Polimerni materijali: tehnologija, vrste, proizvodnja i primjena

Polimerni materijali su kemijski spojevi visokih molekula, koji se sastoje od brojnih malih molekulskih monomera (veza) iste strukture. Često su polimeri koriste se u proizvodnji iz slijedećih monomernih komponenti: etilen, vinil klorid, vinil acetat, vinildenhlorid, propilen, metilmetakrilat tetrafluoretilena, stiren, urea, melamin, formaldehid, fenol. U ovom ćemo članku detaljno razmotriti koji su polimerni materijali, koja su njihova kemijska i fizikalna svojstva, klasifikacija i vrsta.

Vrste polimera

Značaj molekula ovog materijala je velika molekularne težine, što odgovara sljedećoj vrijednosti: M> 5 * 103. Spojevi s nižom razinom ovog parametra (M = 500-5000) obično se nazivaju oligomeri. U niskim molekulskim spojevima masa je manja od 500. Određeni su sljedeći tipovi polimernih materijala: sintetički i prirodni. Potonji su prirodna guma, tinjac, vuna, azbest, celuloza itd. Međutim, glavno mjesto zauzima sintetički polimeri koji se dobivaju kao rezultat procesa kemijske sinteze spojeva male molekularne mase. Ovisno o metodi proizvodnje visoko molekularnih materijala, razlikuju se polimeri, koji nastaju ili polikondenzacijom ili reakcijom dodavanja.

polimerizacija

Taj je postupak kombinacija komponenata niske molekulske mase u visokoj molekularnoj težini da se dobiju dugi lanci. Količina razine polimerizacije - je broj „mer” u molekulama pripravka. Najčešće, polimerni materijali sadrže od tisuću do deset tisuća njihovih jedinica. Polimerizacijom, sljedeći spojevi se često koriste: polietilen, polipropilen, polivinil klorid, politetrafluoretilen, polistiren, polibutadiena, i drugi.

polikondenzacije

Ovaj proces je korak odgovor, što je spoj, ili veći broj sličnih monomera, ili par različite skupine (A i B) u polycondensors (molekule) uz istovremeno formiranje ovih nusproizvoda: metil alkohol, Polikondenzacija proizvodi silikone, polisulfone, polikarbonate, aminoplaste, fenole, poliestere, poliamide i ostale polimerne materijale.

poliadicijom

U skladu s ovim postupkom razumjeti formiranje polimera u više adicijske reakcije monomernih komponenata koje sadrže reaktivnu granicu pridruživanje, monomera nezasićenih skupina (aktivnih ciklusa ili dvostruka veza). Za razliku od polikondenzacije, poliaddijska reakcija nastavlja bez izolacije nusproizvoda. Najvažniji proces ove tehnologije je stvrdnjavanje epoksi smole i proizvodnju poliuretana.

Razvrstavanje polimera

U sastavu, svi polimerni materijali podijeljeni su u anorgansku, organsku i elementarangijsku. Prvi od njih (silikatno staklo, tinja, azbesta, keramike itd.) ne sadrže atomski ugljik. Oni su osnova aluminijev oksid, magnezij, silicij i slično. D. organski polimeri obuhvaćaju najširi klase, sadrže ugljik, vodik, dušik, sumpor, kisik i halogen. Organometalne polimerni materijali - su spojevi koji se sastoje od velikih lanaca koji nisu navedeni, a atoma silicija, aluminija, titana i drugih elemenata koji se mogu kombinirati s organskim radikalima. U prirodi takve kombinacije ne nastaju. To su isključivo sintetički polimeri. Tipični predstavnici ove skupine su spojevi na bazi silikon, čija je osnovna lanac je izgrađen od atoma kisika i silicija.

Za proizvodnju polimera s potrebnim svojstvima u tehnologiji, često se ne koriste "čiste" tvari, već njihove kombinacije s organskim ili anorganskim komponentama. Dobar primjer su polimerni građevni materijali: metalna plastika, plastika, stakloplastike, polimerni beton.

Struktura polimera

Osobitost svojstvima ovih tvari zbog njihove strukture koje, opet, je podijeljen u sljedeće tipove: linearni-razgranati, linearni, prostornim molekulskim skupinama s velikim i specifičnim geometrijske strukture i stubišta. Razmotrimo kratko svaki od njih.

