Tabuľka polymérov a ich aplikácií. Aplikácia polymérnych materiálov

Domov

Žumpa

Polyméry alebo makromolekuly sú veľmi veľké molekuly tvorené väzbami mnohých malých molekúl, ktoré sa nazývajú základné jednotky alebo monoméry. Molekuly sú také veľké, že ich vlastnosti sa výrazne nemenia, keď sa pridá alebo odoberie niekoľko z týchto jednotiek. Termín "polymérne materiály" je všeobecný. Spája tri široké skupiny syntetických plastov, a to: polyméry; plasty a ich morfologická rozmanitosť - polymérne kompozitné materiály (PCM) alebo, ako sa im hovorí, vystužené plasty. Spoločnou vecou pre uvedené skupiny je, že ich povinnou súčasťou je polymérna zložka, ktorá určuje hlavné tepelné deformačné a technologické vlastnosti materiálu. Polymérna zložka je organická vysokomolekulárna látka získaná ako výsledok chemickej reakcie medzi molekulami východiskových nízkomolekulových látok - monomérov.

Polyméry sa zvyčajne nazývajú vysokomolekulárne látky (homopolyméry), do ktorých sú pridané aditíva, menovite stabilizátory, inhibítory, zmäkčovadlá, lubrikanty, antirady atď. Z fyzikálneho hľadiska sú polyméry homofázové materiály, zachovávajú si všetky fyzikálne a chemické vlastnosti, ktoré sú homopolymérom vlastné.

Plasty sú kompozitné materiály na báze polymérov obsahujúcich disperzné alebo krátkovláknité plnivá, pigmenty a iné sypké zložky. Plnivá netvoria súvislú fázu. Sú (disperzné médium) umiestnené v polymérnej matrici (disperzné médium). Fyzikálne sú plasty heterofázové materiály s izotropnými (vo všetkých smeroch rovnakými) fyzikálnymi makrovlastnosťami.

Plasty možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín – termoplasty a termosety. Termoplasty sú tie, ktoré sa po vytvarovaní dajú roztaviť a znovu tvarovať; termoset, raz vylisovaný, sa už netopí a nemôže nadobudnúť iný tvar pod vplyvom teploty a tlaku. Takmer všetky plasty používané v obaloch sú termoplasty, ako je polyetylén a polypropylén (členovia skupiny polyolefínov), polystyrén, polyvinylchlorid, polyetyléntereftalát, nylon (nylon), polykarbonát, polyvinylacetát, polyvinylalkohol a iné.

Plasty možno tiež kategorizovať podľa spôsobu použitého na ich polymerizáciu na polyméry získané adíciou polykondenzáciou. Adičné polyméry sa vyrábajú mechanizmom, ktorý zahŕňa buď voľné radikály alebo ióny, pričom malé molekuly sa rýchlo pridávajú do rastúceho reťazca bez tvorby sprievodných molekúl. Polykondenzačné polyméry sa vyrábajú vzájomnou reakciou funkčných skupín v molekulách tak, že sa krok za krokom vytvorí dlhý polymérny reťazec a počas každého reakčného kroku sa typicky vytvorí vedľajší produkt s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako je voda. Väčšina obalových polymérov, vrátane polyolefínov, polyvinylchloridu a polystyrénu, sú adičné polyméry.

Chemické a fyzikálne vlastnosti plastov sú určené ich chemickým zložením, priemernou molekulovou hmotnosťou a distribúciou molekulovej hmotnosti, históriou spracovania (a použitia) a prítomnosťou prísad.

Polymérne vystužené materiály sú typom plastov. Líšia sa tým, že používajú nie disperzné, ale spevňujúce, teda spevňujúce plnivá (vlákna, tkaniny, stuhy, plsť, monokryštály), ktoré tvoria v PCM nezávislú súvislú fázu. Jednotlivé druhy takýchto PCM sa nazývajú laminované plasty. Táto morfológia umožňuje získať plasty s veľmi vysokou deformačnou pevnosťou, únavovými, elektrofyzikálnymi, akustickými a inými cieľovými charakteristikami, ktoré spĺňajú najvyššie moderné požiadavky.

Polymerizačná reakcia je postupné pridávanie molekúl nenasýtených zlúčenín k sebe za vzniku produktu s vysokou molekulovou hmotnosťou - polyméru. Molekuly alkénov, ktoré podliehajú polymerizácii, sa nazývajú monoméry. Počet opakujúcich sa elementárnych jednotiek v makromolekule sa nazýva stupeň polymerizácie (označuje sa n). V závislosti od stupňa polymerizácie možno z rovnakých monomérov získať látky s rôznymi vlastnosťami. Polyetylén s krátkym reťazcom (n = 20) je teda kvapalina s mazacími vlastnosťami. Polyetylén s dĺžkou reťaze 1500-2000 článkov je tvrdý, ale flexibilný plastový materiál, z ktorého je možné získavať fólie, vyrábať fľaše a iné pomôcky, elastické rúrky atď. Nakoniec polyetylén s cieľovou dĺžkou 5-6 tisíc článkov je pevná látka, z ktorej sa dajú pripraviť liate výrobky, pevné rúry, pevné nite.

Ak sa polymerizačnej reakcie zúčastní malý počet molekúl, tak vznikajú nízkomolekulové látky, napríklad diméry, triméry atď. Podmienky pre vznik polymerizačných reakcií sú veľmi rozdielne. V niektorých prípadoch sú potrebné katalyzátory a vysoký tlak. Ale hlavným faktorom je štruktúra molekuly monoméru. Nenasýtené (nenasýtené) zlúčeniny vstupujú do polymerizačnej reakcie v dôsledku prerušenia násobných väzieb. Štruktúrne vzorce polymérov sú stručne napísané takto: vzorec elementárnej jednotky je v zátvorkách a vpravo dole je písmeno n. Napríklad štruktúrny vzorec polyetylénu je (-CH2-CH2-) n. Je ľahké dospieť k záveru, že názov polyméru sa skladá z názvu monoméru a predpony poly-, napríklad polyetylén, polyvinylchlorid, polystyrén atď.

Polymerizácia je reťazová reakcia a na jej spustenie je potrebné aktivovať molekuly monomérov pomocou takzvaných iniciátorov. Takýmito iniciátormi reakcie môžu byť voľné radikály alebo ióny (katióny, anióny). V závislosti od povahy iniciátora sa rozlišujú radikálové, katiónové alebo aniónové polymerizačné mechanizmy.

Najbežnejšie uhľovodíkové polyméry sú polyetylén a polypropylén.

Polyetylén sa získava polymerizáciou etylénu: Polypropylén sa získava stereošpecifickou polymerizáciou propylénu (propénu). Stereošpecifická polymerizácia je proces získavania polyméru s presne usporiadanou priestorovou štruktúrou. Polymerizácie sú schopné mnohé ďalšie zlúčeniny - deriváty etylénu, ktoré majú všeobecný vzorec CH2 = = CH-X, kde X sú rôzne atómy alebo skupiny atómov.

Druhy polymérov:

Polyolefíny sú triedou polymérov rovnakej chemickej povahy (chemický vzorec -(CH2)-n) s rôznorodou priestorovou štruktúrou molekulových reťazcov, vrátane polyetylénu a polypropylénu. Mimochodom, všetky sacharidy, napríklad zemný plyn, cukor, parafín a drevo, majú podobnú chemickú štruktúru. Celkovo sa vo svete ročne vyrobí 150 miliónov ton polymérov a približne 60 % z tohto množstva tvoria polyolefíny. V budúcnosti nás budú polyolefíny obklopovať v oveľa väčšej miere ako dnes, preto je užitočné pozrieť sa na ne bližšie.

Komplex vlastností polyolefínov, vrátane odolnosti voči ultrafialovému žiareniu, oxidantom, roztrhnutiu, prepichnutiu, tepelnému zmršťovaniu a roztrhnutiu, sa mení vo veľmi širokom rozsahu v závislosti od stupňa orientačného rozťahovania molekúl v procese získavania polymérnych materiálov a produktov.

Zvlášť je potrebné zdôrazniť, že polyolefíny sú ekologicky čistejšie ako väčšina materiálov používaných človekom. Pri výrobe, preprave a spracovaní skla, dreva a papiera, betónu a kovu sa spotrebuje veľa energie, ktorej výroba nevyhnutne znečisťuje životné prostredie. Likvidáciou tradičných materiálov sa uvoľňujú aj škodlivé látky a plytvanie energiou. Polyolefíny sa vyrábajú a likvidujú bez emisií škodlivých látok as minimálnou spotrebou energie a pri spaľovaní polyolefínov sa uvoľňuje veľké množstvo čistého tepla s vedľajšími produktmi vo forme vodnej pary a oxidu uhličitého. Polyetylén

Asi 60 % všetkých plastov používaných na obaly tvorí polyetylén, a to najmä vďaka nízkej cene, ale aj vďaka výborným vlastnostiam pre mnohé aplikácie. Vysokohustotný polyetylén (HDPE - nízkotlakový) má najjednoduchšiu štruktúru zo všetkých plastov, pozostáva z opakujúcich sa jednotiek etylénu. -(CH2CH2)n- polyetylén s vysokou hustotou. Polyetylén s nízkou hustotou (LDPE - vysoký tlak) majú rovnaký chemický vzorec, ale líšia sa tým, že jeho štruktúra je rozvetvená. -(CH2CHR)n- polyetylén s nízkou hustotou, kde R môže byť -H, -(CH2)nCH3 alebo zložitejšie sekundárne vetvenie.

Polyetylén sa vďaka svojej jednoduchej chemickej štruktúre ľahko skladá do kryštálovej mriežky, a preto má tendenciu mať vysoký stupeň kryštalinity. Rozvetvenie reťazca narúša túto schopnosť kryštalizácie, čo vedie k menšiemu počtu molekúl na jednotku objemu, a teda k nižšej hustote.

