Polymere materialen (kunststoffen, kunststoffen) zijn in de regel geharde composietsamenstellingen, waarin polymeren en oligomeren als bindmiddel dienen. Ze kregen de wijdverbreide naam "plastics" (wat niet helemaal correct is) omdat ze zich in een plastic (vloeibare) staat bevinden wanneer ze tot producten worden verwerkt. Daarom zijn de wetenschappelijk onderbouwde namen "polymeermaterialen", "composietmaterialen op basis van polymeren".

Polymeren (van het Griekse poly - veel, louter - delen) zijn chemische verbindingen met een hoog molecuulgewicht, waarvan de moleculen bestaan ​​​​uit een groot aantal herhaalde elementaire eenheden met dezelfde structuur. Dergelijke moleculen worden macromoleculen genoemd. Afhankelijk van de rangschikking van atomen en atoomgroepen (elementaire schakels) daarin, kunnen ze een lineaire (kettingachtige), vertakte, reticulaire en ruimtelijke (driedimensionale) structuur hebben, die hun fysisch-mechanische en chemische eigenschappen bepaalt. De vorming van deze moleculen is mogelijk doordat koolstofatomen gemakkelijk en stevig met elkaar en met vele andere atomen verbonden zijn.

Er zijn ook formopolymeren (prepolymeren, prepolymeren), dit zijn verbindingen die functionele groepen bevatten en die kunnen deelnemen aan de groei- of verknopingsreacties van de polymeerketen met de vorming van lineaire en netwerkpolymeren met hoog molecuulgewicht. Allereerst zijn dit ook vloeibare polyolproducten met een overmaat aan polyisocyanaten of andere verbindingen bij de productie van producten uit polyurethanen.

Van oorsprong kunnen polymeren natuurlijk, kunstmatig en synthetisch zijn.

Natuurlijke polymeren zijn voornamelijk biopolymeren - eiwitstoffen, zetmeel, natuurlijke harsen (dennenhars), cellulose, natuurlijk rubber, bitumen, enz. Velen van hen worden gevormd tijdens het proces van biosynthese in de cellen van levende en plantaardige organismen. In de industrie worden echter in de meeste gevallen kunstmatige en synthetische polymeren gebruikt.

De belangrijkste grondstoffen voor de productie van polymeren zijn bijproducten van de kolen- en olie-industrie, de productie van meststoffen, aardgas, cellulose en andere stoffen. Het proces van vorming van dergelijke macromoleculen en van het polymeer als geheel wordt veroorzaakt door het effect op de oorspronkelijke substantie (monomeer) van een stroom lichtstralen, elektrische ontladingen van hoogfrequente stromen, verwarming, druk, enz.

Afhankelijk van de methode om polymeren te verkrijgen, kunnen ze worden onderverdeeld in polymerisatie, polycondensatie en gemodificeerde natuurlijke polymeren. Het proces van het verkrijgen van polymeren door opeenvolgende toevoeging van monomeereenheden aan elkaar als resultaat van het openen van meerdere (onverzadigde) bindingen wordt een polymerisatiereactie genoemd. Tijdens deze reactie kan een stof veranderen van een gasvormige of vloeibare toestand naar een zeer dikke vloeibare of vaste toestand. In dit geval gaat de reactie niet gepaard met de afscheiding van eventuele bijproducten met een laag molecuulgewicht. Zowel monomeer als polymeer worden gekenmerkt door dezelfde elementaire samenstelling. De polymerisatiereactie produceert polyethyleen van ethyleen, polypropyleen van propyleen, polyisobutyleen van isobutyleen, en vele andere polymeren.

Tijdens de polycondensatiereactie worden de atomen van twee of meer monomeren herschikt en komen bijproducten met een laag molecuulgewicht (bijvoorbeeld water, alcoholen of andere stoffen met een laag molecuulgewicht) vrij uit de reactiesfeer. De polycondensatiereactie produceert polyamiden, polyesters, epoxy, fenol-formaldehyde, organosilicium en andere synthetische polymeren, ook wel harsen genoemd.

Afhankelijk van de houding ten opzichte van verwarming en oplosmiddelen, worden polymeren, net als de daarop gebaseerde materialen, onderverdeeld in thermoplastisch en thermohardend.

Thermoplastische polymeren (thermoplasten) kunnen, wanneer ze tot producten worden verwerkt, herhaaldelijk overgaan van een vaste aggregatietoestand naar een viskeuze vloeistoftoestand (smelten) en opnieuw stollen bij afkoeling. Ze hebben in de regel geen hoge overgangstemperatuur naar een stroperige stromende toestand, ze worden goed verwerkt door spuitgieten, extrusie en persen. De vorming van producten daaruit is een fysiek proces, dat bestaat uit het stollen van een vloeibaar of verweekt materiaal wanneer het wordt afgekoeld en er geen chemische veranderingen plaatsvinden. De meeste thermoplasten zijn ook oplosbaar in geschikte oplosmiddelen. Thermoplastische polymeren hebben lineaire of licht vertakte macromoleculen. Deze omvatten bepaalde soorten polyethyleen, polyvinylchloride, fluorkunststoffen, polyurethanen, bitumen, enz.

Thermohardende (thermohardende) kunststoffen omvatten polymeren waarvan de verwerking tot producten gepaard gaat met een chemische reactie van de vorming van een netvormig of driedimensionaal polymeer (uitharding, verknoping van ketens) en de overgang van een vloeibare toestand naar een vaste stof gebeurt onomkeerbaar. Hun uitgeharde toestand is thermisch stabiel en ze verliezen het vermogen om opnieuw over te gaan naar een viskeuze stromende toestand (bijvoorbeeld fenol-, polyester-, epoxypolymeren, enz.).

Classificatie en eigenschappen van polymere materialen

Polymere materialen worden, afhankelijk van de samenstelling of het aantal componenten, onderverdeeld in ongevulde materialen, weergegeven door slechts één bindmiddel (polymeer) - organisch glas, in de meeste gevallen een polyethyleenfilm; gevuld, waaronder vulstoffen, weekmakers, stabilisatoren, verharders, pigmenten - glasvezel, textoliet, linoleum en gasgevuld (schuim en cellulaire kunststoffen) - polystyreenschuim, polyurethaanschuim, enz. om de vereiste reeks eigenschappen te verkrijgen.

