Фторопласты, их получение, свойства, применение. Методы получения изделий из них.

Фторопласты (политрифторхлорэтилен и политетрафторэтилен) – фторсодержащие полимеры. Они являются прекрасными диэлектриками, теплостойкими и исключительно химически стойкими пластиками. Они находят применение в электро- и радиоаппаратуре, химическом машиностроении. Детали на основе фторопластов используются в узлах трения (в подшипниках), так как обладают очень малым коэффициентом трения (0,004). Применяются они для антиадгезионных покрытий и вместо смазки, так как поверхность их имеет маслянистый характер.

Наиболее известен политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон). Это линейный высококристаллический (90%) полимер белого цвета, получающийся полимеризацией тетрафторэтилена и характеризующийся высокой плотностью 2,2-2,3 г/см³ и высокой температурой плавления (327 С). При нагревании до температуры плавления он из кристаллического состояния превращается в прозрачный материал с аморфной структурой, приобретает эластичность, но не переходит в вязкотекучее состояние даже при нагревании до температуры разложения (415 С). Это затрудняет его переработку в изделия. Поэтому основной способ переработки – спекание. Материал характеризуется высокими деформационными свойствами (250-500% - удлинение при разрыве). Высокая стойкость к ударным нагрузкам. Материал пластичен, характеризуется низким модулем упругости, прочность невелика (15-20 мПа).Недостаток – низкая поверхностная твердость. Материал обладает многими ценными свойствами:

1) высокая химическая стойкость. Ни в чем не растворяется кроме щелочных металлов (Na, K)

2) высокая температуростойкость, интервал эксплуатации от -200 С до 260 С.При этом с материалом можно работать длительно. Величина свойств практически не изменяется от -60 С до 200 С.

3) самый лучший диэлектрик, поэтому он широко используется для изготовления конденсаторов и других изделий, в том числе работающих в агрессивных средах

4) обладает самым низким коэффициентом трения, выпускается в виде порошка и пластин.

Применяют для технических целей в радиотехнической, пищевой и других отраслях промышленности для изготовления химически стойких деталей (труб, прокладок, манжет, кранов, насосов, колец, дисков, деталей холодильников). В медицине используется для изготовления замены сердечных клапанов и суставов людей. Легко разрушается под действием радиации. В производстве товаров широкого потребления в основном используется способность материала образовывать антиадгезионные покрытия, например, сковородок, каталок для теста, утюгов, лыж и др.

У политрифторхлорэтилена температурный интервал использования уже, чем у фторопласта-4: от -195 С до 190 С. Температура плавления 200-215 С, температура разложения 320 С. Физико-химические свойства близки к свойствам фторопласта-4. Это негорючий материал, в открытом пламени обугливается. Обладает высокими химическими свойствами и огнестойкостью. Перерабатывается всеми способами. Области применения те же, что у фторопласта-4.

18. Поливиниловый спирт, поливинилацетат. Свойства, способы получения, области применения.Поливинилацетат – это сложный эфир винилового спирта и уксусной кислоты. Это аморфный бесцветный полимер с температурой стеклования 28 С. Как пластмасса не используется, а используется в качестве дополнительного материала в различных композициях. Материал имеет высокую термостойкость, температура деструкции 170 С, высокую плотность (1190 кг/м). Обладает большим водопоглощением (до 7%). В воде хорошо набухает. Не растворим в бензине, керосине и маслах, но набухает в спиртах, сложных эфирах и ароматических растворителях.

Благодаря бесцветности, светостойкости и высокой адгезионной способности ПВА широко используется для изготовления лаков, клеящих составов и красок. В лаках и клеях обычно используется в смеси ФФС, с нитроцеллюлозой и др.

Поливиниловый спирт получают путем омыления ПВА (гидролизом) и выпускают в виде белого порошка. Представляет собой кристаллический материал (70%). плотность 1200-1300 кг/м. Материал обладает высокой прочностью к растяжению (140 мПа). Температура стеклования 85 С.Деформационные свойства 3-5%, температура плавления 220-230 С. Уже при этой температуре начинается разложение материала. Это единственный полимер, который полностью растворим в горячей и холодной воде. В результате полярности макромолекул спирт не растворяется в алифатических и ароматических растворителях, стоек к действию жиров, масел и температуры. При нагревании размягчается, но не плавится. Водные растворы, содержащие 15-20% ПВС используются в качестве клеев. Из-за безвредности материал используется в медицинской промышленности (рассасывающиеся нити для швов), для изготовления медицинских капсул, волокон винол, которые по прочностным свойствам превосходят все синтетические и искусственные волокна. В пищевой промышленности используется в качестве упаковки. В виде труб, пленок и листов ПВС используют для бензостойких шлангов и прокладок.

