Повідомлення про історію відкриття синтетичного полімеру. Історія розвитку промисловості переробки полімерів

Перші згадки про синтетичні полімери відносяться до 1838 (полівініліденхлорид) та 1839 (полістирол). Ряд полімерів, можливо, було отримано ще першій половині 19 століття. Але на той час хіміки намагалися придушити полімеризацію і поликонденсацию, які вели до “осмолення” продуктів основний хімічної реакції, тобто. до утворення полімерів (полімери і зараз часто називають "смолами")

У 1833 р. І. Берцеліусом для позначення особливого виду ізомерії вперше був застосований термін "полімерія". У цій ізомерії речовини (полімери), що мають однаковий склад, мали різну молекулярну масу, наприклад етилен і бутилен, кисень і озон. Однак той термін мав дещо інший сенс, ніж сучасні уявлення про полімери. "Істинні" синтетичні полімери на той час ще не були відомі.

А.М.Бутлеров вивчав зв'язок між будовою та відносною стійкістю молекул, що проявляється в реакціях полімеризації. Після створення А.М.Бутлеровим теорії хімічної будови виникла хімія полімерів. Наука про полімери набула свого розвитку головним чином завдяки інтенсивним пошукам способів синтезу каучуку. У цих дослідженнях брали участь вчені багатьох країн, такі як: Г.Бушарда, У.Тілден, німецький вчений К Гаррієс, І.Л.Кондаков, С.В.Лебедєв та інші. Велику роль розвитку уявлень про поліконденсації зіграли роботи У.Карозерса

У 30-х роках було доведено існування вільнорадикального та іонного механізмів полімеризації.

З початку 20-х років 20 століття Г.Штаудінгер став автором принципово нового уявлення про полімери як про речовини, що складаються з макромолекул, часток надзвичайно великої молекулярної маси. До цього передбачалося, що такі біополімери, як целюлоза, крохмаль, каучук, білки, а також деякі синтетичні полімери, подібні до них за властивостями (наприклад, поліізопрен), складаються з малих молекул, що володіють незвичайною здатністю асоціювати в розчині комплекси колоїдної природи завдяки нековалентним зв'язкам (теорія "малих блоків"). Однак відкриття Г.Штаудінгера змусило розглядати полімери як якісно новий об'єкт дослідження хімії та фізики.

Полімери- це хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості угруповань, що повторюються (мономірних ланок). Атоми, що входять до складу макромолекул, з'єднані один з одним силами головних та (або) координаційних валентностей

Класифікація полімерів.

Полімери можна класифікувати за походженням полімери. Вони діляться на природні (біополімери) та синтетичні. До біополімерів можна віднести білки, нуклеїнові кислоти, природні смоли, а до синтетичних полімерів - поліетилен, поліпропілен, феноло-формальдегідні смоли.

Полімери класифікуються ще й за розташуванням атомів у макромолекулі. Атоми або атомні групи можуть розташовуватися в макромолекулі у вигляді:

відкритого ланцюга або витягнутої в лінію послідовності циклів (лінійні полімери, наприклад, натуральний каучук);

ланцюги з розгалуженням (розгалужені полімери, наприклад амілопектин), тривимірної сітки (зшиті полімери, наприклад, епоксидні смоли, затверділі)

Полімери, молекули яких складаються з однакових мономерних ланок, називаються гомополімерами (до них відносять: полівінілхлорид, полікапроамід, целюлоза)

З точки зору хімічної структури полімерів, що використовуються в тепличних господарствах такого роду, можна відзначити переважне використання іє поліетиленунепластифікованого полівінілхлоридуі в м вінь шей м ре підлогаі амідів.Поліетиленові плівки відрізняються кращою світлопроникністю, кращими властивостями міцності, але гіршою погодостійкістю і порівняно високими тепловтратами. Вони можуть справно служити лише 1-2 сезони. Поліамідні та інші плівки поки що застосовуються порівняно рідко.

Інша сфера широкого застосування полімерних матеріалів сільському господарстві - меліорація. Тут і різноманітні форми труб і шлангів для поливу, особливо для найпрогресивнішого в даний час краплинного зрошення; Тут і перфоровані пластмасові труби для дренажу. Цікаво відзначити, що термін служби пластмасових труб у системах дренажу, наприклад, у республіках Прибалтики у 3-4 рази довше, ніж відповідних керамічних труб. До того ж використання пластмасових труб, особливо з гофрованого полівінілхлориду, дозволяє майже повністю виключити ручну працю під час прокладання дренажних систем.

Два інших основних напрями використання полімерних матеріалів сільському господарстві - будівництво, особливо тваринницьких приміщень, і машинобудування

Вівці у синтетичних шубах

Вівця, як відомо, тварина нерозумна. Особливо – меринос. Адже знає, що шерсть потрібна господареві чистої, а все-таки то в пилюці зникає, то, продираючись по кущах, колючок на себе начіпляє. Мити і чистити овечу вовну після стрижки - процес складний і працяе до й. Щоб спростити його, щоб захистити шерсть від за забруднень,австралійські вівчарі винайшли попону з поліетиленової тканини. Надєвають е на ов цу сраз попісля стрижки, затягують реіновими застібками. Вівця росте, і шерсть на ній росте, розпирає попону, а гумки слабшають, попона весь час як за міркою пошита. Але біда: під австралійським сонцем сам поліетилен крихким стає. І з цим впоралися за допомогою аміннихстабілізаторів. Залишилося ще привчити вівцю не рвати поліетиленову тканину об колючки та паркани

Нумеровані тварини

Починаючи з 1975 року всю велику рогату худобу, а також вівці та кози в державних господарствах Чехословаччини повинні носити у вухах своєрідні сережки - пластмасові таблички із зазначенням основних даних про тварин. Ця нова форма реєстрації тварин повинна замінити раніше таврування, що застосовувалося, що визнано фахівцями негігієнічним. Мільйони пластмасових табличок повинні випускати артілі місцевої промисловості

Мікроб - годувальник

Комплексне завдання очищення стічних вод целюлозно-паперового виробництва та одночасного виробництва кормів для тваринництва вирішили фінські вчені. Спеціальну культуру мікробів вирощують на відпрацьованих сульфітних лугах у спеціальних ферментаторахпри 38°, одночасно додаючи туди аміак. Вихід кормового білка становить 50-55%; його з апетитом поїдають свині та свійський птах

Синтетична трава

Традиційно прийнято багато спортивних заходів проводити на майданчиках із трав'яним покриттям. Футбол, теніс, крокет... На жаль, динамічний розвиток спорту, пікові навантаження біля воріт чи сітки призводять до того, що трава не встигає підрости від одного змагання до іншого. І жодні хитрощі садівників не можуть із цим

впоратися. Можна, звичайно, проводити аналогічні змагання на майданчиках, скажімо, з асфальтовим покриттям, але як бути з традиційними видами спорту? На допомогу прийшли синтетичні матеріали. Поліамідну плівку товщиною 1/40 мм (25 мкм) нарізають на смужки шириною 1,27 мм, витягають їх, звивають, а потім переплітають так, щоб отримати легку об'ємну масу, що імітує траву. Щоб уникнути пожежі до полімеру заздалегідь додають вогнезахисні засоби, а щоб з-під ніг у спортсменів не посипалися електричне іскри-антистатик. Килимки з синтетичної трави наклеюють на підготовлену основу - і ось зам готовий трав'яний корт або футбольне поле, або інший спортивний майданчик. А в міру зношування окремі ділянки ігрового поля можна замінювати на нові килимки, виготовлені за тією ж технологією і того ж зеленого кольору.