Polimerni materijali s linearnom razgranatom strukturom, pored glavnog lanca molekula, imaju bočne grane. Takvi polimeri uključuju polipropilen i poliizobutilen.

Materijali s linearnom strukturom imaju dugačke ciklike poput zigzag ili spiralno upletenih lanaca. Njihove makromolekule prvenstveno su karakterizirane ponavljanjem mjesta u jednoj strukturnoj skupini veze ili kemijske jedinice lanca. Polimeri s linearnom strukturom odlikuju se prisutnošću vrlo dugih makromolekula s značajnom razlikom u karakteru veza duž lanca i između njih. Postoje intermolekularne i kemijske veze. Makromolekule takvih materijala su vrlo fleksibilne. I ova nekretnina je osnova polimernih lanaca, što dovodi do kvalitativno nove karakteristike: visoka elastičnost, kao i nedostatku lomljivosti u izliječen države.

A sada saznajemo što su polimerni materijali s prostornom strukturom. Te tvari tvore snažne kemijske veze u poprečnom smjeru kada se makromolekule spajaju. Kao rezultat toga, dobiva se struktura mreže, u kojoj je heterogena ili prostorna osnova rešetke. Polimeri ovog tipa imaju veću otpornost na toplinu i krutost od linearnih polimera. Ovi materijali su osnova mnogih nemetalnih strukturnih materijala.

Molekule polimernih materijala s konstrukcijom ljestvice sastoje se od dva lanca koji su spojeni kemijskom vezom. To uključuje organosilikonske polimere, koje karakteriziraju povećana krutost, toplinska stabilnost, osim toga, one ne djeluju u interakciji s organskim otapalima.

Sastav faza polimera

Ovi materijali su sustavi koji se sastoje od amorfnih i kristalnih područja. Prva od njih pomaže u smanjenju krutosti, čini polimer elastičan, sposoban za velike deformacije reverzibilne prirode. Kristalna faza doprinosi povećati svoju snagu, tvrdoću, modul elastičnosti i druge parametre, a umanjuje molekularnu fleksibilnosti tvar. Omjer volumena svih takvih područja prema ukupnom volumenu naziva se stupanj kristalizacije, pri čemu su maksimalna razina (do 80%) polipropileni, fluoroplastični, polietileni visoke gustoće. Niža razina kristalizacije posjeduje polivinil kloridi, polietileni niske gustoće.

Ovisno o tome kako se polimerni materijali ponašaju kada se zagrijavaju, oni se obično podijele na termoizolacijsko i termoplastično sredstvo.

Termozukcijski polimeri

Ti materijali prvenstveno imaju linearnu strukturu. Kad se zagrije, oni se omekšaju, ali kao posljedica pojavljivanja kemijskih reakcija u njima, struktura se mijenja u prostornu, a tvar se pretvara u krutinu. U budućnosti, ova se kvaliteta očuva. Na ovo načelo, polimerni kompozitni materijali. Naknadno grijanje ne omekšava tvar, već samo dovodi do njezinog raspadanja. Završna termoizolacijska smjesa se ne otapa i ne otapa, pa je njegovo recikliranje neprihvatljivo. Ova vrsta materijala uključuje epoksi silikon, fenol-formaldehid i druge smole.

Termoplastični polimeri

Ti materijali, kada se zagrijavaju, prvo se omekšaju i zatim rastopiti, a nakon naknadnog hlađenja oni se skrutnu. Termoplastični polimeri pod takvim postupkom ne podliježu kemijskim promjenama. To čini ovaj proces potpuno reverzibilnim. Tvari ove vrste imaju linearnu razgranatu ili linearnu strukturu makromolekula, između kojih djeluju male sile i nema nikakvih kemijskih veza. To uključuje polietilen, poliamid ili polistiren, i dr. Tehnologija polimernih materijala kao što je termoplastični daje za njihovu proizvodnju injekcijskim prešanjem u vodu za hlađenje oblici oblikovanje, ekstruzija, puhanjem, i drugim postupcima.