LDPE - vysokotlakový polyetylén. Plast, jemne matný, na dotyk voskový, spracovaný extrúziou do vyfukovanej hadicovej fólie alebo do plochého filmu cez plochú matricu a chladený valec. LDPE fólia je pevná v ťahu a stlačení, odolná proti nárazu a roztrhnutiu, pevná pri nízkych teplotách. Má vlastnosť - pomerne nízku teplotu mäknutia (asi 100 stupňov Celzia).

HDPE - nízkotlakový polyetylén. HDPE fólia je pevná, odolná, menej vosková na dotyk v porovnaní s LDPE fóliou. Získava sa vytláčaním vyfukovaného puzdra alebo vytláčaním plochého puzdra. Teplota mäknutia 121°C umožňuje sterilizáciu parou. Mrazuvzdornosť týchto fólií je rovnaká ako u HDPE fólií. Odolnosť proti roztiahnutiu a stlačeniu je vysoká a odolnosť proti nárazu a roztrhnutiu je nižšia ako u LDPE fólií. Fólie z HDPE sú vynikajúcou bariérou proti vlhkosti. Odolné voči tukom, olejom. „Šuštiace“ vrecúško na tričko („šušťanie“), do ktorého balíte nákupy, je vyrobené z HDPE.

Existujú dva hlavné typy HDPE. "Starší" typ, vyrobený ako prvý v 30. rokoch 20. storočia, polymerizuje pri vysokých teplotách a tlakoch, čo sú podmienky, ktoré sú dostatočne energetické, aby umožnili výrazný výskyt reťazových reakcií, ktoré vedú k tvorbe vetiev, dlhých aj krátkych reťazcov. Tento typ HDPE sa niekedy označuje ako vysokotlakový polyetylén (LDPE, HD-HDPE, kvôli vysokému tlaku), ak je potrebné ho odlíšiť od lineárneho nízkotlakového polyetylénu, „mladšieho“ typu LDPE. Pri izbovej teplote je polyetylén pomerne mäkký a pružný materiál. Túto pružnosť si dobre zachováva v chladných podmienkach, takže je použiteľný v obaloch mrazených potravín. Avšak pri zvýšených teplotách, ako je 100 °C, sa stáva príliš mäkkým pre niektoré aplikácie. HDPE má vyššiu krehkosť a bod mäknutia ako LDPE, ale stále nie je vhodnou nádobou na plnenie za tepla.

Približne 30 % všetkých plastov používaných na balenie tvorí HDPE. Je to najpoužívanejší plast na fľaše vďaka nízkej cene, ľahkému tvarovaniu a vynikajúcemu výkonu v mnohých aplikáciách. Vo svojej prirodzenej forme má HDPE mliečne biely, priesvitný vzhľad, a preto nie je vhodný na aplikácie, kde sa vyžaduje výnimočná transparentnosť. Jednou nevýhodou použitia HDPE v niektorých aplikáciách je jeho tendencia k praskaniu v dôsledku napätia, ktoré je definované ako zlyhanie plastovej nádoby v podmienkach napätia a kontaktu s produktom, čo samo osebe nevedie k poruche. Praskanie vplyvom prostredia v polyetyléne súvisí s kryštalinitou polyméru.

LDPE je najpoužívanejší obalový polymér, ktorý tvorí približne jednu tretinu všetkých obalových plastov. Vďaka nízkej kryštalinite ide o mäkší, pružnejší materiál ako HDPE. Je to materiál voľby pre fólie a tašky kvôli nízkej cene. LDPE má lepšiu čírosť ako HDPE, ale stále nemá kryštálovú čírosť, ktorá je žiaduca pre niektoré obalové aplikácie.

PP - polypropylén. Vynikajúca čírosť (s rýchlym ochladzovaním pri tvarovaní), vysoký bod topenia, odolnosť voči chemikáliám a vode. PP prepúšťa vodnú paru, vďaka čomu je nepostrádateľný pri „zahmlievacích“ obaloch potravín (chlieb, bylinky, potraviny), ako aj v stavebníctve na hydroizoláciu proti vetru. PP je citlivý na kyslík a oxidanty. Spracováva sa vyfukovaním alebo cez plochú matricu s nalievaním na bubon alebo chladením vo vodnom kúpeli. Má dobrú priehľadnosť a lesk, vysokú chemickú odolnosť najmä voči olejom a tukom, vplyvom prostredia nepraská.

PVC - polyvinylchlorid. Vo svojej čistej forme sa zriedka používa kvôli krehkosti a nepružnosti. Lacné. Môže sa spracovať na fóliu vyfukovaním alebo vytláčaním plochých štrbín. Tavenina je vysoko viskózna. PVC je tepelne nestabilné a korozívne. Pri prehriatí a horení sa z neho uvoľňuje vysoko toxická zlúčenina chlóru – dioxín. Rozšírené v 60. a 70. rokoch. Nahrádza ho ekologickejší polypropylén.

Identifikácia polyméru

Spotrebitelia polymérových fólií veľmi často čelia praktickej úlohe rozpoznať povahu polymérnych materiálov, z ktorých sú vyrobené. Hlavné vlastnosti polymérnych materiálov, ako je dobre známe, sú určené zložením a štruktúrou ich makromolekulových reťazcov. Je teda jasné, že v prvej aproximácii môže stačiť odhadnúť funkčné skupiny, ktoré tvoria makromolekuly na identifikáciu polymérnych filmov. Niektoré polyméry majú v dôsledku prítomnosti hydroxylových skupín (-OH) sklon k molekulám vody. To vysvetľuje vysokú hygroskopickosť napríklad celulózových fólií a výraznú zmenu ich výkonnostných charakteristík po navlhčení. Iné polyméry (polyetyléntereftalát, polyetylény, polypropylén atď.) takéto skupiny vôbec nemajú, čo vysvetľuje ich pomerne dobrú odolnosť voči vode.

Prítomnosť určitých funkčných skupín v polyméri môže byť stanovená na základe existujúcich a vedecky podložených inštrumentálnych výskumných metód. Praktická implementácia týchto metód je však vždy spojená s pomerne veľkými časovými nákladmi a je spôsobená dostupnosťou vhodných typov pomerne drahých testovacích zariadení, ktoré si vyžadujú príslušnú kvalifikáciu na ich použitie. Zároveň existujú celkom jednoduché a „rýchle“ praktické metódy na rozpoznanie povahy polymérnych filmov. Tieto metódy sú založené na skutočnosti, že polymérne filmy z rôznych polymérnych materiálov sa navzájom líšia svojimi vonkajšími vlastnosťami, fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami, ako aj vo vzťahu k zahrievaniu, povahe ich horenia a rozpustnosti v organických a anorganických rozpúšťadlách.

V mnohých prípadoch môže byť povaha polymérnych materiálov, z ktorých sa vyrábajú polymérne filmy, určená vonkajšími znakmi, pri štúdiu ktorých by sa mala venovať osobitná pozornosť nasledujúcim znakom: stav povrchu, farba, lesk, priehľadnosť, tuhosť a elasticita, odolnosť proti roztrhnutiu atď. Napríklad neorientované fólie vyrobené z polyetylénu, polypropylénu a polyvinylchloridu sa ľahko naťahujú. Fólie vyrobené z polyamidu, acetátu celulózy, polystyrénu, orientovaného polyetylénu, polypropylénu, polyvinylchloridu sa zle naťahujú. Fólie z acetátu celulózy nie sú odolné proti roztrhnutiu, ľahko sa štiepia v smere kolmom na ich orientáciu a pri rozdrvení tiež šuští. Polyamidové a lavsanové (polyetyléntereftalátové) fólie odolnejšie voči roztrhnutiu, ktoré pri rozdrvení aj šuští. Zároveň fólie z polyetylénu s nízkou hustotou, mäkčeného polyvinylchloridu pri drvení nešuští a majú vysokú odolnosť proti roztrhnutiu. Výsledky štúdia vonkajších vlastností študovaného polymérneho filmu by sa mali porovnať s charakteristickými vlastnosťami uvedenými v tabuľke. 1, po čom už možno vyvodiť niektoré predbežné závery.

Tabuľka 1. Vonkajšie znaky

Typ polyméru	Mechanické znaky	Stav povrchu na dotyk	Farba	Transparentnosť	Lesknite sa
	Mäkké, elastické, odolné proti roztrhnutiu	Mäkký, hladký	Bezfarebný	transparentný
		Mierne mastná, hladká, sladká	Bezfarebný	priesvitný
	Pevné, mierne elastické, odolné proti roztrhnutiu	Suché, hladké	Bezfarebný	priesvitné alebo priehľadné
	Pevný, odolný proti roztrhnutiu	Suché, hladké	Bezfarebný	transparentný
	Mäkké, odolné proti roztrhnutiu	Suché, hladké	Bezfarebný	transparentný
	Pevné, odolné proti roztrhnutiu		Bezfarebný	transparentný
		Suché, hladké	Bezfarebný alebo svetložltý	priesvitný
	Pevná, slabo odolná proti roztrhnutiu	Suché, hladké, veľmi šumivé	Bezfarebný alebo s modrastým nádychom	transparentný
	Pevná, slabo odolná proti roztrhnutiu	Suché, hladké, veľmi šumivé	Bezfarebný, so žltkastým alebo modrastým odtieňom	vysoko transparentné
	Pevné, nie odolné proti roztrhnutiu	Suché, hladké	Bezfarebný	vysoko transparentné
celofán	Pevné, nie odolné proti roztrhnutiu	Suché, hladké	Bezfarebný	vysoko transparentné

Ako je však ľahké pochopiť z analýzy údajov uvedených v tabuľke. 2, nie je vždy možné jednoznačne určiť povahu polyméru, z ktorého je fólia vyrobená, vonkajšími znakmi. V tomto prípade je potrebné pokúsiť sa kvantifikovať niektoré fyzikálne a mechanické charakteristiky existujúcej vzorky polymérneho filmu. Ako je možné vidieť napríklad z údajov uvedených v tabuľke. 2, hustota niektorých polymérnych materiálov (LDPE, HDPE, PP) je menšia ako jedna, a preto by vzorky týchto fólií mali „plávať“ vo vode. Aby sa objasnil typ polymérneho materiálu, z ktorého je fólia vyrobená, hustota existujúcej vzorky by sa mala určiť meraním jej hmotnosti a výpočtom alebo meraním jej objemu. Spresnenie povahy polymérnych materiálov je tiež uľahčené experimentálnymi údajmi o takých fyzikálnych a mechanických charakteristikách, ako je konečná pevnosť a predĺženie v jednoosovom ťahu, ako aj teplota topenia (tabuľka 2). Okrem toho, ako je možné vidieť z analýzy údajov uvedených v tabuľke. 2, priepustnosť polymérnych fólií vzhľadom na rôzne médiá tiež výrazne závisí od typu materiálu, z ktorého sú vyrobené.

