Polimēri: tehnoloģijas, veidi, ražošana un pielietošana

Polimēri ir ķīmiskilielmolekulārs savienojumi, kas sastāv no daudziem malomolekulyarnyh monomēru (vienībās) un to pašu struktūru. Bieži polimēri tiek izmantots, lai ražotu no šādām monomēra komponentiem: etilēna, vinilhlorīda, vinildenhlorid, vinilacetāta, propilēna, metilmetakrilāta Tetrafluoretilēna, stirola, urīnviela, melamīna, formaldehīdu, fenola. Šajā rakstā mēs apspriest sīkāk, ko Polimēru materiāli, kā arī to ķīmiskās un fizikālās īpašības, klasifikācija un veidi.

Polimēru veidi

Šī materiāla molekulu iezīme irliela molekulmasa, kas atbilst šādai vērtībai: M> 5 * 103. Savienojumi ar zemāku šī parametra līmeni (M = 500-5000) parasti sauc par oligomēriem. Pie mazmolekulāriem savienojumiem ir mazāks nekā 500. polimērmateriālu šādiem veidiem: sintētisko un dabas. Pēdējais parasti minēta dabiskais kaučuks, vizlas, vilnas, ar azbestu, celuloze, un t. D. Tomēr pamata sintētiskie polimēri aizņem vietu rakstura, kas tiek iegūts ar paņēmienu saskaņā ar ķīmiskās sintēzes savienojumu ar zemu molekulārā līmenī. Atkarībā no metodes ražošanas augstu molekulāro materiālu, ir atšķirt polimēri, kas ir vai ar polikondensāciju, vai, pievienojot reakcijas.

Polimerizācija

Šis process ir asociācijazemmolekulāras sastāvdaļas ir augstas molekulārās vielas ar ilgstošu ķēžu veidošanos. Polimerizācijas līmeņa apjoms ir "pasākuma" skaits konkrētā sastāva molekulās. Visbiežāk polimērmateriālos ir no tūkstošiem līdz desmit tūkstošiem to vienību. Polimerizācija iegūst šādus plaši izmantotos savienojumus: polietilēnu, polipropilēnu, polivinilhlorīdu, politetrafluoretilēnu, polistirolu, polibutadiēnu utt.

Polikondensācija

Šis process ir pakāpenisksreakcija, kas ir savienojums vai liels skaits līdzīgu monomēru, vai pāris atšķirīgas grupas (A un B) in polikondensatori (makromolekulas) ar vienlaicīgu veidošanos šo blakusproduktu: metilspirts, oglekļa dioksīds, hlorūdeņraža, amonjaka, ūdens, utt Ar polikondensācijas posms. sagatavoti silikoni, polysulfones, polikarbonātiem, aminoplasts, fenolus, poliesteru, poliamīdu un citi polimēru materiāliem.

Polyaddition

Saskaņā ar šo procesu tiek saprasts veidojumspolimēri, kas rodas reakciju rezultātā, kad tiek pievienots vairāku monomēru sastāvdaļu, kas satur ierobežojošas reakcijas kopas nepiesātināto grupu monomēriem (aktīvie cikliski vai dubultās saites). Atšķirībā no polikondensācijas, polyaddition reakcija notiek bez izolācijas blakusproduktiem. Svarīgākais šīs tehnoloģijas process ir epoksīdsveķu konservēšana un poliuretāna ražošana.

Polimēru klasifikācija

Pēc sastāva visi polimēru materiāli ir sadalītineorganiskie, organiskie un organoelementāli. Pirmais no tiem (silikāta stikls, vizla, azbests, keramika utt.) Nesatur atomu oglekli. Tie ir izgatavoti no alumīnija oksīda, magnija, silīcija uc Organiskie polimēri veido visplašāko klasi, tie satur oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa, sēra, halogēna un skābekļa atomus. Organolementālie polimērmateriāli ir savienojumi, kas papildus minētajām ķēdēm satur silīciju, alumīniju, titānu un citus elementus, kas spēj apvienot ar organiskiem radikāļiem. Dabā šādas kombinācijas nerodas. Tie ir tikai sintētiskie polimēri. Tipiski šīs grupas pārstāvji ir savienojumi uz silikona bāzes, kuru galvenā ķēde ir veidota no skābekļa un silīcija atoma.

Lai iegūtu polimērus ar nepieciešamajām īpašībāmkas bieži neizmanto "tīras" vielas, bet to kombinācija ar organiskām vai neorganiskām sastāvdaļām. Labs piemērs ir polimēru būvmateriāli: metāla plastika, plastmasa, stikla šķiedra, polimērsbetons.

Polimēru struktūra

Šo materiālu īpašību īpatnība ir saistīta arto struktūra, kas savukārt ir sadalīta šādos veidos: lineārās sazarotās, lineārās, telpiskās ar lielām molekulārām grupām un ļoti specifiskām ģeometriskām struktūrām, kā arī kāpnēm. Ļaujim mums īsi apsvērt katra no tām.

