Термопластичные полимеры. Состав. Строение. Применение

 

5. Полистирол

 
 

    Полистирол — жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), термическую стойкость (до 105 °С), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8%. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40°C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей). Для улучшения свойств полистирола его модифицируют путём смешения с различными полимерами - подвергают сшиванию, таким образом получая сополимеры стирола. 

    Полистирол получают реакцией полимеризации мономера 

стирола. Молекула стирола имеет следующее строение:         
 
 

Рис. 5. 
 
 

Реакция полимеризации полистирола: 
 

 

Рис. 6. 
 
 

    Особенностью полистирола является то, что он относится к наиболее дешевым полимерам и может быть получен в виде прозрачного твердого материала.

Такой полистирол используют для изготовления коробок для компакт-дисков, стаканчиков для кофе, из него получают одноразовую посуду (ножи, вилки), контейнеры для тортов, бутербродов и т. д.

Полистирол относится к числу немногих полимеров, который может быть получен во вспененном состоянии, и тогда он представляет собой пенополистирол. Пенополистирол обычно используют в качестве упаковочного материала. 
 

 

6. Поливинилхлорид

 
 
 

    Поливинилхлорид — один из самых распространенных полимеров, используемых в строительстве. Он прозрачный, жесткий и прочный. Переходит в вязкотекучее состояние при 180... 200°С. Горит, но при удалении из пламени гаснет. При разложении поливинилхлорида выделяется хлористый водород. Пластические массы на основе поливинилхлорида выпускают в виде жестких материалов, не содержащих пластификатора (винипласт), и мягких, содержащих пластификаторы (пластикат); хорошо перерабатывается в различные изделия (линолеум, пленки, трубы, облицовочные материалы). В последние годы поливинилхлорид применяется для получения кровельных материалов, а также оконных и дверных блоков.

    Продукт на основе поливинилхлорида с содержанием хлора до 60... 80 % называется перхлорвинил. Он легко растворяется в органических растворителях.

    Мономером для получения поливинилхлорида является винилхлорид. 

    Структурная формула винилхлорида Н₂С = СНС1. Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида: 
 

 

Рис. 7. 
 

Ниже приведен фрагмент макромолекулы поливинилхлорида, состоящий из трех мономерных звеньев: 

 

Рис. 8. 
 

При горении поливинилхлорида, кроме углекислого газа и воды, происходит частичное образование хлора, хлороводорода и других веществ, например реакция горения фрагмента поливинилхлорида: 
 

Рис. 9. 
 
 

Поливинилхлорид используется для изготовления окон, дверей, покрытий для полов, электрических изоляторов и различных труб. 
 

 

7. Поливинилацетат

 
 

    Поливинилацетат — прозрачный, бесцветный, при комнатной температуре жесткий полимер. Плотность его 1 190 кг/м3; при нагревании до 130... 150°С разлагается с выделением уксусной кислоты; растворяется в некоторых органических растворителях, набухает в воде, не устойчив к действию кислот и щелочей, горюч. Положительное свойство поливинилацетата — высокая адгезия к камню, древесине, стеклу. Для снижения хрупкости в поливинилацетат вводится пластифицирующая добавка; широко применяется в производстве лаков, красок, клеев. В виде водной дисперсии его применяют также для полимерцементных бетонов и растворов, в производстве влагостойких обоев.

    Поливинилацетатная  дисперсия (ПВАД) — сметанообразная масса белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающаяся с водой. Для стабилизации этой дисперсии (мельчайшие частицы поливинилацетата в воде) служит поливиниловый спирт.

    Основной  вид ПВАД, применяемый в строительстве, — дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная. Содержание полимера в ней около 50%; размер частиц дисперсии 3 мкм. ПВАД выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в непластифицированном и пластифицированном (индекс Ф) виде. В качестве пластификатора применяется дибутилфталат в количестве 5, 10, 15 и 50% (соответственно индексы марок дисперсий 2,5; 5; 7 и 20). Марки непластифицированных дисперсий: Д50Н, Д50С, Д50В и Д60В; пластифицированных: ДФ 49/2,5Н; ДФ 48/5С и т.д. По внешнему виду они практически не отличаются одна от другой. ПВАД разбавляется водой в любом соотношении и хорошо совмещается с цементом и гипсом.

    Недостатками  материалов на основе дисперсий поливинилацетата является их чувствительность к воде: набухание, появление высолов, а также возможная коррозия металла при нанесении дисперсии на его поверхность (рН дисперсии 4,0... 6,0).

 

8. Поливиниловый спирт

 
 

    Поливиниловый спирт  — кристаллический, прозрачный, водорастворимый полимер с высокой прочностью, стойкостью к истиранию, плотностью 1200... 1300 кг/м3, стойкостью к действию масел, жиров и большинства органических растворителей. В строительстве этот полимер еще не нашел широкого применения. Он используется в качестве эмульгатора и стабилизатора при приготовлении полимерцементных растворов и бетонов, а также как полимерная добавка к растворам и мастикам (например, в шпаклевочных составах). 
 

