Таблица на полимерите и тяхното приложение. Приложения на полимерни материали

У дома

Помийна яма

Полимерите или макромолекулите са много големи молекули, образувани от връзките на много малки молекули, които се наричат съставни единици или мономери. Молекулите са толкова големи, че техните свойства не се променят значително, когато се добавят или премахват няколко от тези единици. Терминът "полимерни материали" е общ. Той съчетава три широки групи синтетични пластмаси, а именно: полимери; пластмаси и тяхното морфологично разнообразие - полимерни композитни материали (ПКМ) или, както ги наричат още, армирани пластмаси. Общото за изброените групи е, че тяхната задължителна част е полимерният компонент, който определя основната термична деформация и технологичните свойства на материала. Полимерният компонент е органично високомолекулно вещество, получено в резултат на химична реакция между молекулите на изходните нискомолекулни вещества - мономери.

Полимерите обикновено се наричат високомолекулни вещества (хомополимери) с въведени в тях добавки, а именно стабилизатори, инхибитори, пластификатори, лубриканти, антиради и др. Физически полимерите са хомофазни материали, те запазват всички физични и химични характеристики, присъщи на хомополимерите.

Пластмасите са композитни материали на базата на полимери, съдържащи диспергирани или късовлакнести пълнители, пигменти и други насипни компоненти. Пълнителите не образуват непрекъсната фаза. Те (дисперсна среда) се намират в полимерната матрица (дисперсионна среда). Физически пластмасите са хетерофазни материали с изотропни (еднакви във всички посоки) физически макросвойства.

Пластмасите могат да се разделят на две основни групи - термопластични и термореактивни. Термопластите са тези, които веднъж оформени, могат да бъдат разтопени и отляти отново; термореактивни, формовани веднъж, вече не се топят и не могат да приемат друга форма под въздействието на температура и налягане. Почти всички пластмаси, използвани в опаковките, са термопластични, като полиетилен и полипропилен (членове на семейството на полиолефини), полистирол, поливинилхлорид, полиетилен терефталат, найлон (найлон), поликарбонат, поливинилацетат, поливинил алкохол и други.

Пластмасите също могат да бъдат категоризирани според метода, използван за полимеризирането им в полимери, получени чрез добавяне към поликондензация. Допълнителните полимери се произвеждат чрез механизъм, който включва или свободни радикали, или йони, при което малки молекули бързо се добавят към растящата верига без образуването на придружаващи молекули. Поликондензационните полимери се получават чрез взаимодействие на функционалните групи в молекулите една с друга, така че дълга полимерна верига се образува стъпка по стъпка и обикновено се образува вторичен продукт с ниско молекулно тегло, като вода, по време на всеки реакционен етап. Повечето опаковъчни полимери, включително полиолефини, поливинилхлорид и полистирол, са присъединителни полимери.

Химичните и физичните свойства на пластмасите се определят от техния химичен състав, средно молекулно тегло и разпределение на молекулното тегло, история на обработката (и употреба) и наличието на добавки.

Подсилените с полимер материали са вид пластмаса. Те се различават по това, че използват не диспергирани, а подсилващи, тоест подсилващи пълнители (влакна, тъкани, панделки, филц, монокристали), които образуват независима непрекъсната фаза в PCM. Отделни разновидности на такива PCM се наричат ламинирани пластмаси. Тази морфология дава възможност за получаване на пластмаси с много висока якост на деформация, умора, електрофизични, акустични и други целеви характеристики, които отговарят на най-високите съвременни изисквания.

Реакцията на полимеризация е последователно добавяне на молекули на ненаситени съединения една към друга с образуването на продукт с високо молекулно тегло - полимер. Алкеновите молекули, които претърпяват полимеризация, се наричат мономери. Броят на елементарните единици, повтарящи се в макромолекула, се нарича степен на полимеризация (означава се с n). В зависимост от степента на полимеризация от едни и същи мономери могат да се получат вещества с различни свойства. По този начин полиетиленът с къса верига (n = 20) е течност със смазочни свойства. Полиетиленът с дължина на веригата 1500-2000 връзки е твърд, но гъвкав пластмасов материал, от който е възможно да се получат филми, да се правят бутилки и други прибори, еластични тръби и др. И накрая, полиетилен с целева дължина от 5-6 хиляди връзки е твърдо вещество, от което могат да се приготвят отлети продукти, твърди тръби, здрави резби.

Ако в реакцията на полимеризация участват малък брой молекули, тогава се образуват нискомолекулни вещества, например димери, тримери и др. Условията за протичане на реакциите на полимеризация са много различни. В някои случаи са необходими катализатори и високо налягане. Но основният фактор е структурата на мономерната молекула. Ненаситените (ненаситени) съединения влизат в реакцията на полимеризация поради разкъсването на множество връзки. Структурните формули на полимерите се изписват накратко, както следва: формулата на елементарната единица е поставена в скоби, а долу вдясно се поставя буквата n. Например структурната формула на полиетилена е (-CH2-CH2-) n. Лесно е да се заключи, че името на полимера се състои от името на мономера и префикса поли-, например, полиетилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Полимеризацията е верижна реакция и за да започне тя е необходимо да се активират мономерните молекули с помощта на т. нар. инициатори. Такива инициатори на реакцията могат да бъдат свободни радикали или йони (катиони, аниони). В зависимост от естеството на инициатора се разграничават радикални, катионни или анионни полимеризационни механизми.

Най-често срещаните въглеводородни полимери са полиетилен и полипропилен.

Полиетиленът се получава чрез полимеризация на етилен: Полипропиленът се получава чрез стереоспецифична полимеризация на пропилен (пропен). Стереоспецифичната полимеризация е процесът на получаване на полимер със строго подредена пространствена структура. Много други съединения са способни на полимеризация - производни на етилена, имащи общата формула CH2 = = CH-X, където X са различни атоми или групи от атоми.

Видове полимери:

Полиолефините са клас полимери от една и съща химическа природа (химична формула -(CH2)-n) с разнообразна пространствена структура от молекулярни вериги, включително полиетилен и полипропилен. Между другото, всички въглехидрати, например природен газ, захар, парафин и дърво, имат подобна химическа структура. Общо 150 милиона тона полимери се произвеждат годишно в света, а полиолефините представляват приблизително 60% от това количество. В бъдеще полиолефините ще ни заобикалят в много по-голяма степен, отколкото днес, така че е полезно да ги разгледаме по-отблизо.

Комплексът от свойства на полиолефините, включително устойчивост на ултравиолетови лъчи, оксиданти, разкъсване, пробиване, свиване при нагряване и разкъсване, варира в много широк диапазон в зависимост от степента на ориентационно разтягане на молекулите в процеса на получаване на полимерни материали и продукти .

Особено трябва да се подчертае, че полиолефините са екологично по-чисти от повечето материали, използвани от човека. При производството, транспортирането и обработката на стъкло, дърво и хартия, бетон и метал се използва много енергия, чието производство неизбежно замърсява околната среда. Изхвърлянето на традиционни материали също освобождава вредни вещества и губи енергия. Полиолефините се произвеждат и изхвърлят без емисии на вредни вещества и с минимална консумация на енергия, а при изгаряне на полиолефини се отделя голямо количество нетна топлина със странични продукти под формата на водна пара и въглероден диоксид. Полиетилен

Около 60% от всички пластмаси, използвани за опаковане, са полиетилени, главно поради ниската му цена, но и поради отличните му свойства за много приложения. Полиетиленът с висока плътност (HDPE - ниско налягане) има най-простата структура от всички пластмаси, състои се от повтарящи се единици етилен. -(CH2CH2)n- полиетилен с висока плътност. Полиетиленът с ниска плътност (LDPE - високо налягане) има същата химическа формула, но се различава по това, че структурата му е разклонена. -(CH2CHR) n- полиетилен с ниска плътност, където R може да бъде -H, -(CH2)nCH3 или по-сложни вторични разклонения.

Полиетиленът, поради своята проста химическа структура, лесно се сгъва в кристална решетка и следователно има тенденция да има висока степен на кристалност. Разклоняването на веригата пречи на тази способност да кристализира, което води до по-малко молекули на единица обем и следователно по-ниска плътност.

LDPE - полиетилен високо налягане. Пластмаса, леко матова, восъчна на допир, обработена чрез екструдиране в издухано тръбно фолио или в плосък филм чрез плоска матрица и охладен валяк. LDPE филмът е здрав на опън и компресия, устойчив на удар и разкъсване, здрав при ниски температури. Има особеност - доста ниска температура на омекване (около 100 градуса по Целзий).

