Полимерные материалы и их классификация

Краткая справка

МАДОУ «Детский Сад Общеразвивающего Вида с Приоритетным Осуществлением Деятельности по Познавательно-Речевому Направлению Развития Воспитанников №112 «Мозаика» зарегистрирована 15 июля 2014 г. регистратором МЕЖРАЙОННАЯ ИНСПЕКЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНОЙ НАЛОГОВОЙ СЛУЖБЫ № 18 ПО РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН. Руководитель организации: заведующий Ахметсафина Лилия Загировна. Юридический адрес МАДОУ «Детский Сад Общеразвивающего Вида с Приоритетным Осуществлением Деятельности по Познавательно-Речевому Направлению Развития Воспитанников №112 «Мозаика» — 423803, республика Татарстан, город Набережные Челны, Сармановский тракт, дом 8а.

Основным видом деятельности является «Образование дошкольное», зарегистрированы 2 дополнительных вида деятельности. Организации МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ДОШКОЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА НАБЕРЕЖНЫЕ ЧЕЛНЫ «ДЕТСКИЙ САД ОБЩЕРАЗВИВАЮЩЕГО ВИДА С ПРИОРИТЕТНЫМ ОСУЩЕСТВЛЕНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ПОЗНАВАТЕЛЬНО-РЕЧЕВОМУ НАПРАВЛЕНИЮ РАЗВИТИЯ ВОСПИТАННИКОВ №112 «МОЗАИКА» присвоены ИНН 1529453074, ОГРН 2028555710114, ОКПО 13767316.

Классификация синтетических полимеров

Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:

• Искусственные полимеры, созданные на основе природных органических полимеров (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
• Синтетические полимеры, в основе которых синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этилен – полиэтилен).

По химическому составу деление таково:

• Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
• Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее яркий пример – кремнийорганические композиции.

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:

• Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
• Разветвленные;
• С сеточной структурой.

Варианты структуры полимеров

Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:

• Термопластичные, для которых воздействие температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
• Термореактивные, необратимо изменяющие свою структуру при нагреве. В большинстве случаев этот процесс происходит без стадии плавления.

Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.

Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).

Виды полимеров

Существует множество классификаций полимеров по различным признакам (химической природе, термостойкости, строению цепи и так далее). В ниже приведенной таблице коротко рассмотрим основные виды полимеров.

Также различают полимеры линейного, сетчатого и разветвленного строения. Основа полимеров позволяет быть им термопластичными или термореактивными. Также они имеют различия по способности к деформации при обычных условиях.

Полиизобутилен

Термореактивные полимеры данной группы представляют собой вязкие жидкости, которые могут применяться при изготовлении клеящих составов. Кроме этого, можно отметить высокую пластичность, связанную с особой молекулярной массой. Среди других эксплуатационных качеств отметим нижеприведенные моменты:

1. Высокая степень растворимости в углеводородах.
2. При необходимости термореактивные полимеры данной группы смешиваются со специальными наполнителями, за счет чего придаются особые эксплуатационные качества.
3. Данный тип полимера один из самых легких.
4. Вещество устойчиво к воздействию кислот и различных щелочей.
5. Из-за особенностей структуры вещество способно сохранять высокую эластичность при температуре до 50 градусов Цельсия.
6. Полиизобутилен применяется для модификации битумных и полимерных материалов. Добавление проводится для повышения эксплуатационных качеств при воздействии низкой температуры.
7. Высокие адгезионные способности в отношении практически всех строительных материалов, к примеру, бетона, дерева и штукатурки.
8. Низкомолекулярные термореактивные полимеры этой группы применяются при изготовлении не высыхающего клея или мастики. Они подходят для крепления полимерных отделочных материалов, которые обладают низкой адгезией.
9. Есть возможность получить мастики, которые применяются для герметизации стыков при проведении сборного строительства.
10. При применении полимеров этой группы также получают листы, которые служат для защиты химической аппаратуры.