Tabuľka 2. Fyzikálne a mechanické vlastnosti pri 20 °C

Typ polymérov	Hustota kg/m3	Pevnosť v ťahu, MPa	Predĺženie prestávky, %	Priepustnosť vodných pár, g/m 2 počas 24 hodín	Priepustnosť kyslíka, cm 3 / (m 2 hatm) po dobu 24 hodín	Priepustnosť pre CO 2, cm 3 / (m 2 šunky) za 24 hodín	Teplota topenia, 0 С










celofán

Okrem charakteristických vlastností fyzikálnych a mechanických vlastností je potrebné poznamenať existujúce rozdiely v charakteristických vlastnostiach rôznych polymérov počas ich spaľovania. Táto skutočnosť umožňuje v praxi využiť takzvanú tepelnú metódu identifikácie polymérnych filmov. Spočíva v tom, že sa vzorka filmu zapáli a nechá sa 5-10 sekúnd na otvorenom ohni, pričom sa upevnia tieto vlastnosti: schopnosť horieť a jej povaha, farba a povaha plameňa, zápach splodín horenia atď. Charakteristické znaky horenia sú najzreteľnejšie pozorované v momente vznietenia vzoriek. Na zistenie typu polymérneho materiálu, z ktorého je fólia vyrobená, je potrebné porovnať výsledky testu s údajmi o charakteristických vlastnostiach správania polymérov pri spaľovaní, ktoré sú uvedené v tabuľke. 3.

Tabuľka 3. Charakteristiky spaľovania. Chemická odolnosť

Typ polyméru	horľavosť	Farbenie plameňom	Vôňa produktov spaľovania	Chem. odolnosť voči kyselinám	Chem. odolnosť voči alkáliám
		Vnútri modrasté, bez sadzí	horiaci parafín	Výborne
	Horí plameňom a po odstránení	Vnútri modrasté, bez sadzí	horiaci parafín	Výborne
	Horí plameňom a po odstránení	Vnútri modrasté, bez sadzí	horiaci parafín	Výborne
		Zelenkastá so sadzami	chlorovodík
	Ťažko sa zapáliť a uhasiť	Zelenkastá so sadzami	Chlorovodík	Výborne	Výborne
	Svieti a horí z plameňa	Žltkastý so silnými sadzami	Sladké, nepríjemné	Výborne
	Horí a samozháša	Modré, žltkasté po okrajoch	Spálený roh alebo pierko
	Ťažko sa zapáliť a uhasiť	Žeravý	Sladký	Výborne	Výborne
	Ťažko sa zapáliť a uhasiť	Žltkastá so sadzami	Spálený papier
	Horiace v plameni	šumivé	Octová kyselina
celofán	Horiace v plameni		Spálený papier

Ako je možné vidieť z údajov uvedených v tabuľke. 3, podľa charakteru horenia a zápachu splodín horenia sa polyolefíny (polyetylén a polypropylén) podobajú parafínu. Je to celkom pochopiteľné, keďže elementárne chemické zloženie týchto látok je rovnaké. To sťažuje rozlíšenie medzi polyetylénom a polypropylénom. S určitou zručnosťou však možno polypropylén rozlíšiť podľa ostrejších pachov splodín horenia s nádychom spálenej gumy alebo horiaceho pečatného vosku.

Výsledky komplexného hodnotenia jednotlivých vlastností polymérnych fólií v súlade s vyššie uvedenými metódami teda vo väčšine prípadov umožňujú pomerne spoľahlivo určiť typ polymérneho materiálu, z ktorého sú skúmané vzorky vyrobené. Ak vzniknú ťažkosti pri určovaní povahy polymérnych materiálov, z ktorých sú fólie vyrobené, je potrebné vykonať dodatočné štúdie ich vlastností chemickými metódami. Za týmto účelom môžu byť vzorky podrobené tepelnému rozkladu (pyrolýze), pričom prítomnosť charakteristických atómov (dusík, chlór, kremík atď.) alebo skupín atómov (fenol, nitroskupiny atď.) náchylných na špecifické reakcie, ako napr. výsledkom čoho je zistený dobre definovaný efekt indikátora. Vyššie uvedené praktické metódy na určenie typu polymérnych materiálov, z ktorých sa polymérne fólie vyrábajú, sú do určitej miery subjektívne, a preto nemôžu zaručiť ich 100% identifikáciu. Ak takáto potreba napriek tomu vznikne, mali by ste využiť služby špeciálnych skúšobných laboratórií, ktorých spôsobilosť potvrdzujú príslušné certifikačné dokumenty.

Index toku taveniny

Index toku taveniny polymérneho materiálu je hmotnosť polyméru v gramoch vytlačená cez kapiláru pri určitej teplote a určitom poklese tlaku za 10 minút. Stanovenie hodnoty indexu toku taveniny sa vykonáva na špeciálnych zariadeniach nazývaných kapilárne viskozimetre. Rozmery kapiláry sú štandardizované: dĺžka 8,000±0,025 mm; priemer 2,095±0,005 mm; vnútorný priemer valca viskozimetra je 9,54±0,016 mm. Neceločíselné hodnoty veľkostí kapilár sú spôsobené tým, že po prvýkrát sa metóda na stanovenie indexu toku taveniny objavila v krajinách s anglickým systémom meraní. Podmienky odporúčané na stanovenie indexu toku taveniny upravujú príslušné normy. GOST 11645-65 odporúča záťaže 2,16 kg, 5 kg a 10 kg a teploty v násobkoch 10°C. ASTM 1238-62T (USA) odporúča teploty od 125 °C do 275 °C a zaťaženie od 0,325 kg do 21,6 kg. Najčastejšie sa index toku taveniny určuje pri teplote 190°C a zaťažení 2,16 kg.

Hodnota indexu toku pre rôzne polymérne materiály sa určuje pri rôznych zaťaženiach a teplotách. Preto je potrebné mať na pamäti, že absolútne hodnoty indexu toku sú porovnateľné iba pre rovnaký materiál. Takže môžete napríklad porovnať hodnotu indexu toku taveniny polyetylénu s nízkou hustotou rôznych tried. Porovnanie hodnôt prietokov polyetylénu s vysokou a nízkou hustotou neumožňuje priame porovnanie prietoku oboch materiálov. Keďže prvý je určený so záťažou 5 kg a druhý so záťažou 2,16 kg.

Treba poznamenať, že viskozita polymérnych tavenín výrazne závisí od aplikovaného zaťaženia. Pretože index toku konkrétneho polymérneho materiálu sa meria iba pri jednej hodnote zaťaženia, tento index charakterizuje iba jeden bod na celej krivke toku v oblasti relatívne nízkych šmykových napätí. Preto sa polyméry, ktoré sa mierne líšia v makromolekulárnom rozvetvení alebo molekulovej hmotnosti, ale s rovnakým indexom toku taveniny, môžu správať odlišne v závislosti od podmienok spracovania. Napriek tomu sú však z hľadiska rýchlosti toku taveniny pre mnohé polyméry stanovené hranice odporúčaných technologických parametrov procesu spracovania. Značné rozšírenie tejto metódy sa vysvetľuje jej rýchlosťou a dostupnosťou. Procesy vytláčania fólií vyžadujú vysoké viskozity taveniny, preto sa používajú suroviny s nízkou rýchlosťou toku taveniny.

Podľa materiálov spoločnosti "NPL Plastic"

Podrobnosti Zverejnené: 25. decembra 2013

Termín polymér je v súčasnosti široko používaný v plastikárskom a kompozitnom priemysle, pomerne často sa slovo „polymér“ používa na označenie plastov. V skutočnosti pojem "polymér" znamená oveľa, oveľa viac.

Špecialisti NPP Simplex LLC sa rozhodli podrobne povedať, čo sú polyméry:
Polymér je látka s chemickým zložením molekúl spojených do dlhých opakujúcich sa reťazcov. Vďaka tomu majú všetky materiály vyrobené z polymérov jedinečné vlastnosti a možno ich prispôsobiť v závislosti od účelu.
Polyméry sú umelého aj prírodného pôvodu. V prírode sa najčastejšie vyskytuje prírodný kaučuk, ktorý je mimoriadne užitočný a ľudstvo ho používa už niekoľko tisíc rokov. Guma (guma) má vynikajúcu elasticitu. Je to dôsledok skutočnosti, že molekulárne reťazce v molekule sú extrémne dlhé. Absolútne všetky typy polymérov majú vlastnosti zvýšenej elasticity, avšak spolu s týmito vlastnosťami môžu preukázať aj širokú škálu ďalších užitočných vlastností. V závislosti od účelu môžu byť polyméry jemne syntetizované, aby sa maximalizovalo pohodlie a prínos ich špecifických vlastností.

Hlavné fyzikálne vlastnosti polymérov:

odolnosť proti nárazu
Tuhosť
Transparentnosť
Flexibilita
Elasticita
Vedci, chemici, si už dlho všimli jednu zaujímavú vlastnosť spojenú s polymérmi: ak sa pozriete na polymérny reťazec pod mikroskopom, môžete vidieť, že vizuálna štruktúra a fyzikálne vlastnosti molekuly reťazca budú napodobňovať skutočné fyzikálne vlastnosti polyméru.

