Понятие о полимерах. Процесс получения полимеров. Свойства полимеров

Полимерами - высокомолекулярные соединения, состоящие из длинных цепных молекул, образованных многократным чередованием одинаковых групп атомов, которые соединены между собой химическими связями. При этом комплекс свойств полимера практически не изменяется при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев. Молекулы полимеров из-за больших размеров называют макромолекулами, а многократно повторяющиеся группировки атомов — элементарными звеньями. Высокомолекулярные соединения (ВМС) - полимеры бывают природные, искусственные и синтетические. В качестве природных высокомолекулярных соединений используют натуральный каучук, природные смолы (шеллак, янтарь), казеин, целлюлозу. Искусственные полимеры получают выделением, очисткой и переработкой, модификацией природных полимеров. Синтетические – синтезом из низкомолекулярных веществ. В настоящее время пластмассы вырабатывают главным образом на основе синтетических смол – полимеров, представляющих собой высокомолекулярные соединения. Синтетические высокомолекулярные соединения получают из низкомолекулярных веществ – мономеров.

Свойства полимеров обусловливаются характером расположения элементарных звеньев макромолекулы. В соответствии с этим различают полимеры линейные, разветвленные и сетчатые (сшитые). В линейных полимерах элементарные звенья располагаются в виде длинных цепей. Полимеры, в которых основная цепь имеет боковые ответвления, называют разветвленными. Сетчатые полимеры построены из цепных молекул, соединенных между собой поперечными химическими связями. Линейные и разветвленные полимеры плавятся при нагревании и растворяются в соответствующих органических растворителях. К таким полимерам относят полиметилметакрилат, полиэтилен, полистирол и др. Сетчатые (сшитые) полимеры неплавкие и нерастворимые. Свойства сетчатых полимеров зависят от количества поперечных связей. С увеличением числа сшивок, т.е. частоты сетки, повышаются жесткость, твердость, теплостойкость. Типичными представителями сетчатых полимеров являются феноло-формальдегидные, аминоальдегидные и другие смолы.

Термические и механические свойства зависят от расположения мономерных звеньев в полимерных цепях, поскольку полимеры могут кристаллизоваться, если цепи имеют регулярное строение и расположены параллельно друг другу. Чем выше степень кристалличности, тем тверже продукт, тем выше его температура размягчения и больше устойчивость к набуханию и растворению; низкой степенью кристалличности характеризуются более мягкие продукты с более низкими температурами тепловой деформации и более легкой растворимостью.

58. Классификация пластических масс. Состав пластмасс.

Пластическими массами - материалы на основе полимеров и их композиции с различными ингредиентами, способные при определенных условиях формоваться в изделия и сохранять приданную им форму.

Признаками классификации: химический состав, вид связующего вещества, вид наполнителя, внешний вид, применение, эксплуатационные свойства и другие признаки.

По химическому составу все полимеры подразделяются на: органические, элементоорганические, неорганические. Органические полимеры образованы с участием органических радикалов. Это смолы и каучуки. Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы, сочетающиеся с органическими радикалами. Неорганические полимеры составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест.

По виду связующего вещества пластмассы делят на две основные группы: пластмассы на основе синтетических полимеров и пластмассы на основе природных модифицированных полимеров. Пластмассы на основе синтетических полимеров (смол), включающие две подгруппы, на основе полимеризационных смол (полиэтилен,полипропилен) и на основе поликонденсационных смол (фенопласты, аминопласты, полиуретан). Пластмассы на основе природных модифицированных (видоизмененных) полимеров: Нитроцеллюлоза (или нитрат целлюлозы)- ее получают обработкой хлопковой или древесной целлюлозы смесью азотной и серной кислот и др.

По составу пластмассы подразделяют на однородные и неоднородные (композиционные). Однородные пластмассы состоят из одного связующего вещества, т. е. из чистых смол (иногда вводят пластификаторы и красители), это полиэтилен, полипропилен, полистирол. Чаще всего их поставляют в гранулированном виде. Неоднородные (композиционные) пластмассы содержат связующее вещество и различные добавки (наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие компоненты), позволяющие повысить уровень потребительских свойств материалов, их перерабатываемость, устойчивость к воздействию внешних факторов при эксплуатации и хранении, улучшить эстетические и другие свойства.

По отношению к нагреванию различают пластмассы термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопластами называют композиции, которые при нагревании способны переходить в высокоэластическое или вязко-текучее состояние, а при охлаждении возвращаются в твердое – кристаллическое или стеклообразное состояние, сохраняя при этом прежние свойства. Поэтому термопласты (их отходы) можно перерабатывать в изделия несколько раз. Термопластами являются полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полистирол. Термореактивными (реактопластами) называют пластмассы, которые при нагревании переходят в высокоэластическое или вязкотекучее состояние под действием температуры лишь в краткий период, соответствующий времени необходимому для формования изделий, а затем теряют способность к таким переходам.

По жесткости пластмассы условно подразделяют на жесткие (фенопласты, аминопласты), полужесткие (полиэтилен, полипропилен, полиамиды) и мягкие (поливинилхлоридный пластикат, пенополиуретан и др.)

По способу переработки в изделия пластмассы делятся на прессовочные и литьевые. Прессовочные материалы обычно являются термореактивными композициями и перерабатываются в изделия методамигорячего прессования. Литьевые массы представляют собой термопластичные композиции и перерабатываются в изделия методами литьевого прессования — выдавливания, выдувания, экструзией и др.

По сортаменту пластмассы выпускаются в виде порошков, гpaнул, таблеток, волокон. Пластмассы выпускают также в виде поделочных материалов (полуфабрикатов) – листов, пластин, плит, труб.

Пластические массы — композиции полимера (связующего вещества) с другими компонентами и поэтому большинство из них являются композиционными материалами. В состав композиционных пластмасс, кроме связующего вещества, входят наполнители, пластификаторы, красители, смазывающие вещества, стабилизаторы и другие добавки.

Связующее вещество является основной, обязательной составной частью любого пластика. Оно соединяет все составные части пластмассы. Связующим обычно служат синтетические смолы.

Наполнители – вещества, вводимые в полимерные материалы для придания им необходимых физико-механических свойств. Наполнители придают изделиям из пластмасс большую механическую прочность, повышают их теплостойкость и химическую стойкость, улучшают электроизоляционные свойства. По своей природе наполнители могут быть органическими (хлопковый пух, отходы деревообработки, различные ткани) и неорганическими (асбест, тальк, сажа и др.)

Пластификаторы придают пластмассе гибкость, эластичность, снижают жесткость и хрупкость, повышают свето- и морозостойкость, облегчают процесс формования изделии.

Красители окрашивают пластмассы в разнообразные цвета.

Стабилизаторы — это вещества, замедляющие старение пластмасс, т.е. постепенное ухудшение их свойств под действием кислорода воздуха, света, влаги и других факторов.

Отвердители являются сшивающими агентами, вводимыми с целью образования на определенной стадии переработки пластмасс сетки поперечных связей между макромолекулами.