Полиэтилен, Полипропилен, Поливинилхлорид, Тефлон (политетрафторэтилен), Полистирол Полиметилметакрилат Синтетические каучуки Полиакрилонитрил, углеродные волокна Фенолоформальдегидные смолы Эпоксидные смолы ОСНОВНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
ПОЛИЭТИЛЕН бесцветный, полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с Тпл = 110-125°С, Тст =-60 ° С, в виде пленок проницаем для многих газов (Н 2, СО 2, N 2, СО, СН 4, С 2 Н б ), но практически непроницаем для паров воды и полярных жидкостей. Через него могут просачиваться йод и бром.Набухает и растворяется только в ароматических углеводородах при повышенных температурах.
[ – CH 2 – CH 2 – ]n представляет собой карбоцепной полимер, получаемый из чистого фракционированного этилена, содержащего 99,9% этилена. В кристаллических областях макромолекулы полиэтилена имеют конформацию плоского зигзага с периодом идентичности 2,53·10 -4 мкм. Полиэтилен
высокого давления (ПЭВД) имеет плотность 916-930 кг/м 3 и называется полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП). разветвленный полимер Полиэтилен
Образуется в автоклавном или трубчатом реакторе по радикальному механизму в присутствие инициатора (кислород или органический пероксид); при температуре 200—260°C; давлении 150—300 Мпа. ПЭВД имеет молекулярный вес 80 000—500 000 ; степень кристалличности составляет 50-60 %. Жидкий продукт в последующем гранулируют.
Получают в автоклавном или трубчатом реакторе по ионно-координационному механизму в присутствие катализатора Циглера-Натты (специальная смесьAlR3 и TiCl4) при температуре 100—120°C; давлении 3—4 Мпа. ПЭСД имеет средневесовой молекулярный вес 300000—400000; степень кристалличности 80-90 %. Выпадает из раствора в виде хлопьев.
Имеет плотность 0.94-0.95г/см3. линейный полимер
Получают в автоклавном или трубчатом реакторе по ионно-координационному механизму в присутствие катализатора Циглера-Натты (специальная смесьAlR3 и TiCl4) при температура 120—150°C; давлении 0.1 — 2 МПа; ПЭНД имеет молекулярный вес 80000—3000000, степень кристалличности составляет 80-90 %.
Свойства полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) СП 1000 – 50000 800 – 80 000 Т пл, °С 129 –135 108 - 115 Т ст, °С ≈ - 60 ≈ - 60 Плотность, г/см 3 0,95 – 0,96 0,92– 0,94 кристалличность высокая низкая растворимость В ароматических углеводородах при температурах выше 120°С В ароматических углеводородах при температурах выше 80°С
окисляется кислородом воздуха, под влиянием нагревания и воздействия солнечного света (термоокислительная деструкция) Подвергается фотостарению при прямом воздействии УФ лучей и солнечной радиации(светорегуляторы -производные бензофенонов и сажа). Полиэтилен устойчив к кислотам и щелочам любой концентрации, воде, алкоголю, овощным сокам, бензину, маслу, растворителям. физиологически нейтрален. непосредственно из полиэтилена в окружающую среду не выделяются вредные для человека вещества. Проницаемость для газов ПЭНП в 5—10 раз выше проницаемости ПЭВП.
Комплекс физико-механических, химических и диэлектрических свойств ПЭ позволяет широко применять его во многих отраслях промышленности (кабельной, радиотехнической, химической, легкой, медицине и др.). Изделия из полиэтилена Применение, % Пленки и листы 60—70 Изоляция электрических проводов 5—9 Трубы и профилированные изделия 1—3 Изделия, полученные литьем под давлением 10—12 Изделия, полученные выдуванием 1—5 Экструзионные изделия 5—10 Прочие изделия 1—8 ПОЛИЭТИЛЕН
[ – CH 2 – CH ( CH 3 ) ] n – получают из непредельного углеводорода пропилена 98 – 99% чистоты в среде растворителей пропан – пропиленовой фракции и экстракционного бензина или в массе мономера с катализатором Циглера – Натты Al( C 2 H 5 ) 2 Cl + TiCl 4. CH 2 CH CH 3 CH 2 CH CH 3 n. ПОЛИПРОПИЛЕН
Полимеры стереорегулярного строения могут быть изотактической структуры ( метильные группы по одну сторону ) и атактической структуры ( метильные группы расположены случайным образом) ПОЛИПРОПИЛЕН
Полипропилен - легкий, жесткий и прозрачный полимер, обладающий блеском и высокими механическими свойствами (наилучшая среди термопластов прочность при изгибе). При нормальной температуре ПП набухает в ароматических и хлорированных углеводородах, а при температурах выше 80 °С в них растворяется. По водостойкости, а также стойкости к действию растворов кислот, щелочей и солей ПП подобен ПЭ. Он разрушается лишь под действием 98 H 2 SO 4 и 50 HNO 3 при температуре выше 70 . При отсутствии внешнего механического воздействия изделия из ПП сохраняют свою форму до 150 °С. Они устойчивы в кипящей воде и могут стерилизоваться при 120—135 °С.