Полімери в машинобудуванні

Нічого дивного в тому, що ця галузь - головний споживач чи не всіх матеріалів, які виготовляють у нашій країні, зокрема й полімерів. Використання полімерних матеріалів у машинобудуванні зростає такими темпами, які не знають прецеденту у всій людській історії. Наприклад, в 1976 1. машинобудування нашої країни спожило 800000 т пласт мас, а 1960 р. - всього 116 000 т. У цьому цікаво відзначити, що десять років тому у машинобудування направлялося 37-38% всіх випускаються нашій країні пластмас , А 1980 р. частка машинобудування у використанні пластмас знизилася до 28%. І справа тут не в тому, що могла б знизитися потреба, а в тому, що інші галузі народного господарства стали застосовувати полімерні матеріали в сільському господарстві, у будівництві, в легкій та харчовій промисловості, ще більш інтенсивно.

При цьому доречно відзначити, що останніми роками дещо змінилася і функція полімерних матеріалів у будь-якій галузі. Полімерам стали довіряти все більш відповідальні завдання. З полімерів стали виготовляти все більше щодо дрібних, але конструктивно складних і відповідальних деталей машин і механізмів, і в той же час все частіше полімери стали застосовуватися у виготовленні корпусних великогабаритних деталей машин і механізмів, що несуть значні навантаження. Нижче буде докладніше розказано про застосування полімерів в автомобільній та авіаційній промисловості, тут же згадаємо лише один примітний факт: кілька років тому по Москві ходив цільнопластмасовий трамвай. А ось інший факт: чверть усіх дрібних суден – катерів, шлюпок, човнів – тепер будується із пластичних мас

Донедавна широкому використанню полімерних матеріалів у машинобудуванні перешкоджали два, здавалося б, загальновизнані недоліки полімерів: їх низька (у порівнянні з марочними сталями) міцність і низька теплостійкість. Рубіж властивостей міцності полімерних матеріалів вдалося подолати переходом до композиційних матеріалів, головним чином скло і вуглепластиків. Тож тепер вираз “пластмаса міцніший за сталі” звучить цілком обґрунтовано. У той же час полімери зберегли свої позиції при масовому виготовленні величезної кількості тих деталей, від яких не вимагається особливо високої міцності: заглушок, штуцерів, ковпачків, рукояток, шкал і корпусів вимірювальних приладів. Ще одна область, специфічна саме для полімерів, де найчіткіше виявляються їх переваги перед будь-якими іншими матеріалами, - це область внутрішньої та зовнішньої обробки

Те саме можна сказати і про машинобудування. Майже три чверті внутрішньої обробки салонів легкових автомобілів, автобусів, літаків, річкових та морських суден та пасажирських вагонів виконується нині з декоративних пластиків, синтетичних плівок, тканин, штучної шкіри. Більше того, для багатьох машин та апаратів лише використання антикорозійної обробки синтетичними матеріалами забезпечило їхню надійну, довготривалу експлуатацію. Приміром, багаторазове використання виробу в екстремальних фізико-технічних умовах (космосі) забезпечується, зокрема, тим, що вся його зовнішня поверхня покрита синтетичними плитками, приклеєними до того ж синтетичним поліуретановим або поліепоксидним клеєм. А чи апарати для хімічного виробництва? У них усередині бувають такі агресивні середовища, що жодна марочна сталь не витримала б. Єдиний вихід - зробити внутрішнє облицювання з платини або плівки фторопласту. Гальванічні ванни можуть працювати тільки за умови, що вони самі та конструкції підвіски покриті синтетичними смолами та пластиками.

Широко застосовуються полімерні матеріали й у галузі народного господарства, як приладобудування. Тут отримано найвищий економічний ефект у середньому у 1,5-2,0 рази вище, ніж у інших галузях машинобудування. Пояснюється це, зокрема тим, що більшість полімерів переробляється в приладобудуванні найпрогресивнішими способами, що підвищує рівень корисного використання (і безвідходність відходів) термопластів, збільшує коефіцієнт заміни дорогих матеріалів. Поряд із цим значно знижуються витрати живої праці. Найпростішим і дуже переконливим прикладом може бути виготовлення друкованих схем: процес, не мислимий без полімерних матеріалів, і навіть автоматизований

Є й інші підгалузі, де використання полімерних матеріалів забезпечує економію матеріальних і енергетичних ресурсів, і зростання продуктивність праці. Майже повну автоматизацію забезпечило застосування полімерів у виробництві гальмівних систем транспорту. Недарма практично всі функціональні деталі гальмівних систем для автомобілів і близько 45% для рухомого залізничного складу робляться з синтетичних прес-матеріалів. Близько 50% деталей обертання та зубчастих коліс виготовляється із міцних конструкційних полімерів. В останньому випадку можна відзначити дві різні тенденції. З одного боку все частіше з'являються повідомлення про виготовлення зубчастих коліс для тракторів з капрону. Уривки риболовних мереж, що відслужили своє, старі панчохи і плутанку капронових волокон переплавляють і формують у шестірні. Ці шестерні можуть працювати майже без зносу в контакті зі сталевими, до того ж така система не потребує мастила і майже безшумна. Інша тенденція – повна заміна металевих деталей у редукторах на деталі з вуглепластиків. У них також відзначається різке зниження механічних втрат, тривалість терміну служби

Ще одна область застосування полімерних матеріалів у машинобудуванні, гідна окремої згадки, - виготовлення металорізального інструменту. У міру розширення використання міцних сталей і сплавів все більш жорсткі вимоги пред'являються до інструменту, що обробляє. І тут теж на виручку інструментальникові та верстатнику приходять пластмаси. Але не зовсім звичайні пластмаси надвисокої твердості, такі, які сміють посперечатися навіть із алмазом. Король твердості, алмаз, ще не скинутий зі свого трону, але справа йде до того. Деякі оксиди (наприклад, з роду фіанітів), нітриди, карбіди, вже сьогодні демонструють не меншу твердість, та ще й більшу термостійкість. Вся біда в тому, що вони поки ще дорожчі, ніж природні та синтетичні алмази, та до того ж їм властивий "королівський порок" - вони здебільшого крихкі. Ось і доводиться, щоб утримати їх від розтріскування, кожне зернятко такого абразиву оточувати полімерною упаковкою найчастіше із фенолформальдегідних смол. Тому сьогодні три чверті абразивного інструменту випускається із застосуванням синтетичних смол.

