Статьи

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Обработка испытуемой пробы смолы определенным объемом одного раствора хлористого натрия, предварительно нейтрализованного до рН 7,0±0,2. После перемешивания и декантирования-измерение разности потенциалов между стеклянным и стандартным каломельным электродами, погруженными в жидкую фазу смеси при (23±2) °С, и отсчет этой разности, выраженной в единицах рН, прямо по шкале рН-метра.Допускается измерять разность потенциалов в милливольтах с последующим пересчетом в единицы рН. Перед измерением ежедневно проводят градуирование измерительной системы и построение графика.

Типы полимеров

По химическому составу различают:

• органические;
• элементоорганические;
• неорганические.

Органические полимеры:

• природные;
• искусственные (модифицированные);
• синтетические.

Природные полимеры

Такие полимеры можно найти в природе. Человек не участвует в производстве таких полимеров. В качестве примера можно привести белки, крахмал, натуральный каучук, хлопок, шерсть и др.

Искусственные полимеры

Чтобы получить такие полимеры, человек проводит химические опыты. Например, чтобы получить модифицированный полимер, который затем будет применён при производстве красок, химики добавляют в раствор стирола в толуоле или ксилоле льняное или касторовое масло и нагревают его.

Пример такого полимера — целлюлоза.

Синтетические полимеры

Произвести такие полимеры можно с помощью химического синтеза (т. е. химическим путём). В синтезе участвуют высокомолекулярные органические продукты. Например, чтобы получить синтетический полимер лавсан нужно поликонденсировать (т. е. провести химический опыт) терефталевую кислоту и этиленгликоль.

Пример — капрон, нейлон, полиэтилен, полипропилен, полистирол, фенолформальдегидные смолы.

Элементоорганические полимеры

Содержат атомы других химических элементов, например кремния, алюминия, титана и др. Выделяют:

• термостойкие полимеры;
• полимеры с высокой электропроводностью и полупроводниковыми свойствами;
• вещества с высокой твёрдостью и эластичностью;
• биологические активные полимеры и др.

Химики получают такие полимеры при взаимодействии определённых органических веществ с солями или заменяя некоторые атомы углерода в молекулах на другие составляющие. Пример — полисилоксаны, полититаноксаны и др.

Неорганические полимеры

Полимеры, молекулы которых построены из неорганических боковых цепей (или неорганических радикалов). Неорганические полимеры можно обнаружить в составе земной коры.

Полимеры могут отличаться составом мономерных звеньев. Мономерное звено — это составная часть макромолекулы полимера. Различают:

• гомополимеры;
• гетерополимеры (или сополимеры).

Гомополимеры

Это такие полимеры, у которых одинаковые мономерные звенья. Например: полихлорвинил, поливинилацетат и полистирол.

Гетерополимеры

Это полимеры, которые имеют различные мономерные звенья. Например: сополимер хлористого винила с винилацетатом, сополимер стирола с бутадиеном.

Полимеры могут также подразделяются также на карбоцепные (или гомоцепные) и гетероцепные полимеры.

Гетероцепные полимеры

Главные цепи макромолекул таких полимеров включают не только атомы углерода, но ещё и атомы кислорода, азота и серы. Например: простые эфиры (например, полиэтиленгликоль), сложные эфиры (глифталевые смолы, полипептиды (белки) и др.).

Полимеры также могут подразделяться в зависимости от расположения мономерных цепей в пространстве. Различают:

• стереорегулярные (полимеры с линейной структурой);
• нестереорегулярные (или атактические).

Строение макромолекул полимеров может быть различным. Таким образом, есть полимеры:

• линейные;
• разветвлённые;
• лестничные;
• трёхмерные сшитые (сетчатые, пространственные).

Полимеры можно получить разными способами:

• если полимер получают с помощью поликонденсации, то такой полимер называют поликонденсационным (или реактопластами);
• если с помощью полимеризации — речь идёт о полимеризационном полимере.

В зависимости от реакции полимера на нагревание выделяют:

• термопластичные (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол);
• термореактивные полимеры (полиэфиры, эпоксидные, меламиновые и фенольные смолы).

Литература

• Виноградова С. В., Васнев В. А. Поликонденсационные процессы и полимеры. : М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000, 372 с.
• Коршак В. В., Виноградова С. В. Равновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1968.
• Коршак В. В., Виноградова С. В. Неравновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1972.
• Кривошей В. Н. Тара из полимерных материалов, М., 1990.
• Махлис Ф. А. Федюкин Д. Л., Терминологический справочник по резине, М., 1989.
• Тагер А. А. Физико-химия полимеров, М.: Научный мир, 2007.;
• Шефтель В. О. Вредные вещества в пластмассах, М., 1991.
• Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин, М., 1972—1977.