Электрические свойства как у полиэтилена. Пленка имеет малую газо - и паропроницаемость. Применяется для изоляции высокочастотных кабелей и монтажных проводов, в качестве диэлектрика высокочастотных конденсаторов. Полипропилен в отличие от полиэтилена обладает двумя существенными недостатками: малой морозостойкостью и более легкой окисляемостью при действии высоких температур.
Свойства полипропилена Полипропилен
Области применения полипропилена Полипропилен в упаковке - полипропиленовые пленки (один из самых популярных в мире упаковочных материалов). Полипропилен в волокнах - высокая прочность и прекрасные эластичные свойства. Относительно низкая стоимость. Полипропилен в машиностроении - высокая износостойкость (делали холодильников, пылесосов, вентиляторов, амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений, бамперы и детали кузова автомобилей и т.д.). Полипропилен в электронике и электротехнике - высокие электроизоляционные свойства(изоляционные оболочки, катушки, ламповые патроны, детали выключателей, корпуса телевизоров, телефонных аппаратов). Полипропилен в медицине – термостойкость, возможность горячей стерилизации в любых условиях (ингаляторы, разовые шприцы и т.п.). Полипропилен
Получают полимеризацией мономерного стирола по радикальному или ионному механизмам. Радикальный механизм даёт полимер атактической структуры аморфного строения, а ионный – изотактической структуры аморфного или кристаллического строения. Молекулярная масса промышленных марок полистирола колеблется в пределах от 50 000 до 300 000. Для улучшения свойств полистирола его сополимеризуют с другими мономерами. Полистирол
легко обрабатывается в изделия методами термоформирования и вакуумоформования химически стоек к концентрированным щелочам и кислотам (кроме HNO 3 ) растворяется в эфирах, кетонах, ароматических углеводородах и не растворяется в спиртах, воде, растительных маслах, лишен запаха, экологически безвреден, допускают использование его в жилых помещениях, с пищей. При нагреве 180 – 300 ºС возможна деполимеризация.
Получают радикальной полимеризацией чистого (99,9%) хлористого винила в суспензии, в массе, эмульсии или в растворе при температуре не выше 70 – 75 0 С. В качестве инициатора процесса полимеризации используют свободные радикалы, образующиеся при гомолитическом распаде пероксидов (пероксид бензоила) или азосоединений (динитрилазобисизомаслянная кислота). n CH 2 =CH С 1 ( – CH 2 – CH С 1 – )n Поливинилхлорид ( ПВХ)
Основные физико-химические свойства ПВХ Поливинилхлорид
ПВХ достаточно прочен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами Он ограниченно растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородах; устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, промышленных газов (например, NO 2, Cl 2, О 3, HF), бензина, керосина, жиров, спиртов; стоек к окислению и практически негорюч
Поливинилхлорид обладает невысокой теплостойкостью (50—80 °С); при нагревании выше 100 °C заметно разлагается с выделением HCl. разложение ускоряется в присутствии O 2, HCl, некоторых солей, под действием УФ-, β- или γ-облучения, сильных механических воздействий. Для повышения термостойкости используют специальные термостабилизаторы (соединения на основе свинца или кальция и цинка). ПВХ – один из наиболее распространённых пластиков
ПВХ – один из наиболее распространённых пластиков; из него получают свыше 3000 видов материалов и изделий, используемых для разнообразных целей в электротехнической, лёгкой, пищевой промышленности, тяжёлом машиностроении, судостроении, сельском хозяйстве, медицине, в производстве стройматериалов. Медицинские продукты из ПВХ : контейнеры для крови и внутренних органов, катетеры, трубки для кормления, хирургические перчатки и маски, блистер-упаковки для таблеток и пилюль и т.д. Сферы применения ПВХ
