застосування полімерів

Матеріали, одержувані на основі полімерів. На основі полімерів отримують волокна, плівки, гуми, лаки, клеї, пластмаси та композиційні матеріали (композити).

Волокна отримують шляхом проходження розчинів або розплавів полімерів через тонкі отвори (фільєри) в пластині з наступним затвердінням. До волокноутворюючих полімерів відносяться поліаміди, поліакрілонітріли і ін.

Полімерні плівки отримують з розплавів полімерів методом продавлювання через фільєри з щілиноподібними отворами або методом нанесення розчинів полімерів на рухому стрічку або методом каландрования 'полімерів. Плівки використовують в якості електроізоляційного і пакувального матеріалу, основи магнітних стрічок і т.д.

Лаки - розчини плівкоутворюючих речовин в органічних розчинниках. Крім полімерів лаки містять речовини, що підвищують пластичність (пластифікатори), розчинні барвники, загусники і ін. Застосовуються для електроізоляційних покриттів, а також в якості основи грунтовки матеріалу і лакофарбових емалей.

Клеї - композиції, здатні поєднувати різні матеріали внаслідок утворення міцних зв'язків між їх поверхнями і клейовий прошарком. Синтетичні органічні клеї складаються на основі мономерів, олігомерів, полімерів або їх сумішей. До складу композиції входять отверджувачі, наповнювачі, пластифікатори і ін.

Клеї підрозділяються на термопластичні, термореактивні і гумові. Термопластичні клеї утворюють зв'язок з поверхнею в результаті затвердіння при охолодженні від температури плинності до кімнатної температури або випаровування розчинника. Термореактивні клеї утворюють зв'язок з поверхнею в результаті затвердіння (утворення поперечних зшивок), гумові клеї - в результаті вулканізації.

Як полімерної основи термореактивних клеїв служать фенол- і сечовини-формальдегідні та епоксидні смоли, поліуретани, поліефіри та інші полімери, термопластичних клеїв - Поліакрили, поліаміди, полівінілацеталі, полівінілхлорид і інші полімери. Міцність клейового шару наприклад, фенолоформальдегідних клеїв (БФ, ВК) при 20 ° С при зсуві лежить в межах 15 до 20 МПа, епоксидних - до 36 МПа.

Пластмаси - це матеріали, що містять полімер, який при формуванні виробу знаходиться в в'язкотекучий стані, а при його експлуатації - в склоподібного. Всі пластмаси поділяються на реактопласти і термопласти. При формуванні реактопластов відбувається необоротна реакція затвердіння, яка полягає в утворенні сітчастої структури. До реактопласти відносяться матеріали на основі фенолоформальдегідних, мочевіноформальдегидних, епоксидних і інших смол. Термопласти здатні багаторазово переходити в в'язкотекучий стан при нагріванні і склоподібного - при охолодженні. До термопластів відносяться матеріали на основі поліетилену, політетрафторетилену, поліпропілену, полівінілхлориду, полістиролу, поліамідів і інших полімерів.

Крім полімерів до складу пластмас входять пластифікатори, барвники і наповнювачі. Пластифікатори, наприклад, діоктилфталат, дібутілсебацінат, хлорований парафін, знижують температуру склування і підвищують плинність полімеру. Антиоксиданти уповільнюють деструкцію полімерів. Наповнювачі покращують фізико-механічні властивості полімерів. Як наповнювачі застосовують порошки (графіт, сажа, крейда, метал і т.д.), папір, тканину. Особливу групу пластмас складають композити.

Композиційні матеріали (композити) - складаються з основи (органічної, полімерної, вуглецевої, металевої, керамічної), армованої наповнювачем, у вигляді високоміцних волокон або ниткоподібних кристалів. В якості основи використовуються синтетичні смоли (алкідні, фенолоформальде-гіднимі, епоксидні і ін.) І полімери (поліаміди, фторопласти, силікони і ін.).

Армуючі волокна і кристали можуть бути металевими, полімерними, неорганічними (наприклад, скляними, карбідних, нітридних, борними). Армуючі наповнювачі в значній мірі визначають механічні, теплофізичні та електричні властивості полімерів. Багато композиційні полімерні матеріали по міцності не поступаються металам. Композити на основі полімерів, армованих скловолокном (склопластики), мають високу механічну міцність (міцність при розриві 1300-2500 МПа) і хорошими електроізоляційними властивостями. Композити на основі полімерів, армованих вуглецевими волокнами (вуглепластики), поєднують високу міцність і вибропрочность з підвищеною теплопровідністю і хімічну стійкість. Боропластікі (наповнювачі - борні волокна) мають високу міцність, твердість і низьку повзучість.

Композити на основі полімерів використовуються як конструкційні, електро- і теплоізоляційні, корозійностійкі, антифрикційні матеріали в автомобільній, верстатобудівної, електротехнічної, авіаційної, радіотехнічної, гірничорудної промисловості, космічній техніці, хімічному машинобудуванні і будівництві.

