Пластичні маси – Значення полімерів у суспільному господарстві та побуті Поняття про синтетичні волокна

ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ III. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

14. Синтетичні високомолекулярні речовини і полімерні матеріали на їхній основі

14.5. Значення полімерів у суспільному господарстві та побуті Поняття про синтетичні волокна1

Основними типами полімерних матеріалів є пластичні маси, каучуки і гуми, волокна, лаки, фарби, клеї, іоннообмінні смоли.

14.5.1. Пластичні маси

Пластичні маси – велика група матеріалів, основу яких становлять високомолекулярні сполуки, які під дією температури

та тиску можуть набувати різної форми та зберігати її. Щоб надати пластмасі необхідних експлуатаційних властивостей, у процесі її виробництва до полімеру додають:

– пластифікатори – речовини, які знижують температуру текучості та в’язкість, змінюють інші властивості: стійкість до світла, вогню (антипірени), вологи, високих і низьких температур (важливу роль відіграють і у виробництві гум, лаків і фарб). Їх додають до 100 % від початкової кількості полімеру;

– піноутворювачі – речовини, які вспінюють полімер, різко зменшуючи питому густину виробу;

– стабілізатори (інгібітори

старіння), які додають (у кількості 0,1-3 %) з метою підвищення термічної, світлової, хімічної стійкості: антиоксиданти, антиозонанти, антиради2, термо – і фотостабілізатори,

– пігменти, які додають для зміни кольору;

– антистатики – речовини, які зменшують утворення статичного електричного заряду на поверхні виробу;

– різноманітні активні (такі, що підсилюють певні властивості) та інертні наповнювачі, які покращують механічні, фрикційні, електричні властивості та здешевлюють кінцевий продукт:

– дисперсні (крейда, кварц, сажа і графіт, тальк, слюда),

– армуючі: волокнисті – скловолокно, вуглеволокно, азбест, метали, листові – тканинні та нетканинні (папір);

– леткі: вуглеводні, вода, гази: вуглекислий газ, азот (у виробництві пінопластів та інших газонаповнених пластиків).

Залежно від впливу нагрівання пластмаси поділяють на дві великі групи: термопласти і реактопласти.

1. Термопласти – пластмаси, які в результаті переробки у виріб (нагрівання, підвищення тиску) не втрачають властивості переходу у в’язкотекучий стан:

– поліетилен – один з найдешевших полімерів, який поєднує низку цінних властивостей з легкістю добування й переробки, і тому у світовому виробництві полімерів посідає перше місце. З нього виготовляють плівки, труби, ізоляцію, тару, деталі хімічних апаратів та багато іншого;

– особливого значення останнім часом набув полімер флуоропохідної етилену – політетрафлуоретилен (фторопласт-4, тефлон) – який через свої надзвичайні властивості (хімічно інертний3, зберігає гнучкість та еластичність у температурному діапазоні від -70 до +270 °С, не змочується водою, жирами, більшістю органічних розчинників) широко застосовують в електроніці (ізоляція), промисловості та техніці (як мастило4, у виготовленні різних деталей, фільтрів, прокладок, клапанів, металопластикових трубопроводів тощо), медицині, у виробництві посуду5, сучасного високотехнологічного одягу (віндстопер);

– полівінілхлорид – один з найбільш широковживаних пластиків; з нього отримують тисячі видів матеріалів та виробів для електротехнічної, легкої (шкірзамінники, технічні волокна, клейонку), харчової промисловості, важкого машинобудування, суднобудування, будівництва, сільського господарства, медицини, трубопроводів (газо – і водогонів);

– полістирен – використовують для виготовлення предметів побутової техніки і домашнього вжитку, упаковки, іграшок, фурнітури, плівки, для отримання пенополістиролу. З нього виготовляють корпуси радіо – і телеапаратури, деталі автомобілів, холодильників, меблі, труби тощо;

– пінополіуретани (ППУ) – пластики групи газонаповнених пластмас (у побуті – поролон), на 85-90 % складаються з інертної газової фази, густина м’якого піноблоку становить 0,005-0,04 г/см3, жорсткого – 0,03-0,086 г/см3. Їх використовують у будівництві для тепло – і шумоізоляції, а з густиною, більшою за 0,07 г/см3, – гідроізоляції (сендвіч-панелі), завдяки високій адгезії6- як монтажну піну; дуже широко застосовують у легкій, взуттєвій і меблевій промисловості як пакувальний, амортизувальний і оббивний матеріал.

