Введение
1.1. Статистические данные
- Производство и экспорт полимеров
- Производство изделий из пластмасс ( оригинальные производители оборудования (OEM))
- Производственное оборудование для пластмасс (поставка оборудования)
| Область | 1980 | 2002 | 2010 | Ежегодное изменение % (2002-2010) |
| Во всем мире | 10 | 26 | 37 | 4.5 |
| США | 45 | 105 | 146 | 4.2 |
| Латинская Америка | 7.5 | 20.5 | 30.5 | 5.1 |
| Европа | 40 | 97 | 136 | 4.3 |
| Восточная Европа | 8.5 | 12.5 | 24 | 8.5 |
| Япония | 50 | 85 | 108 | 3.0 |
| Юго-Восточная Азия | 2 | 14.5 | 24 | 6.5 |
| Африка Ближний Восток | 3 | 8 | 10 | 2.8 |
| Рейтинг | Штат | Число рабочих, занятых в отрасли |
| 1 | Калифорния | 137,800 |
| 2 | Огайо | 112,100 |
| 3 | Мичиган | 95,300 |
| 4 | Техас | 94,900 |
| 5 | Иллинойс | 89,100 |
| 6 | Пенсильвания | 74,400 |
| 7 | Индиана | 70,000 |
| 8 | Нью-Йорк | 52,800 |
| 9 | Северная Королина | 51,700 |
| 10 | Висконсин | 50,900 |
1.2. Виды полимеров и пластмасс
- В отличие от других материалов, таких как металлы, у пластмасс есть многочисленные сорта и вариации каждого типа полимера. Эти вариации включают различные добавки, наполнители и волокна и др. С самого начала пластмассы преподносились как материалы, на которые надо ровняться, на сегодняшний день это стало реальностью, которая воспринимается как само собой разумеющееся.
- Необычное молекулярное строение полимеров приводит к специфическому поведению, которое не наблюдается у других материалов. К особенностям относят вязкоупругие свойства и другие неньютоновские эффекты, наблюдаемые при деформации, например разжижение при сдвиге. Данные характеристики влияют не только на то как будет вести себя конечный продукт, но и на сам производственный процесс: заполнение формы, экструзия потока через фильеру и т.д. Это всегда приводит к остаточным напряжениям, а также к ориентации молекул и наполнителя, что вызывает анизотропию свойств в конечном продукте.
- Во время проектирования и производства продукта, стоимость сырья является главным параметром выбором материала. Сейчас правда мы также должны учитывать экологический фактор. В том числе и влияние добавок, таких как растворители или определенные антипирены, на здоровье рабочих и на окружающую среду. К тому же следует иметь в виду, что производимые товары должны иметь возможность последующей переработки.
- Одним из наибольших преимуществ полимеров являются низкие энергозатраты при переработке: плавление материала, придание ему формы и затвердевание
- Дизайн, рабочие характеристики и способность к вторичной переработке продукта прямым образом влияют на выбор материала и добавок к нему, а также и на метод технологию производства и соответствующего режима обработки.
Примеры изделий из полимерных материалов
Прежде чем называть конкретные изделия из полимеров (их невозможно перечислить все, слишком большое их многообразие), для начала нужно разобраться, что дает полимер. Материал, который получают из ВМС, и будет основой для будущих изделий.
Основными материалами, изготовленными из полимеров, являются:
- пластмассы;
- полипропилены;
- полиуретаны;
- полистиролы;
- полиакрилаты;
- фенолформальдегидные смолы;
- эпоксидные смолы;
- капроны;
- вискозы;
- нейлоны;
- полиэфирные волокна;
- клеи;
- пленки;
- дубильные вещества и прочие.
Это только небольшой список из того многообразия, что предлагает современная химия. Ну а здесь уже становится понятным, какие предметы и изделия изготавливаются из полимеров – практически любые предметы быта, медицины и прочих областей (пластиковые окна, трубы, посуда, инструменты, мебель, игрушки, пленки и прочее).
Понятие о полимерах
Полимер. Что это такое? Ответить можно с разных точек зрения. С одной стороны, это современный материал, используемый для изготовления множества бытовых и технических предметов.