Редоксіти. Широке застосування отримали полімери з окислювально-відновні властивості - редоксіти (з редокс-групами або редоксіоніти).

Застосування полімерів. В даний час широко застосовується велика кількість різних полімерів. Фізичні та хімічні властивості деяких термопластів наведені в табл. 14.2 і 14.3.

Поліпропілен [СН (СН3) -СН2-] n - кристалічний термопласт, одержуваний методом стереоспецифічні полімеризації. Має більш високу термостійкість (до 120-140 ° С), ніж поліетилен. Має високу механічну міцність (див. Табл. 14.2), стійкість до багаторазових вигинів і стирання, еластичний. Застосовується для виготовлення труб, плівок, акумуляторних баків та ін.

- термопласт, одержуваний радикальною полімеризацією стиролу.

Полімер стійкий до дії окислювачів, але нестійкий до дії сильних кислот, він розчиняється в ароматичних розчинниках (див. Табл. 14.3).

Таблиця 14.2. Фізичні властивості деяких полімерів

Розчини деяких комлексов

Полістирол має високу механічну міцність і діелектричними властивостями (див. Табл. 14.2) і використовується як високоякісний електроізоляційний, а також конструкційний і декоративно-оздоблювальний матеріал в приладобудуванні, електротехніці, радіотехніці, побутової техніки. Гнучкий еластичний полістирол, що отримується витяжкою в гарячому стані, застосовується для оболонок кабелів і проводів. На основі полістиролу також випускають пінопласти.

Полівінілхлорид [-CH2-CHCl-] n - термопласт, виготовлений полімеризацією вінілхлориду, стійкий до впливу кислот, лугів і окисників (див. Табл. 14.3). Розчинний в циклогексаноні, тетрагідрофурані, обмежена - в бензолі і ацетоні. Трудногорюч, механічно міцний (див. Табл. 14.2). Діелектричні властивості гірше, ніж у поліетилену. Застосовується як ізоляційний матеріал, який можна з'єднувати зварюванням. З нього виготовляють грамплатівки, плащі, труби та ін. Предмети.

Політетрафторетилен (фторопласт) [- CF2-CF2-] n - термопласт, одержуваний методом радикальної полімеризації тетрафторе-тілена. Має виняткову хімічну стійкість до кислот, лугів і окислювача. Прекрасний діелектрик. Має дуже широкі температурні межі експлуатації (від -270 до +260 ° С). При 400 ° С розкладається з виділенням фтору, не змочується водою. Фторопласт використовується як хімічно стійкий конструкційний матеріал в хімічній промисловості. Як кращий діелектрик застосовується в умовах, коли потрібно поєднання електроізоляційних властивостей з хімічною стійкістю. Крім того, його використовують для нанесення антифрикційних, гідрофобних і захисних покриттів, покриттів сковорідок.

¾ CH2 ¾ C ¾

O = C¾OCH3 n

- термопласт, одержуваний методом полімеризації метилметакрилату. Механічно міцний (див. Табл. 14.2), стійкий до дії кислот, атмосферостоек. Розчиняється в діхлоретане, ароматичних вуглеводнях, кетонах, складних ефірах. Безбарвний і оптично прозорий. Застосовується в електротехніці, як конструкційний матеріал, а також як основа клеїв.

Поліаміди - термопласти, що містять в основному ланцюзі амідогруппу -NHCO-, наприклад полі-e-капрон [-NH- (CH2) 5-CO-] n, полігексаметіленадіпінамід (найлон) [-NH- (CH2) 5-NH-CO- (CH2) 4-CO-] n, полідодеканамід [-NH- (CH2) 11-CO-] n і ін. Їх отримують як поликонденсацией, так і полімеризацією. Щільність полімерів 1,0¸1,3 г / см3. Характеризуються високою міцністю, зносостійкістю, діелектричними властивостями. Стійкі в оліях, бензині, розбавлених кислотах і концентрованих лугах. Застосовуються для отримання волокон, ізоляційних плівок, конструкційних, антифрикційних і електроізоляційних виробів.

Поліуретани - термопласти, що містять в основному ланцюзі групи -NH (CO) O-, а також ефірні, карбаматні і ін. Отримують взаємодією ізоціантов (з'єднань, що містять одну або кілька NCO-гpyпп) з поліспирти, наприклад з гликолями і гліцерином. Стійкі до дії розбавлених мінеральних кислот і лугів, масел і аліфатичних вуглеводнів.