Polimēru materiāli ar lineāro sazaroto struktūru, bez galvenās molekulu ķēdes, ir sānu zari. Šādi polimēri ietver polipropilēnu un poliizobutilēnu.

Materiāli ar lineāru struktūru ir ilgiZigzaga vai spirālveida savītas ķēdes. To makromolekulas pirmām kārtām raksturojas ar vietņu atkārtojumiem vienā sakaru struktūrvienībā vai ķēdes ķīmiskajā vienībā. Polimēri ar lineāro struktūru atšķiras ar ļoti ilgu makromolekulu klātbūtni, kam raksturīgas ievērojamas atšķirības ķēžu un to starpā. Ir starpmolekulāras un ķīmiskas saites. Šādu materiālu makromolekulas ir ļoti elastīgas. Un šis īpašums ir pamats polimēru ķēdēm, kas noved pie kvalitatīvi jaunām īpašībām: augsta elastība, kā arī trausluma trūkums cietinātā stāvoklī.

Un tagad mēs uzzinām, kādi ir polimēru materiālitelpiskā struktūra. Šīs vielas veido spēcīgas ķīmiskās saites šķērsvirzienā, kad makromolekulas apvienojas. Rezultātā iegūst tīkla struktūru, kurā ir tīklu neviendabīgais vai telpiskais pamats. Šāda veida polimēri ir lielāka siltuma izturība un stingrība nekā lineārie polimēri. Šie materiāli ir daudzu nemetālisko konstrukciju materiālu pamatā.

Polimērmateriālu molekulas ar kāpnēmstruktūra sastāv no ķēdes pāra, kas saistīta ar ķīmisko saiti. Tie ietver silikona polimēriem, kas ir raksturīgs ar palielinātu stingrību, siltuma pretestību, turklāt tie nav mijiedarbojas ar organiskiem šķīdinātājiem.

Polimēru fāzes sastāvs

Šie materiāli ir sistēmas,kas sastāv no amorfiem un kristāliskiem reģioniem. Pirmais no tiem palīdz samazināt stingrumu, padara polimēru elastīgu, tas ir spējīgs lielām deformācijām ar atgriezenisku raksturu. Šādi iegūtais kristāliskais fāze veicina, lai palielinātu to izturību, cietību, elastīga moduli, un citus parametrus, vienlaikus samazinot molekulāro elastības vielu. Tilpuma visas šīs jomas uz kopējo tilpumu attiecība tiek saukta pakāpi kristalizāciju, pie kam maksimālais līmenis (80%) ir polypropylenes, Fluorpolimēri, augsta blīvuma polietilēnus. Zemāka līmeņa pakāpe kristalizācijas ir polyvinylchlorides, polietilēnu zema blīvuma.

Atkarībā no tā, kā polimērmateriāli izturas apkures laikā, tie parasti tiek sadalīti termoreaktīvā un termoplastiskā veidā.

Termoreaktīvie polimēri

Šiem materiāliem galvenokārt ir lineārastruktūra Sildot, tie mīkstina, bet, pateicoties tam, ka tajos notiek ķīmiskās reakcijas, struktūra mainās uz telpisko telpu, un viela pārvēršas par cietu. Nākotnē šī kvalitāte tiek saglabāta. Pamatojoties uz šo principu, tiek veidoti polimēru kompozītmateriāli. Turpmākā apsildīšana nesamazina vielu, bet tikai izraisa tā sadalīšanos. Gatavais termoreaktīvā maisījums nešķīst un nemetina, tādēļ tā pārstrāde nav pieņemama. Šāda veida materiāls ietver epoksīda silikonu, fenola-formaldehīdu un citus sveķus.

Termoplastiskie polimēri

Šie materiāli, sildot, vispirms mīkstinaun pēc tam izkausē, un ar sekojošu dzesēšanu sacietē. Šādas termiskās plastmasas polimēri neizdara ķīmiskas izmaiņas. Tas padara šo procesu pilnīgi atgriezenisku. Šāda veida vielām ir makromolekulu lineārā sazarota vai lineāra struktūra, starp kurām darbojas mazi spēki, un ķīmiskās saites nav absolūti. Tie ir polietilēni, poliamīdi, polistiroli utt. Termoplastiska tipa polimēru materiālu tehnoloģija nodrošina to ražošanu ar inžektorlējuma veidošanu ūdens dzesēšanas formās, presēšanu, presēšanu, pūšanu un citas metodes.