С другой стороны, можно сказать, это специально синтезированное синтетическое вещество, получаемое с заранее заданными свойствами для использования в широкой специализации.
Каждое из этих определений верное, только первое с точки зрения бытовой, а второе — с точки зрения химической. Еще одним химическим определением является следующее. Полимеры — это макромолекулярные соединения, в основе которых лежат короткие участки цепи молекулы — мономеры. Они многократно повторяются, формируя макроцепь полимера. Мономерами могут быть как органические, так и неорганические соединения.
Поэтому вопрос: «полимер — что это такое?» — требует развернутого ответа и рассмотрения по всем свойствам и областям применения этих веществ.
Способы получения пластмассы
Различают два принципиально разных способа получения пластмассы: реакцию полимеризации и реакцию поликонденсации.
Реакция полимеризации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем соединения друг с другом большого числа низкомолекулярных веществ (мономеров).
Реакция поликонденсации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем взаимодействия мономеров с несколькими функциональными группами, которое сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов реакции (воды, аммиака, соли и других веществ).
При полимеризации элементарный состав продукта совпадает с элементарным составом исходных веществ, к тому же пластмассы, полученные таким способом, можно разложить до исходных низкомолекулярных веществ. С пластмассами, полученными реакцией поликонденсации, такого сделать нельзя, так как элементарный состав продуктов реакции не совпадает с элементарным составом исходных веществ.
Свойства полимеров
По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.
| Термореактивные | Термопластичные | Эластомеры |
| Неплавкие и неэластичные материалы. Фенолформальдегидные смолы, полиуретан | Меняют форму при нагревании и сохраняют её. Полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид | Эластичные вещества при разных температурах. Натуральный каучук, полихлоропрен |
Термореактивные полимеры — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.
Например , фенолформальдегидные смолы, полиуретан.
Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.
Например , полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.
Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.
Например , натуральный каучук.
Что такое синтетика
Материал — синтетика ткань представляет собой материю, производимую путем химического синтеза. Волокно синтетики представляет собой полимер, который нельзя найти в природе, а его синтез — это мономер. Для изготовления синтетики используют нефтепереработанные продукты, газ или уголь.
Важно чтобы вещь 100% не состояла из синтетик, так как это прямой путь к развитию дерматита и аллергической реакции. Максимально допустимая граница добавления синтетических волокон — 30%
Синтетическая ткань — следствие игры разных материй, таких как стекловолокно, целлюлоза, металлов, волокон нефтепродуктов и прочего.
Аллергия на синтетику
Синтетика (synthetic ) универсальная ткань, которую используют по разному назначению — в быту, в промышленности и т.д.
Натуральные волокно и их альтернатива
Особенности ненатуральных тканей
Красивая и приятная ткань – таких характеристик недостаточно современному потребителю. Материал должен быть высокотехнологичным. Вещи должны быть максимально комфортными даже в экстремальных ситуациях. Холлофайбер, при создании которого используется полиэстер, активно используется в процессе строительных работ, для пошива обмундирования для военных. Мембрана, микрофибра применяются в спорте. Материалы идеально пропускают влагу, но при этом удерживают тепло. Важные характеристики – это легкость, эластичность, безупречная прочность.
Это интересно: Кулирка с лайкрой: что за ткань, какие особенности, виды?
Синтетические полимерные материалы и их применение
По способу производства синтетические полимерные материалы подразделяются на два класса: класс А — полимеры, получаемые цепной полимеризацией; класс Б — полимеры, получаемые поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.
Процесс полимеризации представляет собой соединение одинаковых и разных молекул. Побочных продуктов при полимеризации не образуется.
Процесс поликонденсации представляет собой соединение большого количества одинаковых и различных полиреактивных молекул низкомолекулярных веществ, в результате чего образуется высокомолекулярное вещество. При процессе поликонденсации выделяются вода, хлористый водород, аммиак и другие вещества.
Кремнийорганические смолы — это особая группа высокомолекулярных соединений. Особенность этих полимерных строительных материалов состоит в том, что они обладают свойствами как органических, так и неорганических веществ.