Випускаються у вигляді пенополиуретанов (поролонів), еластомерів, входять в склади лаків, клеїв, герметиків. Використовуються для тепло- і електроізоляції, як фільтри і пакувального матеріалу, для виготовлення взуття, штучної шкіри, гумотехнічних виробів. Поліефіри -полімери із загальною формулою HO [-R-O-] nH або [-OC-R-COO-R'-O-] n. Отримують або полімеризацією циклічних оксидів, наприклад етиленоксиду, лактонов (складних ефірів окси-кислот), або поліконденсацією гліколів, діефіров та інших з'єднань. Аліфатичні поліефіри стійкі до дії розчинів лугів, ароматичні - також до дії розчинів мінеральних кислот і солей.

Застосовуються у виробництві волокон, лаків і емалей, плівок, коагулянтів і флотореагентов, компонентів гідравлічних рідин і ін.

Синтетичні каучуки (еластомери) отримують емульсійної або стереоспецифічні полімеризацією. При вулканізації перетворюються в гуму, для якої характерна висока еластичність. Промисловість випускає велику кількість різних синтетичних каучуків (СК), властивості яких залежать від типу мономерів. Багато каучуки отримують спільної полімеризацією двох і більше мономерів. Розрізняють СК загального і спеціального призначення. До СК загального призначення відносять бутадієновий [-СН2-СН = СН-СН2-] n і бутадіенстірольний [-СН2-СН = СН-СН2-] n - [- СН2-СН (С6Н5) -] n. Гуми на їх основі використовуються у виробах масового призначення (шини, захисні оболонки кабелів і проводів, стрічки і т.д.). З цих каучуків також отримують ебоніт, широко використовуваний в електротехніці. Гуми, одержувані з СК спеціального призначення, крім еластичності характеризуються деякими спеціальними властивостями, наприклад бензо- і маслостойкостью (бутадіеннітрільний СК [-CH2-CH = CH-CH2-] n - [- CH2-CH (CN) -] n), бензо -, масло і теплостійкість, негорючістю (хлоропреновий СК [-СН2-С (Сl) = СН-СН2-] n), зносостійкість (поліуретановий і ін.), тепло-, світло-, озоностійкістю (бутилкаучук) [-C ( СН3) 2-CH2-] n - [- CH2C (CH3) = СН-СН2-] m.

До найбільш вживаним відносяться бутадіенстірольний (більше 40%), бутадієновий (13%), ізопреновий (7%), хлоропреновий (5%) каучуки і бутилкаучук (5%). Основна частка каучуків (60-70%) йде на виробництво шин, близько 4% - на виготовлення взуття.

Кремнійорганічні полімери (силікони) -содержат атоми кремнію в елементарних ланках макромолекул, наприклад:

Великий внесок у розробку кремнійорганічних полімерів вніс український вчений К.А.Андріанов. Характерною особливістю цих полімерів є висока тепло- і морозостійкість, еластичність. Силікони не стійкі до впливу лугів і розчиняються в багатьох ароматичних і аліфатичних розчинниках (див. Табл. 14.3). Кремнійорганічні полімери використовуються для отримання лаків, клеїв, пластмас і гуми. Кремнійорганічні каучуки [-Si (R2) -O-] n, наприклад діметілсілоксановий і метил вініл сил оксановий мають щільність 0,96-0,98 г / см3, температуру склування 130 ° С. Розчинні у вуглеводнях, галогеноугльоводород, ефірах. Вулканізуються за допомогою органічних пероксидів. Гуми можуть експлуатуватися при температурі від -90 до + 300 ° С, мають атмосферостійкістю, високими електроізоляційними властивостями (r = 1015-1016 Ом × см). Застосовуються для виробів, що працюють в умовах великого перепаду температур, наприклад для захисних покриттів космічних апаратів і т.д.

Феноло- і аміноформальдегідних смоли отримують поліконденсацією формальдегіду з фенолом або амінами (див. §14.2). Це термореактивні полімери, у яких в результаті утворення поперечних зв'язків утворюється сітчаста просторова структура, яку неможливо перетворити в лінійну структуру, тобто процес йде необоротно. Їх використовують як основу клеїв, лаків, іонітів, пластмас.

Пластмаси на основі фенолоформальдегідних смол отримали назву фенопластів, на основі сечовини-формальдегідних смол -амінопластов. Наповнювачами фенопластів і амінопластів служить папір або картон (гетинакс), тканину (текстоліт), деревина, кварцова і слюдяная борошно та ін. Фенопласти стійки до дії води, розчинів кислот, солей і підстав, органічних розчинників, важкогорючих, атмосферостойки і є хорошими діелектриками. Використовуються у виробництві друкованих плат, корпусів електро- і радіотехнічних виробів, фольгованих діелектриків. Амінопласти характеризуються високими діелектричними та фізико-механічними властивостями, стійкі до дії світла і УФ-променів, важкогорючих, стійки до дії слабких кислот і підстав і багатьох розчинників. Вони можуть бути пофарбовані в будь-які кольори. Застосовуються для виготовлення електротехнічних виробів (корпусів приладо-