Afhankelijk van de fysieke toestand bij normale temperatuur en visco-elastische eigenschappen, zijn polymere materialen stijf, halfstijf, zacht en elastisch.

Stijf zijn harde, elastische materialen met een amorfe structuur met een elasticiteitsmodulus van meer dan 1000 MPa. Ze breken broos met een verwaarloosbare rek bij breuk. Deze omvatten fenoplastics, aminoplasten, plastics op basis van glyftaalzuur en andere polymeren.

De dichtheid van polymere materialen ligt meestal in het bereik van 900.1800 kg / m3, d.w.z. ze zijn 2 keer lichter dan aluminium en 5,6 keer lichter dan staal. Tegelijkertijd kan de dichtheid van poreuze polymere materialen (geschuimde kunststoffen) 30..15 kg / m3 zijn, en dicht - meer dan 2.000 kg / m3.

De druksterkte van polymere materialen overtreft in de meeste gevallen veel traditionele bouwmaterialen (beton, baksteen, hout) en is ongeveer 70 MPa voor ongevulde polymeren, meer dan 200 MPa voor versterkte kunststoffen, in trek - voor materialen met een poedervuller 100.150 MPa, voor glasvezel - 276.414 MPa en meer.

De thermische geleidbaarheid van dergelijke materialen hangt af van hun porositeit en productietechnologie. Voor schuimen en poreuze kunststoffen is het 0,03.0.04 W / m-K, voor de rest - 0.2.0.7 W / mK, of 500.600 keer lager dan voor metalen.

Het nadeel van veel polymere materialen is hun lage hittebestendigheid. De meeste van hen (op basis van polystyreen, polyvinylchloride, polyethyleen en andere polymeren) hebben bijvoorbeeld een hittebestendigheid van 60,80 ° C. Op basis van fenol-formaldehydeharsen kan hittebestendigheid 200 ° C bereiken, en alleen op siliconenpolymeren - 350 ° C.

Als koolwaterstofverbindingen zijn veel polymere materialen brandbaar of hebben ze een lage brandweerstand. Producten op basis van polyethyleen, polystyreen, cellulosederivaten zijn ontvlambaar en brandbaar met veel roetuitstoot. Producten op basis van polyvinylchloride, polyester glasvezelkunststoffen, fenolische kunststoffen, die alleen bij verhoogde temperaturen carboniseren, zijn moeilijk te verbranden. Onbrandbaar zijn polymere materialen met een hoog gehalte aan chloor, fluor of silicium.

Tijdens verwerking, verbranding en zelfs verwarming stoten veel polymere materialen stoffen uit die schadelijk zijn voor de gezondheid, zoals koolmonoxide, fenol, formaldehyde, fosgeen, zoutzuur, enz. in de buurt van staal.

Polymeermaterialen worden gekenmerkt door krimp tijdens het uitharden, tot 5,8%. De meeste hebben een lage elasticiteitsmodulus, veel lager dan die van metalen. Ze vertonen een hoge kruip onder langdurige belasting. Bij toenemende temperatuur neemt de kruip nog meer toe, wat leidt tot ongewenste vervormingen.

Details Gepubliceerd: 25 december 2013

De term polymeer wordt tegenwoordig veel gebruikt in de kunststof- en composietindustrie, vaak wordt het woord "polymeer" gebruikt om naar kunststoffen te verwijzen. In feite betekent de term "polymeer" veel, veel meer.

De specialisten van het bedrijf LLC NPP Simplex besloten in detail te vertellen wat polymeren zijn:
Een polymeer is een stof met een chemische samenstelling van moleculen die in lange zich herhalende ketens zijn verbonden. Hierdoor hebben alle materialen gemaakt van polymeren unieke eigenschappen en kunnen ze worden aangepast aan hun doel.
Polymeren zijn zowel van kunstmatige als natuurlijke oorsprong. De meest voorkomende in de natuur is natuurlijk rubber, dat buitengewoon nuttig is en al duizenden jaren door de mensheid wordt gebruikt. Rubber (rubber) heeft een uitstekende elasticiteit. Dit komt doordat de molecuulketens in het molecuul extreem lang zijn. Absoluut alle soorten polymeren hebben eigenschappen van verhoogde elasticiteit, maar naast deze eigenschappen kunnen ze een breed scala aan aanvullende nuttige eigenschappen vertonen. Afhankelijk van het doel kunnen polymeren fijn worden gesynthetiseerd voor het meest geschikte en voordelige gebruik van hun specifieke eigenschappen.

Fysische basiseigenschappen van polymeren:

• Impact weerstand
• Stijfheid
• Transparantie
• Flexibiliteit
• Elasticiteit

  Chemici hebben al lang een interessant kenmerk van polymeren opgemerkt: als je naar een polymeerketen onder een microscoop kijkt, kun je zien dat de visuele structuur en fysieke eigenschappen van het ketenmolecuul de feitelijke fysieke eigenschappen van het polymeer nabootsen.

  Als een polymeerketen bijvoorbeeld bestaat uit monomeren die strak tussen strengen zijn gedraaid en het moeilijk is om ze te scheiden, dan zal dit polymeer hoogstwaarschijnlijk sterk en elastisch zijn. Of, als de polymeerketen elasticiteit vertoont op moleculair niveau, is het waarschijnlijk dat het polymeer ook flexibele eigenschappen zal hebben.

  Verwerking van polymeren
  De meeste polymeerproducten kunnen onder invloed van hoge temperaturen worden veranderd en vervormd, maar op moleculair niveau verandert het polymeer zelf mogelijk niet en zal het mogelijk zijn om er een nieuw product van te maken. Je kunt bijvoorbeeld plastic containers en flessen smelten en van deze polymeren plastic containers of auto-onderdelen maken.