Перше місце за темпами зростання застосування пластмас займає зараз автомобільна промисловість. До кінця 70-х років кількість видів пластмас, що використовуються, становила більше 30

Перелік деталей автомобіля, які у наші дні виготовляють із полімерів, дуже широкий. Кузова та кабіни, інструменти та електроізоляція, оздоблення салону та бампери, радіатори та підлокітники, шланги, сидіння, дверцята, капот

Декілька різних фірм за кордоном оголосили про початок виробництва цільнопластмасових автомобілів

За хімічною структурою перші місця за обсягом займають стирольні пластики, полівінілхлорид та поліолефіни. Їх активно наздоганяють поліуретани, поліефіри, акрилати та інші полімери. Найбільш характерні тенденції застосування пластмас для автомобілебудування:

По-перше, це економія матеріалів: безвідходне чи маловідходне формування великих блоків та вузлів

По-друге, завдяки використанню легких та полегшених полімерних матеріалів знижується загальна вага автомобіля, а значить, економитиметься пальне при його експлуатації

По-третє, виконані як єдине ціле, блоки пластмасових деталей суттєво спрощують складання та дозволяють економити живу працю

Полімерні матеріали широко застосовуються в авіаційній промисловості. Наприклад: заміна алюмінієвого сплаву графітопластиком, при виготовленні передкрилка крила літака, скорочує кількість деталей з 47 до 14. Кріплення спрощується - з 1464 до 8 болтів, вага знижується на 22%, а вартість - на 25%. При цьому запас міцності виробу становить 178%

Лопатки вентиляторів реактивних двигунів, лопаті вертольота рекомендується робити з поліконденсаційних смол, наповнених алюмосилікатними волокнами. Це дозволяє знизити вагу літака при збереженні міцності та надійності

При проектуванні першого надзвукового пасажирського літака "Конкорд" перед англо-французькими конструкторами стояло непросте завдання: при терті об атмосферу зовнішня поверхня літака розігріватиметься до 120-150 °С. При такому розігріві потрібно, щоб поверхня не піддавалася ерозії протягом щонайменше 20000 годин. Досить оригінальне вирішення проблеми було знайдено за допомогою покриття поверхневого шару обшивки літака найтоншою плівкою фторопласту.

По англійському патенту № 2047188 покриття несучих поверхонь літаків або лопатей роторів вертольотів шаром поліуретану товщиною всього 0,65 мм в 1,5-2 рази підвищує їх стійкість до дощової ерозії.

Ракета із пластмаси

Вуглепластик застосовується виготовлення оболонки двигуна ракет. Така оболонка має достатню міцність на розтяг та вигин, стійкість до вібрацій та пульсації. На трубу намотується спеціальна стрічка із вуглеволокна. Для цього вона попередньо просочується епоксидними смолами. Після того, як смола затвердіє, допоміжний сердечник забирається і виходить труба з вмістом вуглеволокна понад дві третини. Далі заготовку наповнюється ракетним паливом, до неї приєднується відсік для приладів та фотокамер, і ракета готова до польоту.

Перший шлюз із пластмаси.

Він встановлений на одному з каналів у районі Бигдощі у Польщі. Це перший світовий досвід застосування цільнопластмасового шлюзу. Шлюз дуже добре зарекомендував себе в експлуатації. Пластмасові елементи можуть використовуватися без заміни понад 20 років, а конструкції з дубових балок, що застосовувалися раніше, доводилося міняти кожні 6 років.

Поєднання полімерних матеріалів.

Поєднання двох пластмасових панелей – непросте завдання. Їх можна пригвинтити або приклепати, але для цього необхідно заздалегідь свердлити отвори. Їх можна приклеїти, але тоді необхідно обладнати робоче місце системою вентиляції. Якщо обидві панелі термопластичні, то їх можна приварити, але й тут необхідна вентиляція, тим більше, через локальні перегріви з'єднання може виявитися неміцним і деструктуючим.

Дуже добрий спосіб, а також обладнання для його реалізації, запропонувала французька фірма "Брансон". Для цього використовується генератор ультразвуку потужністю 3 кВт, частотою 20 Кгц, а також "звуководи" та сонотроди. Наконечник сонотрода, вібруючи, проникає крізь верхню деталь, товщина якої може досягати 8 мм. Входячи в нижню деталь, він захоплює з собою розплав верхнього полімеру. При цьому енергія ультразвукових коливань перетворюється на тепло лише на невеликих ділянках, тому виходить точкове зварювання

Походження полімерів

з "Полімери"