Kemijska svojstva

Polimeri se mogu nazvati u sljedećim uvjetima: čvrstom, tekućem, amorfni, kristalnoj fazi i vrlo viskoznog elastična deformacija protoka i stakla. Raširena uporaba polimernih materijala zbog svoje visoke otpornosti na raznim korozivnim medijima, kao što su koncentrirane kiseline i lužine. Oni nisu pogođeni elektrokemijska korozija. Nadalje, kako se povećava molekulska masa, topljivost materijala u organskim otapalima se smanjuje. Polimeri koji imaju prostornu strukturu obično ne utječu na te tekućine.

Fizička svojstva

Većina polimera su dielektrici, osim toga, pripadaju ne-magnetskim materijalima. Od svih korištenih konstrukcijskih materijala samo oni imaju najnižu toplinsku vodljivost i maksimalni kapacitet topline i toplinske skupljanje (oko dvadeset puta veću od one od metala). Razlog za gubitak stezanje različitih brtvljenje sklopova na niskim temperaturama je tzv vitrifikacija guma, kao i dramatična razlika između koeficijenata širenja metala i gume u vitrificirane stanju.

Mehanička svojstva

Polimerni materijali odlikuju se širokim rasponom mehaničkih svojstava, koji jako ovise o njihovoj strukturi. Uz ovaj parametar, različiti vanjski čimbenici mogu imati veliki utjecaj na mehanička svojstva tvari. To uključuje :. temperature, učestalost, trajanje ili brzina utovara, vrstu, istakao je stanje, pritisak, priroda okoliša, toplinska obrada, itd Osobitost mehaničkih svojstava polimernih materijala je njihova relativno visoka čvrstoća na vrlo niske krutosti (u odnosu na metale).

Polimeri se mogu podijeliti u krutinu, koja odgovara modula elastičnosti E = 1,10 GPa (vlakna, filmovi, plastike) i mekog elastomernog materijala, elastičnost modul je E = 1-10 MPa (guma). Obrasci i mehanizam uništavanja oboje su različiti.

Polimerni materijali karakterizirani su izrazitom anizotropijom svojstava, kao i smanjenjem čvrstoće, razvojem puzanja u uvjetima produljenog opterećenja. Zajedno s tim imaju veliku otpornost na umor. U usporedbi s metalima, karakterizira izraženija ovisnost mehaničkih svojstava na temperaturu. Jedna od glavnih karakteristika polimernih materijala je deformabilnost (sukladnost). Prema ovom parametru, uobičajeno je procijeniti njihova glavna operativna i tehnološka svojstva u širokom rasponu temperature.

Polimerni materijali za podove

Sada razmotrite jednu od mogućnosti za praktičnu uporabu polimera, otkrivajući cijeli niz tih materijala. Ove tvari su pronašle široku primjenu u građevinarstvu i popravku i uređenju, osobito u podu. Ogromna popularnost je zbog karakteristika tvari koje se razmatraju: otporne na habanje, nisku toplinsku vodljivost, malo upijanja vode, dovoljno su jake i tvrde, imaju visoku boju i laka kvaliteta. Proizvodnja polimernih materijala može se podijeliti u tri skupine: linoleume (role), pločaste proizvode i smjese za uređaj bešavnih podova. Sada ćemo kratko ispitati svaku od njih.

Linoleum se izrađuje na temelju različitih tipova punila i polimera. Oni također mogu uključivati ​​plastifikatore, prerađivačke pomagala i pigmente. Ovisno o vrsti polimernog materijala, odlikuju se poliester (glyptal), polivinil klorid, guma, koloidilin i drugi premazi. Osim toga, u strukturi, oni su podijeljeni u ne-bazične i zvučno izolirane osnovne, jednodimenzionalne i višeslojne, s glatkom, fleecy i valovite površine, kao i single i multi-boja.

Keramički materijali izrađeni na osnovi polimernih komponenti imaju vrlo nisku abraziju, otpornost na kemikalije i trajnost. Ovisno o vrsti sirovina, ova vrsta polimernih proizvoda podijeljena je na kumaronopolivinil klorid, kumaron, polivinilklorid, gumu, fenol, bitumenske pločice, kao i iverice i ploče od drvenih vlakana.

Materijali za bešavne podove su najprikladniji i higijenski u radu, imaju veliku čvrstoću. Te se smjese obično dijele u polimerni cement, polimerni beton i polivinil acetat.