Синтез

Полимеризация — это процесс объединения множества небольших молекул, известных как мономеры, в ковалентно связанную цепь или сеть. В процессе полимеризации некоторые химические группы могут потеряться из каждого мономера. Это происходит при полимеризации ПЭТ-полиэстера. Мономеры терефталевая кислота (HOOC — C ₆ H ₄  — COOH) и этиленгликоль (HO  — CH ₂  — CH ₂  — OH), но повторяющийся элемент  — OC  — C ₆ H ₄  — COO  — CH ₂  — CH ₂  — О  —, что соответствует комбинации двух мономеров с потерей двух молекул воды. Отдельный фрагмент каждого мономера, который включен в полимер, известен как составное звено.

Методы лабораторного синтеза обычно делятся на две категории: ступенчатая полимеризация и цепная полимеризация. Существенное различие между ними заключается в том, что при полимеризации с ростом цепи мономеры добавляются в цепь только по одному, например, в полиэтилене; тогда как при ступенчатой полимеризации цепи мономеров могут соединяться друг с другом напрямую, например, в полиэстере. Более современные методы, такие как плазменная полимеризация, не вписываются ни в одну из этих категорий. Реакции синтетической полимеризации могут проводиться с катализатором или без него. Лабораторный синтез биополимеров, особенно белков является областью интенсивных исследований.

Примечания

1. В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. Краткий химический справочник. — Ленинградское отделение: «ХИМИЯ», 1978. — 356 с.
2. Шульпин Г. Эти разные полимеры (рус.) // Наука и жизнь. — 1982. — № 3. — С. 80—83.
3. ↑ Штаудингер Г. Высокомолекулярные органические соединения. Каучук и целлюлоза. Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose. пер. с немецкого, — Ленинград, ОНТИ, 1935
4. Напалм. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/2747.html Краткая химическая энциклопедия. Том 3 (Мальтаза-Пиролиз)] Под ред. Н. Л. Кнунянц. Справочник в 5-ти т. — М., «Советская энциклопедия», 1967. с.360-361
5. ↑
6. ↑ Discovery. — 2020. — № 5 (130). — С. 9.

Полиэтилен

Полиэтилен представляет собой прозрачный материал и считается самым распространенным полимером. Этот материал отличает высокая влагостойкость и газонепроницаемость. Он не пропускает воду, устойчив к кислотам, щелочам, солям и другим агрессивным элементам, хороший диэлектрик. Эластичность полиэтилена сохраняется даже при отрицательной температуре окружающей среды до отметки -70С градусов. Считается очень прочным и стойким материалом. Полиэтилен легко режется ножом, а при взаимодействии с огнем горит и одновременно плавится. К недостаткам также можно отнести слабую адгезию с минеральными соединениями и клеями, подверженность старению при попадании солнечного света и агрессивным факторам окружающей среды. При данных отрицательных фактах полиэтилен не теряет своих основных эксплуатационных свойств.

При изготовлении полиэтилена применяются термопластичные полимеры одного вида, а в результате различных обработок, получают совершенно различные по характеристикам типы полиэтилена. В зависимости от видов полимеризации различают три вида полиэтилена:

1. Полиэтилен низкой плотности, получаемый при использовании высокого давления. Структура данного полимера имеет разветвленный вид, что обуславливает ее невысокую плотность и прочность, представляет собой мягкий и эластичный материал. Полиэтилен низкой плотности используется для изготовления пакетов для хранения пищевых продуктов, отходов и одежды, других упаковочных материалов. Из него изготавливают небьющеюся химическую посуду для лабораторий.
2. Полиэтилен, производимый при среднем давлении и плотности. Получается при давлении в 5-40 атмосфер и температуре 130-140С. Также используется для изготовления упаковочных материалов большей плотности, не дорогой посуды, различный контейнеров и форм для пищевых и не пищевых продуктов.
3. Материал, получаемый при низком давлении, и имеющий высокую плотность. Обладает улучшенной механической прочностью по сравнению с двумя другими видами полиэтилена. Изготавливается под давлением 5 атмосфер и при температуре +70С градусов. Из данного вида полиэтилена изготавливают пакеты, игрушки для детей, посуду, а также формы для воды и сыпучих продуктов, миски, тазики и прочую хозяйскую утварь. Также изготавливают водопроводные трубы, медицинские шприцы, детали механизмов, шланги, фитинги поливочных систем. С применением литья изготавливают вентили, краны, задвижки, зубчатые колеса, шестерни.

Виды полистирола

Благодаря смешению полистирола с другими полимерами и сополимерами стирола, удается получить материалы, обладающие превосходной теплостойкостью и ударной прочностью. Наибольшее промышленное значение имеют блок-сополимеры и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры. Выделяют три основных вида промышленного полистирола: общего назначения, ударопрочный и экструдированный.