З часу утворення Землі понад 4 мільярди років тому в її гігантській лабораторії такі елементи, як вуглець, водень, кисень та азот, поєднувалися у складні молекули. В один прекрасний день це призвело до виникнення найзагадковішого і найчудовішого процесу, званого життям, матеріальною основою походження якого був полімер. Цей полімер - білок - синтезований у Природі із простих хімічних сполук метану, аміаку та вуглекислого газу. Так зародилося життя, і одна з її форм у результаті багатовікового розвитку стала людською. Саме тому майже весь організм людини складається із того ж полімеру. Таким чином, тісний зв'язок Природи з полімерами триває вже кілька мільярдів років (може кілька мільйонів років більше або менше, якщо Ви прихильник великої точності).
У той же час існували й інші природні форми полімерів, такі як деревина, бавовна, целюлоза, крохмаль та ін., які згодом використовувалися людиною. Запитаємо себе, що ж зрештою є найважливішою рушійною силою людського розвитку І відповімо інстинкт виживання. Навіть мільйони років тому основні потреби людини були ті ж, що й зараз їй необхідні були дах і одяг і він повинен був захищати себе. Шкіри тварин були йому потрібні, щоб укрити своє тіло, листя та дерева – щоб збудувати житло, палиці з дерева – як зброю. Таким чином, він використовував природні полімери.
Однак у ході розвитку цивілізації люди шукали дедалі нові шляхи задоволення своїх потреб. Наприклад, якщо раніше одяг виготовляли зі шкур тварин, то зараз для цього застосовують поліефіри. Але і тоді, і зараз людина використовувала полімери або природні у вигляді шкур тварин, або синтетичні у вигляді найлонів і поліефірів - не тільки для задоволення насущних потреб, але і для своїх забаганок.
Тим часом дослідники ХІХ століття наштовхувалися на незрозумілі труднощі при роботі з певними хімічними речовинами. Іноді реакції з такими речовинами призводили до утворення клейких та в'язких матеріалів, які прилипали до стінок пробірок та засмічували клапани хімічного посуду. І тільки геніальність Лео Бакеланда допомогла зрозуміти, що з цих пробірок, що склеїлися, виросте нова галузь хімії і що ці незвичайні матеріали незабаром відчинять двері величезної технологічної скарбниці. У 1909 р. із двох звичайних хімічних речовин (фенолу та формальдегіду) він створює смолу (названу пізніше на його честь бакелітом), здатну формуватися у твердий негорючий виріб. Бакеліт став попередником багатьох інших сучасних синтетичних полімерів. Наприклад, 1912 р. Жак Брандербур-гер винайшов знаменитий прозорий матеріал - целофан. Приблизно в це ж десятиліття з наукових лабораторій всього світу стали з'являтися нові полімери з властивостями, що постійно поліпшуються.
Більшість синтетичних полімерів мають порівняно недавнє походження. Справді, вони з'явилися пізніше, ніж радіо та аероплани, зате як вони змінили наше життя. Чи маємо ми справу з модними галантерейними дрібницями, тканинами, будівельними чи пакувальними матеріалами, полімери завжди знаходяться на передньому краї, надаючи нам необмежений вибір різноманітних виробів.
Вочевидь, що полімери були відкриті раптом. Це плід наполегливих досліджень багатьох енергійних учених, чия робота так збагатила людське життя. Сьогодні ще пізнання в галузі полімерної науки та технології настільки глибоко, що вчений-експериментатор може створити практично необмежене коло нових матеріалів.
Як архітектор вибирає цеглу, каміння, колоди тощо. різної форми, розмірів та малюнка для створення різних проектів, так і хімік отримує незліченні пластмаси, каучуки, пінопласти, волокна та ін., варіюючи різні хімічні сполуки, що реагують у певних умовах. Як приклад можна навести куленепробивний полімер - полікарбонат, який поєднує прозорість скла з міцністю сталі. У майбутньому ми маємо право чекати ще більш неймовірного з'єднання корисних властивостей у міру того, як удосконалюватимуться навички хіміка-полімерника в архітектурі молекул.
Що таке полімери З одного боку, це складні, гігантські молекули, відмінні від низькомолекулярних речовин, таких, як звичайна сіль. Для того, щоб проілюструвати цю відмінність, скажімо лише, що молекулярна вага кухонної солі складає всього 58,5, тоді як молекулярна вага полімеру досягає декількох сотень тисяч. Такі великі молекули, або макромолекули, складаються з великої кількості невеликих молекул. Ці невеликі молекули, що входять в одну велику молекулу, можуть бути однакового, так і різного хімічного складу. Проілюструємо це наступним прикладом. Уявімо собі набір кілець однакового розміру, виготовлених з одного матеріалу. Будучи пов'язаними між собою, вони становлять ланцюжок, який можна розглядати як молекулу полімеру, що складається з молекул однієї й тієї ж хімічної речовини. Якщо взяти кільця різних розмірів, виготовлені з різних матеріалів, то складений з них ланцюжок моделює полімер, побудований з молекул різних речовин. Ці випадки представлені на рис. 1.1.
СОМ (54 X 4000) 200 ТОВ. Саме гігантські розміри полімерних молекул є причиною відмінності їх поведінки від поведінки загальновідомої хімічної речовини, наприклад бензолу. Твердий бензол при 5,5°С плавиться і утворюється рідкий бензол, а при подальшому нагріванні починає кипіти і утворюється бензол газоподібний. На відміну від поведінки простої хімічної сполуки полімер, наприклад, поліетилен, не плавиться при одній певній температурі. Натомість він поступово розм'якшується і, нарешті, перетворюється на дуже в'язку, клейку розплавлену масу. Подальше нагрівання цього гарячого в'язкого полімерного розплаву хоч і призводить до утворення різних газів, але ці гази вже не є поліетиленом (рис. 1.2).
1- додавання кристалів хлориду натрію до води 2 - кристали переходять В розчин, в'язкість розчину майже не відлдається від в'язкості води 3- утворюється насичений розчин солі у воді, надлишок кристалів залишається в нерозчиненому стані.
Як ми вже зазначили, полімер складається з великої кількості дрібних молекул, які, з'єднуючись, утворюють одну довгу і велику молекулу. Окремі маленькі молекули, з яких утворюється полімер, називаються мономерами (що означає - одна частина), а процес, при якому молекули мономерів з'єднуються між собою з утворенням великої молекули полімеру, називається полімеризацією.
Проведемо лише одну аналогію для ілюстрації процесу полімеризації. Діти відпочивають на ігровому майданчику – деякі сидять групами, деякі – поодинці. Раптом з'являється вихователь і велить їм вишикуватися, і діти дуже неохоче підкоряються йому. Однак він змушує їх взятися за руки і утворити довгий ланцюжок. Тепер виникає така проблема. Діти починають пустувати, і деякі з них відмовляються простягнути свою ліву ручку сусідові. Що ж у цьому випадку станеться з ланцюжком Природно, що на неслухняному хлопчику ряд закінчуватиметься, адже він не дає руки своєму сусідові, і ланцюжок розривається.
обидві ручки дитини, необхідні для того, щоб ланцюжок продовжувала рости з обох сторін, є два реакційних центри мономеру, які потрібні для з'єднання мономерних молекул, зростання і утворення величезної молекули полімеру. Слід зазначити, що наявність двох реакційних центрів мономеру (так звана біфункціональність) є необхідною умовою зростання полімерного ланцюга, так само як для зростання ланцюжка, складеного дітьми, необхідно, щоб кожна дитина простягла обидві ручки.
Раніше ми встановили, що полімеризація може протікати за участю одного або декількох мономерів. Якщо молекули мономеру приєднуються одна до одної з утворенням полімеру, цей процес називається полімеризацією приєднання. Мономірні ланки у разі зберігають свою індивідуальність й у полімері. Наприклад, мономерні молекули етилену приєднуються одна до одної з утворенням поліетилену, в якому зберігається структурна ідентичність етилену.
Як при полімеризації, так і при поліконденсації утворююча молекула полімеру містить одну структурну одиницю, що повторюється багаторазово. Ці одиниці, що повторюються, називають мономерними ланками. Розмір полімерної молекули визначається числом одиниць, що повторюються, кількість яких є ступенем полімеризації.
Наприклад, п'ять молекул мономеру етилену приєднуються одна до одної з утворенням молекули поліетилену (рис. 1.4 верхня частина). В даному випадку повторювана одиниця (Hj-СН2) і молекула полімеру складається з п'яти таких одиниць, що повторюються. Отже, ступінь полімеризації дорівнює 5. Аналогічно цьому, якщо чотири молекули гідрокислоти (НО-R-СООН) конденсуються, то утворюється молекула поліефіру. Одиниця, що повторюється в цьому випадку -R-СОО- (див. рис. 1.4, нижня частина). Дана молекула поліефіру має чотири ланки, що повторюються, і, отже, ступінь її полімеризації дорівнює 4.
Полімер - це загальна назва, дана широкому колу матеріалів, що мають високу молекулярну вагу. Ці матеріали існують у найрізноманітніших формах і видах, тому що в їх молекулах є велика кількість різних типів атомів. Полімери можуть мати різні хімічні структури, фізичні властивості, механічну поведінку, термічні характеристики тощо і можуть бути класифіковані по-різному.
Залежно від свого походження полімери бувають природні чи синтетичні. Природними називають полімери, одержані з натуральних матеріалів. Типовими прикладами є бавовна, шовк, шерсть, каучук. Целофан, віскозне волокно, шкіра і т.д. є хімічною модифікацією природних полімерів.
Полімери, синтезовані із низькомолекулярних речовин, називають синтетичними полімерами. Типовими прикладами є поліетилен (ПЕ), полівінілхлорид (ПВХ), поліамід (ПА, найлон) та лавсан.

Полімери

Однак існує багато напрямків, що дозволяють використовувати молекули-гіганти у мирних цілях. Так, якщо повністю нітрована целюлоза - це вибухова речовина і може застосовуватися тільки як така, то частково нітрована целюлоза ( піроксилін) більш безпечна у зверненні, і її можна застосовувати не лише у військових цілях.

Американський винахідник Джон Уеслі Хайятт (1837-1920), намагаючись здобути приз, встановлений за створення замінника слонової кістки для більярдних куль, насамперед звернув увагу саме на частково нітровану целюлозу. Він розчинив її в суміші спирту та ефіру, додав камфору, щоб нову речовину легше було обробляти. До 1869 р. Хайят отримав те, що він назвав целулоїдомі завоював приз . Целулоїд був першою синтетичною пластмасою- матеріалом, який можна відливати у форми.

Однак, як з'ясувалося, частково нітровану целюлозу можна не тільки формувати у кулі, але й витягувати у волокна та плівки. Французький хімік Луї Марі Гіляр Берніго, граф Шардонне (1839-1924), отримав такі волокна, продавлюючи розчин нітроцелюлози через найтонші отвори. Розчинник при цьому майже відразу випаровувався.