Ķīmiskās īpašības

Polimēri var būt šādos stāvokļos: cieta, šķidra, amorfā, kristāliska fāze, kā arī ļoti elastīga, viskoza un stiklveida deformācija. Plastmasas materiālu plašais pielietojums ir saistīts ar to lielo izturību pret dažādiem agresīviem materiāliem, piemēram, koncentrētām skābēm un sārmiem. Tie nav pakļauti elektroķīmiskai korozijai. Turklāt, palielinoties molekulmasai, materiāla šķīdība organiskajos šķīdinātājos samazinās. Un šie šķidrumi parasti neietekmē polimērus, kam ir telpiska struktūra.

Fizikālās īpašības

Lielākā daļa polimēru ir dielektriķi,turklāt tie pieder pie nemagnētiskiem materiāliem. No visām izmantotajām strukturālajām vielām tikai tiem ir mazākā siltumvadītspēja un maksimālā siltumietilpība, kā arī termiskā saraušanās (aptuveni divdesmit reizes lielāka par metāla). Dažādu blīvēšanas ierīču blīvēšanas zuduma cēlonis zemas temperatūras apstākļos ir tā saucamā gumijas stikla pāreja, kā arī straujš atšķirība starp stikla šķiedras stāvoklī esošajiem metālu un gumijas izplešanās koeficientiem.

Mehāniskās īpašības

Polimēru materiāli atšķiras ar plašuvirkne mehānisko īpašību, kas stipri atkarīga no to struktūras. Neatkarīgi no šo iestatījumu, liela ietekme uz mehāniskajām īpašībām materiāla var būt dažādi ārējie faktori. Tie ietver :. temperatūra, biežumu, ilgumu, vai ātrumu iekraušanas, kāda veida stresa stāvokli, spiedienu, raksturu vidē, termiski apstrādātas, utt mehāniskās īpašības polimēru materiālu īpatnība ir to relatīvi augsta stiprība ļoti zemu cietību (salīdzinot ar metāliem).

Polimēri parasti tiek iedalīti cietajā, modulīkura elastība atbilst E = 1-10 GPa (šķiedras, plēves, plastmasas) un mīkstas ļoti elastīgas vielas, kuru elastības modulis ir E = 1-10 MPa (gumija). Abu iznīcināšanas modeļi un mehānisms ir atšķirīgi.

Polimēru materiālus raksturo spilgtiizteikta īpašību anizotropija, kā arī izturības samazināšanās, slīdēšanas attīstība ilgstošas ​​slodzes apstākļos. Kopā ar to viņiem ir diezgan liela izturība pret nogurumu. Salīdzinot ar metāliem, tiem raksturīga izteiktāka mehānisko īpašību atkarība no temperatūras. Viena no galvenajām polimēru materiālu īpašībām ir deformējamība (atbilstība). Saskaņā ar šo parametru parasti ir jānovērtē to galvenās darbības un tehnoloģiskās īpašības plašā temperatūras diapazonā.

Polimēri materiāli grīdām

Tagad ļaujiet mums apsvērt vienu no praktiskajiemPolimēru izmantošana, atklājot pilnu šo materiālu klāstu. Šīs vielas ir plaši izmantotas celtniecības, remonta un apdares darbos, jo īpaši grīdas segumos. Milzīga popularitāte ir saistīta ar attiecīgo vielu īpašībām: tie ir izturīgi pret nodilumu, zemu siltuma vadāmību, mazu ūdens uzsūkšanos, ir pietiekami stipri un cietīgi, tiem ir augsta krāsu un laku īpašības. Polimēru materiālu ražošanu var iedalīt trīs grupās: linolejumos (ruļļos), plākšņu izstrādājumos un maisījumos bezšuvju grīdu ierīkošanai. Tagad īsi izpētīsim katru no tiem.

Linolejs tiek izgatavots, pamatojoties uz dažādiem veidiempildvielas un polimēri. Tajos var iekļaut arī plastifikatorus, pārstrādes līdzekļus un pigmentus. Atkarībā no polimērmateriāla veida atšķiras poliesteris (glyptal), polivinilhlorīds, gumija, koloksilīns un citi pārklājumi. Turklāt to sastāvā tie ir sadalīti ne pamata un skaņas izolācijas pamatnē, vienlaidus un daudzslāņaini, ar gludu, violetu un gofrētu virsmu, kā arī vienotu un daudzkrāsu.

Flīžu materiāli, kas izgatavoti, pamatojoties uzpolimēru sastāvdaļas, ir ļoti zemas berzes, ķīmiskās izturības un izturības. Atkarībā no izejvielu veida, šāda veida polimēra produktus iedala kumaronopolivinilhloridnye kumarona, PVC, gumijas, fenolitovye, bitumena dakstiņi, kā arī skaidu un kokskaidu plātņu.

Bezšuvju grīdas materiāli ir visērtākie un higiēniskāki, tiem ir augsta izturība. Šie maisījumi parasti tiek sadalīti polimēra cementā, polimēru betonā un polivinilacetātā.