Полистирол общего назначения

Полистирол общего назначения – прозрачный материал, отличающийся жесткостью и хрупкостью. Имеет следующие маркировки: PS, PS-GP, GPPS, Сrystal PS и XPS. Производится согласно ГОСТа 20282-86 с помощью суспензионного и блочного метода, предназначен для изготовления изделий различными методами термоформования.

Технические характеристики:

• максимальная температура эксплуатации – 75 – 105 Сº;
• стеклование – 80 – 113 Сº;
• предел хрупкости – 60 – 70 Сº;
• плотность – 1,04 – 1,06 г/см3;
• модуль упругости при растяжении – 2 850 – 2 930 МПа;
• прочность на изгиб – 80 – 104 МПа;
• предельная прочность на разрыв – 3%.

• прозрачность;
• твердость;
• низкое влагопоглощение;
• отличные диэлектрические показатели;
• радиационную устойчивость;
• низкую устойчивость к УФ-излучению.

Он в основном используется для производства бытовых изделий, тары и пищевой упаковки, а также детских игрушек. Применяется в светотехнике, при изготовлении щитов наружной рекламы, для декоративных и отделочных строительных работ.

Ударопрочный полистирол

Ударопрочный полистирол является продуктом сополимеризации стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. Его свойства во многом зависят от объема каучуковой фазы. Методы переработки – литье под давлением при высоких температурах и экструзия листа с вакуум- или пневмоформованием.

Соотношение стирола и каучука определяют эксплуатационные характеристики пластика. Выделяют следующие виды ударопрочного полистирола:

• сверхударопрочный – содержание каучука 10 – 15%;
• высокой ударной прочности – доля каучука 7,5 – 9%;
• средней ударной прочности – каучук составляет 3,5 – 4,5%.

Технические характеристики:

• прочность при растяжении – не менее 21 МПа;
• модуль упругости при растяжении – не менее 1 800 МПа;
• относительное удлинение – не менее 45%;
• прочность при изгибе – не менее 35 МПа;
• модуль эластичности – не менее 50 МПа;
• глянец под углом 60º – не менее 100.

Ударопрочный пластик имеет схожие значения с полистиролом общего назначения по теплостойкости, твердости, диэлектрическим свойствам. Его используют в приборостроении, изготовлении мебели, производстве бытовой техники, осветительных приборов, посуды и игрушек. Широта применения объясняется не только его высокими эксплуатационными свойствами, но и низкой ценой. В настоящее время он является одним из самых дешевых пластиков.

Экструдированный полистирол

Экструдированный полистирол изготавливается из полимеризированного стирола методом экструзии. Несмотря на то, что он был изобретен еще в первой половине XX века, ему до сих пор нет аналогов, которые бы превосходили его по эксплуатационным свойствам и доступности. Он является универсальным утеплителем. Его используют для теплоизоляции в промышленном и гражданском строительстве, а также при производстве холодильного оборудования, звукоизоляции спортивных и ледовых арен.

Технические характеристики:

• плотность – 1,05 г/см3;
• относительное удлинение – 1,3 %;
• предел прочности при растяжении – 45 – 55 МПа;
• прозрачность – 90 %;
• предел прочности при изгибе – 75 – 80 МПа;
• модуль упругости – 3 200 – 3 500 МПа;
• ударная вязкость – 14 кДж/м2;
• коэффициент линейного расширения – 8×10-5 1/0С°.

Этот универсальный синтетический материал обладает уникальными эксплуатационными свойствами:

• низкой теплопроводностью;
• устойчивостью с агрессивным химическим веществам;
• высокой прочностью;
• морозостойкостью;
• влагоустойчивостью;
• невосприимчивостью к грибку;
• экологичностью;
• долговечностью.

Материал хорошо поддается обработке, прост в монтаже, что немаловажно при любых строительных работах. Он абсолютно нетоксичен, что позволяет применять как его для наружной, так и для внутренней отделки жилых помещений

Отличается доступной ценой, которая варьируется в зависимости от производителя, размеров и плотности плит.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

До проведения всех измерений рН водного экстракта проводят контрольное испытание с раствором хлорида натрия. Этот раствор можно использовать, если его рН (определенное в результате испытания) находится в диапазоне 6,8-7,2. В противном случае снова нейтрализуют раствор, как указано в п.3, и проводят контроль до получения требуемых результатов.Если величина рН находится в диапазоне 6,8-7,2, проводят определение в соответствии с описанной ниже методикой.В колбу (п.4.4), предварительно ополоснутую раствором хлорида натрия (проверенного вышеуказанным способом), помещают следующие вещества: (10±0,5) г смолы, (50±2) мл раствора хлорида натрия.Колбу закрывают пробкой и помещают ее на механическое встряхивающее устройство (п.4.5). Перемешивают содержимое в течение (60±5) мин. Затем выдерживают колбу 5-10 мин, чтобы смола смогла отделиться (под или на поверхности жидкости).Затем при помощи пипетки (п.4.2) переносят приблизительно 30-40 мл жидкости, находящейся под или над смолой в стакан (п.4.3), предварительно ополоснутый раствором хлорида натрия. (В случае образования большого количества пены жидкость перед отбором пипеткой следует профильтровать). рН водного раствора измеряют при температуре (23±2) °С при помощи рН-метра (п.4.1).Определение проводят в два этапа.Результат измерения выражают в единицах рН с точностью до одной десятой. Если результаты этих повторных определений отличаются больше, чем на 0,2 единицы рН, то проводят дальнейшие измерения до получения результатов, отличающихся не больше, чем на 0,2 единицы рН.