ПВХ в транспорте и строительстве: покрытия, трубы, кабельная изоляция, уплотняющие материалы, отделки салонов, приборных и дверных панелей и т.д ПВХ в потребительских товарах: игрушки, мебель, напольные покрытия (гибкий ПВХ), обувь, кредитные карточки, спортивное оборудование и оснащение (мячи, экипировка), одежда, сумки, рюкзаки и т.д. тюбики для зубной пасты Сферы применения ПВХ
Тетрафторэтилен легко полимеризуется по радикальному механизму в присутствии любых источников радикалов. Полимеризацию осуществляют как суспензионным, так и эмульсионным способом при температуре 40-80С: n CF 2 =CF 2 (–CF 2 –CF 2 –)n Политетрафторэтилен
Производство политетрафторэтилена включает в себя три стадии: на первой стадии получают хлордифторметан заменой атомов галогена на фтор в присутствии соединений сурьмы между хлороформом и безводным фтористым водородом: на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом хлордифторметана: на третьей стадии осуществляют полимеризацию тетрафторэтилена.
Тефлон – белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность от 2,18 до 2,21 г/см 3. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270 °C. Прекрасный изоляционный материал. Политетрафторэтилен
Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей. Тефлон - мягкий и текучий материал и поэтому имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. Политетрафторэтилен
По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот ( царская водка), хлора и большинства окислителей. Щелочные металлы также не реагируют при невысоких температурах с тефлоном. Политетрафторэтилен
С тефлоном медленно реагируют только свободный фтор F 2 и трифторид хлора ClF 3. Такая химическая устойчивость объясняется структурой тефлона : Цепь из атомов углерода окружена атомами фтора, которые блокируют доступ возможным окислителям. Политетрафторэтилен
Фторопласт (тефлон) — великолепный антифрикционный материал, с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечнососудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии. Политетрафторэтилен
Недостатки тефлона: тефлон очень трудно склеивать; продукты термического разложения тефлона опасны для здоровья.. Самым опасным из них считается перфторизобутилен ( октафторизобутен) — крайне ядовитый газ, который примерно в 10 раз токсичнее фосгена. Температура начала деструкции для разных марок тефлона от 260 °С до 327 °С. массовое выделение токсичных веществ тефлоном начинается при температурах свыше 450 °C. Нагрев на плите сухой посуды считается нештатным и в этом случае температуры пиролиза тефлона легко достижимы. Политетрафторэтилен
(органическое стекло, плексиглас) –высокополимерные эфиры метакриловой кислоты Полиметилметакрилат
Получается при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты (метилметакрилат) в присутствии радикального инициатора. При 573 К полиметилметакрилат деполимеризуется с образованием исходного мономера метилметакрилата. Имеет низкую теплостойкость (примерно 56 ° C ). Не пригоден для электрической изоляции, в электропромышленности применяется как вспомогательный материал. Полиметилметакрилат
Находит применение как конструкционный, оптический и декоративный материал, окрашиваемый анилиновыми красителями в различные цвета. Из него изготовляют корпуса и шкалы приборов, прозрачные защитные стекла и колпаки, прозрачные детали аппаратуры и др. Первый искусственный хрусталик был выполнен из полиметилметакрилата (1949 г.). Органическое стекло легко обрабатывается: сверлится, пилится, обтачивается, шлифуется, полируется. Хорошо гнется, штампуется и склеивается растворами полиметилметакрилата в дихлорэтане. Полиметилметакрилат
Синтетические каучуки
Синтетические каучуки