  Voorbeelden van polymeren
  Hieronder vindt u een lijst van de meest voorkomende polymeren die tegenwoordig worden gebruikt, evenals hun belangrijkste toepassingen:

  • Polypropyleen (PP) - Vervaardiging van tapijten, voedselcontainers, flacons.
  • Neopreen - Wetsuits
  • Polyvinylchloride) (PVC) - Productie van pijpleidingen, golfkarton
  • Lagedichtheidspolyethyleen (LDPE) - Boodschappentassen
  • High Density Polyethylene (HDPE) - Containers voor wasmiddelen, flessen, speelgoed
  • Polystyreen (PS) - Speelgoed, schuim, frameloze meubels
  • Polytetrafluorethyleen (PTFE, fluorkunststof) - pannen met antiaanbaklaag, elektrische isolatie
  • Polymethylmethacrylaat (PMMA, plexiglas, plexiglas) - oogheelkunde, productie van acrylbadkuipen, verlichtingsapparatuur
  • (PVA) - Verven, lijmen

  

In 1833 bedacht J. Berzelius de term "polymeria", die hij een van de soorten isomerie noemde. Dergelijke stoffen (polymeren) moesten dezelfde samenstelling hebben, maar verschillende molecuulgewichten, zoals ethyleen en butyleen. De conclusie van J. Berzelius komt niet overeen met de moderne interpretatie van de term "polymeer", omdat echte (synthetische) polymeren toen nog niet bekend waren. De eerste vermeldingen van synthetische polymeren dateren uit 1838 (polyvinylideenchloride) en 1839 (polystyreen).

De chemie van polymeren ontstond pas nadat AMButlerov de theorie van de chemische structuur van organische verbindingen creëerde en werd verder ontwikkeld dankzij de intensieve zoektocht naar methoden voor rubbersynthese (G. Bouchard, W. Tilden, K. Harries, IL Kondakov, SV Lebedev) ... Vanaf het begin van de jaren 20 van de 20e eeuw begonnen zich theoretische concepten van de structuur van polymeren te ontwikkelen.

DEFINITIE

polymeren- chemische verbindingen met een hoog molecuulgewicht (van enkele duizenden tot vele miljoenen), waarvan de moleculen (macromoleculen) uit een groot aantal repeterende groepen (monomeereenheden) bestaan.

Classificatie van polymeren

De classificatie van polymeren is gebaseerd op drie kenmerken: hun oorsprong, chemische aard en verschillen in de hoofdketen.

Vanuit het oogpunt van oorsprong zijn alle polymeren onderverdeeld in natuurlijke (natuurlijke) polymeren, waaronder nucleïnezuren, eiwitten, cellulose, natuurlijk rubber, amber; synthetisch (verkregen in het laboratorium door synthese en zonder natuurlijke analogen), waaronder polyurethaan, polyvinylideenfluoride, fenol-formaldehydeharsen, enz. kunstmatig (verkregen in het laboratorium door synthese, maar op basis van natuurlijke polymeren) - nitrocellulose, enz.

Op basis van de chemische aard worden polymeren onderverdeeld in organische polymeren (op basis van het monomeer - organische stof - alle synthetische polymeren), anorganische (op basis van Si, Ge, S en andere anorganische elementen - polysilanen, polykiezelzuren) en organo-element (een mengsel van organische en anorganische polymeren - polysloxanen) van de natuur.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen homoketen- en heteroketenpolymeren. In het eerste geval bestaat de hoofdketen uit koolstof- of siliciumatomen (polysilanen, polystyreen), in het tweede geval een skelet van verschillende atomen (polyamiden, eiwitten).

Fysische eigenschappen van polymeren

Polymeren worden gekenmerkt door twee aggregatietoestanden - kristallijn en amorf en speciale eigenschappen - elasticiteit (omkeerbare vervormingen onder lage belasting - rubber), lage brosheid (kunststoffen), oriëntatie onder invloed van een gericht mechanisch veld, hoge viscositeit en ook polymeeroplossing ontstaat door zijn zwelling.

Polymeren krijgen

Polymerisatiereacties zijn kettingreacties, die de opeenvolgende toevoeging zijn van moleculen van onverzadigde verbindingen aan elkaar met de vorming van een product met hoog molecuulgewicht - een polymeer (figuur 1).

Rijst. 1. Algemeen schema voor het verkrijgen van een polymeer

Polyethyleen wordt bijvoorbeeld verkregen door ethyleen te polymeriseren. Het molecuulgewicht van het molecuul bereikt 1 miljoen.

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

Chemische eigenschappen van polymeren

Allereerst zullen polymeren worden gekenmerkt door reacties die kenmerkend zijn voor de functionele groep die in het polymeer aanwezig is. Als het polymeer bijvoorbeeld een hydroxogroep bevat die kenmerkend is voor de klasse van alcoholen, dan zal het polymeer deelnemen aan reacties zoals alcoholen.

Ten tweede de interactie met verbindingen met een laag molecuulgewicht, de interactie van polymeren met elkaar met de vorming van verknoopte of vertakte polymeren, reacties tussen functionele groepen die deel uitmaken van hetzelfde polymeer, evenals de ontleding van het polymeer in monomeren (ketenvernietiging).

Toepassing van polymeren

De productie van polymeren heeft brede toepassing gevonden in verschillende gebieden van het menselijk leven - de chemische industrie (productie van kunststoffen), machine- en vliegtuigbouw, bij olieraffinaderijen, in de geneeskunde en farmacologie, in de landbouw (productie van herbiciden, insecticiden, pesticiden), de bouwsector (geluids- en thermische isolatie), productie van speelgoed, ramen, buizen, huishoudelijke artikelen.

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1

VOORBEELD 1

Oefening	Polystyreen lost goed op in niet-polaire organische oplosmiddelen: benzeen, tolueen, xyleen, tetrachloorkoolstof. Bereken de massafractie (%) van polystyreen in een oplossing die wordt verkregen door 25 g polystyreen op te lossen in benzeen met een gewicht van 85 g. (22,73%).
Oplossing	We noteren de formule voor het vinden van de massafractie: Vind de massa van de benzeenoplossing: m oplossing (C 6 H 6) = m (C 6 H 6) / (/ 100%)

Materialen afgeleid van polymeren... Op basis van polymeren worden vezels, films, rubbers, lakken, lijmen, kunststoffen en composietmaterialen (composieten) verkregen.

Vezels worden verkregen door oplossingen of polymeersmelten door fijne gaatjes (spinnerets) in een plaat te persen, gevolgd door stollen. Vezelvormende polymeren omvatten polyamiden, polyacrylonitrillen, enz.

Polymeerfilms worden geproduceerd uit polymeersmelten door ze door matrijzen met sleufgaten te persen of door polymeeroplossingen op een bewegende band aan te brengen of door "polymeren" te kalanderen. Films worden gebruikt als elektrisch isolatie- en verpakkingsmateriaal, als basis voor magneetbanden, enz."

