1 Товари господарчого вжитку

1.1 Пластичні маси та вироби з них

1.1.1 Пластичні маси як фактор формування асортименту і якості готових

виробів

Серед сучасних матеріалів, які мають велике значення для розширення виробництва товарів народного споживання, важливе місце займають пластичні маси. Пластичними масами (пластмасами) називають матеріали на основі полімерів та їх композицій, спроможних, при певних умовах (нагріванні, тиску) формуватися у вироби, що зберігають надану їм форму у звичайних умовах.

Першими пластичними масами, створеними для заміни природних матеріалів, були целулоїд і галаліт. Вихідною сировиною для них служать хімічно модифіковані природні полімери — нітроцелюлоза (для целулоїду) і білкові речовини (для галаліту). Отримання перших синтетичних смол і пластмас відбулося на початку XX ст. У 1905—1914 р.р. було освоєно випуск фенопластів, а після першої світової війни — випуск амінопластів. У 30-х роках минулого століття почався випуск полістиролу, полівінілхлориду, поліметилметакрилату та ін. Створення цих кращих за властивостями синтетичних полімерів, одержуваних із менш дефіцитної сировини, призвело до припинення випуску галаліту і скорочення виробництва целулоїду.

Розвиток промисловості синтетичних смол і пластмас характеризується бурхливим ростом. Якщо в 20-х роках минулого сторіччя світове виробництво синтетичних смол і пластмас обчислювалося усього десятками тисяч тонн, то до початку 60-х років минулого сторіччя воно становило 10 млн. т, у 70-х роках -ЗО млн., а на початку 80-х років наблизилося до 50 млн. т. За останні ЗО років виробництво смол і пластмас у світі щорічно зростало і зараз воно складає приблизно 120 млн. т. на рік.

Поняття про полімери

Полімерами, які є основою пластичних мас, називають високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з великої кількості складових ланок, з'єднаних хімічними зв'язками. При цьому комплекс властивостей полімеру практично не змінюється під час додавання або вилучення цих ланок.

Молекули полімерів, які побудовані за принципом повторювання ідентичних або чергування різних складових ланок, з'єднаних за допомогою ковалентних зв'язків в один загальний ланцюг, називають макромолекулами.

Полімери одержують реакцією полімеризації або поліконденсації шляхом взаємодії низькомолекулярних речовин (мономерів). Молекули цих речовин вступають у реакцію один з одним при наявності ненасичених зв'язків або хімічноактивних груп.

Реакція полімеризації - це процес з'єднання, укрупнення молекул вихідних речовин без виділення побічних продуктів. Полімери, що утворені із

мономерів одного типу, називаються гомополімерами, наприклад ...- А - А - А -... (А - умовне позначення складової ланки). Якщо ж молекула полімерів містить складові ланки різної будівлі, утворена з мономеру, більше ніж одного типу, їх називають співполімерами. В цьому випадку в реакцію полімеризації вступають молекули не одного, а декількох мономерів. Схематично співполімер можна представити як: ... -А-А-А-В-В-В-А-А-А-В-В-В...

Співполімеризація дозволяє одержувати полімерні матеріали, у яких поєднуються позитивні властивості декількох полімерів. Наприклад, звичайний полістирол - крихкий, з невисокою теплостійкістю, схильний до старіння пластик. Якщо полімеризацію мономера стиролу провести разом з іншим мономером, наприклад метилметакрилатом, то отриманий сополімер (марка МС) виявляється більш теплостійким, менш підданим старінню, має кращі механічні характеристики.

Реакція поліконденсації - це процес послідовного приєднання декількох молекул мономера, що супроводжується виділенням побічних низькомолекулярних продуктів, наприклад води, аміаку й ін. Реакцією поліконденсації одержують фенолоальдегідні, аміноальдегідні, поліефірні й інші синтетичні смоли.

Основною структурною одиницею полімеру є макромолекула. У залежності від характеру розташування її складових ланок розрізняють лінійні, розгалужені та сітчасті (зшиті) полімери. У лінійних полімерах складові ланки розташовуються у вигляді довгих ланцюгів. Полімери, у яких основний ланцюг має бічні відгалуження, називаються розгалуженими. Сітчасті полімери побудовані з ланцюгових молекул, з'єднаних між собою поперечними хімічними зв'язками. Лінійні і розгалужені полімери мають здатність плавитися при нагріванні і розчинятися у відповідних органічних розчинниках. До таких полімерів можна віднести поліметилметакрилат, поліетилен, полістирол і ін. Сітчасті (зшиті) полімери - неплавкі і нерозчинні. Збільшення числа поперечних зв'язків знижує здатність матеріалу до деформації, підвищує жорсткість, твердість, теплостійкість. Типовими представниками сітчастих полімерів є фенолоформальдегідні, аміноальдегідні й інші смоли.

У полімерах розрізняють два фазових стани: кристалічний й аморфний. Вони відрізняються між собою порядком у розташуванні макромолекул. Кристалічний стан характеризується упорядкованим розташуванням макромолекул відносно один одного, аморфний - неупорядкованим. При підвищенні кристалічності полімерів збільшуються їхня міцність, жорсткість, густина, однак знижуються еластичність, здатність фарбуватися.

