Полимеризационные смолы и пластмассы на их основе.

Состав, структура и общие свойства пластмасс. Назначение отдельных компонентов.

В состав пластмасс входят следующие общие компоненты:

1. Связующие вещества – это основа пластмасс (от 40 до 100 % без наполнителей полиэтилен, полистирол), выполняют роль компонента, связывающего другие составные части, формируют основные свойства и внешний вид пластмасс.

В качестве связующего вещества используют:

1) природные полимеры (природные смолы (канифоль), белки (казеин), эфиры целлюлозы – 2 %;

2) синтетические смолы – используют в 98 % пластмасс

2. Наполнители – Цель наполнителей – удешевить пластик, а также сообщить ему дополнительные свойства (механ. прочность, твердость т.д.) или снизить отрицательные свойства (exp: низкая величина усадки при формовании, волокнистые наполнители выполняют роль формирующих элементов, что снижает хрупкость), кот. сформированы связующими веществами.

В качестве наполнителей используют:

Древесную муку, кварцевый песок, каолин, тальк, дробленную слюду (отходы), очесы хлопка, асбест, обрезки бумаги, ткани.

3. Пластификаторы – это маслообразные органические вещества – преимущественно сложные эфиры фталевой и фосфорной кислот (дибутилфталат и др.), камфорное, касторовое масло, парафин.

Добавляют, если необходимо уменьшить жесткость и хрупкость полимера, повысить пластичность связующего вещества.

4. Красители – это минеральные пигменты (графит, мел, сажа, охра, окись цинка) и органические красители (кубовые, анилиновые).

Цель: придать окраску.

5. Стабилизаторы (противостарители) - ингибиторы – это вещества, препятствующие необратимому изменению свойств пластмасс под воздействием света, тепла, влаги, кислорода воздуха и т.д. (амины, фенолы, сажа (светостабилизатор) и др.)

Старение - самый мощный фактор – УФ -лучи отрывают электроны с поверхности атомов, что приводит к (деструкции) разрыву связей макромолекул полимера, следовательно, снижается механич. прочность, эластичность, повышается хрупкость, ухудшается внеш. вид.

6. Отвердители – вводят в отдельные пластмассы для ускорения затвердевания (формальдегид и др.)

7. Прочие добавки:

7.1 Порообразователи – вводят в состав для получения газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов). Представляют химические соединения, разлагающиеся с выделением газов.

7.2 Смазывающие вещ-ва – жироподобные вещ-ва, облегчают отделение от формы.

7.3 Антисептики – препятствуют биологической порче (загнивание) (фенол, формальдегид).

Структура пластмасс.

Структура и свойства полимеров определяют важнейшие потребительские свойства и внешний вид изделий из пластмасс, клеев, лакокрасочных покрытий.

Пластмассы представляют собой сложные высокомолекулярные соединения (полимеры), основной структурной единицей которых являются макромолекулы. Их длинные цепи состоят из сотен и тысяч атомов или атомных групп, соединенных друг с другом химическими связями. Длина цепи в тысячи раз превосходит поперечные размеры, что обеспечивает большую гибкость макромолекул и высокую эластичность полимера.

Высокомолекулярные соединения получают из молекул низкомолекулярных соединений (мономеров) в результате реакций поликонденсации или полимеризации. Образующиеся при этом полимерные соединения могут состоять из:

1) линейных макромолекул;

2) разветвленных макромолекул;

3) сетчатых (сшитых) макромолекул

Химическое строение сшитых макромолекул полимера обуславливает его специфические свойства.

Общие свойства пластмасс.

Пластмассы характеризуются рядом свойств, которые можно разделить на две группы:

1) благоприятные (делают предмет полезным)

2) неблагоприятные

Благоприятные св-ва:

1) Пластмассы характеризуются в целом высокой химической стойкостью (к действию кислот, щелочей, воды, жиров, растворителей).

2) П/м характеризуются небольшой плотностью в широком интервале (от 0,001г/см^3 – 2,4 г/см ^3) следовательно легкие.

3) П/м хар-ся разнообразными механическими свойствами (св-ва, которые проявляются под действием нагрузки) – твердые и мягкие, гибкие и хрупкие, упругие и эластичные.

4) П/м хар-ся очень хорошими оптическими свойствами (хорошо окрашиваются, некоторые – хорошо пропускают, преломляют, отражают свет – для изготовления очков).

5) П/м являются прекрасными диэлектриками (радиопромышленность)

6) П/м обладают разнообразным акустическими свойствами.

7) Полимеры хар-ся высокими адгезионными свойствами (способность прилипать) – клеи.

8) П/м обладают высокими сорбционными (способность осаждать на себе) свойствами – фильтры.

9) Обладают высокой биологич. стойкостью к микроорганизмам (кроме ПВХ).