Vernissen zijn oplossingen van filmvormende stoffen in organische oplosmiddelen. Naast polymeren bevatten vernissen stoffen die de plasticiteit verhogen (weekmakers), oplosbare kleurstoffen, verharders, enz. Ze worden gebruikt voor elektrisch isolerende coatings, en ook als basis voor een primer en verf- en laklakken.

Kleefstoffen zijn samenstellingen die verschillende materialen kunnen verbinden vanwege de vorming van sterke bindingen tussen hun oppervlakken en de kleeflaag. Synthetische organische lijmen zijn gebaseerd op monomeren, oligomeren, polymeren of mengsels daarvan. De samenstelling omvat verharders, vulstoffen, weekmakers, enz.

Lijmen worden ingedeeld in thermoplastische, thermohardende en rubberen lijmen. Thermoplastische lijmen hechten zich aan oppervlakken door uit te harden wanneer ze worden afgekoeld van het gietpunt tot kamertemperatuur of door verdamping van het oplosmiddel. Thermohardende lijmen hechten door uitharding (crosslinking) aan het oppervlak, rubberlijmen als gevolg van vulkanisatie.

De polymeerbasis van thermohardende lijmen is fenol- en ureum-formaldehyde en epoxyharsen, polyurethanen, polyesters en andere polymeren, thermoplastische lijmen - polyacrylen, polyamiden, polyvinylacetalen, polyvinylchloride en andere polymeren. De sterkte van de kleeflaag, bijvoorbeeld fenol-formaldehyde-kleefstoffen (BF, VK) bij 20 ° C met afschuiving, ligt in het bereik van 15 tot 20 MPa, epoxy - tot 36 MPa.

Kunststoffen zijn materialen die een polymeer bevatten, dat tijdens de vorming van een product in een stroperige toestand verkeert en tijdens de werking ervan in een glasachtige toestand. Alle kunststoffen worden geclassificeerd als thermoharders en thermoplasten. Bij het vormen van thermoharders treedt een onomkeerbare hardingsreactie op, die bestaat uit de vorming van een netwerkstructuur. Thermoharders omvatten materialen op basis van fenol-formaldehyde, ureum-formaldehyde, epoxy en andere harsen. Thermoplasten zijn in staat om herhaaldelijk in een stroperige stromingstoestand over te gaan wanneer ze worden verwarmd en glasachtig wanneer ze worden afgekoeld. Thermoplasten omvatten materialen op basis van polyethyleen, polytetrafluorethyleen, polypropyleen, polyvinylchloride, polystyreen, polyamiden en andere polymeren.

Naast polymeren omvatten kunststoffen weekmakers, kleurstoffen en vulstoffen. Weekmakers, zoals dioctylftalaat, dibutylsebacaat, gechloreerde paraffine, verlagen de glasovergangstemperatuur en verhogen de vloeibaarheid van het polymeer. Antioxidanten vertragen de afbraak van polymeren. Vulstoffen verbeteren de fysieke en mechanische eigenschappen van polymeren. Poeders (grafiet, roet, krijt, metaal, enz.), papier, doek worden gebruikt als vulstoffen. Composieten vormen een bijzondere groep kunststoffen.

Composietmaterialen (composieten) - bestaan ​​uit een basis (organisch, polymeer, koolstof, metaal, keramiek), versterkt met een vulmiddel, in de vorm van zeer sterke vezels of snorharen. Als basis worden kunstharsen (alkyd, fenol-formaldehyde, epoxy, enz.) en polymeren (polyamiden, fluorkunststoffen, siliconen, enz.) gebruikt.

Versterkende vezels en kristallen kunnen metallisch, polymeer, anorganisch zijn (bijvoorbeeld glas, carbide, nitride, boorzuur). Versterkende vulstoffen bepalen grotendeels de mechanische, thermofysische en elektrische eigenschappen van polymeren. Veel composietpolymeermaterialen zijn niet minder sterk dan metalen. Composieten op basis van polymeren versterkt met glasvezel (glasvezel) hebben een hoge mechanische sterkte (treksterkte 1300-2500 MPa) en goede elektrisch isolerende eigenschappen. Composieten op basis van polymeren versterkt met koolstofvezels (koolstofvezelversterkte kunststoffen) combineren hoge sterkte en trillingssterkte met verhoogde thermische geleidbaarheid en chemische weerstand. Boroplasten (vulstoffen - boorvezels) hebben een hoge sterkte, hardheid en lage kruip.

Op polymeer gebaseerde composieten worden gebruikt als structurele, elektrische en thermische isolatie, corrosiebestendige, antifrictiematerialen in de automobiel-, gereedschapswerktuig-, elektrische, luchtvaart-, radiotechniek, mijnbouw, ruimtetechnologie, chemische technologie en de bouwsector.

Redoxitis. Polymeren met redox-eigenschappen - redoxieten (met redoxgroepen of redoxionieten) - worden veel gebruikt.

Het gebruik van polymeren. Een groot aantal verschillende polymeren wordt tegenwoordig wijdverbreid gebruikt. De fysische en chemische eigenschappen van sommige thermoplasten worden gegeven in de tabel. 14.2 en 14.3.

Polyethyleen [-CH2-CH2-]n is een thermoplast die wordt verkregen door radicaalpolymerisatie bij temperaturen tot 320 ° C en een druk van 120-320 MPa (hogedrukpolyethyleen) of bij drukken tot 5 MPa met behulp van complexe katalysatoren (lage- druk polyethyleen). Lagedrukpolyethyleen heeft een hogere sterkte, dichtheid, elasticiteit en verwekingspunt dan hogedrukpolyethyleen. Polyethyleen is in veel omgevingen chemisch stabiel, maar veroudert onder invloed van oxidanten (Tabel 14.3). Een goed diëlektricum (zie tabel 14.2), kan worden gebruikt binnen het temperatuurbereik van -20 tot +100 ° С. Bestraling kan de hittebestendigheid van het polymeer verhogen. Leidingen, elektrische producten, onderdelen van radioapparatuur, isolerende films en omhulsels van kabels (hoogfrequent, telefoon, stroom), films, verpakkingsmateriaal, vervangingsmiddelen voor glazen containers zijn gemaakt van polyethyleen.