З волокон можна було ткати матеріал, який своїм блиском нагадував шовк. У 1884 р. Шардонне запатентував отриманий ним штучний шовк. Шардонне назвав цю тканину рейон- випромінює світло, тому що тканина блищала і здавалося, що вона випромінює світло.

Появою пластмасових плівок ми зобов'язані американському винахіднику Джорджу Істмен (1854-1932). Істмен захоплювався фотографією. Намагаючись спростити процес прояву, він почав змішувати емульсію сполук срібла з желатиною, щоб зробити цю емульсію сухою. Отриману таким чином суміш можна було зберігати, а отже, і готувати про запас. У 1884 р. Істмен замінив скляні платівки на целулоїдні.

Целулоїд невибухонебезпечний, але він легко спалахує, що може бути причиною пожежі, тому Істмен почав пошуки менш горючих матеріалів. Коли в целюлозу замість нітрогруп ввели ацетильні групи, отриманий продукт залишився настільки ж пластичним, як і нітроцелюлоза, але він уже не був легкозаймистим. З 1924 р. ацетилцелюлозні плівки почали використовувати у виробництві кінофільмів, тому що розвивається кінопромисловість особливо гостро потребувала замінника целулоїду.

Вивчаючи високомолекулярні природні сполуки, хіміки розраховували як отримати їх синтетичні аналоги, а й відкрити нові типи сполук. Одним із методів синтезу молекул-гігантів є полімеризація мономерів(мономер - речовина, молекули якої здатні реагувати між собою або молекулами інших речовин з утворенням полімеру).

Спосіб об'єднання мономерів у гігантську молекулу можна пояснити хоча б на прикладі етилену С2Н4. Напишемо структурні формули двох молекул етилену:

Уявімо, що атом водню перемістився з однієї молекули в іншу, в результаті в цій молекулі замість подвійного зв'язку з'явився вільний одинарний зв'язок. Вільний зв'язок виник і в першої молекули, з якої пішов водень. Тому ці дві молекули можуть з'єднатися одна з одною.

Така молекула містить вже чотири вуглецеві атоми та один подвійний зв'язок, як і молекула вихідного етилену. Отже, при взаємодії цієї молекули ще з однією молекулою етилену також може відбутися переміщення атома водню і розрив подвійного зв'язку. Утворена в результаті молекула міститиме шість атомів вуглецю і один подвійний зв'язок. У такий спосіб можна отримати послідовно молекулу з вісьмома, десятьма і більше атомами вуглецю. Фактично так можна отримувати молекули майже будь-якої заданої довжини.

Американський хімік Лео Хендрік Бакеланд (1863-1944) шукав замінник шелаку - воскоподібної речовини, що виділяється деякими видами тропічних комах. Для цієї мети йому необхідний був розчин клейкої дьогтеподібної речовини. Бакеланд почав з того, що провів полімеризацію фенолу та формальдегіду та отримав полімер, для якого не зміг підібрати розчинник. Цей факт привів його до думки, що такий твердий, практично нерозчинний і, як з'ясувалося, полімер, що не проводить електрику, може виявитися цінним матеріалом. Так, наприклад, з нього можна відливати деталі, які легко оброблятиме на верстатах. У 1909 Бакеланд повідомив про отриманий ним матеріал, який він назвав бакеліт. Ця фенолформальдегідна смола була першою синтетичною пластмасою, яка по ряду властивостей залишилася неперевершеною.

Знайшли застосування та синтетичні волокна. Цей напрямок очолив американський хімік Уоллес Хьюм Карозерс (1896–1937). Разом з американським хіміком Джуліусом Артуром Ньюлендом (1878-1936) він досліджував споріднені каучуку еластоміри. Результатом його робіт було отримання 1932 р. неопрена- одного із синтетичних каучуків.

Продовжуючи вивчення полімерів, Карозерс спробував полімеризувати суміш діамінів та дикарбонових кислот та отримав волокнистий полімер. Довгі молекули цього полімеру містять комбінації атомів, подібні до пептидних зв'язків (див. розд. «Білки») в білку шовку. Витягуючи ці волокна, отримують те, що ми сьогодні називаємо найлоном. Карозерс завершив цю роботу буквально напередодні передчасної смерті. Друга світова війна, що вибухнула, змусила хіміків на якийсь час забути про відкриття Карозерса. Однак після закінчення війни найлон почав витісняти шовк і незабаром прийшов йому на зміну (зокрема, у виробництві панчішного трикотажу).

Перші синтетичні полімери були отримані, як правило, випадково, методом спроб і помилок, оскільки і про будову молекул-гігантів, і про механізм полімеризації було на той час мало відомо. Першим за вивчення будови полімерів взявся німецький хімік Герман Штаудінгер (1881-1965) і зробив у цій галузі чимало. Штаудінгер вдалося розкрити загальний принцип побудови багатьох високомолекулярних природних і штучних речовин і намітити шляхи їх дослідження і синтезу. Завдяки роботам Штаудінгера з'ясувалося, що приєднання мономерів один до одного може відбуватися безладно і спричиняти утворення розгалужених ланцюгів, міцність яких значно нижча.

Почалися інтенсивні пошуки способів одержання лінійних нерозгалужених полімерів. І в 1953 р. німецький хімік Карл Ціглер (1898-1973) відкрив свій знаменитий титан-алюмінієвий каталізатор, на якому було отримано поліетилен із регулярною структурою.

Італійський хімік Джуліо Натта (1903-1979) модифікував каталізатор Циглера та розробив метод отримання нового класу синтетичних високомолекулярних сполук – стерео-регулярних полімерів. Було розроблено метод отримання полімерів із заданими властивостями.

Однією з головних джерел основних органічних сполук, необхідні виробництва нових синтетичних продуктів, є нафту. Ця рідина відома з античних часів, але щоб використовувати її у великих кількостях, необхідно було відкрити спосіб викачування нафти з великих підземних родовищ. Американський винахідник Едвін Лаурентін Дрейк (1819-1880) першим 1859 р. почав бурити нафтові свердловини. Століття через нафту стала основним джерелом органічних сполук, джерелом тепла та енергії.

Ще важливішим джерелом органічних продуктів є кам'яне вугілля, хоча у вік двигунів внутрішнього згоряння ми зазвичай забуваємо про нього. Російський хімік Володимир Миколайович Іпатьєв (1867-1952) на рубежі століть почав досліджувати складні вуглеводні, що містяться в нафті та кам'яновугільному дьогті, і, зокрема, вивчати їх реакції, що йдуть за високих температур. Німецький хімік Фрідріх Карл Рудольф Бергіус (1884-1949), використовуючи дані Іпатьєва, розробив у 1912 р. практичні способи обробки кам'яного вугілля та нафти воднем з метою одержання бензину.

Проте світові запаси викопного палива(кам'яне вугілля плюс нафта) обмежені та непоправні. Всі прогнози говорять про те, що настане день, коли запаси викопного палива будуть вичерпані, і що цей день не за горами, особливо якщо врахувати, що чисельність людства швидко збільшується, а отже, збільшується потреба в енергії.

Слово "полімер" - грецького походження. Буквально, полімер - це молекула, що складається з багатьох ("полі") частин ("мерос"), кожна з яких є мономерною, тобто складається з однієї ("монос") частини, молекулу. Простіше кажучи, полімери – це розгалужені ланцюжки зі звичайних молекул, мономерів.