Физические и механические характеристики этих полимерных материалов практически не зависят от колебаний температуры по сравнению с обычными смолами, к тому же они обладают высокой гидрофобностью и теплостойкостью. Кремнийорганические смолы служат для получения различных изделий, стойких к действию повышенных температур (400-500°С).
Основная область применения этих синтетических полимерных материалов – изготовление бетонов и растворов для повышения их долговечности. Также их применяют в виде защитных покрытий на природных и искусственных каменных материалах (бетоне, известняке, травертине, мраморе и т. д.). Пропитка оказывает защитное действие в течение 6-10 лет, после чего ее следует возобновить.
Для поверхностей пропитки изделий из природного камня и других строительных конструкций применяют гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ), которые перед употреблением растворяют органическими растворителями, а также водную 50%-ную эмульсию (молочно-белого цвета), которую перед употреблением смешивают с водой в соотношении 1:10.
Поливинилацетатная дисперсия (ПВА) — это продукт полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии инициатора и защитного коллоида. Это вязкая жидкость белого цвета, однородная, без криков и посторонних включений.
ПВА в зависимости от вязкости изготавливается трех марок: Н — низковязкая, С — средневязкая, В — высоковязкая. Она применяется при изготовлении полимерцементных растворов, мастик, паст, которые используются при облицовочных работах.
Латекс синтетический СКС-65ГП — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в соотношении 35:65 (по массе) в водной эмульсии с применением в качестве эмульгатора некаля и натриевого мыла синтетических жирных кислот. Латекс СКС-65ГП используется при изготовлении полимербетонов, эмульсионных красок, мастик и паст, применяемых при облицовочных работах. Также латекс используется при нанесении различных покрытий.
Физико-химические свойства этого полимерного строительного материала латекс СКС-65ГП:
- содержание сухого вещества, %, не менее 47;
- содержание незаполимеризованного стирола, %, не более 0,08;
- концентрация водородных ионов (pH), не менее 11;
- поверхностное натяжение, дин/см2, не более 40;
- вязкость, с — 11-15;
- содержание золы, %, не более 1,5.
Латекс синтетический СКС-ЗОШР — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в водной эмульсии, применяется в качестве связующего или клеящего материала при облицовочных работах.
Физико-химические свойства латекса СКС-ЗОШР:
- содержание сухого вещества, %, не менее 33;
- температура желатинизации, °С, не выше 14;
- содержание свободной щелочи, %, не более 0,15.
Производство синтетики
Человечество использует разные методы выработки искусственных полимеров:
- своеобразное вытягивание их из органических низкомолекулярных соединений;
- переработка естественной органики в неестественные материалы.
В качестве изначального продукта для образования синтетических цепей берут различные материалы, являющиеся конечными результатами от переработки газовых элементов, нефтепродуктов и каменного угля (фенолы, ацетилены, бензолы и этилены). Результат в целом зависит от внешности исходных веществ. По их обозначению дается и название полимеру.
Синтетические полимеры образуются методом синтезирующей реакции. Волокна вырабатывают из расплава, а также из раствора по сухому или мокрому методу.
Применение синтетических волокон набирает крупные обороты в отличие от выпуска искусственных волокон. Объясняется это доступностью первичного сырья и обширностью их свойств и полезных качеств. Это позволяет получать продукты с различными свойствами, в то время как возможности модифицировать свойства искусственных волокон крайне малы и даже иногда отсутствуют.
Каучук
Это природный полимер, имеющий ценное хозяйственное значение. Впервые он был описан еще Робертом Куком, который в одном из своих путешествий его обнаружил. Произошло это так. Высадившись на острове, на котором жили неизвестные ему туземцы, он был гостеприимно встречен ими
Его внимание привлекли местные дети, которые играли необычным предметом. Это шарообразное тело отталкивалось от пола и подпрыгивало высоко вверх, затем возвращалось. Поинтересовавшись у местного населения о том, из чего сделана эта игрушка, Кук узнал, что так застывает сок одного из деревьев – гевеи
Много позже было выяснено, что это и есть биополимер каучук
Поинтересовавшись у местного населения о том, из чего сделана эта игрушка, Кук узнал, что так застывает сок одного из деревьев – гевеи. Много позже было выяснено, что это и есть биополимер каучук.