2. Реактопласти – полімери, які в результаті переробки у виріб стверджуються – змінюють свої фізико-хімічні властивості, зокрема втрачають здатність плавитися і розчинятися в органічних розчинниках. Вони твердіші, пружніші за термопласти, але й зазвичай крихкіші:

– поліпропілен – виготовляють волокна і плівки, які зберігають гнучкість при 100-130 °С, пінопласт, деталі машин, профільовані вироби, труби (для агресивних рідин), контейнери, риболовецькі сітки, побутові вироби тощо;

– фенолформальдегідні смоли характеризуються високою тепло-, водо – та кислотостійкістю, хорошими діелектричними властивостями, високою механічною міцністю;

– полікарбонати завдяки високій міцності та ударній в’язкості (250-500 кДж/м2) застосовують як конструкційні матеріали у багатьох галузях промисловості і в побуті (захисні шоломи), а завдяки оптичним якостям – у виробництві лінз, компакт-дисків і світлотехнічних виробів;

– один з найбільш масових поліакрилатів – поліметилметакрилат (органічне скло, плексиглас) – використовують як замінник скла і конструкційний матеріал в авіабудуванні, будівництві, виробництві оптичної техніки (лінз для фотоапаратів, мікроскопів, біноклів), інших галузях промисловості. Інші поліакрилати застосовують у виробництві плівок, лаків, фарб і клеїв тощо. їх широко використовують у медицині, зокрема для виготовлення протезів і контактних лінз, у стоматології для пломбування, для виготовлення штучних зубів і щелеп;

– поліаміди широко застосовують у промисловості, головним чином, у виробництві синтетичних волокон (капрон, нейлон), клеїв, плівок (зокрема для ковбасних виробів) і покриттів для захисту металів і бетонів; як конструкційний матеріал у виробництві деталей машин (шестерень, втулок, підшипників тощо); у медицині для хірургічних швів (особливо в очній хірургії), для виготовлення штучних кровоносних судин, як замінник кісток, шкіри.

Піно – і поропласти – це інші газонаповнені пластики різного хімічного складу (полівінілхлоридні, полістиренові, фенольні, поліуретанові, карбамідні тощо) через надзвичайно малу густину (0,02-0,8 г/см3) і відносну хімічну інертність широко використовують у літако – і суднобудуванні, транспортному і хімічному машинобудуванні, у будівництві як тепло – і звукоізоляційний матеріал. їх застосовують при виготовленні багатошарових конструкцій, плавучих засобів (понтонів, легких човнів, бакенів, рятувальних засобів тощо).

З них виготовляють прокладки, різноманітну тару. Прозорість для радіохвиль і доволі високі діелектричні та гідроізоляційні властивості забезпечують цим матеріалам використання в радіо – і електротехніці. Еластичні пінопласти застосовують у виробництві м’яких меблів і теплого одягу.

_____________________________________________________________

1 Власне, вся шкільна хімія і фізика, які можуть комусь здатись науками сухими і теоретичними, є передумовою для багатьох інших дисциплін, зокрема матеріалознавства – науки про властивості різноманітних матеріалів і правила їхнього застосування на практиці (у промисловості, сільському господарстві, побуті). Це лише стисла класифікація матеріалів.

2 Антиради – інгібітори радіаційного старіння – деякі ароматичні вуглеводні (нафталін, антрацен), вторинні ароматичні аміни.

3 Має найбільшу серед усіх відомих матеріалів хімічну стійкість. Взаємодіє лише з розплавами лужних металів, фтором і хлоротрифлуоридом.

4 Має найменший серед відомих матеріалів коефіцієнт тертя, ковзання.

5 Ураховуючи широке його використання останнім часом для створення антипригарних покриттів для посуду, слід зауважити, що при нагріванні вище 200 °С тефлон починає розкладатись, виділяючи токсичні та канцерогенні речовини!

6 Адгезія – зчеплення поверхонь різнорідних рідин і твердих тіл унаслідок міжмолекулярної взаємодії: вандерваальсових, полярних, хімічних зв’язків або взаємної дифузії.