Napríklad, ak polymérny reťazec pozostáva z monomérov pevne skrútených medzi vláknami a je ťažké ich oddeliť, potom bude tento polymér s najväčšou pravdepodobnosťou pevný a odolný. Alebo, ak polymérny reťazec vykazuje elasticitu na molekulárnej úrovni, je pravdepodobné, že polymér bude mať tiež flexibilné vlastnosti.

Recyklácia polymérov
Väčšinu polymérových produktov je možné meniť a deformovať vplyvom vysokých teplôt, avšak na molekulárnej úrovni sa samotný polymér nemusí meniť a bude možné z neho vytvoriť nový produkt. Môžete napríklad roztaviť plastové nádoby a fľaše a potom z týchto polymérov vyrobiť plastové nádoby alebo diely do áut.

Príklady polymérov
Nasleduje zoznam najbežnejších polymérov, ktoré sa dnes používajú, spolu s ich hlavnými použitiami:
- Polypropylén (PP) – Výroba kobercov, nádob na potraviny, baniek.
- Neoprén - Neoprény
- Polyvinylchlorid) (PVC) - Výroba potrubí, vlnitej lepenky
- Polyetylén s nízkou hustotou (LDPE) – Tašky na potraviny
- Polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) – nádoby na čistiace prostriedky, fľaše, hračky
- Polystyrén (PS) - Hračky, peny, bezrámový nábytok
- Polytetrafluóretylén (PTFE, PTFE) - nepriľnavé panvice, elektrická izolácia
- Polymetylmetakrylát (PMMA, plexisklo, plexisklo) – oftalmológia, výroba akrylátových vaní, osvetľovacia technika
- (PVA) - Farby, lepidlá

Výhody polymérnych materiálov sú dostatočne vysoká pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, dobré klzné vlastnosti a chemická odolnosť. Oprava dielov pomocou polymérnych materiálov nevyžaduje sofistikované vybavenie, je nenáročná na prácu, je sprevádzaná nízkym ohrevom dielu (250–320 °C), umožňuje vysoké opotrebovanie (1–1,2 mm) a v niektorých prípadoch nevyžaduje následné obrábanie. Používa sa na utesnenie trhlín, priehlbín, dier, škrupín, odrezkov, na obnovenie rozmerov opotrebovaných dielov, na výrobu dielov podliehajúcich opotrebovaniu alebo ich jednotlivých dielov, na antikoróznu ochranu. Pre svoje cenné vlastnosti sa polyméry používajú v strojárstve, textilnom priemysle, poľnohospodárstve a medicíne, automobilovom a lodiarskom priemysle, pri výrobe lietadiel a v každodennom živote (textil a kožené výrobky, riad, lepidlá a laky, šperky a iné predmety). Na základe makromolekulárnych zlúčenín sa vyrába kaučuk, vlákna, plasty, filmy a nátery. Všetky tkanivá živých organizmov sú makromolekulárne zlúčeniny.

Výrobky vyrobené z polymérov sa tradične vyznačujú spoľahlivosťou a vysokou kvalitou.

Použitie polymérnych materiálov v domácnosti bolo od začiatku jednou z prvých výziev polymérneho priemyslu. Bolo na to veľa predpokladov. Ľahko sa natierajú na akúkoľvek farbu a vďaka tomu môžu zdobiť náš každodenný život.

Polyetylénové vedrá, umývadlá sú oveľa ľahšie ako kovové - to je požadovaná úľava od práce. V stravovacích zariadeniach sa stretávame s nerozbitným ľahkým plastovým riadom. Zároveň sa v prevádzke brilantne osvedčili taniere, šálky a iné náčinie, získané na báze melamínovej živice.

Fľaše na ocot a olej sú vyrobené z PVC a polyetylénu pomocou vysokovýkonných procesov.

Polymérne materiály sa čoraz viac využívajú pri výrobe nábytku. Dekoratívne lisované fólie dodávajú stolom, skrinkám a iným predmetom slávnostný vzhľad a robia ich odolnými voči takým vplyvom, ktoré drevo neznesie. Zároveň sú mimoriadne nenáročné na starostlivosť.

Umývateľná penová tapeta poskytuje pohodlie a slávnostnú atmosféru v miestnosti.

Moderné spoľahlivé podlahové krytiny vyrobené z polymérnych materiálov tiež uľahčujú čistenie priestorov. Zvlášť treba poznamenať, že na ich výrobu možno použiť odpady zo spracovania polymérov.

Dnes už nikoho neprekvapia vodovodné armatúry z polystyrénu, polyvinylchloridu, polyetylénu či aminoplastov. Telefónny prístroj vyrobený z polymérových materiálov sa stal známym.

Približne 25 % plastov vyrobených v rôznych formách sa používa v stavebníctve. O tradičnom použití ako podlahy, obloženie vnútorných vpustí, sanitárne zariadenia atď. už sa nebudeme rozprávať.

V posledných rokoch sa čoraz viac využívajú továrenské konštrukčné prvky, v ktorých prevládajú polymérne materiály. Ich nízka hmotnosť prináša výhody pri preprave a montáži. Vysoká priepustnosť svetla, možnosť lakovania materiálu na akúkoľvek farbu, nízke prevádzkové náklady – to sú definujúce vlastnosti týchto nových materiálov.

Vynikajúce tepelnoizolačné vlastnosti, najmä pien, vzrušujú myšlienky aj architektov a stavebníkov. Priesvitné kupoly umožňujú osvetlenie bez tieňa. Nezničiteľné priehľadné prvky, zvyčajne vyrobené zo sklolaminátu, nahrádzajú tradičné konštrukcie zosilneného bezpečnostného skla. Takýmito oblúkmi s hrúbkou ich základných prvkov nie väčšou ako 2 mm je možné pokryť rozpätia až do šírky 12 m. Takéto konštrukcie sa používajú napríklad pri stavbe skleníkov, pretože vo vlhkom prostredí nekorodujú. atmosférou a navyše sú pre svetlo priehľadné. Dalo by sa vymenovať mnoho ďalších príkladov použitia polymérov na pokrytie miestností. Panely s veľkoplošnými prvkami sa už používajú na prekrytie štadiónov.

Známe sú plastové konštrukcie s priemerom do 43 m a výškou do 36 m, ktoré slúžia na ochranu radarových inštalácií pred atmosférickými vplyvmi. (Vysokofrekvenčné žiarenie prechádza sklolaminátom takmer bez straty výkonu.) Pôsobivá veľkosť konštrukcie zdôrazňuje možnosť polymérnych materiálov. Oplatí sa pozrieť aj na valce namontované v závratných výškach, ktoré chránia anténu televíznej veže pred námrazou (63).

V posledných rokoch sa v stavebníctve zaviedli viacvrstvové ľahké stavebné prvky na podlahy (64). Takzvané sendvičové konštrukcie pozostávajú z krycích vrstiev na báze hliníka, azbestocementu alebo rúna z tuhých vlákien, ktoré sú kombinované s tuhou polyuretánovou penou alebo expandovaným polystyrénom. Pri hrúbke prvku 50 až 80 mm v závislosti od systému krycích vrstiev je plošná hmotnosť od 6 do 25 kg/m2. Teplotný rozsah prevádzky siaha až do 100 °C.

Viac ako 30 % vyrobených plastov sa používa pri výrobe strojov a zariadení ako konštrukčné materiály. V strojárstve sa samozrejme kladie dôraz na hospodárnosť výroby konštrukčných prvkov. V prevádzke sa veľmi osvedčili tesnenia všetkých druhov, ozubené kolesá s nápravami a puzdrami, vačky, axiálne a radiálne kolesá, spojkové prvky, klzné ložiská, ozubené cievky a mnohé ďalšie profilové diely. Vysoká tuhosť, schopnosť presne udržiavať špecifikované rozmery, dobrá klznosť a odolnosť proti opotrebovaniu sú výhody, ktoré poskytujú všestrannosť zavedených polymérnych materiálov.

Okrem väčšiny plastov doteraz používaných v strojárstve (tvrdé polyamidy, formovacie hmoty na báze fenolových živíc) možno dnes nájsť nové oblasti použitia, predovšetkým plasty vystužené sklom na báze termoplastického spojiva. Ak hmotnostný podiel skleneného vlákna dosiahne 30%, pevnosť v ťahu je 2-3x vyššia ako u nevystuženého polyméru a modul pružnosti je dokonca 3-4x vyšší. Naopak, tepelná lineárna rozťažnosť je od 1/4 do x/s počiatočnej hodnoty, relatívne predĺženie pri pretrhnutí je len asi 1/20. Okrem toho je znížená tendencia k trhaniu, čo tiež naznačuje zvýšenie spracovateľnosti polyméru.

Polyuretánové elastoméry tiež otvárajú nové technické možnosti pre strojárstvo. Keďže tento materiál má aj koróznu odolnosť, nie je potrebná povrchová úprava a predovšetkým nanášanie kovových a nekovových ochranných vrstiev. To výrazne znižuje náklady na výrobu a udržiavanie produktov v dobrom stave.

Pri výrobe prístrojov, najmä pre chemický priemysel, je význam polymérov určený ich vysokou odolnosťou proti korózii. Pri teplotách do 100 °C a miernom mechanickom zaťažení sú priaznivé podmienky na nahradenie vysokolegovaných ocelí polymérnymi materiálmi. Polyvinylchlorid, vysokotlakový polyetylén, polypropylén, polybutén, polytetrafluóretylén a sklolaminát sú v tomto smere najzaujímavejšie materiály. Pre konštrukcie, ktoré sú vystavené agresívnemu prostrediu spolu s mechanickým zaťažením, zohrávajú obzvlášť dôležitú úlohu sklom vystužené plasty na báze termoplastických živíc.

Termoplastické rúry je možné vyrábať extrúziou s vonkajším priemerom do 1200 mm a rúry s priemerom do 3000 mm sa vyrábajú navíjaním.

Skladovacie a prepravné cisterny (65) je možné vyrobiť s objemom do 85 m3 (železničné cisterny) alebo do 22 m3 (cestné prívesy). Výhodným materiálom je sklolaminát. Nachádzajú sa tu sklady kyseliny chlorovodíkovej s priemerom do 9 m a výškou do 7 m.