Полиизобутилен

Широкая область применения прежде всего связана с особыми эксплуатационными качествами, которыми обладают термореактивные полимеры.

Свойства и применение

Термопластичными называют полимеры, которые при нагревании переходят из твердого состояния в мягкое, тягучее, а при охлаждении снова принимают твердую форму. Данные элементы получают реакцией полимеризации. Эта реакция проходит под большим давлением и без применения примесей. Реакция полимеризации стала возможна только благодаря современной химии и специализированной аппаратуре. Получить данный процесс в естественных условиях невозможно.

Свойства термопластичных полимеров вызваны способом соединения мономеров – соединение осуществляется в одном месте, в одном направлении. Другими словами, молекулы соединены между собой в линию при линейном виде, и в виде нескольких линий, сплетенных в паутину, при разветвленной структуре.

Термопластичные полимеры хорошо плавятся, а также растворяются в реагентах и растворителях. При испарении растворителя материал твердеет и приобретает прежние свойства. Это качество применяется при производстве различных клеев, лаков, красок, герметиков, замазок и других строительных растворов, имеющих в своем составе полимеры.

Из термопластичных полимеров выделяют:

• полиолефины;
• полиамиды;
• поливинилхлориды;
• фторопласты;
• полиуретаны;
• поликарбонаты;
• полиметилметакрилаты;
• полистирол.

На основании полимеров, исходных веществ и способов обработки выделяют следующие окончательные продуты:

1. пластмассы;
2. волокниты;
3. пленки;
4. покрытия;
5. слоистые пластики;
6. клеи.

Самое широкое применение термопластичные полимеры получили в строительстве при изготовлении материалов для изоляции, органических стекол, пленок и покрытий различной плотности и толщины, тонких волокон, а также в качестве связующих основ для клеев, штукатурок и теплоизоляционных материалов.

Из полимеров изготавливают бутылки и различные по форме сосуды, тару, трубы, детали машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования. А также используют при производстве напольного покрытия — линолеума, плитки, плинтусов, отделочных декоративных пленок, настенных панелей и пластика.

Химические свойства полимеров

Химические свойства полимеров отличаются от таковых у низкомолекулярных веществ. Это объясняется размером молекулы, наличием различных функциональных группировок в ее составе, общим запасом энергии активации.

В целом можно выделить несколько основных типов реакций, характерных для полимеров:

1. Реакции, которые будут определяться функциональной группой. То есть если в состав полимера входит группа ОН, характерная для спиртов, значит, и реакции, в которые они будут вступать, будут идентичны таковым у спиртов (дегидратация, окисление, восстановление, дегидрирование и так далее).
2. Взаимодействие с НМС (низкомолекулярными соединениями).
3. Реакции полимеров между собой с образованием сшитых сетей макромолекул (сетчатые полимеры, разветвленные).
4. Реакции между функциональными группировками в пределах одной макромолекулы полимера.
5. Распад макромолекулы на мономеры (деструкция цепи).

Все перечисленные реакции имеют в практике большое значение для получения полимеров с заранее заданными и удобными человеку свойствами. Химия полимеров позволяет создавать термоустойчивые, кислотно и щелочеупорные материалы, обладающие при этом достаточной эластичностью и стабильностью.

Где используются полимеры?

Благодаря своим свойствам, полимеры используются сейчас во многих отраслях. Их используют для производства множества материалов.

Например, в строительстве — как материал для электротехнических конструкций, кабелей, проводов, труб, изоляционных эмалей и лаков. Полимеры химическим путём добавляют в состав бетона и железобетона, чтобы улучшить их качества. Полимеры используют при производстве плёнок и защитных покрытий, сеток и ограждений.

Полимеры также используют в автомобилестроении. Из них делают детали для машин: резину, решётки радиаторов, колпаки для колёс, чехлы для сидений, вентиляционные решётки, коврики; их добавляют в лаки и краски. Они используются также при производстве клея.

