Лекция № 17. Тема: Полимеры и пластмассы

Тема: Полимеры и пластмассы

Полимерами называют химические вещества, образованные соединением нескольких, иногда очень многих одинаковых молекул без существенного изменения их структуры.

Пластмассы – это материалы, в состав которых входят полимеры – органические вещества с высоким молекулярным весом.

Полимеры являются основой пластических масс. Пластификаторы вводят в пластмассу для придания ей большей пластичности, что в некоторых случаях является необходимым для изделия. Пластификаторы должны растворять связующее вещество, быть химически инертными и мало летучими.

Наполнители придают пластмассам твердость, легкость и др. свойства.

Изделия из пластмассы обладают малым объемным весом от 20 до 2200 кг/м³ и высокой прочностью. Например, у текстолита предел прочности при разрыве достигает 150 МПа, у древопластиков – 350 МПа.

Полимеры получают путем химических превращений на основе реакций поликонденсации или полимеризации простейших химических веществ, получаемых из столь доступных видов сырья, как каменных уголь, известь, воздух, нефть и т.п.

Количество видов полимеров очень велико и постепенно увеличивается.

Все высокомолекулярные вещества, применяемые в пластмассах, делят на четыре класса А, Б, В, Г. Способ получения А – полимеризацией, Б – поликонденсацией, В – модификацией природных полимеров, Г – путем деструктивной перегонки органических веществ.

Высокомолекулярные вещества класса Г – это природные и нефтяные битумы, каменноугольные дегти, пеки и масла.

Полимеры класса В, получаемые изменением свойства природных полимеров, очень мало применяют в строительстве.

Полимеры различно ведут себя при нагревании. Например, имеющие линейное строение, при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают. Их называют термопластичными полимерами.

Полимеры, имеющие пространственное строение молекул после затвердевания, не могут повторно обратимо расплавляться и затем снова затвердевать. Они носят название термореактивных полимеров.

Главнейшие из этих синтетических полимеров, применяемых в строительстве следующие.

Полимеризационные полимеры класса А

Полиэтилен – – его получают путем полимеризации этилена. Исходный продукт для производства полиэтилена – технический этилен – имеет формулу . Этилен – бесцветный газ со слабым эфирным запахом, горит он светящим пламенем. Имеет температуру плавления 100 °С и плавится при температуре 115 °С, он не растворим на холоде и в обычных условиях. Предел прочности при разрыве 10–20 МПа.

Полипропилен получают полимеризацией пропилена . В результате полимеризации пропилена, продолжающейся 5–6 часов при 65–70 °С и давлении 10–12 атм., выпадает белый порошок – полипропилен. Удельный вес – 9,0 Н/см³; температура размягчения 164–168 °С; предел прочности при разрыве 30–35 МПа; удельная ударная вязкость 80 кГсм/см². Применяют для изготовления труб и пленок.

Поливинилхлорид получают путем полимеризации винилхлорида . Удельный вес 14 Н/см³; предел прочности при растяжении – 50 МПа; удельная ударная вязкость 100 кГсм/см².

Полиизобутилен – эластичный каучукоподобный материал, высокомолекулярный продукт полимеризации изобутилена. Изобутилен – бесцветный газ, получаемый из побочных продуктов крекинга нефти. Для получения полиизобутилена реакцию проводят при температурах около – 100 °С в присутствии растворителя (жидкого этилена с температурой – 104 °С) и катализаторов (трехфтористого бора ).

Полистирол получают полимеризацией стирола (). Стирол – бесцветная жидкость. Он не растворим в воде, но растворим в спирте, эфире.

Поливинилацетат получают полимеризацией винилацетата . Слабо набухает в воде и не устойчив к действию кислот и щелочей, при нагревании свыше 150 °С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Предел прочности при разрыве – 50 МПа. Применяют при производстве лаков и мастики.

Поликонденсационные полимеры класса Б

Фенолоальдегидные полимеры получают путем реакции поликонденсации фенола и альдегида. Применяют фенолоальдегидные полимеры для производства клеев, древесноволокнистых и древесностружечных плит, водостойкой фанеры и т.д.

Карбомидные полимеры получают полуконденсацией амидо-формальдегида. К амидо-формальдегидньм полимерам относят мочевино-формальдегидные (карбомидные) и меламино-формальдегидные.

Карбомидные полимеры широко применяют для получения лаков, клеев, пористых материалов и т.д.

Полиэфиры получают поликонденсацией глицерина и фталевого ангидрида. Глицерин – простейший спирт трехатомный (), фталевый ангидрид () – органическое соединение, продукт отщепления молекулы воды от ортофталевой кислоты. Применяют для лаков, эмалей и шпаклевок.

Полиуретаны получают при конденсации технических полиуретанов из гексаметилендиизоционата – и бутандиола – . Из полиуретанов изготовляют антикоррозионные лаки; их применяют для склейки фанеры, для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов.

Кремнийорганические полимеры получают путем полуконденсации органических и минеральных материалов. Силикатные полимеры, имеющие кремний-кислородную так называемую силоксиновую связь, характерную для силикатных полимеров, придают им твердость и жесткость, в то время как углеродистые способствуют получению гибких, пластичных и эластичных веществ. Они обладают тепловой и химической стойкостью. Кремнийорганические полимеры обладают теплостойкими и гидрофобными свойствами. На основе этих полимеров создано много видов лаков и эмалей, жаростойких и атмосферостойких изделий.

Эпоксидные полимеры (полиэпоксиды) получают при поликонденсации эпихлоргидрина с веществами, имеющими подвижный атом водорода (фенолами, спиртами и аминами). Типичными представителями этих полимеров могут служить полиэпоксиды, получаемые из эпихлоргидрина и диоксидифенолпропана. Они легки, прочны, обладают высокой адгезией к металлам, малой усадкой при отвердении, стойкостью к действию многих химических реагентов и хорошо сочетаются с другими полимерами. Они растворяются в спирте или ацетоне. Выпускает промышленность эпоксидные полимеры марок ЭД-5, ЭД-6 (жидкие), ЭД-13 и ЭД-15 (твердые) с молекулярным весом от 4000 до 20000 Н/см³.

Литература

Воробьев В.А. Строительные материалы. М.: "Высшая школа", 1973.– 375 с.

Самедов А.М. Эффективные строительные конструкции из керамических камней. Киев: "Будовельник", 1979.– 123 с.

Самедов A.M. Перлитокерамические изделия. М.: Стройиздат, 1985.– 196 с.

Самедов A.M. Деформирование и разрушение конструкций при термосиловых воздействиях. М.: Стройиздат, 1989.– 432 с.

Дата добавления: 2014-01-11