Полімеризаційні полімери та пластмаси на їх основі

 

1. Загальні відомості про полімерні матеріали

2. Чинники формування споживних властивостей виробів із пластичних мас

3. Класифікація і характеристика асортименту виробів із пластичних мас

4. Якість товарів із пластмас

 

Пластичні маси (пластмаси ) - це штучні матеріали, створені на основі синтетичних або природних високо молекулярних сполук - полімерів (від гр. полі - багато, мерос - частина), які під впливом нагрівання і тиску здатні формуватися, а після охолодження або твердіння - постійно зберігати форму в нормальних умовах.

 

v Полімери можуть бути природного походження (целюлоза, білок, крохмаль) і синтетичного.

 

¨ Природні полімери є головними компонентами складу деревини, вовни, бавовни, шкір тварин та інших матеріалів тваринного і рослинного походження.

Пластмаси на основі природних полімерів не мають достатнього комплексу споживних властивостей. Вони характеризуються низькою хімічною і термічною стійкістю, невисокою довговічністю. Тому у виробництві пластмас усе більшого розповсюдження набувають синтетичні полімери, що мають високу твердість, жорсткість, хімічну і термічну стійкість, достатню гнучкість, еластичність тощо.

¨ Синтетичні полімери отримують реакціями полімеризації або поліконденсації.Полімеризація - це така реакція взаємодії мономерів, коли продукт, що утворюється, не відрізняється від вихідних компонентів за елементарним складом і не виділяються побічні продукти реакції.

Реакція поліконденсації - це взаємодія мономерів, коли продукт, що утворюється,   відрізняється від вихідних елементарним складом і виділяє побічні продукти реакції.

 

Макромолекула полімеру складається з однакових або різних ланок, Полімери, що мають елементарні ланки однакового хімічного складу, називають сомополімерами (від гр. сомос - однаковий), наприклад А-А-А-А-А-А-А - умовне позначення елементарної ланки.

Полімери, молекули яких складаються з елементарних ланок різного хімічного складу, називаються співполімерами, наприклад, А-В-А-В-А-В-А-В.

Використовуючи різні мономери, можна виготовляти співполімери з потрібними властивостями. Наприклад, полістирол - крихкий полімер. Співполімер полістиролу з нітрильним каучуком називається "удароміцний полістирол", тому що механічні властивості цього співполімеру значно вищі, ніж вихідного полімеру.

v За формою макромолекул полімери бувають лінійні, розгалужені, драбинні, сітчасті. Лінійні полімери мають макромолекули у вигляді довгих витягнутих ланцюгів. Розгалужені - у вигляді ланцюгів з боковими відгалуженнями. Макромолекули драбинних полімерів за формою нагадують драбину у вигляді двох ланцюгів із перекладинками з хімічних зв'язків. Сітчасті полімери складаються з безлічі ланцюгових молекул, з'єднаних поперечними хімічними зв'язками .

І                      2 3 4

Рис. Форми макромолекул полімерів:

1 - лінійна,2 - розгалужена, 3 - драбинна, 4 – сітчаста

 

Лінійні і розгалужені полімери плавляться при нагріванні й розчиняються в розчинах.

У сітчастих полімерах поперечні хімічні зв'язки перешкоджають рухомості макромолекул. Сітчасті полімери тверді, жорсткі, теплотривкі, неплавкі й нерозчинні. Зі збільшенням кількості зшивок ці властивості підвищуються.

Драбинні полімери мають високі хімічні і термічні властивості, що перевершують властивості сітчастих полімерів.

v За термічними властивостями полімери поділяють на термопластичні(термопласти) і термореактиви (реактопласти).

Термопласти при нагріванні розм'якшуються, а при охолодженні знову твердіють, зберігаючи при цьому колишні властивості. Тому термопласти (їх відходи) можна переробляти на вироби кілька разів. До цих пластмас належать поліетилен, полістирол, полівініл, хлориди, поліаміди.

Термореактивні пластмаси (реактопласти) під час першого нагрівання в момент виготовлення з них виробів розм'якшуються, набуваючи необхідної форми, а потім, протягом подальшого нагрівання, переходять у нерозчинний і неплавкий стан. Це такі пластмаси, як фенопласти, амінопласти.

v Полімери можуть бути кристалічні й аморфні.

У кристалічних полімерах витримується порядок розташування молекул одна відносно одної, а в аморфних - безладне розташування макромолекул. Чим більша кристалічність, тим вищі жорсткість, твердість і міцність полімерів.

 

                                                          

 

Полімери - є основною складовою частиною, що з'єднують всі частини в єдине ціле, вони ще називаються зв'язуючими речовинами.

Наповнювачі вводять для надання виробам із пластмас більшої механічної міцності, термічної та хімічної стійкості, вогнестійкості, покращання електроізоляційних властивостей. Як наповнювачі використовують волокна (скляні, деревинні, вовняні), тканини, папір, каолін, крейду, сажу, азбест тощо.

Пластифікатори підвищують гнучкість, еластичність, морозостійкість виробів із пластмас, знижують їх жорсткість, твердість. Як пластифікатори використовують дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфорне масло тощо.

Фарбники покращують естетичні властивості виробів із пластмас, змінюючи колір, прозорість і блиск. Фарбниками є мінеральні пігменти або органічні речовини.

Стабілізатори зберігають пластмаси від старіння - погіршення їх властивостей з часом під впливом тепла, світла, вологи, кисню повітря та інших чинників. Стабілізаторами пластмас є аміни, бензо-триазоли, феноли, сажа та ін.

До складу пластмас можуть вводити також отверджувачі, що підвищують швидкість утворення закінченої структури полімеру; антипірени, що збільшують вогнестійкість й інші домішки.

 

v Пластмаси класифікують за складом - однорідні і складні.

Однорідні пластмаси не мають наповнювачів, тому злам у них гладкий, а в складних пластмас злам шерехатий.

До полімеризаційних відносять полімери на основі етилену та його похідних: поліолефіни (поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен), вініпласти (полівінілхлорид, вініпласт), полістирол (звичайний і удароміцний), співполімери стиролу з іншими мономерами, поліакрилати, фторопласти, поліформальдегід.

Þ Поліетилен одержують полімеризацією етилену -безколірного газу, продукту переробки нафти. Це твердий матеріал, прозорий, напівпрозорий або непрозорий, термопластичний. За зовнішнім виглядом і на дотик подібний до парафіну, забарвлюється в різні кольори. Поліетилен легкий, міцний, стійкий до ударних дій, з гарними діелектричними властивостями. Розрізняють два види поліетилену - високого (ВТ) і низького тиску (НТ). Поліетилен низького тиску має макромолекули лінійної форми, а поліетилен високого тиску - розгалуженої форми, внаслідок чого має більшу м'якість, гнучкість, еластичність і стійкість до багаторазового згинання. Поліетилен стійкий до води, кислот і лугів, дій органічних розчинників, при тривалому контакті постійно поглинає жири й масла. Поліетилен плавиться при температурі 105-110 °С (ВТ) і 120-130 °С (НТ). У полум'ї загоряється не відразу, горить блакитнуватим полум'ям, крапає, виділяє запах горілого парафіну. Поліетилен ВТ не виділяє шкідливих речовин, тому з нього виготовляють посуд відкритих конструкцій для харчових продуктів.

Поліетилен НТ не використовується для виробництва посуду.  Використовують поліетилен для виготовлення посуду (кухлі, склянки, банки, вази), галантерейних товарів (шкатулки, гребінці, мильниці), культтовари (авторучки, обкладинки для зошитів, книжок), для пакування різних товарів, обладнання теплиць, виготовлення труб, ізоляції дроту і кабелю.

Þ Поліпропілен виготовляють полімеризацією газу пропілену.

За зовнішнім виглядом це твердий, жорсткий, блискучий, прозорий або напівпрозорий, білий або пофарбований в яскраві кольори полімер. За механічними властивостями він близький до поліетилену, але відрізняється від нього більшою жорсткістю, міцністю на розтягування і згинання, теплостійкістю (вироби можна стерилізувати), меншою морозостійкістю (від -5 до -25 °С).

Використовують поліпропілен для виготовлення посуду, іграшок, деталей машин, телефонів, радіоприймачів, холодильників, сепараторів, господарських кранів, труб, для пакування товарів, виготовлення волокон, що є основою для одержання штучних і синтетичних шкір, нетканого полотна, трикотажу, тканин, виготовлення линв

Þ Полівінілхлорид виготовляють полімеризацією хлористого вінілу:

Вініпласт - жорсткий полімер без застосування пластифікаторів і пластикат полівінілхлориду - м'який, з використанням пластифікаторів.

Пластикат ПВХ - м'який,еластичний полімер у вигляді плівок, прозорий або напівпрозорий, білий або пофарбований в яскраві кольори, має високу міцність, стійкість до стирання, хімічну стійкість, здатність легко клеїтися і зварюватися струмами високої частоти, морозостійкість від -10° до -50 °С. Зі збільшенням кількості пластифікаторів морозостійкість і еластичність збільшуються, міцність і діелектричні властивості зменшуються. Пластикат ПВХ використовують для пакування товарів, виготовлення плащів, скатерок, обкладинок, штучних шкір, лінолеуму, взуття, іграшок, надувних меблів.

Вініпласт - твердий, пружний матеріал у вигляді листів, плит, труб. Має гладку поверхню, помірний блиск, напівпрозорий або непрозорий, пофарбований у різні кольори, відрізняється високою механічною міцністю, але для виготовлення деталей машин не придатний через повзучість - здатність до деформації під дією постійного навантаження або зміни температури. Полівінілхлорид загоряється важко, горить лише в полум'ї, забарвлюючи основу полум'я в зелений колір, виділяє запах хлору, а при винесенні з полум'я згасає.

З полівінілхлориду виготовляють волокна, клеї, фарби, лаки, пінопласти, лінолеум, штучні шкіри, галантерейні вироби.

З вініпластів виготовляють труби, частини до них (крани, муфти), галантерейні вироби, гребінці, пряжки, фотоприладдя, приладдя для креслення.

Þ Фторопласт виготовляють полімеризацією фторпохідних етилену (фторопластів-3, 4). За зовнішнім виглядом він твердий, від молочно-білого до світло-кремового кольору, напівпрозорий, поверхня на дотик масна. Із пластмас, що використовують у виробництві товарів, фторопласт є найважчим, з найбільш високою хімічною і термічною стійкістю. За хімічною стійкістю він перевершує золото. Фторопласти не горять, їх можна експлуатувати при температурах від -70 до 250 °С. Фторопласти без пенні, тому їх використовують для нанесення покрить на дно сковорідок і каструль, для виготовлення деталей машин, холодильників та інших виробів для роботи в агресивному середовищі.

Þ Полістирол  виготовляють полімеризацією рідкого мономеру - стиролу:

Це твердий, жорсткий, прозорий або напівпрозорий, безбарвний або пофарбований у яскраві кольори матеріал, розм'якшується при температурі 80 °С, має низьку теплостійкість, при ударі видає металічний звук, крихкий. Легко загоряється і горить полум'ям, що сильно коптить, виділяє солодкуватий квітковий запах. У пластмасі наявний залишковий стирол, який є токсичним, тому з полістиролу деяких марок виготовляють посуд тільки для сипких продуктів і не використовують його для зберігання рідких харчових продуктів.

Співполімери полістиролу (удароміцний АБС-пластик) мають порівняно із звичайним полістиролом більшу механічну міцність, стійкість до ударних дій, термо- і хімічну стійкість. Полістирол і його співполімери використовують для виготовлення посуду для сипких продуктів, авторучок, креслярських і канцелярських товарів, освітлювальної арматури, фотоприладів, радіотоварів > телефонів. Пінополістирол використовують для пакування теле- і радіоапаратури, для звуко- і теплоізоляції стін споруд, засобів транспорту, домашніх побутових машин.

Þ Поліметилметакрилат - це органічне скло - полімер, утворений на основі метакрилової кислоти та її похідних.

Це пружна, прозора, термопластична пластмаса, яскравих кольорів або безбарвна, високого блиску, розм'якшується при температурі вище 100 °С. При ударі видає глухий звук, горить добре, синім полум'ям, потріскуючи при цьому, виділяє солодкий квітково-плодовий аромат. Органічне скло, на відміну від силікатного, краще пропускає ультрафіолетові промені, має меншу щільність, більш високу механічну міцність, меншу чутливість до ударів, але за твердістю поступається йому (швидко виникають подряпини), має добру хімічну стійкість і стійкість до старіння. Органічне скло не токсичне і тому з нього виготовляють посуд для сипких і холодних продуктів, зубні протези, галантерейні вироби, клеї, лаки, фарби, деталі для різноманітних машин і приборів.

Співполімер метилметакрилату - дакрил, за зовнішнім виглядом подібний до органічного скла, але відрізняється від нього більшою твердістю і вищою температурою плавлення (160 °С), фізіологічне нешкідливий і тому може застосовуватись для виготовлення посуду для гарячої їжі.