ga otapaju ili uzrokuju bubrenje.

PVC se koristi u električnoj industriji u sljedećim proizvodima:

a) baterije;

b) crijeva za električnu izolaciju i hemijsku zaštitu;

c) izolacija telefonskih žica i kablova (zamjena olova);

d) izolacijske brtve, čahure i druge proizvode.

Ne koristi se u visokofrekventnim krugovima kao dielektrik zbog velikih dielektričnih gubitaka (velika vodljivost), te na temperaturama iznad 60-70 ºS.

Polivinil acetat- polimeri tekućeg vinil acetata dobiveni kao rezultat kemijske interakcije acetilena (C 2 H 2) i octene kiseline:

ili CH 2 = CHOCOCH 3. Od toga dobiti vinil acetat- bezbojna, lako pokretna tečnost sa eteričnim mirisom, koja se raspada na 400 ° C.

Materijal polivinil acetat- bez boje, bez mirisa, zauzima srednje mjesto između smola i gume. Njegova svojstva ovise o stupnju polimerizacije. MM. od 10 000 do 100 000. Tačka omekšavanja je 40 - 50 ° C.

Visoko polimerni proizvodi pri 50 - 100 ° C postaju gumeni, a na niskim temperaturama čvrsti, dovoljno elastični.

Svi polimeri su postojani na svjetlost, čak i na 100 ° C. Kada se zagrije, polivinil acetat se ne depolimerizira u monomer, već se raspada uklanjanjem octene kiseline. Nije zapaljivo. To je polarni polimer. Rastvorimo u eterima, ketonima (acetonu), metilnom (CH3OH) i etilnom (C2H5OH) alkoholu, nerastvorljivom u benzinu. Lagano bubri u vodi, ali se ne otapa.

Uglavnom se koristi za proizvodnju tripleksnog sigurnosnog stakla. Koristi se u tehnologiji električnih izolacija. Lakovi na njegovoj osnovi cijenjeni su zbog dobrih električnih izolacijskih svojstava, elastičnosti, postojanosti na svjetlost, bezbojnosti.

Polimetil metakrilat(pleksiglas, pleksiglas) - velika grupa visoko polimernih estera metakrilne kiseline, koji imaju veliku tehničku primjenu

U električnoj industriji koristi se kao pomoćni materijal.

Dobiva se polimerizacijom metil estera metakrilne kiseline (metil metakrilat) u prisutnosti inicijatora.

Na 573 K, polimetil metakrilat se depolimerizira uz stvaranje početnog monomera metil metakrilata.

Kompozicijski se razlikuje od polivinil acetata po prisutnosti metilne grupe u bočnom lancu umjesto vodika i po prisutnosti valentne veze između ugljika glavnog lanca i eterske skupine, ne putem kisika, već putem ugljika.

Ima nisku otpornost na toplinu (približno 56 ° C); ε = 3,3 - 4,5; ρ = 2,3 · 10 13 - 2 · 10 12 Ohm. m. Nije prikladno za električnu izolaciju.

Koristi se kao strukturni, optički i dekorativni materijal, obojen anilinskim bojama u različitim bojama. Koristi se za izradu kućišta i vaga za instrumente, prozirnih zaštitnih čaša i zatvarača, prozirnih dijelova opreme itd. Pleksiglas se lako obrađuje: buši, pilje, brusi, brusi, polira. Dobro se savija, utiskuje i lijepi otopinama polimetil metakrilata u dihloroetanu.

Polivinil alkohol-čvrsti polimer sastava (-CH2-CHOH-) n. Dobiva se hidrolizom polivinil acetata s kiselinom ili lužinom. Formula polivinil alkohola

Nesimetrični linearni polimer. Prisustvo OH grupe u svakoj kariki lanca određuje visoku higroskopnost i polaritet alkohola. Rastvara se samo u vodi. Ima ρ = 10 7 Ohm · cm. Koristi se kao pomoćni materijal u proizvodnji štampanih radio kola.

Otporan na plijesan i bakterije. Dobar materijal za proizvodnju membrana, crijeva, ploča otpornih na ulje i benzin. Zagrijavanjem na 170 ° C tijekom 3 - 5 sati povećava se vodootpornost i smanjuje topljivost polivinil alkohola.

Oligoester akrilati

Oligomeri- hemijska jedinjenja sa prosečnom molekulskom težinom (manjom od 1000), višom u poređenju sa monomerima i manjom u poređenju sa polimerima. Njihovo glavno svojstvo je sposobnost polimerizacije zbog nezasićenih veza koje određuju prostornu ili linearnu strukturu gotovog proizvoda. Tijekom polimerizacije proizvodi niske molekulske mase se ne oslobađaju, pa je izolacija dobivena prelijevanjem oligomerima čvrsta, bez praznina i pora. Ne zahtijevaju posebne uvjete za polimerizaciju (visoki tlak, temperatura, okolina itd.).

Industrija proizvodi poliesterske, poliuretanske, silicij -silicijeve oligomerne spojeve i njihove modifikacije.