Veľmi významné je aj zavádzanie plastov do oblasti technologických aparátov a súvisiacich potrubných systémov. Veľmi efektívne je použitie polymérnych materiálov vo ventilačných jednotkách na odsávanie agresívnych plynov. Príklady použitia polymérov ako konštrukčných materiálov sú čistiace veže pre korozívne odpadové plyny, komíny, prieduchy pre kupolové etáže, zariadenia na galvanické pokovovanie, elektrolytické chlór-alkalické závody, reakčné veže, čerpadlá a mnohé ďalšie podobné aplikácie. Vďaka odolnosti voči oderu, chemickej inertnosti a jednoduchosti spracovania v každom prípade je možné dosiahnuť úspory, ktoré spočívajú v znížení nákladov na udržiavanie zariadení v dobrom prevádzkovom stave a zvýšení trvania a bezpečnosti ich prevádzky v porovnaní s podobnými zariadeniami vyrobenými z kov alebo iné materiály.

Obalová technika spotrebuje 20 – 25 % všetkých vyrobených plastov, teda toľko ako konštrukcia. Tradičné obalové materiály ako papier, drevo, laná a tkaniny z rastlinných vlákien sa kazia oveľa rýchlejšie. Plastové fólie a peny nielen nahrádzajú tieto „staromódne“ materiály, ale priniesli aj úplne novú technológiu balenia.

Obalové fólie spĺňajú širšie požiadavky ako tradičné materiály. Sú priehľadné a dajú sa potlačiť, čo dodáva obalu atraktívny vzhľad. Pri obaloch potravín sa oceňuje najmä fyziologická inertnosť, ako aj nepriepustnosť pre plyny a vodnú paru. Fólie sú polyetylénové, polypropylénové, polyvinylchloridové, polyamidové, polyvinylalkoholové a celofánové s hrúbkou 20 až 200 mikrónov. Samozrejme, že majú rôzne pevnostné charakteristiky a priepustnosť pre plyny a vodnú paru. Pre niektoré z týchto materiálov môže byť pevnosť v ťahu dostatočne vysoká, aby splnila požiadavky napríklad na vrecia (zaťaženie až 50 kg materiálu a stohovanie až 30 vrstiev).

V prípadoch, kde sa vyžaduje plynotesný materiál, sa používajú takzvané kombinované fólie. Najznámejšie duplikované filmové materiály: polyetylén-celofán, polyetylén-polyamid, polyvinylchlorid-celofán, polyvinylidénchlorid - celofán. Pre špeciálne balenie vysoko citlivých technických zariadení, najmä pre námornú dopravu, sú potrebné trojvrstvové fólie. Najprísnejšie požiadavky spĺňajú kombinácie polyetylén - polyamid - polyetylén, polyetylén - polypropylén - polyetylén, polyetylén - polykarbonát - polyetylén.

Polymérne fólie otvorili nové možnosti obalovej techniky. Takzvané zmršťovacie fólie majú špeciálne technologické vlastnosti. Pri ich príjme sa fixujú vnútorné napätia, ktoré sa neskôr pri pôsobení tepla „odstraňujú“ a tým dochádza k zmršťovaniu.

Fólia pokrýva výrobok určený na balenie a po zmrštení je pripravený na prepravu, chránený pred prachom a vlhkosťou. Nie je potrebné ďalšie obliekanie. Vďaka kompaktnosti balenia je možné optimálne využiť ložný priestor, čo zodpovedá zvýšeniu užitočného objemu prepravy o 20%. Je ľahké si predstaviť národohospodársky význam zvýšenia dopravného zaťaženia s tým spojeného.

Ďalšie nové možnosti v obalovej technike sa objavili vďaka penovým plastom, predovšetkým penovému polystyrénu s hustotou 25-30 kg/m3. 1 m3 tohto materiálu obsahuje asi 350 000 guľových buniek oddelených stenami hrubými 1-2 mikróny. Materiál obsahuje až 97% vzduchu. Vzduch obsiahnutý v článkoch tlmí otrasy a vibrácie, ktoré vznikajú pri preprave. Pevnosť pien musí byť dostatočná na podporu produktu. Vo vnútri bloku je ľahké vytvoriť vybranie presne zodpovedajúce vonkajšiemu tvaru výrobku.

Nová technológia balenia je obzvlášť cenná na prepravu krehkých, drahých a kvalitných zariadení, ako sú vákuové trubice, písacie stroje, televízory, pretože dokáže výrazne obmedziť poškodenie. Termoochranný obal na určitý čas bez dodatočných opatrení zabezpečuje udržanie teploty prepravovaného tovaru, citlivého na teplo alebo chlad, na určitej úrovni. Napríklad ryby prepravované v polystyrénových boxoch vyžadujú len asi polovičné množstvo ľadu, ktoré sa bežne vyžaduje.

Odpad vznikajúci po použití polymérnych obalových materiálov však tiež spôsobil nové problémy. Časť nehorí a pri spaľovaní niektorých druhov polymérov dochádza k odštiepeniu toxických produktov. Plastový odpad nemôže hniť.

Úplná zmena technológie balenia si vyžaduje ďalší vývoj týchto materiálov a vývoj spôsobov, ako bezpečne zneškodniť výsledný plastový odpad.

Dá sa povedať, že plasty so svojimi vynikajúcimi dielektrickými vlastnosťami podnietili rozvoj elektrotechniky a elektroniky. Kryty cievok a kontaktov, zástrčkové spoje, obvodové dosky, reléové základne, programové spínače a dosky plošných spojov sú len niektoré z aplikácií polymérov v týchto dôležitých odvetviach.

Vysokofrekvenčný kábel so siedmimi koaxiálnymi systémami vďačí za svoj dizajn a výkon aj vyššie uvedenej špecifickej vlastnosti plastov.

Predtým bola úloha elektrickej izolácie priradená keramike, porcelánu a gume. Zvýšené požiadavky na elektroizolačné vlastnosti a potrebu znižovania elektrických strát dnes spĺňajú takmer výlučne polyméry. Takže vo vysokofrekvenčnej technológii sa vyžaduje, aby prevádzkové vlastnosti materiálu boli nezávislé od frekvencie a teploty. Okrem toho by sa tieto vlastnosti nemali meniť pod vplyvom starnutia, napríklad vo vlhkom teplom podnebí. Štiepenie korozívnych látok pod vplyvom zvýšenej teploty a vysokej vlhkosti počas prevádzky často obmedzuje výkon kovových kontaktov.

V poslednej dobe sa ako izolačné materiály používajú tuhé formovacie hmoty na báze termosetových živíc: fenolové, melamínové, močovinové, polyesterové a epoxidové živice. Tieto materiály, ktorých vlastnosti sa menia výberom živice, plniva a ďalších komponentov, sa vyznačujú tepelnou odolnosťou, nízkou tepelnou rozťažnosťou a rozmerovou stálosťou pri zvýšených teplotách. Cenená je najmä ich odolnosť voči organickým rozpúšťadlám, nízka horľavosť a horľavosť a množstvo ďalších charakteristických vlastností.

Zavedenie termoplastov do elektrotechniky bolo najskôr najvýznamnejšie v oblasti izolácie káblov. Vysoká inertnosť a dobré spracovateľské vlastnosti umožnili čoraz častejšie nahrádzať gumu, najmä pri izolácii drôtov.

V elektronike vysoko ekonomická hromadná výroba zložitých dielov, najmä vzhľadom na ich narastajúcu miniaturizáciu, vytvorila dobré predpoklady pre zavedenie termoplastov J.TJI. Z hľadiska pevnosti a deformačných vlastností sú sklom vystužené plasty na báze termoplastov už porovnateľné s materiálmi na báze termosetu. Tam, kde až doteraz mohli zvýšené požiadavky na tvarovú stálosť pod tepelným vplyvom spĺňať iba termosetové polyméry, je teraz k dispozícii široká škála materiálov.

Aj keď pripisujeme prvoradý význam elektrickým vlastnostiam materiálov, vždy treba porovnávať ich náklady. Preto v riadiacej a regulačnej technike, prevodovej technike a iných príbuzných odboroch nachádzame rôzne druhy plastov zodpovedajúce týmto špecifickým oblastiam.

Záver.

V súčasnosti sa polyméry dostali do každej domácnosti a použitie polymérnych materiálov pokrylo mnoho rôznych oblastí, ktoré, zdá sa, nemajú nič spoločné. Každým rokom rastie úroveň spotreby polymérnych materiálov a dopyt po nich, rozširuje sa rozsah a trh s polymérnymi výrobkami. Moderné technológie umožňujú vytvárať kvalitnejšie a pokročilejšie produkty z polymérnych materiálov, aby boli ekologickejšie a bezpečnejšie. Veľkou výhodou použitých polymérových produktov je, že sú recyklovateľné a tejto problematike sa venuje čoraz väčšia pozornosť. Polyméry teda možno bez preháňania nazvať materiálmi budúcnosti.

V roku 1833 J. Berzelius vymyslel termín „polymeria“, ktorý nazval jedným z typov izomérie. Takéto látky (polyméry) by mali mať rovnaké zloženie, ale odlišnú molekulovú hmotnosť, ako napríklad etylén a butylén. Záver J. Berzeliusa nezodpovedá modernému chápaniu pojmu „polymér“, pretože pravé (syntetické) polyméry v tom čase ešte neboli známe. Prvé zmienky o syntetických polyméroch pochádzajú z roku 1838 (polyvinylidénchlorid) a 1839 (polystyrén).

Chémia polymérov vznikla až po vytvorení teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín A. M. Butlerovom a ďalej sa rozvíjala vďaka intenzívnemu hľadaniu metód syntézy kaučuku (G. Bushard, W. Tilden, K Garries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev) . Od začiatku 20. rokov 20. storočia sa začali rozvíjať teoretické predstavy o štruktúre polymérov.