Химическая природа данного соединения известна – это изопрен, подвергшийся естественной полимеризации. Формула каучука (С5Н8)n. Его свойства, благодаря которым он так высоко ценится, следующие:
- эластичность;
- износостойкость;
- электроизоляция;
- водонепроницаемость.
Однако есть и недостатки. На холоде он становится хрупким и ломким, а на жаре – липким и тягучим. Именно поэтому появилась необходимость синтеза аналогов искусственной или синтетической основы. Сегодня каучуки широко используются в технических и промышленных целях. Самые главные продукты на их основе:
- резины;
- эбониты.
Особенности
Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.
Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.
Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.
Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:
- Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
- Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
- Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.
Пластмассы
Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.
Что такое синтетические полимеры?
Человечество издавна использует натуральные полимерные материалы в своем быту; меха, кожу, шелк, шерсть, известь, хлопок, цемент, и глину. Но изготовление цепных полимеров в широких масштабах началось только 20 веке. В 1906 году, ученый Лео Бакеланд открыл смолу, которая ныне носит название “бакелит” — результативный продукт при сгущении фенола и формальдегидного вещества, которое при увеличении температуры переходило в трехмерное состояние. Еще очень долгого, впоследствии, он выпускался для корпусных обшивок телевизоров, электроприборов, розеток и аккумуляторных коробок, а в современном мире его стали использовать как адгезирующее связующее вещество.
Полимеры – это вещества, с неорганической и органической основой, с аморфным и кристаллическим строением, в состав которых входят соединенные мономерные макромолекулярные звенья.
Синтетический полимер — это искусственный полимерный материал, являющийся альтернативой природному сырью. Его получают лабораторным путем двумя методами: полимеризационным и поликонденсационным.
Характеристики полимерных клеящих материалов
Полимерные клеящие материалы выпускают в виде жидкостей порошков и пленок.
Жидкие клеи бывают двух типов. Первый тип клеевых составов представляет собой растворенные в органическом летучем растворителе (спирте или ацетоне) каучуки, смолы или производные целлюлозы. После испарения растворителя образуется твердое клеевое соединение. Второй тип клеевых составов — это водные растворы специально приготовленных для клеев смол. Такие растворы при правильном хранении не густеют в течение нескольких месяцев. Жидкие клеи содержат 40-70% твердого клеящего вещества.
Клей КМЦ (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы) используется при изготовлении мастик и растворов, применяемых при облицовке каменными материалами.
Карбинольный клей (винилацетилен карболен) — это вязкая прозрачная жидкость светло-оранжевого цвета, обладающая высокой клеящей способностью. Поэтому его называют универсальным. Он способен склеивать различные материалы, даже такие, как бетон, камень, металл, дерево. Затвердевший карбинольный клей устойчив к воздействию масел, кислот, щелочей, бензина, ацетона и воды.
В качестве катализаторов для ускорения твердения карбинольного клея используются концентрированная азотная кислота или перекись бензоила. Последняя представляет собой взрывоопасный порошок, поэтому его следует хранить, оберегая от огня.
Карбинольный клей выпускается на основе карбинольного сиропа (100 мас.ч) двух составов: в 1-й добавляется в качестве отвердителя перекись бензоила (1-3 мас.ч.), во 2-й – концентрированную азотную кислоту (1-2 мас.ч.).
Карбинольный клей хранят при температуре 20°С и в темноте, так как под влиянием света он теряет клеящую способность.
Эпоксидный клей представляет собой прозрачную вязкую жидкость светло-коричневого цвета, обладающую высокой клеящейся способностью. Он применяется для склеивания камня, бетона, керамической плитк. Затвердевший шов эпоксидного клея устойчив к воздействию кислот, щелочей, растворителей, воды, а также к большим механическим нагрузкам. Отвердителями эпоксидной смолы служат полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин, пластификатором – дибутилфтолат.