HDPE - полиетилен ниско налягане. HDPE филмът е здрав, издръжлив, по-малко восъчен на допир в сравнение с LDPE филмите. Получава се чрез екструдиране на втулки с издухване или екструдиране на плосък ръкав. Температурата на омекване от 121°C позволява стерилизация с пара. Устойчивостта на замръзване на тези филми е същата като тази на HDPE филмите. Устойчивостта на разтягане и компресия е висока, а устойчивостта на удар и разкъсване е по-малка от тази на LDPE филмите. Филмите от HDPE са отлична бариера за влага. Устойчив на мазнини, масла. "Шумолящата" чанта за тениски ("шумляща"), в която опаковате покупките си, е изработена от HDPE.

Има два основни типа HDPE. "По-старият" тип, произведен за първи път през 30-те години на миналия век, полимеризира при високи температури и налягания, условия, които са достатъчно енергични, за да позволят забележимо възникване на верижни реакции, които водят до образуването на разклонения, както дълги, така и къси вериги. Този тип HDPE понякога се нарича полиетилен с високо налягане (LDPE, HD-HDPE, поради високото налягане), ако е необходимо да се разграничи от линейния полиетилен с ниско налягане, "по-младия" тип LDPE. При стайна температура полиетиленът е доста мек и гъвкав материал. Той запазва тази гъвкавост добре при студени условия, така че е приложим в опаковки за замразени храни. Въпреки това, при повишени температури, като 100°C, той става твърде мек за някои приложения. HDPE има по-висока чупливост и точка на омекване от LDPE, но все още не е подходящ контейнер за горещо пълнене.

Около 30% от всички пластмаси, използвани за опаковане, са HDPE. Това е най-широко използваната пластмаса за бутилки, поради ниската си цена, лекота на формоване и отлична производителност в много приложения. В естествената си форма HDPE има млечнобял, прозрачен вид и по този начин не е подходящ за приложения, където се изисква изключителна прозрачност. Един недостатък на използването на HDPE в някои от приложенията е неговата склонност към напукване под напрежение, дефинирано като повреда на пластмасов контейнер при условия както на напрежение, така и при контакт с продукта, което само по себе си не води до повреда. Напукването на напрежението от околната среда в полиетилена е свързано с кристалността на полимера.

LDPE е най-широко използвания опаковъчен полимер, който представлява приблизително една трета от всички опаковъчни пластмаси. Поради ниската си кристалност, той е по-мек, по-гъвкав материал от HDPE. Това е предпочитаният материал за филми и чанти поради ниската си цена. LDPE има по-добра чистота от HDPE, но все още няма кристалната чистота, която е желателна за някои приложения за опаковане.

PP - полипропилен. Отлична чистота (с бързо охлаждане по време на оформяне), висока точка на топене, химическа и водоустойчивост. PP позволява преминаването на водните пари, което го прави незаменим за опаковки на хранителни продукти (хляб, билки, хранителни стоки), както и в строителството за хидро-вятърна изолация. РР е чувствителен към кислород и окислители. Преработва се чрез издухване или чрез плоска матрица с изливане върху барабан или охлаждане на водна баня. Има добра прозрачност и блясък, висока химическа устойчивост, особено на масла и мазнини, не се напуква под въздействието на околната среда.

PVC - поливинилхлорид. В чиста форма се използва рядко поради крехкост и нееластичност. Евтино. Може да се преработи във филм чрез екструдиране с издухване или екструдиране с плосък слот. Стопката е силно вискозна. PVC е термично нестабилен и корозивен. При прегряване и изгаряне отделя силно токсично хлорно съединение – диоксин. Широко разпространена през 60-те и 70-те години. Той е заменен от по-екологичен полипропилен.

Идентификация на полимера

Потребителите на полимерни филми много често се сблъскват с практическата задача да разпознаят естеството на полимерните материали, от които са направени. Основните свойства на полимерните материали, както е известно, се определят от състава и структурата на техните макромолекулни вериги. Следователно е ясно, че за идентифициране на полимерни филми в първо приближение може да е достатъчно да се оценят функционалните групи, които изграждат макромолекулите. Някои полимери, поради наличието на хидроксилни групи (-OH), са склонни към водни молекули. Това обяснява високата хигроскопичност на, например, целулозните филми и забележимата промяна в техните експлоатационни характеристики при навлажняване. Други полимери (полиетилен терефталат, полиетилени, полипропилен и др.) изобщо нямат такива групи, което обяснява доста добрата им водоустойчивост.

Наличието на определени функционални групи в полимера може да се определи въз основа на съществуващи и научно обосновани инструментални методи за изследване. Въпреки това, практическото прилагане на тези методи винаги е свързано с относително големи времеви разходи и се дължи на наличието на подходящи видове доста скъпо оборудване за изпитване, което изисква подходяща квалификация за неговото използване. В същото време има доста прости и "бързи" практически методи за разпознаване на природата на полимерните филми. Тези методи се основават на факта, че полимерните филми от различни полимерни материали се различават един от друг по своите външни характеристики, физични и механични свойства, както и по отношение на нагряване, естеството на тяхното горене и разтворимост в органични и неорганични разтворители.

В много случаи естеството на полимерните материали, от които се произвеждат полимерни филми, може да се определи от външни характеристики, при изследването на които трябва да се обърне специално внимание на следните характеристики: състояние на повърхността, цвят, блясък, прозрачност, твърдост и еластичност, устойчивост на разкъсване и др. Например, неориентираните фолиа от полиетилен, полипропилен и поливинилхлорид се разтягат лесно. Филмите от полиамид, целулозен ацетат, полистирол, ориентиран полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид не се разтягат добре. Филмите от целулозен ацетат не са устойчиви на разкъсване, лесно се цепят в посока, перпендикулярна на тяхната ориентация, и също така шумолят при смачкване. По-устойчиви на разкъсване полиамидни и лавсанови (полиетилентерефталатни) филми, които също шумолят при смачкване. В същото време филмите от полиетилен с ниска плътност, пластифициран поливинилхлорид не шумолят при смачкване и имат висока устойчивост на разкъсване. Резултатите от изследването на външните характеристики на изследвания полимерен филм трябва да се сравнят с характеристиките, дадени в табл. 1, след което вече могат да се направят някои предварителни изводи.

Таблица 1. Външни знаци

Тип полимер	Механични знаци	Повърхностно състояние на допир	Цвят	Прозрачност	блясък
	Мека, еластична, устойчива на разкъсване	Мека, гладка	Безцветен	прозрачен
		Леко мазна, гладка, сладка	Безцветен	полупрозрачен
	Твърди, леко еластични, устойчиви на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	полупрозрачен или прозрачен
	Здрав, устойчив на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	прозрачен
	Мека, устойчива на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	прозрачен
	Твърди, устойчиви на разкъсване		Безцветен	прозрачен
		Суха, гладка	Безцветен или светло жълт	полупрозрачен
	Твърди, слабо устойчиви на разкъсване	Суха, гладка, много шумоляща	Безцветен или със синкав оттенък	прозрачен
	Твърди, слабо устойчиви на разкъсване	Суха, гладка, много шумоляща	Безцветен, с жълтеникав или синкав оттенък	силно прозрачен
	Твърди, не устойчиви на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	силно прозрачен
Целофан	Твърди, не устойчиви на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	силно прозрачен

Въпреки това, както е лесно да се разбере от анализа на данните, дадени в табл. 2, не винаги е възможно да се установи недвусмислено естеството на полимера, от който е направен филмът, по външни признаци. В този случай е необходимо да се опитаме да определим количествено някои физични и механични характеристики на съществуващата проба от полимерния филм. Както може да се види например от данните, дадени в табл. 2, плътността на някои полимерни материали (LDPE, HDPE, PP) е по-малка от единица и следователно пробите от тези филми трябва да "плуват" във вода. За да се изясни вида на полимерния материал, от който е направен филмът, плътността на съществуващата проба трябва да се определи чрез измерване на теглото й и изчисляване или измерване на нейния обем. Усъвършенстването на природата на полимерните материали се улеснява и от експериментални данни за такива физични и механични характеристики като крайна якост и удължение при едноосово напрежение, както и температура на топене (Таблица 2). Освен това, както се вижда от анализа на данните, дадени в табл. 2, пропускливостта на полимерните филми по отношение на различни среди също зависи значително от вида на материала, от който са направени.