DEFINÍCIA

Polyméry- chemické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou (od niekoľkých tisíc do mnohých miliónov), ktorých molekuly (makromolekuly) pozostávajú z veľkého počtu opakujúcich sa skupín (monomérnych jednotiek).

Klasifikácia polymérov

Klasifikácia polymérov je založená na troch znakoch: ich pôvod, chemická povaha a rozdiely v hlavnom reťazci.

Z hľadiska pôvodu sa všetky polyméry delia na prírodné (prírodné), medzi ktoré patria nukleové kyseliny, proteíny, celulóza, prírodný kaučuk, jantár; syntetické (získané v laboratóriu syntézou a bez prírodných analógov), ktoré zahŕňajú polyuretánové, polyvinylidénfluoridové, fenolformaldehydové živice atď.; umelé (získané v laboratóriu syntézou, ale na báze prírodných polymérov) - nitrocelulóza atď.

Na základe chemickej povahy sa polyméry delia na organické polyméry (na báze monomér - organická hmota - všetky syntetické polyméry), anorganické (na báze Si, Ge, S a iných anorganických prvkov - polysilány, kyseliny polykremičité) a organoprvkové (zmes organické a anorganické polyméry – polysloxány) charakter.

Existujú homoreťazcové a heteroreťazcové polyméry. V prvom prípade sa hlavný reťazec skladá z atómov uhlíka alebo kremíka (polysilány, polystyrén), v druhom - kostra rôznych atómov (polyamidy, proteíny).

Fyzikálne vlastnosti polymérov

Polyméry sa vyznačujú dvoma stavmi agregácie - kryštalický a amorfný a špeciálnymi vlastnosťami - elasticitou (vratné deformácie pri malom zaťažení - guma), nízkou krehkosťou (plasty), orientáciou pri pôsobení smerovaného mechanického poľa, vysokou viskozitou a rozpúšťaním. polyméru dochádza jeho napučiavaním.

Príprava polymérov

Polymerizačné reakcie sú reťazové reakcie, ktoré predstavujú postupné spájanie molekúl nenasýtených zlúčenín na seba za vzniku vysokomolekulárneho produktu – polyméru (obr. 1).

Ryža. 1. Všeobecná schéma výroby polymérov

Napríklad polyetylén sa získava polymerizáciou etylénu. Molekulová hmotnosť molekuly dosahuje 1 milión.

n CH 2 \u003d CH 2 \u003d - (-CH2-CH2-) -

Chemické vlastnosti polymérov

V prvom rade budú polyméry charakterizované reakciami charakteristickými pre funkčnú skupinu prítomnú v zložení polyméru. Napríklad, ak polymér obsahuje hydroxoskupinu charakteristickú pre triedu alkoholov, potom sa polymér bude zúčastňovať reakcií ako alkoholy.

Po druhé, interakcia so zlúčeninami s nízkou molekulovou hmotnosťou, vzájomná interakcia polymérov s tvorbou sieťových alebo rozvetvených polymérov, reakcie medzi funkčnými skupinami, ktoré tvoria rovnaký polymér, ako aj rozklad polyméru na monoméry (deštrukcia reťazca).

Aplikácia polymérov

Výroba polymérov našla široké uplatnenie v rôznych oblastiach ľudského života – chemický priemysel (výroba plastov), strojárstvo a výroba lietadiel, rafinérie ropy, medicína a farmakológia, poľnohospodárstvo (výroba herbicídov, insekticídov, pesticídov), stavebný priemysel. (zvuková a tepelná izolácia), výroba hračiek, okien, potrubí, domácich potrieb.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie

Polystyrén je vysoko rozpustný v nepolárnych organických rozpúšťadlách: benzén, toluén, xylén, tetrachlórmetán. Vypočítajte hmotnostný zlomok (%) polystyrénu v roztoku získanom rozpustením 25 g polystyrénu v benzéne s hmotnosťou 85 g. (22,73 %).

rozhodnutie

Zapíšeme vzorec na zistenie hmotnostného zlomku:

Nájdite hmotnosť roztoku benzénu:

m roztok (C6H6) \u003d m (C6H6) / (/ 100 %)

Na báze polymérov sa získavajú vlákna, filmy, kaučuky, laky, lepidlá, plasty a kompozitné materiály (kompozity).

vlákna získané pretláčaním roztokov alebo tavenín polymérov cez tenké otvory (matrice) v doske, po čom nasleduje stuhnutie. Polyméry tvoriace vlákna zahŕňajú polyamidy, polyakrylonitrily atď.

Polymérne filmy získané z polymérnych tavenín extrúziou cez matrice so štrbinovými otvormi alebo aplikáciou polymérnych roztokov na pohyblivý pás alebo kalandrovaním polymérov. Fólie sa používajú ako elektroizolačný a obalový materiál, základ magnetických pások a pod.

Kalandrovanie– spracovanie polymérov na kalandroch pozostávajúcich z dvoch alebo viacerých valcov usporiadaných paralelne a rotujúcich k sebe.

Šťastie– roztoky filmotvorných látok v organických rozpúšťadlách. Okrem polymérov obsahujú laky látky zvyšujúce plasticitu (zmäkčovadlá), rozpustné farbivá, tvrdidlá atď. Používajú sa na elektroizolačné nátery, ako aj základ základného náteru a náterových a lakových emailov.

Lepidlá- kompozície schopné spájať rôzne materiály vďaka vytvoreniu pevných väzieb medzi ich povrchmi a lepiacou vrstvou. Syntetické organické lepidlá sú založené na monoméroch, oligoméroch, polyméroch alebo ich zmesiach. Kompozícia obsahuje tvrdidlá, plnivá, zmäkčovadlá atď. Lepidlá sa delia na termoplastické, termosetové a kaučukové. Termoplastické lepidlá vytvoria väzbu s povrchom v dôsledku stuhnutia po ochladení z bodu tuhnutia na teplotu miestnosti alebo po odparení rozpúšťadla. Termosetové lepidlá vytvárajú spojenie s povrchom v dôsledku tvrdnutia (tvorba priečnych väzieb), gumové lepidlá - v dôsledku vulkanizácie.

plasty- sú to materiály obsahujúce polymér, ktorý je pri vytváraní produktu vo viskóznom stave a počas prevádzky v sklovitom stave. Všetky plasty sa delia na termoplasty a termoplasty. Pri formovaní termosety dochádza k nevratnej reakcii vytvrdzovania, spočívajúcej vo vytvorení sieťovej štruktúry. Termosety zahŕňajú materiály na báze fenolformaldehydových, močovinoformaldehydových, epoxidových a iných živíc. Termoplasty sú schopné opakovane prejsť do viskózneho stavu pri zahriatí a sklovitého - pri ochladení. Termoplasty zahŕňajú materiály na báze polyetylénu, polytetrafluóretylénu, polypropylénu, polyvinylchloridu, polystyrénu, polyamidov a iných polymérov.

Elastoméry- ide o polyméry a kompozity na ich báze, pre ktoré je teplotný rozsah teploty skleného prechodu - bod tuhnutia pomerne vysoký a zachytáva bežné teploty.

Okrem polymérov zahŕňajú plasty a elastoméry zmäkčovadlá, farbivá a plnivá. Zmäkčovadlá - napríklad dioktylftalát, dibutylsebakát, chlórovaný parafín - znižujú teplotu skleného prechodu a zvyšujú tok polyméru. Antioxidanty spomaľujú degradáciu polymérov. Plnivá zlepšujú fyzikálne a mechanické vlastnosti polymérov. Ako plnivá sa používajú prášky (grafit, sadze, krieda, kov atď.), papier, tkanina.

Výstužné vlákna a kryštály môžu byť kovové, polymérne, anorganické (napríklad sklo, karbid, nitrid, bór). Vystužujúce plnivá do značnej miery určujú mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti polymérov. Mnohé kompozitné polymérne materiály sú rovnako pevné ako kovy. Kompozity na báze polymérov vystužených sklenenými vláknami (sklolaminát) majú vysokú mechanickú pevnosť (pevnosť v ťahu 1300–2500 MPa) a dobré elektroizolačné vlastnosti. Kompozity na báze polymérov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) spájajú vysokú pevnosť a odolnosť proti vibráciám so zvýšenou tepelnou vodivosťou a chemickou odolnosťou. Boroplasty (plnivá - bórové vlákna) majú vysokú pevnosť, tvrdosť a nízku tečenie.

Kompozity na báze polymérov sa používajú ako konštrukčné, elektrické a tepelné izolačné, korózii odolné, antifrikčné materiály v automobilovom priemysle, obrábacích strojoch, elektrotechnike, letectve, rádiotechnike, baníctve, kozmickej technike, chemickom inžinierstve a stavebníctve.

redoxity. Redoxné polyméry (s redoxnými skupinami alebo redoxionity) získali široké uplatnenie.

Použitie polymérov. V súčasnosti sa široko používa veľké množstvo rôznych polymérov s rôznymi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.

Zvážte niektoré polyméry a kompozity založené na nich.

Polyetylén[-CH2-CH2-] n je termoplast vyrábaný radikálovou polymerizáciou pri teplotách do 320 0C a tlakoch 120-320 MPa (vysokotlakový polyetylén) alebo pri tlakoch do 5 MPa pomocou komplexných katalyzátorov (nízkotlakový polyetylén). Nízkohustotný polyetylén má vyššiu pevnosť, hustotu, elasticitu a bod mäknutia ako vysokotlakový polyetylén. Polyetylén je chemicky odolný v mnohých prostrediach, ale starne pôsobením oxidačných činidiel. Polyetylén je dobré dielektrikum, možno ho použiť pri teplotách od -20 do +100 0 C. Žiarenie môže zvýšiť tepelnú odolnosť polyméru. Z polyetylénu sa vyrábajú rúry, elektrotechnické výrobky, časti rádiových zariadení, izolačné fólie a plášte káblov (vysokofrekvenčné, telefónne, silové), fólie, obalový materiál, náhrady sklenených obalov.