Сокращения могут дополняться символами, например, PE-LD это полиэтилен низкой плотности или PVC-P – пластифицированный поливинилхлорид. Символы для основных характеристик представлены в Табл.1.4.
| Символ | Характеристика материала |
| A | Аморфный |
| В | Блоксополимер |
| BO | Двухосно ориентированнный |
| С | Хлорированный |
| CO | Сополимер |
| E | Вспененный |
| G | Привитой сополимиризацией |
| H | Гомополимер |
| HC | Высококристаллический |
| HD | Высокой плотности |
| HI | High impact |
| HMW | Высокомолекулярный |
| I | Impact |
| LD | Низкой плотности |
| LLD | Линейный низкой плотности |
| (M) | Metallocene catalyzed |
| MD | Средней плотности |
| О | Ориентированный |
| P | Пластифицированный |
| R | Randomly polymerized |
| U | Непластифицированный |
| UHMW | Ультра высокомолекулярный |
| ULD | Крайне низкой плотности |
| VLD | Очень низкой плотности |
| X | Сшитый |
| XA | Сшитый пероксидными мостиками |
| XC | Electrically cross-linked |
| Сокращение | Химическое название англ | Химическое название русское |
| DODP | Dioctyldecylphthalate | Диоктилдецилфталат |
| ASE | Alkylsulfone acid ester | Сложный эфир алкилсульфоновой кислоты |
| BBP | Benzylbutylphthalate | Бензилбутилфталат |
| DBA | Dibutyladipate | Дибутиловый эфир адипиновой кислоты |
| DBP | Dibutylphthalate | Дибутилфталат |
| DBS | Dibutylsebacate | Дибутилсебацинат |
| DCHP | Dicyclohexylphthalate | Дициклогаксилфталат |
| DEP | Diethylphthalate | Диэтилфталат |
| DHXP | Dihexylphthalate | Дигексилфталат |
| DD3P | Diisobutylphthalate | Диизобутилфталат |
| DIDP | Diisodecylphthalate | Диизодецилфталат |
| DINA | Diisononyladipate | Диизонаниладипат |
| DMP | Dimethylphthalate | Диметилфталат |
| DMS | Dimethylsebazate | Диэтилсебацилат |
| DNA | Dinonyladipate | Динониладипат |
| DNODP | Di-n-octyl-n-decylphthalate | Ди-н-октил-н-децилфталат |
Основные свойства полимеров
Строение макромолекул в виде цепи, а также различные типы связей между ними, возникшие при образовании молекул, определяют природу специальных физико-химических характеристик полимеров. Среди них важная особенность к пленко- и волокнообразованию, способности полимеров к вытяжке, прочности в определенных направлениях, эластичности и т.п. Такое строение полимерных молекул определяет тот факт, что вязкость растворов полимеров обычно высока. ВМС могут в высокой степени набухать в жидкостях, при этом образуя несколько видов систем, по свойствам находящихся между твердым жидким агрегатным состояниями.
Количество мономерных звеньев в макромолекулах полимеров и природа звена определяют молекулярную массу всего ВМС. Любой полимер всегда состоит из множества макромолекул, каждая из которых индивидуальна и отличается от других в том числе по длине цепи. Из-за этого факта молекулярная масса полимеров – всегда примерная средняя величина
Также из описанного следует, что важной характеристикой является молекулярно-массовое распределение (ММР), которое показывает в каком диапазоне молекулярных масс молекулы представлены в конкретном образце полимера. Чем меньше молекулярно-массовое распределение, тем стабильнее свойства полимеров и тем проще описать методики их переработки.
Полимеры могут находиться в нескольких агрегатных состояниях, которые отличаются от состояний обычных низкомолекулярных веществ, например в состоянии вязкотекучей жидкости, эластичном состоянии, такие как каучук, силикон, другие эластомеры, твердых пластмасс.