Бутадиеновый (дивиниловый) каучук - первый синтетический каучук, полученный по методу С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия). Бутадиен получили из этилового спирта реакцией дегидрирования и межмолекулярной дегидратации на смешанном цинк-алюминиевом катализаторе: 2CH 3 CH 2 OH = 2H 2 O + CH 2 =CH–CH=CH 2 + H 2 Полимеризацию бутадиена по карбанионному механизму инициируют натрий- или литий- органические соединения Сейчас в мировом промышленном производстве бутадиеновых каучуков наибольшее значение имеют стереорегулярные цис-бутадиеновые каучуки, синтезируемые в растворе в присутствии катализаторов Циглера - Натты Синтетические каучуки
Изопреновый каучук Катализатор Циглера-Натты позволяет при полимеризации изопрена и других алкадиенов получать стереорегулярные цис -полиалкадиены. nСН 2 =С(СН 3 )–СН=СН 2 → (–СН 2 –С(СН 3 )=СН–СН 2 -) n Синтетический стереорегулярный цис-1,4-полиизопреновый каучук является химическим аналогом натурального каучука и практически дублирует его поведение и свойства - химическая формула и структура одинакова с натуральным каучуком. Синтетические каучуки
Бутадиен-стирольный каучук Получают сополимеризацией двух мономеров: стирола и бутадиена: n С 6 Н 5 – СН=СН 2 + m СН 2 =СН–СН=СН 2 → → (– СН ( С 6 Н 5 ) –СН 2 –) n –(–СН 2 –СН=СН–СН 2 –) m – Среднечисловая молекулярная масса эмульсионных каучуков составляет ~ 10 5, макромолекулы бутадиен-стирольных каучуков имеют разветвленное нерегулярное строение. Синтетические каучуки
С ВОЙСТВА Химические свойства синтетических каучуков определяются: содержанием и положением двойных связей природой и положением заместителей (боковых групп) прочностью связей в основной цепи и типом боковых групп. Ненасыщенные синтетические каучуки присоединяют: водород, галогены, тиолы, карбоновые и тиокислоты, нитрозосоединения, эпоксидируются надкислотами, циклизуются под действием кислот, сшиваются: серой, пероксидами, малеиновым ангидридом, динитрозосоединениями. Окисление под действием О 2 и О 3 ускоряется под действием света и нагревания и вызывает деструкцию и структурирование (сшивание). Для защиты от окисления в них вводят антиоксиданты Синтетические каучуки
С ВОЙСТВА Каучук — высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000 %. Синтетические каучуки – аморфные или сравнительно слабо кристаллизующиеся полимеры с высокой гибкостью и относительно малым межмолекулярным взаимодействием цепей, что обусловливает их высокую конформационную подвижность в широком интервале температур. Характеристикой подвижности цепей может служить температура стеклования каучуков. Ее значения в значительной мере определяют комплекс деформационных и прочностных свойств. Синтетические каучуки
ПРИМЕНЕНИЕ Наиболее массовое применение каучуков — производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин. По существу резины представляют собой композиты каучука с различными ингредиентами Синтетические каучуки
— полимер акрилонитрила CH2=CH(CN) Современные промышленные методы получения акрилонитрила включают: • синтез из пропилена • синтез из ацетилена • синтез из ацетальдегида Полиакрилонитрил в промышленности получают гомогенной (в растворе), либо гетерогенной (в водных эмульсиях) радикальной полимеризацией акрилонитрила. n CH 2 =CH(CN) → (–CH 2 –CH(CN)–) n Полиакрилонитрил
Практически весь производимый полиакрилонитрил используется для получения полиакрилонитрильных волокон и углеродного волокна Молекулярная масса 30-100 кг/моль, плотность 1.14-1.17 г/см 3, температура стеклования ~85-90 °C, температура разложения порядка 250 °C. Полиакрилонитрил нерастворим в неполярных и малополярных растворителях (углеводороды, спирты), растворим в полярных апротонных растворителях (диметилформамиде, диметилсульфоксиде), водных растворах электролитов с высокой ионной силой (например, в 50-70% растворах роданидов аммония, калия, натрия, бромида лития, хлорида цинка).