Таблица 2. Физико-механични характеристики при 20°C

Вид полимери	Плътност kg / m 3	Якост на опън, MPa	Удължение при скъсване, %	Пропускливост на водна пара, g/m 2 за 24 часа	Кислородна пропускливост, cm 3 / (m 2 hatm) за 24 часа	Пропускливост на CO 2, cm 3 / (m 2 шунка) за 24 часа	Точка на топене, 0 С










Целофан

В допълнение към отличителните черти във физико-механичните характеристики, трябва да се отбележат съществуващите различия в характерните особености на различните полимери по време на тяхното изгаряне. Този факт прави възможно използването на т. нар. термичен метод за идентификация на полимерни филми. Състои се във факта, че проба от филма се запалва и се държи на открит пламък за 5-10 секунди, като се фиксират следните свойства: способността да гори и нейната природа, цветът и естеството на пламъка, миризма на продукти от горенето и др. Характерните признаци на горене се наблюдават най-ясно в момента на запалване на пробите. За да се установи вида на полимерния материал, от който е направен филмът, е необходимо да се сравнят резултатите от изпитването с данните за характерните особености на поведението на полимерите по време на горене, дадени в табл. 3.

Таблица 3. Характеристики на горене. Химическа устойчивост

Тип полимер	запалимост	Оцветяване на пламък	Миризмата на продукти от горенето	Chem. киселинна устойчивост	Chem. алкална устойчивост
		Отвътре синкав, без сажди	горящ парафин	Отлично
	Изгаря в пламък и при отстраняване	Отвътре синкав, без сажди	горящ парафин	Отлично
	Изгаря в пламък и при отстраняване	Отвътре синкав, без сажди	горящ парафин	Отлично
		Зеленикаво със сажди	хлороводород
	Трудно се запалва и гаси	Зеленикаво със сажди	Хлороводород	Отлично	Отлично
	Осветява и изгаря от пламък	Жълтеникаво със силни сажди	Сладко, неприятно	Отлично
	Изгаря и самозагасва	Сини, жълтеникави по краищата	Изгорял рог или перо
	Трудно се запалва и гаси	Светещ	сладко	Отлично	Отлично
	Трудно се запалва и гаси	Жълтеникаво със сажди	Изгоряла хартия
	Изгаряне в пламък	искрящ	Оцетна киселина
Целофан	Изгаряне в пламък		Изгоряла хартия

Както се вижда от данните, дадени в табл. 3, според естеството на горене и миризмата на продуктите от горенето, полиолефините (полиетилен и полипропилен) приличат на парафин. Това е съвсем разбираемо, тъй като елементарният химичен състав на тези вещества е един и същ. Това затруднява разграничаването между полиетилен и полипропилен. Въпреки това, с известно умение, полипропиленът може да се различи по по-острите миризми на продукти от горенето с нотки на изгоряла гума или горящ уплътняващ восък.

По този начин резултатите от цялостна оценка на отделните свойства на полимерните филми в съответствие с описаните по-горе методи позволяват в повечето случаи доста надеждно да се установи вида на полимерния материал, от който са направени изследваните проби. Ако възникнат трудности при определянето на естеството на полимерните материали, от които са направени филмите, е необходимо да се проведат допълнителни изследвания на техните свойства чрез химични методи. За целта пробите могат да бъдат подложени на термично разлагане (пиролиза), докато наличието на характерни атоми (азот, хлор, силиций и т.н.) или групи от атоми (фенол, нитро групи и др.), предразположени към специфични реакции, т.к. в резултат на което се открива добре дефиниран индикаторен ефект. Горните практически методи за определяне на вида на полимерните материали, от които са направени полимерните филми, са субективни до известна степен и следователно не могат да гарантират тяхната 100% идентификация. Ако все пак възникне такава необходимост, тогава трябва да използвате услугите на специални лаборатории за изпитване, чиято компетентност се потвърждава от съответните документи за сертифициране.

Индекс на течливост на стопилката

Индексът на течливост на стопилката на полимерен материал е масата на полимера в грамове, екструдиран през капиляра при определена температура и определен спад на налягането за 10 минути. Определянето на стойността на индекса на потока на стопилката се извършва на специални устройства, наречени капилярни вискозиметри. Размерите на капиляра са стандартизирани: дължина 8.000±0.025 mm; диаметър 2,095±0,005 mm; вътрешният диаметър на цилиндъра на вискозиметъра е 9,54±0,016 mm. Нецелите стойности на размерите на капилярите са свързани с факта, че за първи път методът за определяне на индекса на потока на стопилка се появява в страни с английската система от мерки. Препоръчителните условия за определяне на индекса на течливост на стопилката са регламентирани от съответните стандарти. GOST 11645-65 препоръчва товари от 2,16 kg, 5 kg и 10 kg и температури, кратни на 10°C. ASTM 1238-62T (САЩ) препоръчва температури от 125°C до 275°C и товари от 0,325 kg до 21,6 kg. Най-често индексът на потока на стопилка се определя при температура от 190°C и натоварване от 2,16 kg.

Стойността на индекса на потока за различни полимерни материали се определя при различни натоварвания и температури. Следователно трябва да се има предвид, че абсолютните стойности на индекса на потока са сравними само за един и същ материал. Така, например, можете да сравните стойността на индекса на потока на стопилка на полиетилен с ниска плътност от различни степени. Сравнението на стойностите на дебитите на полиетилена с висока и ниска плътност не дава възможност за директно сравняване на потока и на двата материала. Тъй като първият се определя с товар от 5 кг, а вторият с товар от 2,16 кг.

Трябва да се отбележи, че вискозитетът на полимерните стопилки зависи значително от приложеното натоварване. Тъй като индексът на потока на конкретен полимерен материал се измерва само при една стойност на натоварването, този индекс характеризира само една точка от цялата крива на потока в областта на относително ниски напрежения на срязване. Следователно, полимери, които се различават леко по макромолекулно разклоняване или молекулно тегло, но със същия индекс на течливост на стопилката, могат да се държат различно в зависимост от условията на обработка. Въпреки това, по отношение на скоростта на потока на стопилка за много полимери, границите на препоръчителните технологични параметри на процеса на обработка са определени. Значителното разпространение на този метод се обяснява с неговата скорост и достъпност. Процесите на екструдиране на филм изискват висок вискозитет на стопилката, поради което се използват суровини с нисък дебит на стопилка.

Според материалите на фирма "NPL Plastic"

Подробности, публикувани: 25 декември 2013 г

Терминът полимер е широко използван в наше време в индустриите на пластмаси и композити, доста често думата "полимер" се използва за обозначаване на пластмаси. Всъщност терминът "полимер" означава много, много повече.

Специалистите на NPP Simplex LLC решиха да разкажат подробно какво представляват полимерите:
Полимерът е вещество с химичен състав от молекули, свързани в дълги повтарящи се вериги. Благодарение на това всички материали, произведени от полимери, имат уникални свойства и могат да бъдат адаптирани в зависимост от предназначението им.
Полимерите са както изкуствен, така и естествен произход. Най-разпространеният в природата е естественият каучук, който е изключително полезен и се използва от човечеството от няколко хиляди години. Каучукът (гумата) има отлична еластичност. Това е резултат от факта, че молекулярните вериги в една молекула са изключително дълги. Абсолютно всички видове полимери имат свойства на повишена еластичност, но наред с тези свойства, те могат да демонстрират и широк спектър от допълнителни полезни свойства. В зависимост от целта, полимерите могат да бъдат фино синтезирани, за да се увеличи максимално удобството и ползата от техните специфични свойства.

Основните физични свойства на полимерите:

устойчивост на удар
твърдост
Прозрачност
Гъвкавост
Еластичност
Учените химици отдавна са забелязали една интересна особеност, свързана с полимерите: ако погледнете полимерната верига под микроскоп, можете да видите, че визуалната структура и физическите свойства на молекулата на веригата ще имитират действителните физически свойства на полимера.

Например, ако полимерната верига се състои от мономери, плътно усукани между нишките и трудни за отделяне, тогава най-вероятно този полимер ще бъде здрав и еластичен. Или, ако полимерната верига проявява еластичност на молекулярно ниво, вероятно е полимерът също да има гъвкави свойства.