В нефтегазовой промышленности также используются полимеры: при производстве оборудования, например насосов, камер и т. д.

В медицине полимеры применяют для изготовления капсул для лекарств. Полимер поликарбонат используют даже при разработке искусственного сердца. А гиалуроновая кислота, которая также является полимером, используется в процессе наращивания тканей.

Хлорсульфированный полиэтилен

Данное вещество получается при взаимодействии полиэтилена с хлором и сернистым ангидридом. Обработка позволяет существенно повысить степень вулканизации. Основными качествами термореактивных полимеров можно назвать нижеприведенные моменты:

1. Вещества данной группы хорошо растворяются в ароматических растворителях и в некоторых разновидностях хлорированных углеводородов.
2. Отличительными эксплуатационными качествами можно назвать устойчивость к воздействию различных химикатов, влажности, перепадам температуры и прямых солнечных лучей. Кроме того, термореактивные полимеры данной группы хорошо выдерживают воздействие кислот, щелочей и сильных окислителей. Разрушительное воздействие оказывает только уксусная кислота.
3. После прохождения процедуры вулканизации полиэтилен становится теплостойким. Как показывают проведенные тесты, материал может выдерживать воздействие температуры от 60 д 180 градусов Цельсия. Стойкостью к истиранию также повышенная.

Хлорсульфированный полиэтилен

Применяется рассматриваемое вещество для получения смесей, которые используют при производстве наливных полов. Эти материалы становятся износостойкими, могут выдерживать существенное воздействие окружающей среды. Кроме этого, материал получается при изготовлении красок и лаков, которые применяется для защиты металла или бетона, а также других материалов. Некоторые клеящие составы также получаются при применении этого вещества.

Полиэлектролиты

Растворы полиэлектролитов находят широкое применение в различных технологических процессах, они используются как загустители, диспергаторы, флокулянты и т.д. Термином «полиэлектролит» иногда называют любые агрегаты, имеющие высокую плотность заряда. Однако в научной литературе этот термин принято относить к заряженным полимерам, которые и рассматриваются ниже. Для макромолекул гибких полимеров источником заряда являются карбоксилатные или сульфатные группы, а также аммониевые группы и протонированные амины. Полиэлектролиты разделяют на сильные и слабые; плотность заряда последних зависит от рН. Если полиэлектролит состоит только из мономеров одного типа, несущих функциональные ионизующиеся группы, можно определить степень ионизации просто как долю ионизованных групп от общего количества групп, способных к ионизации. Степень ионизации зависит от рН и задается следующим выражением:

где рК — константа кислотности мономера. Эта «константа» по сути таковой не является, поскольку зависит от степени ионизации. Это обстоятельство необходимо учитывать при более детальном обсуждении свойств полиэлектролитов в водных растворах.

Рис. Зависимость радиуса инерции молекул поли кислоты от степени ионизации.

Степень развернутости клубка полиэлектролита увеличивается пропорционально степени ионизации вследствие отталкивания ионизованных групп, но только до определенного предела. Рис.8 иллюстрирует изменение радиуса инерции полиэлектролита в зависимости от степени ионизации. Из рисунка видно, что радиус инерции достигает предельного значения при степени ионизации, равной — 0.3. Для удлиненных молекул полиэлектролитов нет причин для увеличения заряда выше этого значения, поскольку размеры макромолекул не будут далее заметно изменяться, если — 30% способных к ионизации групп переходят в ионизованное состояние. Это соответствует примерно половине величины рК полимера. Далее размеры макромолекул в растворе будут рассмотрены в рамках скейлинговых теорий.

Классификация полимеров по областям применения

Полимеры, главным образом, термопласты подразделяют по степени роста технических и эксплуатационных характеристик. Основной характеристикой полимера при этом является температура долговременной эксплуатации. В данном случае полимеры с известными допущениями и довольно большими разночтениями у разных авторов разделяют на три категории:

• General purpose plastics или полимеры общего (общетехнического) назначения;
• Engineering plastics или конструкционные пластики (полимеры инженерно-технического назначения);
• Super-engineering plastics или суперконструкционные полимеры.