(бакелиты) получаются в результате конденсации водного раствора фенола С 6 Н 5 ОН или крезола – С 6 Н 4 СН 3 ОН с формалином (водным раствором формальдегида, СН 2 О) в присутствии катализаторов. Если процесс соединения происходит только в орто-положениях к ОН-группе, то образуется линейный термопластичный полимер(новолаки,резолы ): Феноло-формальдегидные смолы
При нагревании этого полимера возможно соединение различных линейных цепей через пара-положение с образованием пространственных структур (резит) : Феноло-формальдегидные смолы
— олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и других) образовывать сшитые полимеры. Отечественная промышленность выпускает большое число разновидностей эпоксидных смол с молекулярной массой от 170 до 3500. Наиболее распространены эпоксидные диановые смолы, получаемые из эпихлоргидрина на основе дифенилолпропана и алифатических гликолей : Эпоксидные смолы
Для отверждения эпоксидных смол применяются соединения двух типов: Кислые отвердители, к которым относятся различные дикарбоновые кислоты или их ангидриды. Для отверждения эпоксидных смол этими отвердителями требуется повышенная температура 100-200 °С. Поэтому данный вид отвердителей называется отвердителями горячего отверждения. Аминные отвердители, к которым относят различные ди - и полиамины. Отверждение аминами происходит при нормальной температуре или небольшом нагреве (70-80 °С). Поэтому эта группа называется отвердителями холодного отверждения.
Эпоксидные смолы представляют собой жидкие, вязкие или твердые прозрачные термопластичные продукты от светлого до темно- коричневого цвета. Они легко растворяются в ароматических растворителях, сложных эфирах, ацетоне, но не образуют пленок, так как не твердеют в тонком слое (пленка остается термопластичной). При действии на эпоксидные смолы соединений, содержащих подвижный атом водорода, они способны отверждаться с образованием трехмерных неплавких и нерастворимых продуктов, обладающих высокими физико-техническими свойствами. Таким образом, термореактивными являются не сами эпоксидные смолы, а их смеси с отвердителями и катализаторами.
Высокие физико-технические свойства эпоксидных смол определяются строением их молекулы, а главным образом — наличием эпокси группы. Содержание эпоксигрупп в смоле определяет количество отвердителя, необходимого для отверждения. Наиболее высокие физико-технические свойства композиции получаются при горячем отверждении. Физико-механические и диэлектрические свойства отвержденных эпоксидных смол могут изменяться в широких пределах в зависимости от введения в эпоксидную композицию пластификаторов, наполнителей, разбавителей. Пластификаторы и модификаторы (дибутилфталат, тиокол, полиэфиры) повышают эластичность и ударную прочность, снижают вязкость, улучшают морозостойкость эпоксидных композиций, но одновременно с этим снижают теплостойкость, адгезионные свойства, влагостойкость, а главное, диэлектрические свойства. Наполнители (кварцевый песок, маршалит, асбест) повышают твердость и теплостойкость композиции, уменьшают усадку при отверждении, увеличивают теплопроводность, уменьшают термический коэффициент расширения, а также снижают стоимость композиции. Эпоксидные смолы
Кроме отвердителей кислотного и аминного типов, для отверждения эпоксидных смол применяются фенолоформальдегидные, полиэфирные, меламино- и мочевиноформальдегидные и полиамидные смолы. Отверждение эпоксидных смол фенолоформальдегидными полимерами происходит за счет гидроксильной группы ОН. Отверждение происходит при 150-160 °С. Полученная композиция (эпоксидно-бакелитовая или эпоксидно-фенольная) обладает очень высокими диэлектрическими, а особенно механическими свойствами, водостойкостью и нагревостойкостью. Эти эпоксидные композиции широко применяются для производства электроизоляционных лаков, клеев. Эпоксидные смолы
Применение: Клеи для изготовления деталей ячеистой структуры в самолетостроении, в производстве малярных кистей и для отделочных покрытий по бетону; Клеи для отдельных деталей и в качестве замазок при ремонте пластмассовых и металлических лодок, автомобилей и т. д.; Литьевые составы для изготовления малых серий отливок и экспериментальных отливок, штампов, шаблонов и инструментов; Набивочные и уплотнительные массы в строительстве зданий и шоссейных дорог, а также в тех случаях, когда требуется высокая химостойкость; Заливочные и герметизирующие составы, Пропиточные смолы и лаки в электротехнической и электронной промышленности; Слоистые пластики, применяемые для изготовления корпусов самолетов и летательных аппаратов, для намотанных изделий и для зажимных приспособлений. Эпоксидные смолы
