Полиэтилен и его семейство

Гетинакса и древесно-стружечных плит.

Термопластичные и термореактивные полимеры

Термопластами называют полимерные материалы, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом физическом процессе, похожем на повторяющиеся плавление и кристаллизацию, химических изменений не происходит. К термопластам относятся все линейные или слегка разветвленные полимеры.

Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку, реактопласты. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.

Важными примерами этого типа реакций этого типа являются присоединительная полимеризация дивинилбензола или поликонденсация фенола с формальдегидом, приводящая к образованию фенолоформальдегидной смолы.

Рис. 17. Фенолформальдегидные смолы используются для получения

В 1933 г., проводя эксперименты по получению стирола из смеси бензола с этиленом при высоком давлении, исследователи выделили из продуктов реакции вязкую прозрачную массу — первый образец полиэтилена. Для осуществления радикальной полимеризации этилена в качестве инициатора используется кислород. Смесь этилена с кислородом, в которой содержание кислорода составляет 0,01 %, нагревают до 200 °С под давлением 1000 атм, при этом получается полиэтилен высокого давления.

Макромолекулы такого полимера имеют много разветвлений в цепи, и потому материал характеризуется малой степенью кристалличности и невысокой прочностью. В 1954 г. Карл Циглер и Джулио Натта открыли новый металлоорганический катализатор, благодаря чему им удалось осуществить ионную полимеризацию полиэтилена при атмосферном давлении и температуре 60 °С. Полимеризацию этилена при низком давлении часто проводят в смеси с высшими алкенами: бутеном-1; гексеном-1; 4-метилпентеном-1 и др. У полиэтилена этого вида в молекулах очень мало разветвлений, он регулярный, кристаллический и прочный.

У полиэтилена низкого давления большая степень полимеризации: она достигает 300 000; а у полиэтилена высокого давления — 50 000.

Рис. 18.Изделия из полиэтилена.

Полиэтилен — один из самых распространённых синтетических полимеров. Это и всем известная полиэтиленовая плёнка — прекрасный упаковочный материал, и не поддающиеся коррозии полиэтиленовые трубы, и лёгкая, удобная в обращении посуда.

Ближайший гомолог этилена — пропилен. В 1955—1956 гг. Джулио Натте удалось получить полипропилен регулярного строения методом ионной полимеризации, используя комплексный катализатор на основе триэтилалюминия (С₂Н₅)₃Аl и тетра-хлорида титана ТiCl₄.

…—СН₂—СН—СН₂—СН—СН₂—СН—….

l l l

СН₃ СH₃ СН₃

Этот родственник полиэтилена обладает ценными свойствами: у него высокая температура размягчения (около 170°С), повышенные жёсткость и прочность по сравнению с полиэтиленом. Благодаря этим свойствам, а также доступности исходного мономера, полипропилен применяют при изготовлении трубопроводов, химической аппаратуры и различных предметов домашнего обихода.

Рис. 19.Изделия из полипропилена.

При замещении одного из атомов водорода в молекуле этилена на бензольное ядро образуется новая «заго­товка» для получения полимеров — винилбензол (стирол)

СН₂=СН—С₆Н₅.

Радикальная полимеризация стирола приводит к образованию нерегулярного полистирола.

…— СН₂—СН—— СН₂—СН—…

l l

С₆Н₅ С₆Н₅

В таком полимере нерегулярные макромолекулы, содержащие объёмные неполярные заместители, не могут образовывать кристаллы. Поэтому полистирол легко плавится и растворяется во многих органических жидкостях, а при комнатной температуре находится в аморфном состоянии. При 100 °С полистирол размягчается, а при 185 °С — превращается в вязкую жидкость.

Рис. 20.Изделия из полистирола.

Полистирол получил широкое распространение из-за своей дешевизны и лёгкости обработки. Однако есть у него один серьёзный недостаток — это очень непрочный и хрупкий материал. Прозрачные корпуса авторучек, коробки для кассет и лазерных дисков, детские игрушки, сувениры и другие предметы, для которых не требуется высокой прочности материала, — все они изготовлены из полистирола.

При замене в этилене атома водорода на хлор образуется ещё один мономер — винилхлорид СН₂=СН—С1. При радикальной полимеризации винилхлорида в присутствии органических пероксидов получается поливинилхлорид

—СН—СН₂—СН—СН₂—

l l

Сl Сl

Активное практическое использование поливинилхлорида (сокращённо ПВХ) началось сравнительно недавно — только с середины XX в, когда учёным удалось найти специальные вещества — стабилизаторы, увеличивающие стойкость ПВХ к действию тепла и света. Новый материал — пластифицированный поливинилхлорид получил широкое распространение. Сейчас из него делают изоляцию для электрических проводов — здесь он вытеснил более горючую и менее химически стойкую резину. Дождевые плащи, игрушки, паркетные плитки, искусственная кожа — вот далеко не полный список предметов повседневного обихода, сделанных из «старейшего» полимера — ПВХ.

Рис. 21.Изделия из поливинилхлорида

Если заменить все атомы водорода в молекуле этилена на атомы фтора, то этилен превратится в тетрафторэтилен CF₂=CF₂, полимеризацией которого химики-технологи получили первую фторсодержашую пластмассу (фторопласт).

…— СF₂— CF₂—…

Политетрафторэтилен, названный впоследствии тефлоном, по многим механическим, физическим, химическим свойствам, превосходит не только полиэтилен, но и все остальные известные полимеры. Этот материал безразличен к действию любых растворителей и имеет необычно высокую температуру размягчения, равную 327 °С. А разложение тефлона начинается

при рекордной для полимеров температуре — 425С!

Политетрафторэтилен

Рис.22. Тефлон и некоторые примеры его использования.

Тефлон обладает непревзойдённой химической стойкостью: он совершенно не горит, на него не действуют концентрированные кислоты и щёлочи, даже такие химически агрессивные вещества, как галогены, царская водка и фтороводородная кислота. Этот замечательный материал незаменим при изготовлении химической аппаратуры для агрессивных сред, негорючей электроизоляции, а также подшипников и деталей, не требующих смазки. Тефлоновой плёнкой покрывают металлическую посуду и гладящую поверхность утюгов. В сковороде с таким покрытием никогда не пригорит еда, а к утюгу ничего не прилипнет.

Дата добавления: 2017-01-13