Деление по природе гетероатома
Классификация полимеров может зависеть и от природы гетероатомов, она включает несколько групп:
- с атомами кислорода в главной цепи – простые и сложные полиэфиры и перекиси;
- соединения с содержанием в основной цепочке атомов азота – полиамины и полиамиды;
- вещества с атомами кислорода и также азота в главной цепи, примером которых стали полиуретаны;
- ВМС с атомами серы в основной цепочке – политиоэфиры и политетрасульфиды;
- соединения, у которых присутствуют в главной цепи атомы фосфора.
https://youtube.com/watch?v=6ixMX3yY0_A
Материалы на основе полимеров
Пластмассы
Пластмассы — материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.
Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер. Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в связи с чем его называют связующим.
Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.
Термопласты — вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной формы.
Реактопласты — пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.
Так, например, термопластами являются пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.
Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе фенолформальдегидных смол.
Каучуки
Каучуки — высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить следующим образом:
Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи, т.е. каучуки являются непредельными соединениями.
Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е. соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной одинарной С-С связью.
Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для получения каучуков являются:
1) бутадиен:
2) изопрен:
3) хлоропрен:
В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета) полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена схемой:
Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:
Весьма интересным является тот факт, что впервые с каучуком познакомились не самые продвинутые в плане прогресса страны, а племена индейцев, у которых промышленность и научно-технический прогресс отсутствовали как таковые. Естественно, индейцы не получали каучук искусственным путем, а пользовались тем, что давала им природа: в местности, где они проживали (Южная Америка), произрастало дерево гевея, сок которого содержит до 40-50% изопренового каучука. По этой причине изопреновый каучук называют также натуральным, однако он может быть получен и синтетическим путем.
Все остальные виды каучука (хлоропреновый, бутадиеновый) в природе не встречаются, поэтому всех их можно охарактеризовать как синтетические.
Однако каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков. Так, например, из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком интервале температур. На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и растрескиванию.
Технические характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией. Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука «сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными «мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:
Волокна
Волокнами называют материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов.
Классификация волокон по их происхождению
Искусственные волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).
Синтетические волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации (лавсан, капрон, нейлон).
Применение синтетических полимеров
Синтетические полимерные материалы используются человечеством в различных областях, из них изготавливают самые разные предметы, оборудования и приспособления.
Одним из первых материалов, изготовление которого было перенесено на промышленные масштабы, является целлулоид. Он использовался при производстве различных видов материалов. Одним из основных толчков в развитии фабрикации синтетических полимерных материалов стало появление автомобильной промышленности.
Раньше при изготовлении машин использовали только натуральные материалы, что сильно осложняло процесс производства. В настоящее время синтетические полимерные материалы используются не только для внутренней облицовки салона автомобиля, но и для выпуска огромного спектра деталей.
Также их активно применяют в радиоэлектронике и строительстве, поэтому многие предприятия и фирмы вкладывают немалые денежные средства в разработку новых технологий и рецептур для создания полимерных материалов.
Их очень часто используют при фабрикации разных радиодеталей и бытовой техники, это неимоверно помогло при создании различных видов приборов, без которых сложно представить жизнь современного общества.
Строительные материалы из полимера обладают многими исключительными свойствами, например, имеют большую прочность при малом весе, высокую пропускаемость светового излучения, низкую теплопроводность и повышенную огнестойкость.
Все виды полимеров, использующиеся в быту, проходят специальные исследования и тесты для того, чтобы максимально снизить отрицательное влияние на организм человека.
Виды полимеров
По своему происхождению полимеры можно разделить на три типа:
природные. Природные или натуральные полимеры можно встретить в природе в естественных условиях. К этой группе относятся, например, янтарь, шелк, каучук, крахмал.
Рис. 3. Каучук.
- синтетические. Синтетические полимеры получают в лабораторных условиях, синтезирует их человек. К таким полимерам относятся ПВХ, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. эти вещества не имеют ни какого отношения к природе.
- искусственные. Искусственные полимеры отличаются от синтетических тем, что они синтезированы хоть и в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. К искусственным полимерам относится целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза.