19. Фенопласты. Фенолформальдегидные смолы, их типы, получение, свойства, методы изготовления изделий из фенопластов.Фенолформальдегидные смолы получают путем конденсации фенола с альдегидами. Пластмассы на основе этих смол называются фенопластами. Наибольшее значение имеют смолы на основе фенола и формальдегида. В зависимости от соотношения фенола и формальдегида и типа катализатора, применяемого при поликонденсации, получают два типа фенолформальдегидных смол:

1) при избытке фенола – новолачные (идитольные) смолы;

2) при избытке формальдегида – резольные (бакелитовые) смолы.

Новолачные смол термопластичны, имеют линейное строение (8-10 фенольных звеньев). Они хорошо растворимы в ацетоне, их можно растворить также в водных щелочных растворах. Новолачные смолы применяют для изготовления прессовочных материалов, спиртовых идитольных лаков и политур, а также в качестве связующего абразивных инструментов (кругов, брусков) и для других целей. Фенольные звенья новолачных смол имеют неиспользованные реакционные центры, способные взаимодействовать с формальдегидом. Поэтому при добавлении к новолачной смоле формальдегида она превращается в резольную смолу. В новолачные прессовочные порошки вводят уротропин в качестве отвердителя пластмассы.

Резольные смолы получают взаимодействием фенолов с избытком формальдегида в присутствии катализаторов. В отличие от новолачных смол резольные смолы без добавления отвердителей способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние, приобретая сетчатую структуру. При нагревании этот переход совершается быстро, а при обычных температурах – медленнее.

Резольная смола в начальной стадии А конденсации имеет линейно-разветвленную структуру и называется резолом. В этой стадии она растворима в спирте и ацетоне и при нагревании способна плавиться, но вследствие своей термореактивности переходит при этом последовательно в стадию В (резитол), а затем в конечную стадию С (резит). Резольные смолы в стадии С приобретают сшитую структуру, а поэтому становятся нерастворимыми и неплавкими, а также химически стойкими.

В стадии В резольная смола способна размягчаться и вытягиваться в нити, а также набухать в растворителях, так как пространственная сетка еще очень редкая. Резольные смолы широко применяют в производстве прессовочных материалов, литьевых изделий, бакелитовых лаков и синтетических клеев. Перерабатываются методом горячего прессования при 160-180 С. Обладают высокими термическими свойствами, способностью длительное время работать при 170 С. кратковременно при 170 С. При температуре больше 170 С начинает обугливаться.

Фенопласты вырабатывают в основном в виде прессовочных материалов, представляющих собой композиции новолачной или резольной смолы с порошкообразными, волокнистыми и слоистыми наполнителями. Пресс-порошки представляют собой смеси смол с органическими и минеральными наполнителями (древесная мука) с добавлением отверждающих (к новолачным смолам), смазывающих и окрашивающих веществ. В пластмассовые изделия пресс-порошки перерабатываются методом горячего прессования, перевода их в пластическое состояние (при нагревании до 160-180 С). Из пресс-порошков изготавливают многие хозяйственные, канцелярские и культурно-бытовые товары, всевозможные технические изделия и детали. Благодаря высокой теплостойкости и хорошим диэлектрическим свойствам фенопластов их используют для изготовления корпусов элетроустановочной арматуры. Изделия из фенопластов почти не подвержены старению и устойчивы к действию плесени. Для устранения хрупкости новолачные смолы модифицируют нитрильным каучуком, ПВХ, полиамидными смолами.

Изделия из фенопластов обладают хорошей влагостойкостью, масло- и бензостойкостью, высокой стойкостью к действию кислот и других химических реагентов, но недостаточно стойки к действию щелочей и концентрированных кислот. При длительном соприкосновении, особенно с горячей водой, они выделяют фенол и формальдегид, поэтому изготавливать пищевую посуду из них нельзя.

Недостатками фенопластов является их слабая светостойкость, запах. Это связано с содержанием в них свободного фенола. Окисляясь на воздухе, фенолы образуют окрашенные соединения. Вследствие этого фенопласты становятся красно-коричневого цвета (пятнами). Этим же недостатком обладают лаковые пленки на основе ФФС. Поэтому изделия из ФФС обычно окрашивают в коричневый и черные цвета.