Рециклиране на полимери
Повечето полимерни продукти могат да се променят и деформират под въздействието на високи температури, но на молекулярно ниво самият полимер може да не се промени и от него ще бъде възможно да се създаде нов продукт. Например, можете да разтопите пластмасови контейнери и бутилки и след това да направите пластмасови контейнери или автомобилни части от тези полимери.

Примери за полимери
По-долу е даден списък на най-често използваните полимери днес, заедно с техните основни приложения:
- Полипропилен (PP) – Производство на килими, контейнери за храна, колби.
- Неопрен - Неопрен
- Поливинилхлорид) (PVC) - Производство на тръбопроводи, велпапе
- Полиетилен с ниска плътност (LDPE) - Торби за хранителни стоки
- Полиетилен с висока плътност (HDPE) – контейнери за перилни препарати, бутилки, играчки
- Полистирол (PS) - Играчки, дунапрени, мебели без рамки
- Политетрафлуоретилен (PTFE, PTFE) - тигани с незалепващо покритие, електрическа изолация
- Полиметилметакрилат (PMMA, плексиглас, плексиглас) – офталмология, производство на акрилни вани, осветително оборудване
- (PVA) - Бои, лепила

Предимствата на полимерните материали са достатъчно висока якост и устойчивост на износване, добри антифрикционни свойства и химическа устойчивост. Ремонтът на части с помощта на полимерни материали не изисква сложно оборудване, е ниско трудоемък, придружен е от ниско нагряване на детайла (250–320 °C), позволява високо износване (1–1,2 mm), а в някои случаи не изисква последваща механична обработка. Използва се за запечатване на пукнатини, вдлъбнатини, дупки, черупки, счупвания, за възстановяване на размерите на износени части, за производство на износващи се части или отделни части, за антикорозионна защита. Благодарение на ценните си свойства, полимерите се използват в машиностроенето, текстилната промишленост, селското стопанство и медицината, автомобило- и корабостроенето, самолетостроенето, както и в бита (текстил и кожени изделия, съдове, лепила и лакове, бижута и други артикули). На базата на макромолекулни съединения се произвеждат каучук, влакна, пластмаси, филми и бояджийски покрития. Всички тъкани на живите организми са макромолекулни съединения.

По традиция продуктите, изработени от полимери, се отличават с надеждност и високо качество.

Използването на полимерни материали в домакинството е едно от първите предизвикателства на полимерната индустрия от самото начало. Имаше много предпоставки за това. Лесно се боядисват във всеки цвят и благодарение на това могат да украсят ежедневието ни.

Полиетиленовите кофи, мивките са много по-леки от металните - това е желаното облекчение на труда. В заведенията за обществено хранене срещаме нечупливи олекотени пластмасови съдове. В същото време чинии, чаши и други прибори, получени на базата на меламинова смола, се доказаха блестящо в експлоатация.

Бутилките за оцет и масло са направени от PVC и полиетилен по високоефективни процеси.

Полимерните материали се използват все по-често в производството на мебели. Декоративните пресовани фолиа придават на маси, шкафове и други предмети празничен вид и ги правят устойчиви на такива влияния, които дървото не издържа. В същото време са изключително лесни за грижа.

Миещият се тапет от пяна осигурява едновременно комфорт и празнична атмосфера в стаята.

Съвременните надеждни подови настилки от полимерни материали също улесняват почистването на помещенията. Особено трябва да се отбележи, че отпадъците от преработката на полимери могат да се използват за тяхното производство.

Днес никой не е изненадан от водопроводни фитинги, изработени от полистирол, поливинилхлорид, полиетилен или аминопласти. Телефонен апарат, изработен от полимерни материали, стана познат.

Приблизително 25% от пластмасите, произведени в голямо разнообразие от форми, се използват в строителството. Относно традиционното използване като подови настилки, облицовка на вътрешни канали, санитарни помещения и др. няма да говорим повече.

През последните години все по-често се използват фабрично изработени конструктивни елементи, в които преобладават полимерните материали. Ниското им тегло носи предимства по време на транспортиране и монтаж. Висока пропускливост на светлина, способността на материала да бъде боядисан във всякакъв цвят, ниски експлоатационни разходи - това са определящите свойства на тези нови материали.

Отличните топлоизолационни свойства, особено пяните, също вълнуват мислите на архитекти и строители. Полупрозрачните куполи правят възможно осветлението без сянка. Неразрушими прозрачни елементи, обикновено изработени от фибростъкло, заменят традиционните подсилени конструкции от безопасно стъкло. С такива арки, с дебелина на съставните им елементи не повече от 2 мм, могат да се покрият участъци с ширина до 12 м. Такива конструкции се използват например при изграждането на оранжерии, тъй като не корозират във влажна среда. атмосфера и освен това са прозрачни за светлина. Могат да бъдат посочени много други примери за използване на полимери за покриване на помещения. За покриване на стадиони вече се използват панели с елементи с голяма площ.

Известни са пластмасови конструкции с диаметър до 43 m и височина до 36 m, които служат за защита на радарните инсталации от атмосферни влияния. (Високочестотното лъчение преминава през фибростъкло без почти никаква загуба на мощност.) Внушителните размери на конструкцията подчертават възможността за полимерни материали. Струва си да погледнете и цилиндрите, монтирани на шеметни височини, които предпазват антената на телевизионната кула от заледяване (63).

През последните години в строителството се въвеждат многослойни олекотени строителни елементи за подове (64). Така наречените сандвич конструкции се състоят от покривни слоеве на основата на алуминиеви, азбестоциментови или твърди влакнести платна, които се комбинират с твърда полиуретанова пяна или експандиран полистирол. При дебелина на елемента от 50 до 80 mm, в зависимост от системата от покривни слоеве, повърхностната маса е от 6 до 25 kg/m2. Температурният диапазон на работа се простира до 100 °C.

Над 30% от произведените пластмаси се използват в машиностроенето като конструктивни материали. В машиностроенето фокусът, разбира се, е върху рентабилността на производството на конструктивни елементи. Уплътнения от всякакъв вид, зъбни колела с оси и втулки, гърбици, аксиални и радиални колела, елементи на съединителя, плъзгащи лагери, зъбни макари и много други профилни части са се доказали като много ефективни при работа. Високата твърдост, възможността за точно поддържане на определените размери, добрата устойчивост на плъзгане и износване са предимствата, които осигуряват гъвкавостта на въведените полимерни материали.

В допълнение към по-голямата част от пластмасите, използвани досега в машиностроенето (твърди полиамиди, формовъчни смеси на базата на фенолни смоли), днес могат да бъдат намерени нови области на приложение, предимно пластмаси, подсилени със стъкло на базата на термопластично свързващо вещество. Ако масовото съдържание на стъклените влакна достигне 30%, якостта на опън е 2-3 пъти по-висока от тази на неармиран полимер, а модулът на еластичност е дори 3-4 пъти по-висок. Напротив, термичното линейно разширение е от 1/4 до x/s от първоначалната стойност, относителното удължение при скъсване е само около 1/20. Освен това тенденцията към разкъсване е намалена, което също показва повишаване на обработваемостта на полимера.

Полиуретановите еластомери също така разкриват нови технически възможности за машиностроенето. Тъй като този материал също има устойчивост на корозия, няма нужда от повърхностна обработка и преди всичко от нанасяне на метални и неметални защитни слоеве. Това значително намалява разходите за производство и поддържане на продуктите в добро състояние.

В апаратостроенето, особено за химическата промишленост, значението на полимерите се определя от тяхната висока устойчивост на корозия. При температури до 100 °C и умерени механични натоварвания съществуват благоприятни условия за замяна на високолегирани стомани с полимерни материали. Поливинилхлорид, полиетилен високо налягане, полипропилен, полибутен, политетрафлуоретилен и фибростъкло са най-интересните материали в това отношение. За конструкции, които са подложени на агресивна среда заедно с механични натоварвания, особено важна роля играят усилените със стъкло пластмаси на базата на термопластични смоли.

Термопластичните тръби могат да се произвеждат чрез екструдиране с външен диаметър до 1200 mm, а тръбите с диаметър до 3000 mm се изработват чрез навиване.

Резервоарите за съхранение и транспортиране (65) могат да бъдат произведени с вместимост до 85 m3 (жп цистерни) или до 22 m3 (пътни ремаркета). Предпочитаният материал е фибростъкло. Има складове за солна киселина с диаметър до 9 m и височина до 7 m.