С точки зрения химической природы полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. Большая часть всех известных полимеров являются органическими. К ним относятся все синтетические полимеры. Основу веществ неорганической природы составляют такие элементы, как S, O, P, H и другие. Такие полимеры не бывают эластичными и не образуют макроцепей. Сюда относятся полисиланы, поликремниевые кислоты, полигерманы. К полимерам с элемнтоорганической природой относится смесь как органических, так и неорганических полимеров. Главная цепь – всегда неорганическая, боковые – органические. Примерами полимеров могут служить полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.
Все полимеры могут находится в разных агрегатных состояниях. Они могут быть жидкостями (смазки, лаки, клеи, краски), эластичными материалами (резина, силикон, поролон), а также твердыми пластмассами (полиэтилен, полипропилен).
Что мы узнали?
Тема «Полимеры» является обязательной для изучения по химии. В данной статье дается определение этому понятию, раскрываются виды и типы полимеров.
/10
Вопрос 1 из 10
Полимеры — что это такое?
Полимеры — это материалы, состоящие из длинных повторяющихся цепочек молекул. Они обладают уникальными свойствами в зависимости от типа соединяемых молекул и от того, как они соединены. Некоторые из них гнутся и тянутся, например резина и полиэстер. Другие твердые и жесткие, как эпоксиды и органическое стекло.
Термин «полимер» обычно используется для описания пластиков, которые являются синтетическими полимерами. Как бы то ни было, естественные полимеры также существуют: к примеру, резина и дерево — это естественные полимеры, состоящие из простого углеводорода, изопрена. Белки — тоже естественные полимеры, они состоят из аминокислот. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — полимеры нуклеотидов — сложных молекул, состоящих из азотсодержащей основы, сахара и фосфорной кислоты.
Что такое синтетические полимеры
Синтетические полимеры – это полимерные соединения, которые вырабатываются человеком искусственно. Эти полимерные производства производятся в лабораториях или на фабриках в зависимости от необходимости. Эти полимеры производятся с использованием нескольких химических реакций. Следовательно, в зависимости от типа используемой химической реакции, полимеры могут быть далее классифицированы.
Производство синтетических полимеров было вдохновлено натуральными полимерами. Люди делали полимеры, изучая химические структуры природных полимеров. Эти полимеры в основном производятся из нефтяного масла. Синтетические полимеры могут быть далее классифицированы в зависимости от способа производства, компонентов, используемых в производстве, и т.д .; например, некоторые полимеры синтезируются конденсационной полимеризацией, тогда как некоторые другие полимеры получают аддитивной полимеризацией. Полимеры, полученные конденсационной полимеризацией, называются конденсационными полимерами. Полимеры, полученные аддитивной полимеризацией, известны как аддитивные полимеры.
Рисунок 2: Полиэтиленовые шарики
Кроме того, синтетические полимеры могут быть классифицированы как органические полимеры или неорганические полимеры. Органические полимеры состоят из углеводородных звеньев, тогда как неорганические полимеры не состоят из углеводородов. Некоторыми распространенными примерами синтетических полимеров являются полиэтилен, полипропилен, тефлон, полистирол и т. Д.
Химические свойства полимеров
Химические свойства полимеров отличаются от таковых у низкомолекулярных веществ. Это объясняется размером молекулы, наличием различных функциональных группировок в ее составе, общим запасом энергии активации.
В целом можно выделить несколько основных типов реакций, характерных для полимеров:
- Реакции, которые будут определяться функциональной группой. То есть если в состав полимера входит группа ОН, характерная для спиртов, значит, и реакции, в которые они будут вступать, будут идентичны таковым у спиртов (дегидратация, окисление, восстановление, дегидрирование и так далее).
- Взаимодействие с НМС (низкомолекулярными соединениями).
- Реакции полимеров между собой с образованием сшитых сетей макромолекул (сетчатые полимеры, разветвленные).
- Реакции между функциональными группировками в пределах одной макромолекулы полимера.
- Распад макромолекулы на мономеры (деструкция цепи).
Все перечисленные реакции имеют в практике большое значение для получения полимеров с заранее заданными и удобными человеку свойствами. Химия полимеров позволяет создавать термоустойчивые, кислотно и щелочеупорные материалы, обладающие при этом достаточной эластичностью и стабильностью.