Статистические сополимеры

Их получают таким же образом с различием в том, что в образовавшейся структуре мономеры не имеют строгого порядка чередования, а расположены случайным образом. В таком случае записывают не общую форму нового мономера, а указывают процентное содержание молекул каждого вида. Зачастую в статистическом сополимере может быть два-три основных мономера и еще несколько, чье содержание колеблется в пределах 1-5 % — они используются для стабилизации и других небольших корректировок свойств полимера.

Первый искусственный каучук имел нерегулярную структуру. Единственный мономер — бутадиен — находился в цепи в разных конфигурациях; имелось беспорядочное чередование его цис- и трансизомеров, в то время как натуральный каучук содержит почти один лишь цис-бутадиен.

Сейчас большинство синтезируемых каучуков с добавками являются статистическими сополимерами. Это фторкаучуки, бутилкаучук, состоящий из сополимеризованных изобутилена и 1-5 % изопрена, каучуки с добавлением винилхлорида, стирола, акрилонитрила и других образующих полимеры соединений. Есть еще такой полимер, называющийся каучуком, но не содержащий в своем составе бутадиена или изопрена. Это сополимер полипропилена и полиэтилена, этилен-пропиленовый каучук. Состоит он, как можно догадаться, из мономеров этилена и пропилена, содержащего от 40 до 70 % молярной массы этилена.

Регулярные сополимеры

Самый простой и понятный тип. В макромолекуле регулярного строения мономеры чередуются равномерно: 1-2-1-2-1-2… По своим свойствам регулярные сополимеры значительно превосходят нерегулярные: они более термоустойчивы и обладают лучшими физико-механическими свойствами (эластичностью, прочностью и т.п.). Общая характеристика сополимера, как правило, складывается из свойств соответствующих однородных полимеров и находится где-то посередине между ними. Преимущественный способ получения — сополиконденсация: при соединении двух различных молекул-мономеров выделяется одна молекула воды.

Наиболее важные в промышленности полимеры имеют именно стереорегулярную структуру. Чаще всего это синтетические сополимеры-каучуки, состоящие из бутадиена и еще одного или нескольких мономеров:

• Бутадиен-стирольный каучук — продукт поликонденсации бутадиена и стирола (винилбензола).
• Бутадиен-нитрильный каучук — существуют разновидности как нерегулярного, так и регулярного строения (последние, естественно, значительно лучше по качеству). Мономер составляют молекулы бутадиена и акрилонитрила.
• Стирол-акриловый сополимер — это результат поликонденсации стирола и метакрилата, регулярная разновидность полимера.

Частным случаем регулярных сополимеров являются волокна.

Свойства

Характеристики статистических сополимеров, в случае если количество различных звеньев в полимере различается не радикально, обычно составляют нечто среднее между свойствами соответствующих гомополимеров.

При этом стат-сополимеры, имеющие гораздо большее количество мономерных звеньев одного вида, чем другого, обладают характеристиками подобными чистому полимеру, звеньев которого больше

Важно, что мономеры, имеющиеся в меньших количествах, также влияют на качества сополимера в качестве своеобразных модификаторов свойств. Например, введение от 15 до 20 процентов акрилонитрила дают бутадиеннитрильному каучуку важную особенность высокой маслостойкости

Также внесение второго мономера в небольших количествах применяется для внутренней пластификации материала. Это приводит к понижению температуры стеклования и улучшению перерабатываемости полученного сополимера. В качестве модификатора поверхностных свойств часто используется прививка мономерных звеньев из газовой фазы по механизму радиационно-химического инициирования.

В отличие от статсополимеров, которые по характеристикам подобны гомополимерам, привитые сополимеры и «блоки» больше напоминают смеси полимеров и могут также иметь свои уникальные свойства. Например, на базе блоксополимеров, включающих блоки различной степени гибкости производятся ударопрочные пластмассы, такие как АБС (ABS), а также различные ТЭПы. Привитые сополимеры имеют полезное свойство аддитивности: их физико-механические свойства зависят от качеств основной полимерной цепи, и от привитых цепей.