Polypropyleen [-CH (CH3) -CH2-] n is een kristallijne thermoplast die wordt verkregen door stereospecifieke polymerisatie. Het heeft een hogere thermische stabiliteit (tot 120-140 ° C) dan polyethyleen. Heeft een hoge mechanische sterkte (zie tabel 14.2), weerstand tegen herhaald buigen en schuren, elastisch. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van buizen, films, opslagtanks, enz.

Thermoplast verkregen door radicale polymerisatie van styreen.

Het polymeer is bestand tegen oxidatiemiddelen, maar niet bestand tegen sterke zuren, het lost op in aromatische oplosmiddelen (zie tabel 14.3).

Tabel 14.2. Fysische eigenschappen van sommige polymeren

Eigendom	Polyethyleen	Polypropyleen	Poolse rol	Polyvinylchloride	Polymethylmethacrylaat	Polytetrafluorethyleen
Dichtheid, g / cm3 Glasovergangstemperatuur, ° С Treksterkte, MPa Verlenging bij breuk,% Specifieke elektrische weerstand, Ohm × cm De diëlektrische constante

* Smelttemperatuur.

Tabel 14.3 Chemische eigenschappen van sommige polymeren

Eigendom	polymeren
	Polyethyleen	Polystyreen	Polyvinylchloride	Polymethylmethacrylaat	Siliconen	Fluor-lagen
Weerstand tegen actie: a) zure oplossingen b) alkalische oplossingen c) oxidanten Oplosbaarheid in koolwaterstoffen a) alifatisch b) aromatisch oplosmiddelen	zwelt op Lost op bij verhitting Benzeen bij verhitting	Resistent in zwakke oplossingen Resistent in zwakke oplossingen zwelt op lost op Alcoholen, ethers, styreen	Lost niet op Lost niet op Tetrahydrofuran, dichloorethaan	Bestand tegen mini-ralzuren oplossen Dichloorethaan, ketonen	Ga niet staan oplossen Oplosbaar Ethers, chloorkoolwaterstoffen-waterstoffen	Oplossingen van sommige complexen

Polystyreen heeft een hoge mechanische sterkte en diëlektrische eigenschappen (zie tabel 14.2) en wordt gebruikt als hoogwaardige elektrische isolatie, maar ook als structureel en decoratief afwerkingsmateriaal in de instrumentbouw, elektrotechniek, radiotechniek en huishoudelijke apparaten. Warmgetrokken, flexibel elastisch polystyreen wordt gebruikt voor het omhullen van kabels en draden. Ook piepschuim wordt geproduceerd op basis van polystyreen.

Polyvinylchloride [-CH2-CHCl-]n is een thermoplast gemaakt door polymerisatie van vinylchloride, bestand tegen zuren, basen en oxidatiemiddelen (zie tabel 14.3). Laten we oplossen in cyclohexanon, tetrahydrofuran, beperkt - in benzeen en aceton. Vlamvertragend, mechanisch sterk (zie tabel 14.2). De diëlektrische eigenschappen zijn slechter dan die van polyethyleen. Het wordt gebruikt als isolatiemateriaal dat kan worden verbonden door lassen. Er worden platen, regenjassen, pijpen en andere voorwerpen van gemaakt.

Polytetrafluorethyleen (fluorkunststof) [-CF2-CF2-]n - thermoplast verkregen door de methode van radicaalpolymerisatie van tetrafluorethyleen. Beschikt over een uitzonderlijke chemische weerstand tegen zuren, logen en oxidatiemiddelen. Uitstekend diëlektricum. Heeft een zeer breed temperatuurbereik (van -270 tot +260 ° C). Bij 400 ° C ontleedt het met de afgifte van fluor, wordt niet bevochtigd met water. Fluorplastic wordt gebruikt als chemisch bestendig constructiemateriaal in de chemische industrie. Als het beste diëlektricum wordt het gebruikt in omstandigheden waar een combinatie van elektrisch isolerende eigenschappen met chemische weerstand vereist is. Daarnaast wordt het gebruikt voor het aanbrengen van antifrictie, hydrofobe en beschermende coatings en coatings voor pannen.

Polymethylmethacrylaat (plexiglas)

Thermoplast verkregen door polymerisatie van methylmethacrylaat. Het is mechanisch sterk (zie tabel 14.2), zuurbestendig, weerbestendig. Het lost op in dichloorethaan, aromatische koolwaterstoffen, ketonen, esters. Kleurloos en optisch transparant. Het wordt gebruikt in de elektrotechniek, als constructiemateriaal en ook als basis voor lijmen.

Polyamiden zijn thermoplasten met de amidogroep -NHCO- in de hoofdketen, bijvoorbeeld poly-e-nylon [-NH- (CH2) 5-CO-] n, polyhexamethyleenadipinamide (nylon) [-NH- (CH2) 5 -NH-CO- (CH2) 4-CO-] n, polydodecanamide [-NH- (CH2) 11-CO-] n, enz. Ze worden zowel verkregen door polycondensatie als door polymerisatie. De dichtheid van polymeren is 1,0 - 1,3 g / cm3. Ze worden gekenmerkt door hoge sterkte, slijtvastheid en diëlektrische eigenschappen. Bestand tegen oliën, benzine, verdunde zuren en geconcentreerde alkaliën. Ze worden gebruikt om vezels, isolatiefilms, structurele, antifrictie en elektrische isolatieproducten te verkrijgen.

Polyurethanen zijn thermoplasten die in de hoofdketen -NH (CO) O- groepen bevatten, evenals ether, carbamaat, enz. Ze worden verkregen door de interactie van isocyanaten (verbindingen die één of meer NCO-groepen bevatten) met polyalcoholen, bijvoorbeeld, met glycolen en glycerol. Bestand tegen verdunde minerale zuren en logen, oliën en alifatische koolwaterstoffen.

Ze worden geproduceerd in de vorm van polyurethaanschuim (schuimrubber), elastomeren, maken deel uit van vernissen, lijmen, kitten. Ze worden gebruikt voor warmte- en elektrische isolatie, als filters en verpakkingsmateriaal, voor de vervaardiging van schoenen, kunstleer en rubberproducten. Polyesters zijn polymeren met de algemene formule HO [-RO-]nH of [-OC-R-COO-R "-O-]n. Bereid ofwel door polymerisatie van cyclische oxiden, bijvoorbeeld ethyleenoxide, lactonen (zuuresters ), of door polycondensatie glycolen, diesters en andere verbindingen Alifatische polyesters zijn bestand tegen de inwerking van alkalische oplossingen, aromatische - ook tegen de inwerking van oplossingen van minerale zuren en zouten.