Въвеждането на пластмаси в областта на технологичните апарати и свързаните с тях тръбопроводни системи също е много важно. Използването на полимерни материали във вентилационните агрегати за извличане на агресивни газове е много ефективно. Кули за почистване на корозивни отпадъчни газове, комини, вентилационни отвори за куполни тави, оборудване за галванично покритие, електролитни хлор-алкални инсталации, реакционни кули, помпи и много други подобни приложения са примери за използването на полимери като структурни материали. Благодарение на устойчивостта на абразия, химическата инертност и лекотата на обработка във всеки отделен случай могат да се постигнат спестявания, които се състоят в намаляване на разходите за поддържане на инсталациите в добро работно състояние и увеличаване на продължителността и безопасността на тяхната работа в сравнение с подобни, направени от метал или други материали.

Технологията за опаковане консумира 20-25% от всички произведени пластмаси, тоест толкова, колкото и строителството. Традиционните опаковъчни материали като хартия, дърво, въжета и тъкани от растителни влакна се развалят много по-бързо. Пластмасовите фолиа и дунапрени не само заменят тези „старомодни“ материали, но и донесоха напълно нова технология за опаковане.

Опаковъчните фолиа отговарят на по-широки изисквания от традиционните материали. Те са прозрачни и могат да бъдат отпечатани, което придава атрактивен вид на опаковката. Физиологичната инертност, както и непропускливостта за газове и водни пари са особено ценени при опаковките на храни. Филмите са от полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамид, поливинил алкохол и целофан с дебелина от 20 до 200 микрона. Разбира се, те имат различни якостни характеристики и пропускливост за газове и водни пари. За някои от тези материали якостта на опън може да бъде достатъчно висока, за да отговори на изискванията за торби, например (зареждане до 50 kg материал и подреждане до 30 слоя).

В случаите, когато се изисква газонепроницаем материал, се използват така наречените комбинирани филми. Най-известните дублирани филмови материали: полиетилен-целофан, полиетилен-полиамид, поливинилхлорид-целофан, поливинилиден хлорид - целофан. За специални опаковки на високочувствителни технически устройства, особено за морски транспорт, са необходими трислойни филми. Комбинациите полиетилен - полиамид - полиетилен, полиетилен - полипропилен - полиетилен, полиетилен - поликарбонат - полиетилен отговарят на най-строгите изисквания.

Полимерните филми откриха нови възможности за технологията на опаковане. Така наречените свиващи фолиа имат специални технологични свойства. При получаването им се фиксират вътрешни напрежения, които по-късно, когато са изложени на топлина, се „отстраняват“ и по този начин се получава свиване.

Филмът покрива продукта, предназначен за опаковане, и след приключване на свиването е готов за транспортиране, защитен от прах и влага. Няма нужда от допълнително обличане. Благодарение на компактността на опаковката става възможно оптимално използване на товарното пространство, което е еквивалентно на увеличаване на полезния обем на транспорта с 20%. Лесно е да си представим националното икономическо значение на увеличаването на натоварването на транспорта, свързано с това.

Други нови възможности в технологията на опаковане се появиха благодарение на пенопластите, предимно експандиран полистирол с плътност 25-30 kg/m3. 1 m3 от този материал съдържа около 350 000 сферични клетки, разделени от стени с дебелина 1-2 микрона. Материалът съдържа до 97% въздух. Съдържащият се в клетките въздух потиска ударите и вибрациите, които възникват по време на транспортиране. Силата на пяните трябва да е достатъчна, за да поддържа продукта. Лесно е да се направи вдлъбнатина вътре в блока, точно съответстваща на външната форма на продукта.

Новата технология за опаковане е особено ценна за транспортиране на крехки, скъпи, висококачествени устройства като вакуумни тръби, пишещи машини, телевизори, тъй като може значително да ограничи щетите. Термозащитната опаковка за определено време без допълнителни мерки гарантира, че температурата на превозваната стока, чувствителна към топлина или студ, ще се поддържа на определено ниво. Например, рибата, транспортирана в кутии от стиропор, изисква само около половината от нормалното количество лед.

Но отпадъците, генерирани след използването на полимерни опаковъчни материали, също създават нови проблеми. Част от него не гори, а при изгарянето на някои видове полимери се отделят токсични продукти. Пластмасовият боклук не може да изгние.

Пълната промяна в технологията на опаковане изисква по-нататъшно развитие на тези материали и разработване на начини за безопасно изхвърляне на получените пластмасови отпадъци.

Може да се каже, че пластмасите с техните отлични диелектрични свойства са стимулирали развитието на електрическото и електронното инженерство. Корпуси за бобини и контакти, щепселни връзки, платки, релейни бази, програмни превключватели и печатни платки са само част от приложенията на полимерите в тези важни индустрии.

Високочестотен кабел със седем коаксиални системи също дължи своя дизайн и мощност на специфичното свойство на пластмасата, споменато по-горе.

Преди това задачата за електрическа изолация беше възложена на керамика, порцелан и гума. Днес повишените изисквания за електрически изолационни свойства и необходимостта от намаляване на електрическите загуби се покриват почти изключително от полимери. Така че при високочестотната технология се изисква експлоатационните свойства на материала да са независими от честотата и температурата. Освен това тези свойства не трябва да се променят под въздействието на стареенето, например във влажен топъл климат. Разцепването на корозивни вещества под въздействието на повишена температура и висока влажност по време на работа често ограничава работата на металните контакти.

Напоследък като изолационни материали се използват твърди формовъчни маси на базата на термореактивни смоли: фенолни, меламинови, карбамидни, полиестерни и епоксидни смоли. Тези материали, чиито свойства се променят чрез подбор на смола, пълнител и други компоненти, се характеризират с топлоустойчивост, ниско термично разширение и стабилност на размерите при повишени температури. Особено ценени са тяхната устойчивост на органични разтворители, ниска запалимост и запалимост и редица други отличителни характеристики.

Въвеждането на термопласти в електротехниката беше най-значително в областта на кабелната изолация. Високата инертност и добрите технологични свойства направиха възможно все по-голяма замяна на каучук, по-специално за изолация на проводници.

В електрониката високо икономичното масово производство на сложни части, особено с оглед на нарастващата им миниатюризация, създава добри предпоставки за внедряване на термопласти J.TJI. По отношение на якостта и свойствата на деформация, подсилените със стъкло пластмаси на базата на термопласти вече са сравними с материалите на основата на термореактивни. Там, където досега само термореактивните полимери можеха да отговарят на повишените изисквания за стабилност на формата при термично въздействие, сега се предлага широка гама от материали.

Въпреки че придаваме първостепенно значение на електрическите свойства на материалите, винаги трябва да се сравняват техните разходи. Ето защо в технологиите за управление и регулиране, технологиите за предаване и други свързани области намираме различни видове пластмаси, съответстващи на тези специфични области.

Заключение.

Понастоящем полимерите са влезли във всеки дом и използването на полимерни материали обхваща много различни области, които, изглежда, нямат нищо общо. Всяка година нивото на потребление на полимерни материали и търсенето на тях нараства, обхватът и пазарът на полимерни продукти се разширяват. Съвременните технологии позволяват да се създават по-добри и по-модерни продукти от полимерни материали, за да се направят по-екологични и по-безопасни. Голямото предимство на използваните полимерни продукти е, че са рециклируеми и на този въпрос се обръща все повече внимание. Така, без преувеличение, полимерите могат да се нарекат материалите на бъдещето.

През 1833 г. Й. Берцелиус въвежда термина "полимерия", който нарича един от видовете изомерия. Такива вещества (полимери) трябва да имат същия състав, но различно молекулно тегло, като етилен и бутилен. Заключението на Й. Берцелиус не отговаря на съвременното разбиране на термина "полимер", тъй като истинските (синтетични) полимери по това време все още не са били известни. Първите препратки към синтетичните полимери датират от 1838 г. (поливинилиден хлорид) и 1839 г. (полистирол).

Химията на полимерите възниква едва след създаването от А. М. Бутлеров на теорията за химичната структура на органичните съединения и е доразвита поради интензивното търсене на методи за синтез на каучук (G. Bushard, W. Tilden, K Garries, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев). От началото на 20-те години на 20-ти век започват да се развиват теоретични идеи за структурата на полимерите.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Полимери- химични съединения с високо молекулно тегло (от няколко хиляди до много милиони), чиито молекули (макромолекули) се състоят от голям брой повтарящи се групи (мономерни единици).