Так виглядає процес вироблення пластику сьогодні

На наших очах виделка зникає

Як вирощують суперпластик Вчені створили генетично модифіковану рослину, в насінні якої міститься органічний полімер PHBV. З нього роблять термопластик, що саморуйнується. Деякі види бактерій виробляють полімери на зразок PHBV, використовуючи їх як сховище енергії, як крохмаль у рослин або глікоген у тварин

У XX столітті людство пережило синтетичну революцію. Її головним завоюванням можна сміливо назвати винахід пластику. Зараз навіть важко уявити собі, що ще на початку минулого століття його просто не існувало і все довкола робилося з модних нині натуральних матеріалів.

Гра в м'яч

Людство, можна сказати, догралося до винаходу пластику. В історії цього матеріалу простежується містичний зв'язок із любов'ю людей до гри з м'ячем. У II столітті до нашої ери греки грали в м'яч із жовчного міхура свині, наповненого повітрям. Цей спортивний снаряд формою нагадував яйце або, якщо завгодно, м'яч для регбі. Вже тоді наші пращури шукали спосіб виправити форму м'яча та зробити його абсолютно круглим. Стародавні греки без кінця пробували різні рослинні добавки, щоб надати стінкам свинячого міхура еластичність.

Індіанці майя робили м'яч зі шкірки плодів, оберненої до натурального каучука, який вони видобували з фікусів. Схожу технологію використали жителі островів Океанії та Південно-Східної Азії. До пуття, втім, її довели лише європейці. У XIX столітті з Малайзії в Європу було привезено гуттаперчеве дерево, з соку якого стали видобувати гуттаперчу. Першим виробом із нового матеріалу стали кулі для гольфу (а зовсім не циркові хлопчики). Сьогодні цей матеріал використовують для ізоляції підводних та підземних кабелів та виробництва клеїв.

Від м'яча естафетна паличка перейшла до більярду. 1862 року британський хімік Олександр Паркес вирішив придумати дешевий замінник дорогої слонової кістки, з якої робилися більярдні кулі. Результатом стало відкриття першого пластифікатора.

Спочатку Паркес винайшов нітроцелюлозу. Однак її властивості не підходили для гральних куль, так як матеріал виявився легким. Потрібна була добавка, яка б пом'якшила його, не зменшивши головну корисну властивість — пружність. Паркес вирішив додати камфору. Суміш нітроцелюлози, камфори та спирту підігрівалася до плинного стану, далі заливалася у форму та застигала при нормальному атмосферному тиску. Так з'явився паркезин — перший напівсинтетичний пластик. На жаль, як це часто буває, його першовідкривач не досяг комерційного успіху.

Натомість послідовник Паркеса, американець Джон Хайт, заробив на першому пластику цілий стан. Він заснував компанію і почав виробляти гребінці, іграшки та масу інших виробів із целулоїду. На жаль, матеріал виявився високозаймистим, тому зараз із нього роблять лише кульки для настільного тенісу та шкільні лінійки.

У 1897 році німецькі хіміки відкрили казеїн - протеїн, що утворюється при згортанні молока під дією протеолітичних ферментів (тих речовин, за допомогою яких ми перетравлюємо їжу). Вчені виявили, що казеїн надає матеріалам еластичні властивості, а при охолодженні – твердість та міцність. З казеїну налагодили випуск ґудзиків та в'язальних спиць.

Перший повністю синтетичний пластик був розроблений Лео Беікеландом у США у 1907 році. Беікеланд шукав синтетичний замінник для шелаку - воскоподібної речовини, що виділяється тропічними комахами. Його у величезних кількостях споживала грамофонна та електротехнічна промисловість: із шелаку робили платівки та ізолятори. Вчений винайшов рідку речовину, що нагадує смолу, яка після застигання перетворювалася на матеріал із дивовижними властивостями. Вироби з нього були міцними та не розчинялися навіть у кислоті. Перші телефонні апарати були зроблені саме з знахідки Беікеланду. Пластик миттєво (менше ніж за рік) поширився по всьому світу.

Початок біоери

Однак пластик, крім усіх своїх чудових властивостей, має два важливі недоліки. По-перше, він виробляється з природних ресурсів, що не відновлюються, — нафти, вугілля і газу. По-друге, його головна перевага — довговічність, — за якою так гналися винахідники пластику на початку минулого століття, сьогодні стало недоліком. Чим більше пластмаси ми використовуємо, тим швидше зростають гори відходів, які не розкладаються в середовищі за жодних умов. Мільйони тонн пластику накопичуються в природі, забруднюючи довкілля.

Тому ближче до кінця минулого століття вчені задумалися про те, щоб створити матеріал, схожий на властивості з пластиком. При цьому вимагалося, щоб замінник пластику можна було робити з відновлюваних компонентів (наприклад, рослин) і щоб він був по бактеріях, тобто міг розкладатися в природних умовах. У середині 1990-х, як гриби після дощу, почали з'являтися сенсаційні повідомлення про винахід біопластику - пластику з натурального крохмалю, що розкладається під впливом різних мікроорганізмів. Але тоді про великомасштабне впровадження нововведення в наше повсякденне життя не могло бути й мови: виробництво біопластику виявилося надто дорогим задоволенням.

З настанням нового століття ситуація змінилася кардинально. Вчені знайшли спосіб знизити собівартість виготовлення біопластику та стверджують, що незабаром вона наблизиться до вартості виготовлення звичайної пластмаси. Більше того, деякі експерти вважають, що ціна на пластмасу, що розкладається, штучно завищується комерційними виробниками і нафтовими компаніями (нафтовики не шанують біопластик тому, що його масове виробництво може призвести до падіння цін на нафту). Адже якщо порахувати витрати на переробку пластмасових відходів і внести цю цифру у вартість звичайного пластику, ще невідомо, який з них буде дорожчим.

Пластикові плантації

Звичайний пластик не піддається розкладанню в середовищі через те, що він складається із занадто довгих полімерів, які тісно пов'язані один з одним. Зовсім інакше поводиться пластик, що містить більш короткі натуральні полімери рослин.

Біопластик можна робити з крохмалю, який є природним полімером та виробляється рослинами в процесі фотосинтезу. У великій кількості крохмаль міститься в злакових, картоплі та інших невибагливих рослинах. Урожай крохмалю з кукурудзи сягає 80% від усієї зібраної зеленої маси. Тому виробництво пластику нового покоління має стати доволі рентабельним. Біопластик ламається і кришиться за будь-якої температури, в якій активні мікроорганізми. Залишковими продуктами цього процесу є двоокис вуглецю та вода.

Через те, що крохмаль добре розчиняється у воді, вироби з нього легко деформуються при найменшому контакті з вологою. Для того щоб надати крохмалю велику міцність, його обробляють специфічними бактеріями, що розкладають полімери крохмалю мономери молочної кислоти. Потім хімічним способом мономери змушують з'єднатися в полімерні ланцюжки. Ці полімери набагато міцніші, але при цьому не такі довгі, як полімери пластмаси, і можуть розкладатися мікроорганізмами. Отриманий матеріал назвали полілактидом (PLA). Торік у штаті Небраска відкрився перший у світі завод із виготовлення PLA.