Ze worden gebruikt bij de productie van vezels, vernissen en email, films, coagulanten en flotatiereagentia, componenten van hydraulische vloeistoffen, enz.

Synthetische rubbers (elastomeren) worden verkregen door emulsie of stereospecifieke polymerisatie. Wanneer ze worden gevulkaniseerd, veranderen ze in rubber, dat wordt gekenmerkt door een hoge elasticiteit. De industrie produceert een groot aantal verschillende synthetische rubbers (SC), waarvan de eigenschappen afhankelijk zijn van het type monomeren. Veel rubbers worden gemaakt door twee of meer monomeren te co-polymeriseren. Er zijn algemene en speciale SC's. SC's voor algemene doeleinden omvatten butadieen [-CH2-CH = CH-CH2-] n en styreen-butadieen [-CH2-CH = CH-CH2-] n - [- CH2-CH (C6H5) -] n. Rubbers op basis daarvan worden gebruikt in producten voor massaal gebruik (banden, beschermende omhulsels van kabels en draden, tapes, enz.). Eboniet, dat veel wordt gebruikt in de elektrotechniek, wordt ook uit deze rubbers gewonnen. Rubbers verkregen uit speciaal SC worden, naast elasticiteit, gekenmerkt door enkele speciale eigenschappen, bijvoorbeeld benzo- en oliebestendigheid (butadieennitril SC [-CH2-CH = CH-CH2-] n - [- CH2-CH ( CN) -] n), benzo-, olie- en hittebestendigheid, onbrandbaarheid (chloropreen CK [-CH2-C (Cl) = CH-CH2-] n), slijtvastheid (polyurethaan, enz.), hitte, licht, ozon weerstand (butylrubber) [-C ( CH3) 2-CH2-] n - [- CH2C (CH3) = CH-CH2-] m.

De meest gebruikte zijn styreenbutadieen (meer dan 40%), butadieen (13%), isopreen (7%), chloropreen (5%) rubbers en butylrubber (5%). Het grootste deel van rubbers (60-70%) gaat naar de productie van banden, ongeveer 4% - naar de productie van schoenen.

Organosiliciumpolymeren (siliconen) - bevatten siliciumatomen in de elementaire eenheden van macromoleculen, bijvoorbeeld:

Een grote bijdrage aan de ontwikkeling van organosiliciumpolymeren werd geleverd door de Russische wetenschapper K.A. Andrianov. Een kenmerkend kenmerk van deze polymeren is hoge hitte- en vorstbestendigheid, elasticiteit. Siliconen zijn niet bestand tegen alkaliën en lossen op in veel aromatische en alifatische oplosmiddelen (zie tabel 14.3). Organosiliciumpolymeren worden gebruikt om vernissen, lijmen, kunststoffen en rubber te maken. Organosiliciumrubbers [-Si(R2)-O-]n, bijvoorbeeld dimethylsiloxaan en methylvinylsiloxaan hebben een dichtheid van 0,96-0,98 g/cm3, een glasovergangstemperatuur van 130°C. Oplosbaar in koolwaterstoffen, gehalogeneerde koolwaterstoffen, ethers. Gevulkaniseerd met organische peroxiden. Rubbers kunnen worden gebruikt bij temperaturen van -90 tot + 300 ° C, hebben weersbestendigheid, hoge elektrisch isolerende eigenschappen (r = 1015-1016 Ohm × cm). Ze worden gebruikt voor producten die werken in omstandigheden met grote temperatuurverschillen, bijvoorbeeld voor beschermende coatings voor ruimtevaartuigen, enz.

Fenol- en aminoformaldehydeharsen worden bereid door polycondensatie van formaldehyde met fenol of aminen (zie §14.2). Dit zijn thermohardende polymeren waarin door verknoping een netvormige ruimtelijke structuur wordt gevormd, die niet kan worden omgezet in een lineaire structuur, d.w.z. het proces is onomkeerbaar. Ze worden gebruikt als basis voor lijmen, vernissen, ionenwisselaars en kunststoffen.

Kunststoffen op basis van fenol-formaldehydeharsen worden fenoplastics genoemd, op basis van ureum-formaldehydeharsen - aminoplastics. Vulstoffen voor fenoplasten en aminoplasten zijn papier of karton (getinax), stof (textoliet), hout, kwarts- en micameel, enz. Fenoplasten zijn bestand tegen water, zure oplossingen, zouten en basen, organische oplosmiddelen, moeilijk brandbaar, weerbestendig en zijn goede diëlektrica. Ze worden gebruikt bij de productie van printplaten, behuizingen voor elektrische en radiotechnische producten, met folie beklede diëlektrica. Aminoplastics worden gekenmerkt door hoge diëlektrische en fysisch-mechanische eigenschappen, bestand tegen licht en UV-stralen, nauwelijks brandbaar, bestand tegen zwakke zuren en basen en veel oplosmiddelen. Ze kunnen in elke kleur worden geverfd. Ze worden gebruikt voor de vervaardiging van elektrische producten (instrumentbehuizingen)

1. Op basis van polymeren worden vezels verkregen door oplossingen of smelten door matrijzen met daaropvolgende stolling - dit zijn polyamiden, polyacrylonitrillen, enz.

2. Polymeerfilms worden geproduceerd door extrusie door matrijzen met sleuven of door toepassing op een bewegende riem. Ze worden gebruikt als elektrisch isolatie- en verpakkingsmateriaal, de basis van magneetbanden.

3. Vernissen - oplossingen van filmvormende stoffen in organische oplosmiddelen.

4. Kleefstoffen, samenstellingen die verschillende materialen kunnen verbinden door de vorming van sterke bindingen tussen hun oppervlakken met een kleeflaag.

5. Kunststoffen

6. Composieten (composietmaterialen) - polymeerbasis versterkt met vulmiddel.

10.4.2. Toepassingsgebieden van polymeren

1. Polyethyleen is bestand tegen corrosieve omgevingen, vochtbestendig, is een diëlektricum. Er worden leidingen, elektrische producten, onderdelen van radioapparatuur, isolatiefolies, kabelmantels voor telefoon- en hoogspanningsleidingen van gemaakt.

2. Polypropyleen - mechanisch sterk, bestand tegen buigen, schuren, elastisch. Ze worden gebruikt voor de vervaardiging van buizen, films, opslagtanks, enz.