Класификация на полимерите

Класификацията на полимерите се основава на три признака: техния произход, химическа природа и разлики в основната верига.

От гледна точка на произхода всички полимери се делят на естествени (естествени), които включват нуклеинови киселини, протеини, целулоза, естествен каучук, кехлибар; синтетични (получени в лаборатория чрез синтез и нямащи естествени аналози), които включват полиуретан, поливинилиден флуорид, фенолформалдехидни смоли и др.; изкуствени (получени в лаборатория чрез синтез, но на базата на естествени полимери) - нитроцелулоза и др.

Въз основа на химическата си природа полимерите се разделят на органични полимери (на базата на мономер - органична материя - всички синтетични полимери), неорганични (на базата на Si, Ge, S и други неорганични елементи - полисилани, полисилициеви киселини) и органоелемент (смес от органични и неорганични полимери - полислоксани) природа.

Има хомоверижни и хетероверижни полимери. В първия случай основната верига се състои от въглеродни или силициеви атоми (полисилани, полистирол), във втория - скелет от различни атоми (полиамиди, протеини).

Физични свойства на полимерите

Полимерите се характеризират с две агрегатни състояния - кристално и аморфно и специални свойства - еластичност (обратими деформации при малко натоварване - гума), ниска крехкост (пластмаси), ориентация под действието на насочено механично поле, висок вискозитет и разтваряне на полимера става чрез неговото набъбване.

Приготвяне на полимери

Реакциите на полимеризация са верижни реакции, които представляват последователно добавяне на молекули от ненаситени съединения една към друга с образуването на високомолекулен продукт – полимер (фиг. 1).

Ориз. 1. Обща схема на производство на полимери

Така например полиетиленът се получава чрез полимеризация на етилен. Молекулното тегло на една молекула достига 1 милион.

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

Химични свойства на полимерите

На първо място, полимерите ще се характеризират с реакции, характерни за функционалната група, присъстваща в състава на полимера. Например, ако полимерът съдържа хидроксо група, характерна за класа алкохоли, тогава полимерът ще участва в реакции като алкохоли.

Второ, взаимодействие със съединения с ниско молекулно тегло, взаимодействие на полимери един с друг с образуване на мрежови или разклонени полимери, реакции между функционални групи, които съставляват един и същ полимер, както и разлагане на полимера в мономери (разрушаване на веригата).

Приложение на полимери

Производството на полимери е намерило широко приложение в различни области на човешкия живот - химическата промишленост (производство на пластмаси), машиностроенето и самолетостроенето, нефтопреработвателните предприятия, медицината и фармакологията, селското стопанство (производство на хербициди, инсектициди, пестициди), строителната индустрия (звуко и топлоизолация), производство на играчки, прозорци, тръби, предмети за бита.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Полистиролът е силно разтворим в неполярни органични разтворители: бензол, толуен, ксилен, тетрахлорметан. Изчислете масовата част (%) на полистирола в разтвор, получен чрез разтваряне на 25 g полистирол в бензол с тегло 85 g. (22,73%).

Решение

Записваме формулата за намиране на масовата част:

Намерете масата на бензоловия разтвор:

m разтвор (C 6 H 6) \u003d m (C 6 H 6) / (/ 100%)

На базата на полимери се получават влакна, филми, гуми, лакове, лепила, пластмаси и композитни материали (композити).

влакнаполучен чрез прокарване на разтвори или стопилки на полимери през тънки отвори (матрици) в плочата, последвано от втвърдяване. Полимерите, образуващи влакна, включват полиамиди, полиакрилонитрили и др.

Полимерни филмиполучени от полимерни стопилки чрез екструдиране през матрици с прорезни отвори, или чрез нанасяне на полимерни разтвори върху движеща се лента, или чрез каландриране на полимери. Филмите се използват като електроизолационен и опаковъчен материал, основа на магнитни ленти и др.

Каландриране– обработка на полимери върху каландри, състоящи се от две или повече ролки, разположени успоредно и въртящи се една към друга.

късметлия– разтвори на филмообразуващи вещества в органични разтворители. Освен полимери, лаковете съдържат вещества, повишаващи пластичността (пластификатори), разтворими багрила, втвърдители и др. Използват се за електроизолационни покрития, както и за основа на грунд и лакови емайли.

Лепила- състави, способни да свързват различни материали поради образуването на силни връзки между техните повърхности и адхезивния слой. Синтетичните органични лепила са базирани на мономери, олигомери, полимери или смеси от тях. Съставът включва втвърдители, пълнители, пластификатори и др. Лепилата се делят на термопластични, термореактивни и гумени. Термопластични лепила образуват връзка с повърхността в резултат на втвърдяване при охлаждане от точката на изливане до стайна температура или изпаряване на разтворителя. Термореактивни лепила образуват връзка с повърхността в резултат на втвърдяване (образуване на напречни връзки), гумени лепила - в резултат на вулканизация.

пластмаси- това са материали, съдържащи полимер, който по време на образуването на продукта е във вискозно състояние, а по време на работа - в стъкловидно състояние. Всички пластмаси се делят на термопласти и термопласти. При оформяне термореактивни възниква необратима реакция на втвърдяване, състояща се в образуването на мрежова структура. Термореактивните материали включват материали на базата на фенол-формалдехид, карбамид-формалдехид, епоксидни и други смоли. Термопласти са в състояние многократно да преминават във вискозно състояние при нагряване и стъклени - при охлаждане. Термопластите включват материали на базата на полиетилен, политетрафлуоретилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиамиди и други полимери.

Еластомери- това са полимери и композити на тяхна основа, за които температурният диапазон на температурата на встъкляване - точката на изливане е доста висока и улавя обикновените температури.

В допълнение към полимерите, пластмасите и еластомерите включват пластификатори, багрила и пълнители. Пластификаторите - например диоктил фталат, дибутил себакат, хлориран парафин - намаляват температурата на встъкляване и увеличават потока на полимера. Антиоксидантите забавят разграждането на полимерите. Пълнителите подобряват физичните и механичните свойства на полимерите. Като пълнители се използват прахове (графит, сажди, тебешир, метал и др.), хартия, плат.

Подсилващи влакна и кристалиможе да бъде метален, полимерен, неорганичен (например стъкло, карбид, нитрид, бор). Подсилващите пълнители до голяма степен определят механичните, термичните и електрическите свойства на полимерите. Много композитни полимерни материали са толкова здрави, колкото металите. Композитите на базата на подсилени със стъклени влакна полимери (фибростъкло) имат висока механична якост (якост на опън 1300–2500 MPa) и добри електроизолационни свойства. Композитите на базата на полимери, подсилени с въглеродни влакна (CFRP), съчетават висока якост и устойчивост на вибрации с повишена топлопроводимост и химическа устойчивост. Боропластите (пълнители - борни влакна) имат висока якост, твърдост и ниско пълзене.

Композитина базата на полимери се използват като структурни, електрически и топлоизолационни, устойчиви на корозия, антифрикционни материали в автомобилостроенето, машиностроенето, електротехниката, авиацията, радиотехниката, минното дело, космическите технологии, химическото инженерство и строителството.

Редоксити.Редокс полимерите (с редокси групи или редоксионити) са получили широко приложение.

Използването на полимери.В момента широко се използват голям брой различни полимери с различни физични и химични свойства.

Помислете за някои полимери и композити на тяхна основа.

Полиетилен[-CH2-CH2-] n е термопласт, получен чрез радикална полимеризация при температури до 320 0C и налягания от 120-320 MPa (полиетилен с високо налягане) или при налягания до 5 MPa с помощта на сложни катализатори (полиетилен с ниско налягане). Полиетиленът с ниска плътност има по-висока якост, плътност, еластичност и точка на омекване от полиетилена с високо налягане. Полиетиленът е химически устойчив в много среди, но старее под действието на окислители. Полиетиленът е добър диелектрик, може да се използва при температури от -20 до +100 0 C. Облъчването може да увеличи топлоустойчивостта на полимера. От полиетилен се произвеждат тръби, електрически продукти, части от радиооборудване, изолационни филми и кабелни обвивки (високочестотни, телефонни, силови), филми, опаковъчни материали, заместители на стъклени съдове.

Полипропилен[-CH(CH3)-CH2-]n е кристален термопласт, получен чрез стереоспецифична полимеризация. Има по-висока топлоустойчивост (до 120–140 0 C) от полиетилена. Той има висока механична якост (виж Таблица 14.2), устойчивост на многократно огъване и абразия и е еластичен. Използва се за производство на тръби, филми, резервоари за съхранение и др.