Неблагоприятные свойства:

Эти свойства должны быть учтены при организации транспортирования, хранения, реализации и эксплуатации изделий из пластмасс.

1) П/м хар-ся высокой степенью токсичности (входят яды- фенол, формальдегид). Это ограничивает применение некоторых видов пластмасс в производстве посудохозяйственных товаров и обязательно предусматривает наличие предупреждающих продуктов. – «Не для пищевых продуктов».

Компания Tupperware – использует полиэтилен и полипропилен высокой очистки, применяющийся также для изготовления медицинских протезов.

2) Склонность к старению

3) Низкая термическая стойкость (но выпускают и термостойкие пластмассы).

4)Высокая электризуемость

5) Хладотекучесть – способность деформироваться под собственной силой тяжести.

Классификация пластических масс.

1. По составу:

1) простые (состоят только из полимера (связующего вещества);

2)композиционные (содержат связующие вещ-во и др. компоненты).

2. По природе связующего вещества:

1)п/м на основе синтетических смол (98%);

2) п/м на основе природных полимеров.

П/м на основе синтетических смол в зависимости от типа реакции, которой они получены делят на два подкласса:

а) поликонденсационные – фенолформальдегидные (фенопласты), аминоформальдегидные (аминопласты), полиамидные (капрон), полиэфирные (лавсан) и др.

б) полимеризационные – полиэтилен, ПВХ, полистирол, полиметилметакрилат (орг. стекло), фторопласты (тефлон).

П/м на основе природных полимеров на след. подклассы:

1) п/м на основе эфиров целлюлозы – целлулоид, целлон;

2) п/м на основе белковых веществ – галалит;

3) п/м на основе асфальтов и битумов.

3.По отношению к нагреванию:

1) термопластичные – их свойства после застывания изменяются обратимо, т.е. они пригодны для многократной переработки (полиэтилен, ПВХ, полистирол и др.)

2) термореактивные – размягчаются один раз, (при t C и P), при этом происходит сшивание полимерных цепей и после этого п/м переходят в необратимое неплавкое и нерастворимое состояние (фенопласты и аминопласты) – в электроустановочных изделиях – розетки, выключатели.

4. По физико-механическим свойствам:

1) жесткие (фенопласты, аминопласты);

2) полужесткие (полиэтилен);

3) мягкие (поливинилхлоридный пластикат).

5. По структуре:

1) ненаполненые (однородные);

2) наполненные (неоднородные)

- зернистые (пресс-порошковые) - фенопласты, аминопласты

- слоистые

- газонаполненные (пористые) - поролон, пенопласт

Характеристика основных видов смол и пластмасс на их основе.

Полимеризационные смолы и пластмассы на их основе.

Высокомолекулярные соединения (полимеры) получают из молекул низкомолекулярных соединений (мономеров) в результате реакций поликонденсации или полимеризации.

Реакция полимеризации – это процесс соединения, укрупнения молекул мономера без выделения побочных продуктов. В отличие от полимеризации, реакция поликонденсации исходных веществ идет с выделением побочных продуктов реакции (обычно вода и аммиак). Поэтому образующийся полимер отличается по элементарному составу от исходных веществ [24, с. 53].

Большинство полимеризационных смол получают полимеризацией ненасыщенных соединений (этилена и его производных), содержащихся в продуктах переработки нефти и каменного угля (нефтяной и коксовый газ), и в природных газах.

Реакция полимеризации в общем виде может быть представлена следующей схемой:

пА → (А)п, (1)

где А – молекула мономера;

п – степень полимеризации продукта.

В результате реакции полимеризации (под воздействием катализаторов – О₂, перекись водорода и т.д.) связи молекул ненасыщенных или циклических мономеров (например, пропилен СН₂=СН-СН₃) разрываются, после чего освободившимися связями они соединяются между собой, образуя цепебразные макромолекулы. Соединения молекул исходных веществ происходит при этом без выделения побочных продуктов реакции, поэтому образовавшийся продукт имеет тот же элементарный состав, что и исходные мономеры [15, с. 32].

Основными видами полимеризационных пластмасс являются: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол, полиметилметакрилат (орг. стекло), фторопласты (тефлон).

В производстве пластмассовой посуды в основном используется полиэтилен, полипропилен и полистирол.

Полиэтилен занимает первое место в мировом производстве пластмасс (≈1/3). Одной из причин широкого распространения является его использование для изготовления тары, упаковки, а также одноразовой посуды.

Получают полиэтилен из газообразного ненасыщенного углеводорода – этилена (СН₂=СН₂). Полиэтилен химически стоек, хороший диэлектрик, под действием УФ-лучей, тепла, быстро стареет (происходит окисление), негигроскопичен, не выделяет вредных веществ, поэтому используется для упаковки фарм-препаратов, пищевых продуктов, одноразовой посуды, но лишь открытой конструкции, поскольку в изделиях закрытой конструкции (цистерны, фляги) длительное время сохраняется запах продуктов окисления полиэтилена [14, с. 35].