3. Polystyreen - bestand tegen zuren. Het is mechanisch sterk, het is een diëlektricum en wordt gebruikt als elektrisch isolatie- en constructiemateriaal in de elektrotechniek, radiotechniek.

4. Polyvinylchloride is een vlamvertragend, mechanisch sterk, elektrisch isolatiemateriaal.

5. Polytetrafluorethyleen (fluorkunststof) - het diëlektricum lost niet op in organische oplosmiddelen. Beschikt over hoge diëlektrische eigenschappen in een breed temperatuurbereik (van -270 tot 260 ° C). Het wordt ook gebruikt als een antifrictie en hydrofoob materiaal.

6. Polymethylmethacrylaat (plexiglas) - gebruikt in de elektrotechniek als constructiemateriaal.

7. Polyamide - heeft een hoge sterkte, slijtvastheid, hoge diëlektrische eigenschappen.

8. Synthetische rubbers (elastomeren).

9. Fenol-formaldehydeharsen - de basis van lijmen, vernissen, kunststoffen.

10.5. Organische polymeermaterialen

10.5.1. Gepolymeriseerde thermoplastische harsen

Polypropyleen- thermoplastisch polymeer verkregen uit propyleengas C 3 H 6. (CH 2 = CH - CH 3)

Structurele Formule

[-CH2-CH (CH 3)-] n.

Polymerisatie wordt uitgevoerd in benzine bij een temperatuur van 70 ° C volgens de Natta-methode. Er wordt een polymeer met een regelmatige structuur verkregen. Het heeft een hoge chemische weerstand en wordt alleen vernietigd onder invloed van 98% H 2 SO 4 en 50% HNO 3 bij temperaturen boven 70 °.

Elektrische eigenschappen vergelijkbaar met polyethyleen. De film heeft een lage gas- en dampdoorlatendheid. Het wordt gebruikt om hoogfrequente kabels en installatiedraden te isoleren, als diëlektricum van hoogfrequente condensatoren.

Polyisobutyleen- product van isobutyleengaspolymerisatie. Structurele Formule:

Er zijn verschillende soorten polyisobutyleen, vloeibaar laag molecuulgewicht (1000) en vast hoog molecuulgewicht (400000). Die. afhankelijk van de polymerisatiegraad kan het vloeibaar zijn met verschillende viscositeiten en elastisch zoals rubber. De moleculen hebben een draadsymmetrische structuur met vertakkingen in zijgroepen. Dit kan de plakkerigheid van het materiaal verklaren, grotere elasticiteit, in vergelijking met polyethyleen. Het is een diëlektricum met ρ = 10 15 - 10 16 Ohm cm, ε = 2,25 - 2,35, diëlektrische sterkte - 16 - 23 kV / mm.

De vorstbestendigheid van polyisobutyleen hangt af van het molecuulgewicht; hoe groter het gewicht, hoe vorstbestendiger polyisobutyleen.

In zuivere vorm of in samenstellingen wordt polyisobutyleen gebruikt voor de vervaardiging van isolatietapes; isolatie van hoogfrequente kabels (in samenstellingen met polyethyleen); zeehonden; isolerende potgrondstoffen; zelfklevende materialen.

Vanwege de koude vloeibaarheid van polyisobutyleen wordt een rubberachtig mengsel van 90% polyisobutyleen en 10% polystyreen met een laag polystyreenfolie (styroflex) gebruikt om hoogfrequente kabels te isoleren. Dit mengsel heeft hoge elektrische eigenschappen bij een hoge luchtvochtigheid.

Polystyreen- product van styreenpolymerisatie - onverzadigde koolwaterstoffen - vinylbenzeen of fenylethyleen - CH 2 CHC 6 H 5.

Het styreenmolecuul is enigszins asymmetrisch vanwege de aanwezigheid van fenolische groepen erin.

Bij normale temperaturen is styreen een kleurloze transparante vloeistof. Van de methoden voor styreenpolymerisatie en vaste diëlektrische productie zijn de meest gebruikelijke methoden blok- en emulsiepolymerisatie.

Styreen is giftig, irriterend voor huid, ogen en luchtwegen. Polystyreenstof vormt explosieve concentraties met lucht.

Dichtheid - 1,05 g / cm 3

ρ , Ohmcm, 10 14 - 10 17

ε = 2,55 - 2,52

Polystyreen is chemisch resistent, geconcentreerde zuren (HNO 3 is een uitzondering) en alkaliën werken er niet op, het lost op in ethers, ketonen, aromatische koolwaterstoffen en lost niet op in alcoholen, water, plantaardige oliën.

De mate van polymerisatie is afhankelijk van de omstandigheden. Je kunt een polymeer krijgen met een molecuulgewicht tot 600.000. Dit zullen vaste polymeren zijn. Polymeren met M.M. van 40.000 tot 150.000. Bij verhitting tot 180 - 300 is depolymerisatie mogelijk. Elektrische eigenschappen hangen ook af van de polymerisatiemethode en de aanwezigheid van polaire onzuiverheden, vooral emulgatoren.

Polystyreenproducten worden geproduceerd door persen en spuitgieten. Het wordt gebruikt voor het maken van: film (styroflex), lamppanelen, spoelframes, isolerende onderdelen voor schakelaars, antenne-isolatoren; films voor condensatoren, enz. Polystyreen in de vorm van tapes, ringen, doppen wordt gebruikt om hoogfrequente kabels te isoleren.

Nadelen: lage hittebestendigheid en neiging tot snelle veroudering - er verschijnen kleine scheurtjes op het gaasoppervlak; in dit geval neemt de diëlektrische sterkte af en neemt ε toe.

Polydichloorstyreen- verschilt van polystyreen in het gehalte aan twee chlooratomen in elke kettingschakel en daardoor in hoge hittebestendigheid, hittebestendig.

ε = 2,25 - 2,65

PVC- een thermoplastische synthetische hoogpolymeerverbinding met een lineaire structuur van moleculen met een asymmetrische structuur. De uitgesproken asymmetrie en polariteit van PVC wordt geassocieerd met chloor.