полистирол - термопласт, получен чрез радикална полимеризация на стирен. Полимерът е устойчив на окислители, но нестабилен на силни киселини, разтваря се в ароматни разтворители, има висока механична якост и диелектрични свойства и се използва като висококачествен електрически изолатор, както и като структурен и декоративен довършителен материал в инструмента производство, електротехника, радиотехника, домакински уреди. Гъвкав еластичен полистирол, получен чрез изтегляне в горещо състояние, се използва за обвивки на кабели и проводници. Пенопластите също се произвеждат на базата на полистирол.

PVC[-CH 2 -CHCl-] n - термопластичен, получен чрез полимеризация на винилхлорид, устойчив на киселини, основи и окислители; разтворим в циклохексанон, тетрахидрофуран, ограничен в бензен и ацетон; трудно запалими, механично здрави; диелектричните свойства са по-лоши от тези на полиетилена. Използва се като изолационен материал, който може да се съединява чрез заваряване. От него се изработват грамофонни плочи, дъждобрани, лули и други предмети.

политетрафлуоретилен (PTFE)[-CF2-CF2-]n е термопласт, получен чрез радикална полимеризация на тетрафлуоретилен. Притежава изключителна химическа устойчивост на киселини, основи и окислители; отличен диелектрик; има много широки работни температурни граници (от –270 до +260 0 C). При 400 0 С се разлага с отделяне на флуор, не се овлажнява от вода. Флуоропластът се използва като химически устойчив структурен материал в химическата промишленост. Като най-добрият диелектрик, той се използва в условия, при които се изисква комбинация от електрически изолационни свойства с химическа устойчивост. Освен това се използва за нанасяне на антифрикционни, хидрофобни и защитни покрития, покрития за тигани.

Полиметилметакрилат (плексиглас)

- термопластичен, получен чрез полимеризация на метилметакрилат. Механично здрав; устойчиви на киселини; устойчиви на атмосферни влияния; разтворим в дихлороетан, ароматни въглеводороди, кетони, естери; безцветен и оптически прозрачен. Използва се в електротехниката като конструктивен материал, както и като основа за лепила.

полиамиди- термопласти, съдържащи амидогрупата -NHCO- в основната верига, например, поли-ε-капрон [-NH-(CH 2) 5 -CO-] n, полихексаметилен адипамид (найлон) [-NH-(CH 2) 5-NH-CO-(CH2)4-CO-]n; полидодеканамид [-NH-(CH 2) 11 -CO-] n и др. Получават се както чрез поликондензация, така и чрез полимеризация. Плътността на полимерите е 1,0÷1,3 g/cm 3 . Характеризира се с висока якост, устойчивост на износване, диелектрични свойства; устойчив на масла, бензин, разредени киселини и концентрирани алкали. Използват се за получаване на влакна, изолационни филми, структурни, антифрикционни и електроизолационни продукти.

полиуретани- термопласти, съдържащи -NH (CO) O - групи в основната верига, както и етер, карбамат и др. Те се получават при взаимодействието на изоцианати (съединения, съдържащи една или повече NCO групи) с полиалкохоли, например с гликоли и глицерин. Устойчив на разредени минерални киселини и основи, масла и алифатни въглеводороди. Произвеждат се под формата на полиуретанова пяна (пяна гума), еластомери, влизат в състава на лакове, лепила, уплътнители. Използват се за топло и електрическа изолация, като филтри и опаковъчен материал, за производство на обувки, изкуствена кожа, изделия от каучук.

полиестери- полимери с обща формула HO [-R-O-] n H или [-OC-R-COO-R "-O-] n. Получават се или чрез полимеризация на циклични оксиди, например етиленов оксид, лактони (естери на хидрокси киселини ), или чрез поликондензация на гликоли, диестери и други съединения. Алифатните полиестери са устойчиви на алкални разтвори, ароматните полиестери също са устойчиви на разтвори на минерални киселини и соли. Използват се в производството на влакна, лакове и емайли, филми, коагуланти и фотореагенти , компоненти на хидравлични течности и др.

Синтетични каучуци (еластомери)получени чрез емулсия или стереоспецифична полимеризация. Когато се вулканизират, те се превръщат в каучук, който се характеризира с висока еластичност. Индустрията произвежда голям брой различни синтетични каучуци (СК), чиито свойства зависят от вида на мономерите. Много каучуци се получават чрез съполимеризация на два или повече мономера. Разграничаване на CK общо и специално предназначение. CK с общо предназначение включва бутадиен [-CH 2 -CH = CH-CH 2 -] n и бутадиен стирен [-CH 2 -CH = CH-CH 2 -] n - - [-CH 2 -CH (C 6 H 5) -]n. Гумите на тяхна основа се използват в масови продукти (гуми, защитни обвивки на кабели и проводници, ленти и др.). От тези каучуци се получава и ебонит, който се използва широко в електротехниката. Гумите, получени от CK за специални цели, в допълнение към еластичността, се характеризират с някои специални свойства, например устойчивост на бензо- и масло (бутадиен-нитрил CK [-CH 2 -CH = CH-CH 2 -] n - [ -CH 2 -CH (CN) -] n), устойчивост на бензо-, масло и топлина, негоримост (хлоропрен CK [-CH 2 -C (Cl) \u003d CH-CH 2 -] n), устойчивост на износване (полиуретан и др.), устойчивост на топлина, светлина, озон (бутилова гума) [-C (CH 3) 2 -CH 2 -] n -[-CH 2 C (CH 3) \u003d CH-CH 2 -] m. Най-използваните са стирен-бутадиен (повече от 40%), бутадиен (13%), изопрен (7%), хлоропрен (5%) каучук и бутилов каучук (5%). Основният дял на каучуците. (60 - 70%) отива за производство на гуми, около 4% - за производство на обувки

Силиконови полимери (силикони)- съдържат силициеви атоми в елементарните единици на макромолекулите. Голям принос за развитието на органосилициевите полимери има руският учен К. А. Андрианов. Характерна особеност на тези полимери е висока устойчивост на топлина и замръзване, еластичност; не са устойчиви на алкали и са разтворими в много ароматни и алифатни разтворители. Силиконовите полимери се използват за производство на лакове, лепила, пластмаси и каучук. Органосилициевите каучуци [-Si (R 2) -O-] n, например, диметилсилоксан и метилвинилсилоксан имат плътност 0,96 - 0,98 g / cm 3, температура на встъкляване 130 0 C. Разтворими във въглеводороди, халогенокарбони, етер. Вулканизиран с органични пероксиди. Каучукът може да работи при температури от -90 до +300 0 C, има устойчивост на атмосферни влияния, високи електроизолационни свойства. Използват се за продукти, работещи в условия на голяма температурна разлика, например за защитни покрития на космически кораби и др.

Фенолни и аминоформалдехидни смолиполучен чрез поликондензация на формалдехид с фенол или амини. Това са термореактивни полимери, при които в резултат на омрежване се образува мрежова пространствена структура, която не може да се превърне в линейна структура, т.е. процесът е необратим. Използват се като основа за лепила, лакове, йонообменници, пластмаси.

Пластмасите на базата на фенол-формалдехидни смоли се наричат феноли , на базата на уреа-формалдехидни смоли - аминопласти . Фенопластите и аминопластите се пълнят с хартия или картон (гетинакс), плат (текстолит), дърво, кварцово и слюдено брашно и др. Фенопластите са устойчиви на вода, киселинни разтвори, соли и основи, органични разтворители, бавно горят, устойчиви на атмосферни влияния и са добри диелектрици. Използват се в производството на печатни платки, корпуси за електро- и радиотехнически продукти, фолийни диелектрици.

аминокиселинихарактеризират се с високи диелектрични и физико-механични свойства, устойчиви са на светлина и UV лъчи, трудно са запалими, устойчиви на слаби киселини и основи и много разтворители. Те могат да бъдат боядисани във всеки цвят. Използват се за производство на електрически продукти (калъфи за инструменти и апарати, ключове, плафониери, топло- и звукоизолационни материали и др.).