Інший спосіб отримання біопластику полягає у використанні бактерій Alcaligenes eutrophus. У процесі своєї життєдіяльності вони виробляють гранули органічного пластику, який отримав назву полігідроксиалканонат (PHA). Вже були проведені успішні експерименти щодо впровадження генів цих бактерій у хромосоми рослин, щоб ті змогли надалі виробляти пластик усередині своїх власних клітин. Це означає, що пластик можна буквально вирощувати. Щоправда, такий спосіб поки що залишається дорогим. До того ж, оскільки процес включає втручання на генетичному рівні, він має і своїх супротивників.

Кукурудзяні вилки

Біопластики вже сьогодні знаходять широке практичне застосування у багатьох країнах. Полілактид можна використовувати для виробництва одноразових підгузків та посуду. Він не шкідливий для людського організму, тому нещодавно його почали застосовувати в медицині як основу для тимчасових імплантатів і хірургічних ниток. Кукурудзяні вироби можуть бути зроблені з розрахунком на термін саморозпаду, який вимагає специфіка його вживання. Деякі види біопластику розчиняються дуже швидко, інші можуть служити місяці, а то й роки.

Італійська компанія Novamont вже давно розпочала випуск біопластику під назвою MaterBi. В Австрії та Швеції McDonald's пропонує у своїх ресторанах «кукурудзяні» виделки та ножі, компанія Goodyear випустила перші біошини Biotred GT3, а магазини Carrefour у Франції, Esselunga в Італії та CoOp у Норвегії продають свої товари у біопластикових пакетах із того ж MaterBi.

Австралійські вчені з міжнародного Дослідницького центру продовольчої та пакувальної індустрії теж рекламують свою продукцію з кукурудзяного крохмалю. Серед нововведень — горщики для розсади, які саморозкладаються у ґрунті під впливом вологи, та чорна плівка, чудові властивості якої порадують будь-якого городника.

Вже з'явилися ідеї виробництва не просто одноразових біоупаковок, а харчових упаковок, які б містили в собі специфічні бактерії, що вбивають патогени — збудників різних хвороб. Одним із найнебезпечніших патогенів є бактерія під назвою «лістерія». Вона розвивається в харчових продуктах навіть за низьких температур і може стати причиною смертельної хвороби, що супроводжується високою температурою та нудотою. Вчені з Університету Клемсона винайшли біопластик, який містить бактерії низина, які не дозволяють листерії розмножуватися. Низин є антибіотик, який виробляється молочнокислими бактеріями Streptococcus lactis. Він нешкідливий живого організму і швидко руйнується ферментами людського кишечника.

Є й інші не менш цікаві проекти. Фантазії дослідникам не позичати. Так що цілком можливо, скоро гори сміття з довговічного пластику відійдуть у минуле, а на їхньому місці будуть побудовані заводи з випуску «кукурудзяних» пластмасових виробів.

ВСТУП
ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ПРОМИСЛОВОСТІ ПЕРЕРОБКИ
ПОЛІМЕРІВ
Переробка полімерів з'явилася в середині 19 ст.
Модифікована целюлоза – целулоїд – для заміни
слонів бивнів для більярдних куль.
Пристрої, названі екструдерами, з'явилися в 19 столітті
Англії, Америці та Німеччини. Застосовувалися для ізоляції
проводів та кабелів каучуком та гумою.
3

Галузь хімічної промисловості: "Синтетичні смоли їх переробка".

1. СУЧАСНИЙ СТАН ПРОМИСЛОВОСТІ
ПЕРЕРОБКИ ПОЛІМЕРІВ І КОМПОЗИТІВ
Галузь хімічної промисловості:
"Синтетичні смоли їх переробка".
Сировина
Переробка:
Генерує максимальне
кількість місць
Працює як драйвер
розвитку машинобудування
Збільшує наукомісткість
промисловості країни
Полімер
Переробка
4

5

Передумови розвитку переробки полімерів

Річні
темпи
розвитку
промислового
виробництва
Росії
8,2%
4,7%
3,3%
0,3%
3,2%
5%
Річні
темпи
розвитку
переробки
пластмас
21,5%
13,1%
7,4%
7,3%
7-7,5%
9-10%
реалістичний
2010 р.
2011 р.
2012 р.
2013 р.
оптимістичний
2030 р.
6

7

2. КЛАСИФІКАЦІЯ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
І КОМПОЗИТІВ
1. Класифікація за модулем пружності в умовах
експлуатації
При кімнатній температурі модуль пружності при
розтягуванні полімерів у високоеластичному стані дуже
малий
E~ 0,1 - 10 МПа
Для склоподібних полімерів – пластиков - Е 103 МПа
Для частково-кристалічних полімерів – пластиков
Е (αкрист) 10 - 103 МПа
2. Класифікація по Т скловання аморфних полімерів
Тст< Т = 23оС < Тст
еластомір
пластик
8

Полімери, які в умовах експлуатації
знаходяться в склоподібному або кристалічному
станах і виявляють пружність, використовуються в
якість конструкційних матеріалів і є
основою пластиків та волокон.
Полімери, які в умовах експлуатації
знаходяться у високоеластичному фізичному стані
і виявляють великі та оборотні деформації,
використовуються як еластомери.
9

10.

10

11.

3. Класифікація з хімічної структури
11

12.

4. Класифікація за технологічною ознакою:
Термопласти – ПМ, здатні до багаторазового
переходу при нагріванні в текучий стан та
затвердіння при охолодженні без істотного
зміни структури та властивостей.
Реактопласти - ПМ, які при нагріванні спочатку
переходять у плинний стан, а потім затверджуються
в результаті хімічних перетворень і нездатні до
повторного переходу в текучий стан.
4. КЛАСИФІКАЦІЯ з технологічних властивостей (умовна)
характер):
ливарні (для тонкостінних виробів, довгомірних
виробів),
екструзійні (плівкові, трубні, листові),
прес-матеріали.
12

13.

5. Класифікація з областей застосування – виділення груп
ПМ, подібних за основною експлуатаційною ознакою.
Конструкційні матеріали – для роботи при короткочасному або
тривалій дії статичних навантажень: Е > 900 МПа
(ПА, ПК, ПБТ, ПФО, полііміди, етроли, армовані ПП, ПА, фенопласти,
амінопласти, кремнійорганічні композиції).
Удароміцні матеріали – робота в умовах ударних навантажень: ударна
міцність > 20 кДж/м2
(ПЕ, СКЕП, СЕВА, ПП, ПВХ, ПТФЕ, УПС, ПК, АБС, армовані пластики).
Теплостійкі матеріали - Т експлуатації > 150оС
(ПА, ПБТФ, ПЕТФ, ПФО, ПК, амінопласти, фенопласти, полііміди, гуми на основі
фторкаучуків, кремнійорганічні композиції)
Морозостійкі матеріали – Т експлуатації< минус 40оС
(ПЕ, СКЕП, СЕВА, ПТФЕ, ПА, ПК, гуми на основі НК, ізопрену та ін).
ПМ електро- та радіотехнічного призначення – ρv > 1010 Ом*м, tg δ< 0,02
(ПЗ, ПВХ, ПТФЕ, ПФС, ПФО, полііміди, СФД, ненасичені ПЕ).
13

14.