Различают полиэтилен высокого давления (ВД) и низкого давления (НД), отличающиеся своей структурой и свойствами.

Полиэтилен НД – более кристалличен и поэтому более плотный, более теплостоек и химически стоек.

Основные способы переработки полиэтилена: литье под давлением, штампование.

Полипропилен – по своему строению и свойствам (химическим, диэлектрическим) схож с полиэтиленом. Исходное сырье – газ пропилен, образующийся при переработке нефтепродуктов.

Полипропилен имеет высокую эластичность. Превосходные химические и термические свойства, высокая вязкость и легкость литья под давлением делают его особенно хорошо пригодным для изготовления товаров широкого потребления.

Полипропилен поддается почти всем известным видам обработки пластмасс: литью под давлением, формованию, горячему прессованию, штамповке с вытяжкой, вакуумной формовке, сварке. Обычной выдувкой из него можно изготовлять флаконы, фляги, бутылки; в отличие от полиэтиленовых они получаются прозрачными, легкими и прочными [24, с. 67].

Лист полипропилена толщиной 0,2-0,3 миллиметра обладает достаточной жесткостью для того, чтобы путем штамповки с вытяжкой из него изготовлялись одноразовые стаканы, тарелки, вилки, ложки и ножи.

Полипропилен впервые был получен в Италии. Массовое производство изделий из него было организовано фирмой Монтекатини в г. Милане.

Если учесть, что у нас в стране много дешевого сырья для его изготовления, то можно смело утверждать, что массовое промышленное производство полипропилена вполне разрешимая задача.

Полипропилен является наиболее оптимальным сырьем для производства пластмассовой посуды, поскольку он считается наиболее гигиеничным и термостойким (выдерживает температуру 100 ºС и выше. Полипропиленовая посуда пригодна и для использования в микроволновой печи – как для разогрева, так и для приготовления блюд.

Полистирол – получают полимеризацией из стирола, который является токсичным. На внешний вид полистирол представляет собой прозрачное, твердое, упругое тело, может быть непрозрачный, стекловидный на изломе, окрашен в яркие, чистые цвета. Поверхность очень гладкая с зеркальным блеском, при ударе издает металлический звук.

Обычный полистирол отличается хрупкостью, не выдерживает высокие температуры, поэтому посуда из полистирола предназначена для холодных и не слишком горячих блюд. Поскольку стирол является токсичным, очень важно, чтобы он переходил в полимер полистирол. В посуде для жидких продуктов остаточное количество стирола должно быть не более 0,5%. Полистироловую посуду с надписью «для холодных пищевых продуктов» нежелательно применять для горячих блюд, т.к. при высокой температуре вредные вещества быстрее попадают в пищу [14, с. 53].

Поливинилхлорид (ПВХ)

Бывает двух видов

Винипласт – жесткий и упругий материал, получают из ПВХ без пластификаторов, почти не горит, химически стоек, маслостоек.

Внешний вид: жесткий, гладкий, стекловидный на изломе, непрозрачный, полупрозрачный, прозрачный, разных цветов.

Изготавливают: вентиляционные трубы, химическая аппаратура, водосточные трубы, в электротехнике (вместо эбонита).

Пластикат ПВХ- однородный, мягкий, эластичный материал, не ломается, поверхность гладкая, маслянистая на ощупь, цвет и прозрачность как у винипласта (пластификаторов до 40%).

Изделия выпускают в виде пластин, шлангов, труб, пленок каландрированием или экструзией.

Используется: Для производства шнуров, кабелей (изоляция), искусственных материалов для верха и низа обуви (Винилискожа), упаковки пищевых и парфюмерных продуктов (ПВХ совмещенный с нитрильным каучуком (до 40%), что делает его безвредным).

Фторопласты (политетрафторэтилен (тефлон), политрифторэтилен) – диэлектрики, теплостойкий и химически стойкий.

В производстве товаров народно потребления применяется в качестве антиадгезионных покрытий (сковородок, утюгов и т.д.), а также для технических целей – трубы, прокладки, детали холодильников и т. п.

Полиметилметакрилат (оргстекло) является полимером акриловой и метакриловой кислот – отличается высокой прочностью, химической стойкостью, пропускает 75% УФ- лучей (обычное стекло – 0,6%).

Внешний вид: бесцветный или ярких чистых цветов, прозрачный (стеклоподобный) или непрозрачный (заглушенный), жесткий, блестящая гладкая поверхность, на изломе стекловидный, легко царапается, при ударе издает глухой звук.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: