Исследование после пожара материалов на основе искусственных и синтетических полимеров

Материалы на основе синтетических полимеров, к которым относятся большинство современных пластмасс и резин, находят все большее применение в самых разнообразных областях: строительстве, автомобиле-, судо- и авиастроении, производстве бытовой техники и предметов обихода. Обусловлено это, прежде всего высокими эксплуатационными характеристиками таких материалов, их относительной доступностью и дешевизной, а также возможностью варьирования свойств в зависимости от предъявляемых требований. Поэтому пластмассы и резины составляют значительную часть пожарной нагрузки как в зданиях и сооружениях, так и на транспорте, и, следовательно, становятся одними из основных объектов исследования при проведении экспертиз, связанных с расследованием чрезвычайных ситуаций, в частности пожаров.

Пластмассы – материалы, представляющие собой композицию полимера (олигомера) с различными ингредиентами. В них полимер объединяет компоненты в единое целое и поэтому часто называется связующим.

Свойства пластмасс определяются видом и соотношением компонентов. В одних случаях пластмассы состоят из полимера с небольшими количествами (до 10%) добавок вспомогательных веществ (красителей, стабилизаторов). В других случаях кроме полимера и вспомогательных добавок пластмассы могут содержать пластификатор (до 45%) и значительное количество (до 95%) наполнителей. Последние придают пластмассам повышенную прочность, позволяют регулировать термодеформационные характеристики и могут придавать такие специфические свойства как электропроводность, магнитовосприимчивость, антифрикционность и т.п.

Резины – эластичные материалы, продукты химического взаимодействия (вулканизации) каучуков натуральных или синтетических с вулканизирующими агентами (серой, тиурамом, диазосоединениями и т.п.). Резины от пластмасс отличает способность к большим обратимым деформациям. Промышленные марки резин, как и большинство пластмасс, представляют собой сложные композиционные материалы, содержащие помимо высокомолекулярного вещества множество низкомолекулярных добавок, таких как наполнители, красители, стабилизаторы и т.п.

Поскольку современный ассортимент полимерных материалов весьма широк, для исследования при экспертизах пожаров весьма важно знать их классификацию по различным признакам. В первую очередь полимерные материалы можно классифицировать по природе высокомолекулярных соединений (полимеров и олигомеров), входящих в их состав.

Полимеры – природные или синтетические высокомолекулярные, чаще всего органические, вещества, молекулы которых содержат повторяющиеся структурные группировки, звенья. Полимеры имеют молекулярную массу от 5∙10³ до 5∙10⁵. Олигомеры отличаются от полимеров меньшей молекулярной массой (до 5∙10³), поэтому их свойства зависят от количества повторяющихся звеньев в цепи макромолекул, что не характерно для полимеров.

Основными признаками, по которым осуществляется классификация полимеров и олигомеров, являются их происхождение, химический состав, физическая организация.

По происхождению полимеры делятся на три группы: природные, искусственные и синтетические. К природным полимерам относятся целлюлоза, которая является основой древесины, хлопка, льна; натуральный каучук; белки; сюда же относятся биополимеры, являющиеся основой клеток живых организмов.

Искусственные полимеры получают в результате химической обработки природных высокомолекулярных соединений. Например, взаимодействием целлюлозы с уксусной кислотой получают ацетаты целлюлозы, а при воздействии на нее азотной кислоты получают нитроэфиры целлюлозы.

К синтетическим полимерам относятся высокомолекулярные соединения, получаемые из мономеров в результате химических реакций полимеризации или поликонденсации, сюда же относятся вещества, полученные химической модификацией синтетических полимеров. Этот класс высокомолекулярных соединений является наиболее многочисленным.

Важнейшим классификационным признаком всех полимеров является химический состав. В зависимости от элементного состава полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические.

Главная цепь органических полимеров состоит главным образом из атомов углерода, а также может содержать кислород, азот и серу. Боковые группы помимо перечисленных атомов и водорода могут содержать галогены. Если основная цепь органических полимеров состоит только из атомов углерода, полимеры называют карбоцепными. К ним относятся такие широко распространенные полимеры как:

1) полиэтилен -[CH₂-CH₂]_n-

2) полипропилен -CH₂-CH -

CH_{2 n}

3) поливинилхлорид -CH₂-CH-

Cl, _n

4) полистирол - CH₂-CH -

C₆H_{5 n}

и многие другие.

Гетероцепные полимеры содержат в основной цепи макромолекул помимо углерода кислород, азот или серу и, в зависимости от входящего гетероатома, делятся соответственно на кислород-, азот- или серусодержащие. Среди наиболее известных кислородсодержащих гетерогенных полимеров можно упомянуть полиэтилентерефталат:

~ C- - C - O – (CH₂)₂ –O ~

|| ||

O O _n

Он широко применяется при изготовлении прозрачных бутылок для пищевых продуктов, из него же изготавливаются прочные волокна (лавсан), применяемые в производстве рыболовных сетей, тканей для одежды, пожарных рукавов, брезентов.

Среди азотсодержащих гетерогенных полимеров наиболее известны полиамиды, к ним относятся полимеры, содержащие амидную группу:

-CONH₂ или –СО-NH-

из которых, в частности, делают волокна, такие как нейлон и капрон. К этой же группе веществ относятся и полиуретаны:

~ R – NH – C – O ~

||

O

Они нашли широкое применение при изготовлении мягкой мебели (всем известный поролон) и теплоизоляционных материалов.

Неорганические полимеры не содержат в основной цепи углерода, к ними относятся, например, полисиланы, основная цепь которых формируется атомами кремния или силикаты, в которых помимо кремния основная цепь содержит атомы кислорода.

К элементоорганическим относятся полимеры, которые содержат помимо углерода в основной цепи или боковых группах отличные от кислорода, азота и серы атомы, например, кремний, алюминий, титан, фосфор. Среди элементоорганических полимеров наиболее распространены соединения кремния.

Классификация по химическому составу непосредственно связана с решением аналитических задач. Наличие или отсутствие тех или иных атомов в полимере или продуктах его деструкции является ценной информацией при установлении групповой принадлежности материала.

Свойства полимерных материалов в значительной степени зависят от физической организации, входящих в их состав полимеров, которые могут быть линейными, разветвленными и сшитыми. Физическая организация макромолекул полимеров формирует важнейшие понятия, определяющие особенности полимеров при нагревании, а именно – термопластичность и термореактивность.

Термопластичные полимеры состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями, которые исчезают при нагревании и восстанавливаются при охлаждении. Если при нагревании ковалентные связи не разрушаются и, следовательно, сохраняется неизменность химического состава полимера, то после охлаждения и затвердевания расплава восстанавливаются и физические свойства полимера. Температура, при которой термопластичный полимер переходит в текучее состояние, называется температурой текучести. Для кристаллических полимеров она совпадает с температурой плавления. Ее значение зависит от структуры полимера и его молекулярной массы. В таблице 1 приведены данные по температуре текучести (плавления) и области применения широко распространенных термопластичных полимеров. Здесь нужно заметить, что поскольку входящие в состав полимерного материала макромолекулы могут значительно различаться по молекулярной массе, характеристики полимеров, в том числе и температурные,

Таблица 1.

Дата добавления: 2014-11-29