20. Аминоальдегидные смолы, свойства, методы получения изделий из них. Наиболее известные аминоформальдегидные смолы получают поликонденсацией мочевины (карбамида) и меламина с формальдегидом. Все пластмассы на их основе называют аминопластами. В процессе поликонденсации с избытком формальдегида образуются термореактивные смолы, способные отверждаться при нагревании (130-140 С), т. е. приобретать трехмерносшитую структуру. В начальной стадии поликонденсации они имеют линейное строение, а поэтому растворимы даже в воде и образуют сиропообразные растворы.

В присутствии специальных катализаторов (щавелевая кислота) ААС постепенно приобретают трехмерную структуру даже без нагревания, после чего становятся неплавкими и нерастворимыми продуктами.

Аминопласты обладают высокой теплостойкостью и влагостойкостью. По многим свойствам аминопласты аналогичны фенопластам. Они обладают большой твердостью (30-35), высокой механической прочностью, хотя несколько хрупки. Аминопласты не горят, но при температурах выше 200 С термически деструктируются и постепенно обугливаются, выделяя продукты распада в виде аммиака, аминов, формальдегида и др. Они устойчивы к действию воды, слабых кислот и щелочей, нефтепродуктов и растворителей. Аминопласты относительно устойчивы к действию плесневых грибков. Менее устойчивы к действию сильных кислот и щелочей, которые вызывают их разрушение. Существенное отличие от фенопластов состоит в бесцветности и светостойкости, а также в отсутствии запаха и меньшем выделении при действии воды вредных веществ. Эти свойства обусловливают возможность применения аминопластов в изделиях для пищевых продуктов (но не горячей пищи).

На основе мочевино- и меламиноформальдегидных смол изготовляют прессовочные порошки, слоистые материалы, пенопласты, клеи и лаки. Технологическая переработка аминопластов в изделия осуществляется методом горячего прессования.

Аминопласты применяют для изготовления разнообразных изделий народного потребления (посудохозяйственных, галантерейных, культтоваров и др.). Все они обычно имеют окраску светлых и ярких тонов. Этому благоприятствует бесцветность и прозрачность мочевино- и меламиноформальдегидных смол. В зависимости от содержания красителей, пигментов и наполнителей из аминопластов вырабатывают несколько просвечивающие (при малой толщине стенок) или совсем непрозрачные изделия. Белые непрозрачные изделия изготовляют с применением литопона и серно-кислого бария. В пресс-порошки для изделий ярких цветов кроме литопона добавляют соответствующие органические красители.

21. Полиэфирные полимеры (полиэтилентерефталат, поликарбонат). Свойства, области применения.Полиэфирные смолы получают поликонденсацией многоатомных спиртов с многоосновными кислотами или их ангидридами. По химической природе полиэфирные смолы являются полимерными сложными эфирами, поэтому и названы полиэфирами. В качестве пластмасс используются главным образом термопластичные полиэфиры линейного строения, получаемые из двухосновных кислот и двухатомных спиртов – полиэтилентерефталат и поликарбонаты.

Полиэтилентерефталат полиэфир терефталевой кислоты. Этот полимер имеет линейное строение, представляет собой твердый пластик белого или светло-кремового цвета с температурой плавления 260 С. Перерабатывается в изделия методом экструзии или экструзии с раздуванием, либо методом экструзии расплава смолы из нее получают волокна и пленки. Полиэтилентерефталатные волокна (лавсан) под действием горячей воды не теряют своей прочности и формы. Это применяется в производстве несминаемых тканей. Они также устойчивы к действию моли и м/о.

ПЭТФ – кристаллизующийся материал (степень кристалличности не превышает 5%). Со временем эта степень повышается и происходит его кристаллизация, которая приводит к изменению свойств и структуры материала. Он становится жестче. Скорость кристаллизации достигает максимального значения при температуре 80 С (температура стеклования). Максимальная степень кристалличности 40-45%.

ПЭТФ нерастворим в обычных органических растворителях, стоек к действию воды, жиров, масел и многих органических кислот, а также соляной кислоты, но под действием азотной и серной кислот и горячих растворов щелочей постепенно разрушается.