Verkregen door polymerisatie van vinylchloride H2C = CH-Cl. De grondstoffen voor de productie zijn dichloorethaan en acetyleen. Vinylchloride is een gehalogeneerd derivaat van ethyleen. Bij normale temperatuur is het een kleurloos gas, bij een temperatuur van 12 - 14 ºС is het een vloeistof en bij -159 ºС is het een vaste stof. Polymerisatie van vinylchloride kan op drie manieren: blok, emulsie en in oplossingen. De meest geschikte is op waterbasis. Er zijn merken PVC met toevoeging van weekmakers en vulstoffen met verschillende mechanische eigenschappen, vorstbestendigheid en hittebestendigheid.

Het PVC-molecuul heeft de vorm

ε = 3,1 - 3,4 (bij 800 Hz)

ρ = 10 15 - 10 16 Ohm. cm

Polyvinylchloride is weinig hygroscopisch, de verandering in diëlektrische eigenschappen in een vochtige atmosfeer is onbeduidend.

Producten worden gemaakt door persen, spuitgieten, stempelen, gieten.

PVC wordt gebruikt in de vorm van kunststoffen met verschillende elasticiteiten, in de vorm van vernissen voor beschermende coatings. Het is chemisch resistent tegen alkaliën, zuren, alcohol, benzine en minerale oliën. Esters, ketonen, aromatische koolwaterstoffen lossen het gedeeltelijk op of doen het zwellen.

PVC wordt in de elektrische industrie gebruikt in de volgende producten:

a) batterijbanken;

b) slangen voor elektrische isolatie en chemische bescherming;

c) isolatie van telefoondraden en kabels (loodvervanger);

d) isolerende pakkingen, bussen en andere producten.

Het wordt niet gebruikt in hoogfrequente circuits als diëlektricum vanwege hoge diëlektrische verliezen (hoge geleidbaarheid) en bij temperaturen boven 60-70 .

Polyvinylacetaat- polymeren van vloeibaar vinylacetaat verkregen door de chemische interactie van acetyleen (C 2 H 2) en azijnzuur:

of CH 2 = CHOCOCH 3. Van het krijgen vinyl acetaat- een kleurloze, gemakkelijk mobiele vloeistof met een etherische geur, ontbindend bij 400 ° C.

Materiaal polyvinylacetaat- kleurloos, geurloos, neemt het midden tussen harsen en rubbers. De eigenschappen zijn afhankelijk van de polymerisatiegraad. MM. van 10.000 tot 100.000. Het verwekingspunt is 40 - 50 ° C.

Producten met een hoog polymeer bij 50 - 100 ° C worden rubberachtig en bij lage temperaturen - stevig, voldoende elastisch.

Alle polymeren zijn lichtecht, zelfs bij 100°C. Bij verhitting depolymeriseert polyvinylacetaat niet tot een monomeer, maar ontleedt het met de eliminatie van azijnzuur. Niet brandbaar. Het is een polair polymeer. Laten we oplossen in ethers, ketonen (aceton), methyl (CH 3 OH) en ethyl (C 2 H 5 OH) alcoholen, onoplosbaar in benzine. Het zwelt enigszins in water, maar lost niet op.

Het wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van triplex veiligheidsglas. Het wordt gebruikt in elektrische isolatietechnologie. Vernissen op basis hiervan worden gewaardeerd om hun goede elektrisch isolerende eigenschappen, elasticiteit, lichtechtheid, kleurloosheid.

Polymethylmethacrylaat(organisch glas, plexiglas) - een grote groep hoogpolymeeresters van methacrylzuur, die een grote technische toepassing hebben

In de elektrische industrie wordt het gebruikt als hulpmateriaal.

Het wordt verkregen door polymerisatie van methacrylzuurmethylester (methylmethacrylaat) in aanwezigheid van een initiator.

Bij 573 K wordt polymethylmethacrylaat gedepolymeriseerd onder vorming van het uitgangsmonomeer methylmethacrylaat.

In samenstelling verschilt het van polyvinylacetaat in aanwezigheid van een methylgroep in de zijketen in plaats van waterstof en in aanwezigheid van een valentiebinding van de koolstof van de hoofdketen met de ethergroep, niet door zuurstof, maar door koolstof.

Heeft een lage hittebestendigheid (circa 56°C); = 3,3 - 4,5; ρ = 2,3 · 10 13 - 2 · 10 12 Ohm. m. Niet geschikt voor elektrische isolatie.

Het wordt gebruikt als structureel, optisch en decoratief materiaal, geverfd met anilinekleurstoffen in verschillende kleuren. Het wordt gebruikt voor het maken van koffers en instrumentenweegschalen, transparante beschermglazen en doppen, transparante onderdelen van apparatuur, enz. Plexiglas is gemakkelijk te verwerken: geboord, gezaagd, geslepen, geslepen, gepolijst. Het buigt goed, gestempeld en gelijmd met oplossingen van polymethylmethacrylaat in dichloorethaan.

Polyvinylalcohol- vast polymeer met samenstelling (-CH2-CHOH-) n. Het wordt verkregen door hydrolyse van polyvinylacetaat met zuur of alkali. Polyvinylalcohol-formule:

Asymmetrisch lineair polymeer. De aanwezigheid van een OH-groep in elke kettingschakel bepaalt de hoge hygroscopiciteit en polariteit van de alcohol. Het lost alleen op in water. Heeft ρ = 107 Ohm · cm. Gebruikt als hulpmateriaal bij de vervaardiging van gedrukte radioschakelingen.

Bestand tegen schimmels en bacteriën. Een goed materiaal voor de vervaardiging van olie- en benzinebestendige membranen, slangen, panelen. Verwarmen op 170 ° C gedurende 3 - 5 uur verhoogt de waterbestendigheid en vermindert de oplosbaarheid van polyvinylalcohol.

Oligoester acrylaten

oligomeren- chemische verbindingen met een gemiddeld molecuulgewicht (minder dan 1000), hoger in vergelijking met monomeren en lager in vergelijking met polymeren. Hun belangrijkste eigenschap is het vermogen om te polymeriseren door onverzadigde bindingen, die de ruimtelijke of lineaire structuur van het eindproduct bepalen. Tijdens de polymerisatie komen geen producten met een laag molecuulgewicht vrij, daarom is de isolatie die wordt verkregen door te gieten met oligomeren solide, zonder holten en poriën. Ze vereisen geen speciale voorwaarden voor polymerisatie (hoge druk, temperatuur, omgeving, enz.).

De industrie produceert polyester-, polyurethaan-, organosilicium-oligomere verbindingen en hun modificaties.