Світлотехнічні ПМ – к-т світлопропускання > 80%
(блоковий ПС, сополімери САН, поліакрилати, ПММА, прозорі марки ПВХ, ПК,
плівки ПЕТФ та ПА, ЕС, ненасичені ПЕ)
Вогнестійкі та самозагасні ПМ – КІ > 22% або затухаючі при виносі
з полум'я
(ПТФЕ, полііміди, ПВХ та композиції з антипіренами)
Радіаційностійкі ПМ – тривала стійкість до іонізуючих
випромінюванням
(ПТФЕ, поліміди, фторкаучуки, композиції на основі ЕС та КС).
Хімічно стійкі ПМ – для роботи в агресивних середовищах
(ПЗ, ПВХ, ПТФЕ, ПБТ, ПЕТФ, полііміди, композиції на основі КС).
Крім того, групи водо-, бензо-, маслостійких, атмосферостійких,
тропікостійких, грибостійких ПМ.
14

15.

6.Класифікація ПМ за сукупністю параметрів експлуатації
15

16.

7. Класифікація ПМ за обсягом виробництва
Крупнотоннажні пластмаси: ПЗ, ПВХ, ПС та його кополімери, ПУ,
композиції на основі ФФБ, ненасичених ПЕМ, аміноальдегідних смол
- 80% від загального обсягу виробництва пластмас.
Крупнотоннажні каучуки – каучуки загального призначення: ізопренові,
бутадієнові, бутадієнстирольні.
Середньотоннажні пластмаси: ПА, етроли, ПЕТФ, ПК, ПФО, ЕС,
фуранові смоли.
Середньотоннажні каучуки – хлоропренові, акрилатні,
етиленпропіленові.
Малотоннажні пластмаси та каучуки – кілька % від обсягу
виробництва.
16

17.

8. Класифікація за складом та типом макроструктури
полімерного матеріалу:
Полімерний матеріал (ПМ) = полімер + ∑ добавок
Гомогенна макроструктура: всі добавки (стабілізатори,
пластифікатори, барвники) розчинені у полімері.
Гетерогенна макроструктура - композиційні матеріали:
добавки нерозчинні в полімері - наявність включень
(наповнювачі, пігменти, полімерні добавки) розміром
понад 100 нм.
Гетерогенна структура ПМ може бути:
17

18.

18

19.

Типи армованих структур
19

20.

3. СТВОРЕННЯ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
Полімерний
МАТЕРІАЛ
ПОЛІМЕР
Полімерний
МАТЕРІАЛ
=
ПОЛІМЕР + Σ ДОБАВОК
Добавки:
1 ЗАМІДНІ СТАРІННЯ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
2 КРАЩІ ПЕРЕРОБНІСТЬ
3 ЗНИЖУЮЧІ ПАЛЬНІСТЬ
4 ПІДВИЩАЮЧІ МІЦНІСНІ ВЛАСТИВОСТІ
5 ПРИДАВНІ СПЕЦІАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ
20

21.

1 ДОБАВКИ ЗАМІДНІ СТАРІННЯ ПМ
Старіння полімерів - це складний комплекс хімічних та
фізичних процесів, що відбуваються під впливом навколишнього
середовища, при переробці ПМ, експлуатації та зберіганні,
що призводить до незворотних або оборотних змін
(погіршення) властивостей полімерів (замість терміну "старіння")
вживають термін "деструкція" (іноді "деградація").
Процеси фізичного старіння оборотні. Немає розриву або
зшивання полімерних ланцюгів. Це процеси кристалізації,
перекристалізації або дифузії в полімер розчинників,
викликають міжкристалітну корозію і призводять до
погіршення механічних властивостей полімерних виробів.
21

22.

Процеси хімічного старіння необоротні. Вони
призводять до розриву хімічних зв'язків, а іноді до зшивання
макромолекул, зміни хімічної структури, зниження
або збільшення молекулярної маси полімеру.
Процеси хімічного старіння:
Термічна деструкція (терморозпад макромолекул по
ланцюгового механізму).
Окислювальна деструкція (утворення пероксидних
радикалів, що ініціюють розпад ланцюгів).
Як правило ТД та ОД йдуть одночасно - це
термоокислювальна деструкція.
Озонне старіння (озон реагує з подвійним зв'язком,
виникає проміжний комплекс, а потім утворюється
циклічна кисневмісна сполука, що розкладається
на пероксидні радикали)
22

23.

Фотодеструкція
Фотохімічні перетворення відбуваються в
полімерах під дією УФ (180< λ< 400нм) и
видимого світла (400< λ < 800нм), если полимер
містить хімічні зв'язки або хромофорні
групи.
Фотодеструції в цій галузі схильні
полімери містять
О, N, подвійні зв'язки,
ароматичні ядра, домішки сполук металів
(наприклад, залишки каталізатора), що випадково потрапили
ароматичні сполуки і т.д.
23

24.

Радіаційна деструкція Іонізуюче випромінювання веде
до утворення електрона та позитивно зарядженої полімерної
частинки, що розпадається на радикали.
Гідролітична деструкція. Механізм процесу
гідролітичний, швидкість деструкції визначається швидкістю
дифузії гідролітуючого середовища (вода, розчини кислот,
основ, солей).
Механодеструкція. Утворення радикалів під дією
механічних сил з подальшим перетворенням на повітрі в
гідропероксиди.
Біодеструкція. Взаємодія з бактеріями, грибами з
протіканням гідролітичного ферментативного розкладання
полімеру.
24

25.

25

26.

26

27.

СТАБІЛІЗАТОРИ (термо-, світлостабілізатори, антиоксиданти,
антиради, антиозонати, фунгіциди).
Термостабілізатори (або інгібітори):
а) обривають ланцюги з реакції з пероксидними радикалами
(феноли, ароматичні аміни, амінофеноли, гідроксиламіни,
ароматичні багатоядерні вуглеводні).
б) обривають ланцюги з реакції з алкільними (R*) радикалами
(хінони, нітроксильні радикали, молекули йоду).
в) руйнують гідропероксиди, особливо у реакціях
автоокислення (сульфіди, дисульфіди, ефіри фосфористої
кислоти).
27

28.

Світлостабілізатори:
а) речовини, що відбивають кванти світла - (технічний
вуглець (сажа)),
б) поглинаючі кванти світла (2-гідроксибензофенон),
в) гасники збуджених станів (2-(2'-гідроксифеніл)-бензтіазол).
Антиоксиданти – речовини, що взаємодіють з
пероксидами та гідроксидами (первинні антиоксиданти –
утруднені феноли, вторинні – фосфіти, тіоефіри).
Антирадіаційні добавки (антиради) надають стійкості до гамма-радіації та інших видів
випромінювань під час стерилізації.
Антимікробні добавки, абіотичні добавки,
біоциди. Підвищують стійкість до дії бактерій
(бактеріациди), грибків та плісняви ​​(фунгіциди), обростання у воді
(альгіциди)
28

29.

29

30.

30

31.

Вимоги до антиоксидантів:
ефективний захист полімеру в процесі
переробки у вироби; від зовнішніх впливів
під час експлуатації;
втрати стабілізатора при переробці повинні
бути мінімальними;
досить висока ММ (понад 700 г/моль);
здатність до дифузії у розплаві полімеру;
сумісність, розчинність у твердому
полімер;
низька леткість і стійкість до міграції в
навколишнє середовище;
спеціальні стабілізатори для виробів
медичного призначення, іграшок, упаковки
31
харчових продуктів