Волокна и пленки из ПЭТФ имеют высокую механическую прочность, хорошие деформационные свойства, характеризуются стойкостью к истиранию. Пленки из ПЭТФ имеют аморфную структуру, являются высокопрозрачными и благодаря этому свойству и высокой прочности используются в качестве фото-, кино- и рентгеновской пленки, подложки для аудио- и видеомагнитных лент, а также упаковки пищевых продуктов, медицинских препаратов и химических реактивов. Высокопрочные лавсановые волокна, напоминающие шерсть, но превосходящие ее по устойчивости к истиранию, находят широкое применение при изготовлении тканей, транспортерных лент, брезентов, рыболовных сетей, бензостойких шлангов и др.

Поликарбонаты представляют собой сложные эфиры угольной кислоты и ароматических диоксисоединений, обладающие наличием не менее двух активных центров. Наибольший интерес представляют линейные ароматические поликарбонаты (в составе которых есть бензольные кольца). Наиболее распространен дифлон, который получается с использованием реакции, в которой участвует фосген (отравляющий газ).

Степень кристалличности ПК невелика (30-40%), они имеют преимущественно аморфную структуру. Характеризуется высокой температурой плавления 220-270 С, хорошей теплостойкостью (150-165 С) и выдающейся морозостойкостью (-100 С). Они стойки к действию воды, разбавленных кислот, щелочей, окислителей, жиров и масел, устойчивы к старению и атмосферным воздействиям. Материал обладает хорошими прочностными свойствами и особенно высокой устойчивостью к ударным нагрузкам в широком интервале температур (-150-200 С). Материалы отличаются высокими диэлектрическими свойствами, хорошей оптической прозрачностью. Детали из этого пластика отличаются большой стабильностью размеров, не деформируются и сохраняют гибкость при низких температурах (-75 С). Горят лишь при высоких температурах и обладают самопогашаемостью. ПК устойчивы к действию УФ-света.

Благодаря комплексу ценных свойств ПК являются одним из самых перспективных видов пластмасс и находят широкое применение для изготовления корпусов радиоаппаратуры, холодильников, магнитофонов, труб, кранов, насосов, болтов, электро- и светотехнической аппаратуры.

Физиологическая безвредность ПК позволяет широко применять их в медицинской промышленности для изготовления корпусов бормашин, зубных протезов, обладающих высокой прочностью и стабильностью размеров, небьющейся медицинской посуды.

Отсутствие запаха и вкуса, высокая ударостойкость, а также безвредность позволяют применять ПК для изготовления посуды для горячей пищи, упаковочной тары, в том числе для хранения и транспортировки пищевых продуктов.

Переработка ПК в изделия осуществляется всеми видами пластической деформации, в том числе и наиболее прогрессивным методом – литьем под давлением (при 260-300 С).

22. Эпоксидные смолы, методы получения смол и изделий на их основе. Основные свойства, области применения.Эпоксидные смолы представляют собой жидкие или твердые полимерные соединения, содержащие в своих молекулах эпоксидную группу. Эти группы благодаря своей высокой реакционной способности обусловливают хорошую адгезию ЭС к различным материалам и взаимодействие с бифункциональными соединениями (диаминами и др.).ЭС эксплуатируются только в отвержденном состоянии. Отверждение проводится как при нагревании, так и при сравнительно низких температурах (комнатных). Отвердителями служат полиамины (для холодного отверждения), либо дикарбоновые кислоты и их ангидриды (для горячего отверждения).

Побочных продуктов с реакции поликонденсации не выделяется, что обусловливает снижение усадки в процессе отверждения. Изделия из ЭС можно получать свободной отливкой в форме без применения дорогостоящего оборудования. Поэтому ЭС широко используют в качестве связующего для наполненных пластиков. Отвержденные ЭС прочны, не хрупки, устойчивы к действию щелочей, моющих средств, окислителей и большинства неорганических кислот. Менее стойки они к воздействию органических кислот и некоторых растворителей (кетонов и хлорированных углеводородов).

Ценными свойствами ЭС являются их высокая влагостойкость, химическая стойкость и исключительная адгезионная способность. Это обусловило их использование для приготовления влагостойких и химически стойких лаков, клеев универсального применения, а также цементов, шпатлевок и т. п. Высокая адгезионная способность ЭС при соединении металлов иногда позволяет заменять пайку и сварку. На основе вязких ЭС и металлических порошков изготавливают цементы для заделки дефектов в металлических деталях. Изделия и покрытия на основе ЭС характеризуются также высокой механической прочностью, хорошими диэлектрическими свойствами и теплостойкостью (до температуры 120 С и выше).