 

Рис. 10. Кето-енольная таутомерия винилового спирта  
9. Полиакрилаты и полиметилметакрилат 
 

    Полиакрилаты — полимеры производных акриловой и метакриловой кислот. Метакриловые полимеры имеют более высокие характеристики. Из полиакрилатов в строительстве наибольшее применение находит полимер метакриловой кислоты.  

    Полиметилметакрилат — известен под названием «органическое стекло». Это прозрачный полимер аморфной структуры, пропускающий свыше 99% солнечного света, в том числе ультрафиолетовые лучи, что выгодно отличает его от обычного силикатного стекла. Другими его преимуществами перед обычным стеклом являются меньшая хрупкость и хорошая обрабатываемость. Плотность его 1 180 кг/м3, предел прочности при изгибе — 80... 140 МПа. Однако органическое стекло по сравнению с обычным имеет меньшую поверхностную твердость. Применяется полиметилметакрилат для остекления зданий, в особенности теплиц, оранжерей, плавательных бассейнов, для устройства светопрозрачных ограждений, изготовления труб, в производстве моющихся обоев и в виде эмульсий для красок, лаков, грунтовок.

    Мягкие  акриловые полимеры, получаемые методом  эмульсионной полимеризации, не содержащие пластификаторов, обладают высокой масло- и атмосферостойкостью. На их основе могут изготавливаться гидроизоляционные пленки. Благодаря совместимости этих полимеров с нитро — и ацетилцеллюлозой их вводят в состав целлюлозных лаков для увеличения адгезии, водостойкости и атмосферостойкости. Акриловые дисперсии применяют для придания водонепроницаемости бетону, в качестве грунтовки при внутренней окраске стен, для пропитки пористых строительных материалов.

 

10. Синтетические каучуки

 
 

    В настоящее время для получения синтетических каучуков используют несколько диеновых мономеров, из которых рассмотрим бутадиен-1,3;   
 
 

      

Рис. 11. 
 
 
 

    Отличие реакции полимеризации диенов от реакции полимеризации алкенов заключается в том, что в образовании макромолекул полимера участвуют обе двойные связи. В результате в каждом звене полимера образуется новая двойная связь: 
 
 

Рис. 12. 
 
 
 

    Синтетические каучуки используются вместо природного каучука, которого не хватает для нужд промышленности. Природный каучук получают из сока южноамериканского дерева гевеи.

Полимеризацию диенов проводят в присутствии особого катализатора: А1(С₂Н₅) з, TiCl₄, благодаря чему получаются синтетические каучуки, близкие по свойствам к натуральному.

    Особый катализатор полимеризации (А1(С₂Н₅)₃, TiCl₄) был предложен немецким ученым. К. Циглером и итальянским ученым Дж. Натта, заслуги которых отмечены Нобелевской премией (1963).

Для превращения каучуков в резину с целью увеличения прочности и эластичности их подвергают вулканизации: нагреванию с серой до температуры 120-160 °С.

Синтетические     каучуки     применяются главным образом, в производстве шин для самолетов, автомобилей и тракторов (рис.14).

Рис. 14. Изделия из синтетических каучуков

 

Заключение  

    Термопластичные полимеры  широко   применяются   во   многих   областях   человеческой деятельности, удовлетворяя потребности  различных  отраслей  промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом  уместно  отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов  в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам стали доверять все более  и более ответственные задачи. Из  полимеров  стали  изготавливать  все  больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей  машин

и механизмов, и в  то  же  время  все  чаще  полимеры  стали  применяться  в

изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов,  несущих значительные нагрузки. 

    Рубеж прочностных свойств  полимерных  материалов  удалось  преодолеть переходом  к   композиционным   материалам,   главным   образом   стекло   и углепластикам. Так что теперь выражение “пластмасса  прочнее  стали”  звучит вполне обоснованно. В то  же  время  полимеры  сохранили  свои  позиции  при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых  не  требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал  и корпусов измерительных приборов. Еще  одна  область,  специфическая   именно для  полимеров,   где   четче   всего   проявляются  их  преимущества  перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки.

 

    

Список  используемых источников 

1. Арзамасова Б.Н.  Материаловедение. М.:  Машиностроение 1986г.
2. Марино Ксантос; Функциональные наполнители для пластмасс. Издательство: Научные основы и технологии 2010г.
3. Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. Издательство: Научные основы и технологии 2009г.
4. Интернет источник: http://baurum.ru
5. Интернет источник: http://dl.schoolnet.by:81
6. Интернет источник: http://remstroyru.com
7. Интернет источник: http://ru.wikipedia.org
8. Интернет источник: http://www.bibliotekar.ru
9. Интернет источник: http://www.chemport.ru
10. Интернет источник: http://www.zodchii.ws