Polypropylén[-CH(CH3)-CH2-]n je kryštalický termoplast získaný stereošpecifickou polymerizáciou. Má vyššiu tepelnú odolnosť (do 120–140 0 C) ako polyetylén. Má vysokú mechanickú pevnosť (pozri tabuľku 14.2), odolnosť voči opakovanému ohýbaniu a oderu a je elastický. Používa sa na výrobu rúr, fólií, skladovacích nádrží atď.

Polystyrén - termoplast získaný radikálovou polymerizáciou styrénu. Polymér je odolný voči oxidačným činidlám, ale nestabilný voči silným kyselinám, rozpúšťa sa v aromatických rozpúšťadlách, má vysokú mechanickú pevnosť a dielektrické vlastnosti a používa sa ako vysokokvalitný elektrický izolátor, ako aj ako konštrukčný a dekoratívny dokončovací materiál v prístrojoch. výroba, elektrotechnika, rádiotechnika, domáce spotrebiče. Pružný elastický polystyrén, získaný ťahaním za tepla, sa používa na plášte káblov a vodičov. Na báze polystyrénu sa vyrábajú aj penové plasty.

PVC[-CH 2 -CHCl-] n - termoplast vyrobený polymerizáciou vinylchloridu, odolný voči kyselinám, zásadám a oxidačným činidlám; rozpustný v cyklohexanóne, tetrahydrofuráne, obmedzený v benzéne a acetóne; ťažko horľavé, mechanicky pevné; dielektrické vlastnosti sú horšie ako vlastnosti polyetylénu. Používa sa ako izolačný materiál, ktorý je možné spájať zváraním. Vyrábajú sa z nej gramofónové platne, pršiplášte, fajky a iné predmety.

Polytetrafluóretylén (PTFE)[-CF 2 -CF 2 -] n je termoplast získaný radikálovou polymerizáciou tetrafluóretylénu. Má exkluzívnu chemickú odolnosť voči kyselinám, zásadám a oxidačným činidlám; vynikajúce dielektrikum; má veľmi široké limity prevádzkovej teploty (od –270 do +260 0 C). Pri 400 0 C sa rozkladá za uvoľňovania fluóru, nie je zmáčaný vodou. Fluoroplast sa používa ako chemicky odolný konštrukčný materiál v chemickom priemysle. Ako najlepšie dielektrikum sa používa v podmienkach, kde sa vyžaduje kombinácia elektrických izolačných vlastností s chemickou odolnosťou. Okrem toho sa používa na nanášanie antifrikčných, hydrofóbnych a ochranných náterov, náterov panvice.

Polymetylmetakrylát (plexisklo)

- termoplast získaný polymerizáciou metylmetakrylátu. Mechanicky silný; odolný voči kyselinám; odolný voči poveternostným vplyvom; rozpustný v dichlóretáne, aromatických uhľovodíkoch, ketónoch, esteroch; bezfarebný a opticky priehľadný. Používa sa v elektrotechnike ako konštrukčný materiál, aj ako základ pre lepidlá.

Polyamidy- termoplasty obsahujúce amidoskupinu -NHCO- v hlavnom reťazci, napríklad poly-ε-kaprón [-NH-(CH 2) 5 -CO-] n, polyhexametylénadipamid (nylon) [-NH-(CH 2) 5-NH-CO-(CH2)4-CO-]n; polydodekánamid [-NH-(CH 2) 11 -CO-] n a iné Získavajú sa polykondenzáciou aj polymerizáciou. Hustota polymérov je 1,0÷1,3 g/cm3. Vyznačuje sa vysokou pevnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu, dielektrickými vlastnosťami; odolný voči olejom, benzínu, zriedeným kyselinám a koncentrovaným zásadám. Používajú sa na výrobu vlákien, izolačných fólií, konštrukčných, antifrikčných a elektrických izolačných výrobkov.

Polyuretány- termoplasty obsahujúce -NH (CO) O - skupiny v hlavnom reťazci, ako aj éter, karbamát atď. Získavajú sa interakciou izokyanátov (zlúčenín obsahujúcich jednu alebo viac NCO skupín) s polyalkoholmi, napr. a glycerín. Odoláva zriedeným minerálnym kyselinám a zásadám, olejom a alifatickým uhľovodíkom. Vyrábajú sa vo forme polyuretánových pien (penová guma), elastomérov, sú zahrnuté v zložení lakov, lepidiel, tmelov. Používajú sa na tepelnú a elektrickú izoláciu, ako filtre a obalový materiál, na výrobu obuvi, umelej kože, gumených výrobkov.

Polyestery- polyméry so všeobecným vzorcom HO [-R-O-] n H alebo [-OC-R-COO-R "-O-] n. Získavajú sa buď polymerizáciou cyklických oxidov, napríklad etylénoxidu, laktónov (estery hydroxykyselín ), alebo pomocou polykondenzačných glykolov, diesterov a iných zlúčenín.Alifatické polyestery sú odolné voči roztokom zásad, aromatické polyestery sú odolné aj voči roztokom minerálnych kyselín a solí.Používajú sa pri výrobe vlákien, lakov a emailov, fólií, koagulantov a fotočinidiel , komponenty hydraulických kvapalín atď.

Syntetické kaučuky (elastoméry) získané emulznou alebo stereošpecifickou polymerizáciou. Pri vulkanizácii sa menia na gumu, ktorá sa vyznačuje vysokou elasticitou. Priemysel vyrába veľké množstvo rôznych syntetických kaučukov (CK), ktorých vlastnosti závisia od typu monomérov. Mnoho kaučukov sa vyrába kopolymerizáciou dvoch alebo viacerých monomérov. Rozlišujte CK všeobecné a špeciálne účely. CK na všeobecné použitie zahŕňa butadién [-CH2-CH \u003d CH-CH2-]n a butadiénstyrén [-CH2-CH \u003d CH-CH2-]n-- [-CH2-CH (C6H 5) -]n. Gumy na ich základe sa používajú v hromadných výrobkoch (pneumatiky, ochranné plášte káblov a drôtov, pásky atď.). Z týchto kaučukov sa získava aj ebonit, ktorý má široké využitie v elektrotechnike. Kaučuky získané z CK na špeciálne účely sa okrem elasticity vyznačujú niektorými špeciálnymi vlastnosťami, napríklad odolnosťou voči benzo- a olejom (butadién-nitril CK [-CH 2 -CH \u003d CH-CH 2 -] n - [ -CH 2 -CH (CN) -] n), benzo-, olejová a tepelná odolnosť, nehorľavosť (chloroprén CK [-CH 2 -C (Cl) \u003d CH-CH 2 -] n), odolnosť proti opotrebeniu (polyuretán , atď.), odolnosť voči teplu, svetlu, ozónu (butylkaučuk) [-C (CH 3) 2 -CH 2 -] n -[-CH 2 C (CH 3) \u003d CH-CH 2 -] m. Najpoužívanejšie sú styrén-butadién (viac ako 40 %), butadién (13 %), izoprén (7 %), chloroprén (5 %) a butylkaučuk (5 %). Hlavný podiel gumy. (60 - 70%) ide na výrobu pneumatík, asi 4% - na výrobu obuvi

Silikónové polyméry (silikóny)- obsahujú atómy kremíka v elementárnych jednotkách makromolekúl. Veľký prínos k vývoju organokremičitých polymérov priniesol ruský vedec K. A. Andrianov. Charakteristickým znakom týchto polymérov je vysoká tepelná a mrazuvzdornosť, elasticita; nie sú odolné voči zásadám a sú rozpustné v mnohých aromatických a alifatických rozpúšťadlách. Silikónové polyméry sa používajú na výrobu lakov, lepidiel, plastov a gumy. Organokremičité kaučuky [-Si (R 2) -O-] n, napríklad dimetylsiloxán a metylvinylsiloxán majú hustotu 0,96 - 0,98 g / cm 3, teplotu skleného prechodu 130 0 C. Rozpustné v uhľovodíkoch, halogénovaných uhľovodíkoch, éteroch. Vulkanizované organickými peroxidmi. Guma môže byť prevádzkovaná pri teplotách od -90 do +300 0 C, má odolnosť voči poveternostným vplyvom, vysoké elektrické izolačné vlastnosti. Používajú sa na výrobky pracujúce v podmienkach veľkého teplotného rozdielu, napríklad na ochranné nátery kozmických lodí atď.

Fenolové a aminoformaldehydové živice získané polykondenzáciou formaldehydu s fenolom alebo amínmi. Ide o termosetové polyméry, v ktorých v dôsledku zosieťovania vzniká sieťová priestorová štruktúra, ktorá sa nedá premeniť na lineárnu, t.j. proces je nezvratný. Používajú sa ako základ pre lepidlá, laky, iónomeniče, plasty.

Plasty na báze fenolformaldehydových živíc sú tzv fenoly na báze močovino-formaldehydových živíc - aminoplasty . Fenoplasty a aminoplasty sú plnené papierom alebo lepenkou (getinaky), tkaninou (textolit), drevom, kremennou a sľudovou múkou atď. Fenoplasty sú odolné voči vode, roztokom kyselín, soliam a zásadám, organickým rozpúšťadlám, pomaly horiace, odolné voči poveternostným vplyvom a sú dobrými dielektrikami. Používajú sa pri výrobe dosiek plošných spojov, puzdier pre elektrotechnické a rádiotechnické výrobky, fóliových dielektrík.

Aminos vyznačujú sa vysokými dielektrickými a fyzikálno-mechanickými vlastnosťami, sú odolné voči svetlu a UV žiareniu, sú ťažko horľavé, odolné voči slabým kyselinám a zásadám a mnohým rozpúšťadlám. Môžu byť zafarbené na akúkoľvek farbu. Používajú sa na výrobu elektrotechnických výrobkov (skrinky nástrojov a prístrojov, vypínače, stropné svietidlá, tepelne a zvukovo izolačné materiály a pod.).