В момента около 1/3 от всички пластмаси се използват в електротехниката, електрониката и машиностроенето, 1/4 - в строителството и около 1/5 - за опаковки. Нарастващият интерес към полимерите може да бъде илюстриран от автомобилната индустрия. Много експерти оценяват нивото на съвършенство на автомобила по съотношението на полимерите, използвани в него. Например масата на полимерните материали се е увеличила от 32 кг за VAZ-2101 до 76 кг за VAZ-2108. В чужбина средното тегло на пластмасите е 75÷120 кг на автомобил.

По този начин полимерите се използват изключително широко под формата на пластмаси и композити, влакна, лепила и лакове, като мащабът и обхватът на тяхното използване непрекъснато се увеличават.

Въпроси за самоконтрол:

1. Какво представляват полимерите? Техните видове.

2. Какво е мономер, олигомер?

3. Какъв е методът за получаване на полимери чрез полимеризация? Дай примери.

4. Какъв е методът за получаване на полимери чрез поликондензация? Дай примери.

5. Какво е радикална полимеризация?

6. Какво е йонна полимеризация?

7. Какво е полимеризация в маса (блок)?

8. Какво е емулсионна полимеризация?

9. Какво е суспензионна полимеризация?

10. Какво е газова полимеризация?

11. Какво е поликондензация на стопилка?

12. Какво е поликондензация на разтвор?

13. Какво представлява поликондензацията на интерфейса?

14. Каква е формата и структурата на полимерните макромолекули?

15. Какво характеризира кристалното състояние на полимерите?

16. Какви са особеностите на физическото състояние на аморфните полимери?

17. Какви са химичните свойства на полимерите?

18. Какви са физичните свойства на полимерите?

19. Какви материали се произвеждат на базата на полимери?

20. Каква е употребата на полимерите в различните индустрии?

Въпроси за самостоятелна работа:

1. Полимери и тяхното приложение.

2. Опасност от пожар на полимери.

литература:

1. Семенова Е. В., Кострова В. Н., Федюкина У. В. Химия. - Воронеж: Научна книга - 2006, 284 с.

2. Артименко A.I. Органична химия. - М.: По-високо. училище – 2002, 560 с.

3. Коровин Н.В. Обща химия. - М.: По-високо. училище – 1990, 560 с.

4. Глинка Н.Л. Обща химия. - М .: По-високо. училище – 1983, 650 с.

5. Глинка Н.Л. Сборник със задачи и упражнения по обща химия. - М .: По-високо. училище – 1983, 230 с.

6. Ахметов Н.С. Обща и неорганична химия. М.: Висше училище. – 2003, 743 с.

Лекция 17 (2 часа)

Тема 11. Химическа идентификация и анализ на вещество

Целта на лекцията: да се запознае с качествения и количествения анализ на веществата и да даде общо описание на методите, използвани в тази

Изследвани проблеми:

11.1. Качествен анализ на веществото.

11.2. Количествен анализ на веществото. Химически методи за анализ.

11.3. Инструментални методи за анализ.

11.1. Качествен анализ на веществото

На практика често се налага идентифициране (откриване) на определено вещество, както и количествено определяне (измерване) на съдържанието му. Науката, която се занимава с качествен и количествен анализ се нарича аналитична химия . Анализът се извършва на етапи: първо се извършва химическа идентификация на веществото (качествен анализ), след което се определя колко от веществото е в пробата (количествен анализ).

Химическа идентификация (откриване)- това е установяването на вида и състоянието на фази, молекули, атоми, йони и други съставни части на вещество въз основа на сравнение на експериментални и релевантни референтни данни за известни вещества. Идентифицирането е целта на качествения анализ. При идентификацията обикновено се определя набор от свойства на веществата: цвят, фазово състояние, плътност, вискозитет, температура на топене, кипене и фазов преход, разтворимост, електроден потенциал, йонизационна енергия и (или) и т.н. За улесняване на идентификацията са създадени банки с химични и физикохимични данни. При анализа на многокомпонентни вещества често се използват универсални инструменти (спектрометри, спектрофотометри, хроматографи, полярографи и др.), оборудвани с компютри, в чиято памет има референтна химико-аналитична информация. На базата на тези универсални инсталации се създава автоматизирана система за анализ и обработка на информация.

В зависимост от вида на идентифицираните частици се разграничават елементен, молекулен, изотопен и фазов анализ. Следователно методите за определяне, класифицирани по естеството на определяното свойство или по метода на записване на аналитичния сигнал, са от най-голямо значение:

1) химични методи за анализ въз основа на използването на химични реакции. Те са придружени от външни ефекти (валеж, отделяне на газ, поява, изчезване или промяна на цвета);

2) физически методи, които се основават на определена връзка между физичните свойства на веществото и неговия химичен състав;

3) физични и химични методи , които се основават на физичните явления, съпътстващи химичните реакции. Най-често се срещат поради високата си точност, селективност (селективност) и чувствителност. Първо ще бъдат разгледани елементарните и молекулярните анализи.

В зависимост от масата на сухото вещество или обема на разтвора на аналита има макрометод (0,5 - 10 g или 10 - 100 ml), полу-микро метод (10 - 50 mg или 1 - 5 ml), микрометод (1-5 Hmg или 0,1 - 0,5 ml) и ултрамикрометод (под 1 mg или 0,1 ml) идентификации.

Характеризира се качествен анализ граница на откриване (минимално установено) сухо вещество, т.е. минималното количество надеждно идентифицирано вещество и ограничаващата концентрация на разтвора. При качествения анализ се използват само такива реакции, чиито граници на откриване са не по-малко от 50 μg.

Има някои реакции, които правят възможно откриването на определено вещество или йон в присъствието на други вещества или други йони. Такива реакции се наричат специфични . Пример за такива реакции може да бъде откриването на NH 4 + йони чрез действие на алкали или нагряване

NH4Cl + NaOH = NH3 + H2O + NaCl

или реакцията на йод с нишесте (тъмносин цвят) и др.

В повечето случаи обаче реакциите на откриване на дадено вещество не са специфични, следователно веществата, които пречат на идентифицирането, се превръщат в утайка, слабо дисоцииращо или сложно съединение. Анализът на неизвестно вещество се извършва в определена последователност, в която едно или друго вещество се идентифицира след откриване и отстраняване на други вещества, които пречат на анализа, т.е. се използват не само реакциите на откриване на вещества, но и реакциите на отделянето им едно от друго.

Следователно качественият анализ на дадено вещество зависи от съдържанието на примеси в него, тоест от неговата чистота. Ако примесите се съдържат в много малки количества, те се наричат "следи". Термините съответстват на молни фракции в %: "следи" 10 -3 ÷ 10 -1 , "микроследи"– 10 -6 ÷ 10 -3 , "ултрамикроследи"- 10 -9 ÷ 10 -6 , субмикроследи- по-малко от 10 -9 . Веществото се нарича високо чисто, когато съдържанието на примеси е не повече от 10 -4 ÷ 10 -3% (молни фракции) и особено чисто (ултра ясно)когато съдържанието на примеси е под 10 -7% (молна фракция). Има и друго определение за високо чисти вещества, според което те съдържат примеси в такива количества, които не засягат основните специфични свойства на веществата. Не е важен обаче примесът, а примесите, които влияят върху свойствата на чистото вещество. Такива примеси се наричат ограничаващи или контролиращи.

При идентифициране на неорганични вещества се извършва качествен анализ на катиони и аниони. Методите за качествеен анализ се основават на йонни реакции, които позволяват да се идентифицират елементи под формата на определени йони. Както при всеки тип качествен анализ, в хода на реакциите се образуват трудно разтворими съединения, оцветени комплексни съединения, окисляването или редукцията настъпва с промяна в цвета на разтвора. За идентифициране чрез образуване на трудно разтворими съединения се използват както групови, така и индивидуални утаители.

При идентифициране на катиони на неорганични веществагрупови утаители за йони Ag + , Pb 2+ , Hg 2+ е NaCl; за йони Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3, за йони Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2 +, Zn 2+ и други - (NH 4) 2 S.

Ако присъстват няколко катиона, тогава фракционен анализ , в който се утаяват всички трудноразтворими съединения, а след това останалите катиони се откриват по един или друг метод или се извършва поетапно добавяне на реагент, при което първо се утаяват съединения с най-ниска PR стойност, а след това съединения с по-висока PR стойност. Всеки катион може да бъде идентифициран чрез определена реакция, ако се отстранят други катиони, които пречат на тази идентификация. Има много органични и неорганични реагенти, които образуват утайки или оцветени комплексни съединения с катиони (Таблица 9).

Секции