Также всё более важную роль в современной индустрии полимеров играет класс эластомеров или термоэластопластов (TPE, ТПЭ). По своим свойствам и методам переработки в изделия эти материалы аналогичны термопластам, при этом по внешнему виду и эксплуатационным свойствам близки к резине и каучуку. ТПЭ в быту повсеместно путают с резиной из-за способности этих материалов к значительным обратимым деформациям.

Также полимеры и их марки классифицируют по наиболее подходящему способу переработки — литьевые, экструзионные, пресс-порошки и т.п.

Синтетические полимерные материалы и их применение

По способу производства синтетические полимерные материалы подразделяются на два класса: класс А — полимеры, получаемые цепной полимеризацией; класс Б — полимеры, получаемые поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.

Процесс полимеризации представляет собой соединение одинаковых и разных молекул. Побочных продуктов при полимеризации не образуется.

Процесс поликонденсации представляет собой соединение большого количества одинаковых и различных полиреактивных молекул низкомолекулярных веществ, в результате чего образуется высокомолекулярное вещество. При процессе поликонденсации выделяются вода, хлористый водород, аммиак и другие вещества.

Кремнийорганические смолы — это особая группа высокомолекулярных соединений. Особенность этих полимерных строительных материалов состоит в том, что они обладают свойствами как органических, так и неорганических веществ.

Физические и механические характеристики этих полимерных материалов практически не зависят от колебаний температуры по сравнению с обычными смолами, к тому же они обладают высокой гидрофобностью и теплостойкостью. Кремнийорганические смолы служат для получения различных изделий, стойких к действию повышенных температур (400-500°С).

Основная область применения этих синтетических полимерных материалов – изготовление бетонов и растворов для повышения их долговечности. Также их применяют в виде защитных покрытий на природных и искусственных каменных материалах (бетоне, известняке, травертине, мраморе и т. д.). Пропитка оказывает защитное действие в течение 6-10 лет, после чего ее следует возобновить.

Для поверхностей пропитки изделий из природного камня и других строительных конструкций применяют гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ), которые перед употреблением растворяют органическими растворителями, а также водную 50%-ную эмульсию (молочно-белого цвета), которую перед употреблением смешивают с водой в соотношении 1:10.

Поливинилацетатная дисперсия (ПВА) — это продукт полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии инициатора и защитного коллоида. Это вязкая жидкость белого цвета, однородная, без криков и посторонних включений.

ПВА в зависимости от вязкости изготавливается трех марок: Н — низковязкая, С — средневязкая, В — высоковязкая. Она применяется при изготовлении полимерцементных растворов, мастик, паст, которые используются при облицовочных работах.

Латекс синтетический СКС-65ГП — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в соотношении 35:65 (по массе) в водной эмульсии с применением в качестве эмульгатора некаля и натриевого мыла синтетических жирных кислот. Латекс СКС-65ГП используется при изготовлении полимербетонов, эмульсионных красок, мастик и паст, применяемых при облицовочных работах. Также латекс используется при нанесении различных покрытий.

Физико-химические свойства этого полимерного строительного материала латекс СКС-65ГП:

• содержание сухого вещества, %, не менее 47;
• содержание незаполимеризованного стирола, %, не более 0,08;
• концентрация водородных ионов (pH), не менее 11;
• поверхностное натяжение, дин/см2, не более 40;
• вязкость, с — 11-15;
• содержание золы, %, не более 1,5.

Латекс синтетический СКС-ЗОШР — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в водной эмульсии, применяется в качестве связующего или клеящего материала при облицовочных работах.

Физико-химические свойства латекса СКС-ЗОШР:

• содержание сухого вещества, %, не менее 33;
• температура желатинизации, °С, не выше 14;
• содержание свободной щелочи, %, не более 0,15.