V súčasnosti sa asi 1/3 všetkých plastov používa v elektrotechnike, elektronike a strojárstve, 1/4 - v stavebníctve a asi 1/5 - na obaly. Rastúci záujem o polyméry možno ilustrovať na automobilovom priemysle. Mnohí odborníci odhadujú úroveň dokonalosti auta podľa podielu polymérov, ktoré sú v ňom použité. Napríklad hmotnosť polymérnych materiálov sa zvýšila z 32 kg pre VAZ-2101 na 76 kg pre VAZ-2108. V zahraničí je priemerná hmotnosť plastov 75÷120 kg na auto.

Polyméry sú teda mimoriadne široko používané vo forme plastov a kompozitov, vlákien, lepidiel a lakov a rozsah a rozsah ich použitia sa neustále zvyšuje.

Otázky na sebaovládanie:

1. Čo sú polyméry? Ich typy.

2. Čo je to monomér, oligomér?

3. Aký je spôsob získavania polymérov polymerizáciou? Uveďte príklady.

4. Aký je spôsob získavania polymérov polykondenzáciou? Uveďte príklady.

5. Čo je radikálová polymerizácia?

6. Čo je iónová polymerizácia?

7. Čo je to polymerizácia v hmote (blok)?

8. Čo je to emulzná polymerizácia?

9. Čo je suspenzná polymerizácia?

10. Čo je to polymerizácia plynu?

11. Čo je to polykondenzácia taveniny?

12. Čo je roztoková polykondenzácia?

13. Čo je to polykondenzácia na rozhraní?

14. Aký je tvar a štruktúra polymérnych makromolekúl?

15. Čo charakterizuje kryštalický stav polymérov?

16. Aké vlastnosti má fyzikálny stav amorfných polymérov?

17. Aké sú chemické vlastnosti polymérov?

18. Aké sú fyzikálne vlastnosti polymérov?

19. Aké materiály sa vyrábajú na báze polymérov?

20. Aké je využitie polymérov v rôznych priemyselných odvetviach?

Otázky pre samostatnú prácu:

1. Polyméry a ich aplikácie.

2. Nebezpečenstvo požiaru polymérov.

Literatúra:

1. Semenova E. V., Kostrová V. N., Fedyukina U. V. Chemistry. - Voronež: Vedecká kniha - 2006, 284 s.

2. Artimenko A.I. Organická chémia. - M.: Vyššie. škola – 2002, 560 s.

3. Korovin N.V. Všeobecná chémia. - M.: Vyššie. škola – 1990, 560 s.

4. Glinka N.L. Všeobecná chémia. - M .: Vyššie. škola – 1983, 650 s.

5. Glinka N.L. Zbierka úloh a cvičení zo všeobecnej chémie. - M .: Vyššie. škola – 1983, 230 s.

6. Achmetov N.S. Všeobecná a anorganická chémia. M.: Vysoká škola. – 2003, 743 s.

Prednáška 17 (2 hodiny)

Téma 11. Chemická identifikácia a analýza látky

Účel prednášky: zoznámiť sa s kvalitatívnou a kvantitatívnou analýzou látok a podať všeobecný popis metód používaných pri tejto analýze.

Študované problémy:

11.1. Kvalitatívna analýza látky.

11.2. Kvantitatívna analýza látky. Chemické metódy analýzy.

11.3. Inštrumentálne metódy analýzy.

11.1. Kvalitatívna analýza látky

V praxi sa často stáva nevyhnutnosťou identifikovať (detegovať) konkrétnu látku, ako aj kvantifikovať (zmerať) jej obsah. Veda, ktorá sa zaoberá kvalitatívnou a kvantitatívnou analýzou, sa nazýva tzv analytická chémia . Analýza sa vykonáva v etapách: najprv sa vykoná chemická identifikácia látky (kvalitatívne analýzy) a potom sa určí, koľko látky je vo vzorke (kvantitatívna analýza).

Chemická identifikácia (detekcia)- ide o stanovenie typu a stavu fáz, molekúl, atómov, iónov a iných zložiek látky na základe porovnania experimentálnych a relevantných referenčných údajov pre známe látky. Identifikácia je cieľom kvalitatívnej analýzy.Pri identifikácii sa zvyčajne zisťuje súbor vlastností látok: farba, fázový stav, hustota, viskozita, teploty topenia, varu a fázového prechodu, rozpustnosť, elektródový potenciál, ionizačná energia a (alebo) atď. Na uľahčenie identifikácie boli vytvorené banky chemických a fyzikálno-chemických údajov. Pri analýze viaczložkových látok sa často používajú univerzálne prístroje (spektrometre, spektrofotometre, chromatografy, polarografy atď.) vybavené počítačmi, v ktorých pamäti sú referenčné chemicko-analytické informácie. Na základe týchto univerzálnych inštalácií sa vytvára automatizovaný systém na analýzu a spracovanie informácií.

V závislosti od typu identifikovaných častíc sa rozlišujú elementárne, molekulárne, izotopové a fázové analýzy. Najdôležitejšie sú preto metódy stanovenia, klasifikované podľa povahy vlastnosti, ktorá sa určuje, alebo podľa spôsobu zaznamenávania analytického signálu:

1) chemické metódy analýzy založené na použití chemických reakcií. Sú sprevádzané vonkajšími vplyvmi (zrážanie, vývoj plynu, objavenie sa, zmiznutie alebo zmena farby);

2) fyzikálne metódy, ktoré sú založené na určitom vzťahu medzi fyzikálnymi vlastnosťami látky a jej chemickým zložením;

3) fyzikálne a chemické metódy , ktoré sú založené na fyzikálnych javoch sprevádzajúcich chemické reakcie. Sú najbežnejšie kvôli ich vysokej presnosti, selektivite (selektivite) a citlivosti. Najprv sa zváži elementárne a molekulárne analýzy.

V závislosti od hmotnosti sušiny alebo objemu roztoku analytu existujú makrometóda (0,5 – 10 g alebo 10 – 100 ml), semi-mikro metóda (10 - 50 mg alebo 1 - 5 ml), mikrometóda (1-5 Hmg alebo 0,1 - 0,5 ml) a ultramikrometóda (pod 1 mg alebo 0,1 ml) identifikácie.

Charakteristická je kvalitatívna analýza detekčný limit (minimálne zistené) sušiny, t.j. minimálne množstvo spoľahlivo identifikovateľnej látky a limitná koncentrácia roztoku. V kvalitatívnej analýze sa používajú iba také reakcie, ktorých limity detekcie nie sú menšie ako 50 µg.

Existujú niektoré reakcie, ktoré umožňujú detekovať konkrétnu látku alebo ión v prítomnosti iných látok alebo iných iónov. Takéto reakcie sú tzv špecifické . Príkladom takýchto reakcií môže byť detekcia iónov NH 4 + pôsobením alkálií alebo zahrievaním

NH4CI + NaOH = NH3 + H20 + NaCl

alebo reakcia jódu so škrobom (tmavomodrá farba) atď.

Vo väčšine prípadov však detekčné reakcie látky nie sú špecifické, preto sa látky, ktoré interferujú s identifikáciou, premenia na zrazeninu, slabo disociujúcu alebo komplexnú zlúčeninu. Analýza neznámej látky sa vykonáva v určitom poradí, v ktorom sa identifikuje jedna alebo druhá látka po detekcii a odstránení iných látok, ktoré narúšajú analýzu, t. využívajú sa nielen reakcie detekčných látok, ale aj reakcie ich vzájomného oddeľovania.

V dôsledku toho kvalitatívna analýza látky závisí od obsahu nečistôt v nej, t. j. od jej čistoty. Ak sú nečistoty obsiahnuté vo veľmi malých množstvách, nazývajú sa „stopy“. Výrazy zodpovedajú mólovým zlomkom v %: "stopy" 10 -3 ÷ 10 -1 , "mikrostopy"– 10 -6 ÷ 10 -3 , "ultramikrostopy"- 10 -9 ÷ 10 -6 , submikrostopy- menej ako 10 -9 . Látka sa nazýva vysokočistá, ak obsah nečistôt nie je väčší ako 10 -4 ÷ 10 -3% (molárne frakcie) a obzvlášť čistá (ultra jasné) keď je obsah nečistôt pod 10 -7 % (molárny zlomok). Existuje ďalšia definícia vysoko čistých látok, podľa ktorej obsahujú nečistoty v takých množstvách, ktoré neovplyvňujú hlavné špecifické vlastnosti látok. Nejde však o žiadne nečistoty, ale o nečistoty, ktoré ovplyvňujú vlastnosti čistej látky. Takéto nečistoty sa nazývajú obmedzujúce alebo kontrolné.

Pri identifikácii anorganických látok sa vykonáva kvalitatívna analýza katiónov a aniónov. Metódy kvalitatívnej analýzy sú založené na iónových reakciách, ktoré umožňujú identifikovať prvky vo forme určitých iónov. Ako pri každom type kvalitatívnej analýzy, v priebehu reakcií vznikajú ťažko rozpustné zlúčeniny, farebné komplexné zlúčeniny, dochádza k oxidácii alebo redukcii so zmenou farby roztoku. Na identifikáciu pomocou tvorby ťažko rozpustných zlúčenín sa používajú skupinové aj individuálne zrážacie činidlá.

Pri identifikácii katiónov anorganických látok skupinové precipitátory pre ióny Ag +, Pb 2+, Hg 2+ je NaCl; pre ióny Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3, pre ióny Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2 +, Zn 2+ a ďalšie - (NH 4) 2 S.

Ak je prítomných niekoľko katiónov, potom frakčná analýza , v ktorom sa vyzrážajú všetky ťažko rozpustné zlúčeniny a následne sa detegujú zvyšné katióny tou či onou metódou, alebo sa uskutoční postupné pridávanie činidla, v ktorom sa najskôr vyzrážajú zlúčeniny s najnižšou hodnotou PR a potom zlúčeniny s vyššiu hodnotu PR. Akýkoľvek katión môže byť identifikovaný pomocou určitej reakcie, ak sú odstránené iné katióny, ktoré interferujú s touto identifikáciou. Existuje mnoho organických a anorganických činidiel, ktoré tvoria zrazeniny alebo farebné komplexné zlúčeniny s katiónmi (tabuľka 9).

Sekcie