Загальні властивості пластичних мас

Пластмасам притаманні властивості, які вигідно відрізняють їх від традиційних матеріалів (дерева, металів та ін.). Передусім вони є легкими матеріалами. Густина пластмас у більшості випадків коливається від 0,9 до 2,2 г/см , а об'ємна маса пластмас із пористою (піноподібною) мікроструктурою може досягати 0,1—0,02 г/см³. Це дозволяє істотно зменшити масу багатьох виробів і деталей, наприклад при заміні металів, скла і кераміки пластмасами.

Пористі пластмаси мають низькі коефіцієнти тепло- і звукопровідності, а тому з успіхом застосовуються як тепло- і звукоізоляційні матеріали.

Фізико-механічні властивості пластмас дуже різноманітні, тому з них можуть бути виготовлені як жорсткі і пружні, так і гнучкі шкіроподібні і каучукоподібні матеріали. Жорсткі наповнені й особливо шаруваті пластмаси мають високу механічну міцність, що в сполученні з малою густиною ставить їх у ряд важливих і часто незамінних конструкційних матеріалів для багатьох промислових товарів.

Перевагою пластичних мас, порівняно, наприклад, з металами, є висока стійкість до дії води і .багатьох кислот, лугів і органічних розчинників. Тому пластмаси широко застосовують у хімічному машинобудуванні як антико­розійний матеріал, що не потребує спеціальних захисних покриттів. Найбільшою хімічною стійкістю володіють фторопласти, а також поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, полістирол і полівінілхлорид. Фторопласт-4 (політетрафторетилен) не розчиняється і не набухає в жодному з відомих розчинників і витримує без зміни послідовну обробку в концентрованій сірчаній кислоті (24 год. при 290 °С), азотній кислоті (24 год. при 100 °С) і суміші азотної і соляної кислот (у царській горілці при 100 °С). Таку "жорстку" обробку не можуть витримати навіть благородні метали (золото та ін.).

Вироби з пластмас не потребують декоративних покриттів, оскільки звичайно мають гладку блискучу поверхню, що надає їм гарний зовнішній вигляд. Можливість фарбувати більшість пластичних мас практично в будь-який колір дозволяє використовувати їх як цінний матеріал у будівництві, для художніх виробів, а також імітації дорогоцінних каменів, перламутру й ін. Окремі пластмаси, наприклад фтороштаст-4, полікрилати, полікарбонати, кремнійорганічні смоли, мають високу теплостійкість (до 300 °С і вище).

Пластмаси широко застосовуються як електроізоляційні матеріали, що обумовлено їх високими діелектричними властивостями. Такі пластики, як поліетилен, полістирол і політетрафторетилен в сучасній техніці вважаються найкращими діелектриками. У природі аналогічних діелектриків немає. У той же час, додаючи до складу пластмаси наповнювачі, які проводять струм, (графіт, сажу, металеві порошки та ін.), легко отримують пластмаси, що проводять струм і тепло.

Деякі пластмаси (поліметилметакрилат, полістирол, полікарбонати та ін.) безбарвні і мають гарну прозорість. Тому їх часто називають органічним склом. Щодо пропускання ультрафіолетової частини світлового спектра, то вони в десятки разів перевершують, звичайне силікатне скло. Разом з тим пластмаси мають і недоліки.

Істотним недоліком пластмас є їхнє старіння, яке відбувається під дією кисню повітря, вологи, світла (особливо ультрафіолетових променів), механічних і термічних впливів. В результаті процесів окислювання, що відбувається поступово, та інших хімічних змін, пов'язаних із порушеннями структури полімеру, знижується еластичність, підвищується жорсткість, крихкість і водопоглинання пластмас, з'являються тріщини, погіршується зовнішній вигляд виробів. Ці небажані явища частково або майже цілком можуть бути усунуті

шляхом найбільш раціонального підбору складу пластмаси, видалення шкідливих домішок, уведення ефективних стабілізаторів. В умовах підвищеної температури окремі пластмаси є недостатньо теплостійкими. Деякі пластмаси довгостроково зберігають твердість І форму виробів лише при температурі нижче 120°С, хоча для більшості побутових виробів така теплостійкість цілком достатня. Недоліками пластмас є також великий коефіцієнт термічного розши­рення, сильна електризуємість, у деяких — недостатня поверхнева твердість.

Склад пластичних мас

У залежності від складу розрізняють прості і складні (композиційні) пластмаси. Прості пластмаси складаються тільки з однієї зв'язувальної речовини, полімеру (синтетичної смоли або хімічно видозміненого природного полімеру), до якої можуть добавлятися невелика кількість барвників і стабілізаторів (до 3 %). Композиційні пластмаси містять зв'язувальні речовини, наповнювачі, пластифікатори, затверджувачі та інші компоненти. До складу пластмас входять також мастильні речовини, які запобігають прилипанню відформованого виробу до стінок форми; антистатики, що зменшують електризуємість пластмас; антипирени речовини, які знижують паливну здатність полімерних матеріалів.

Зв'язувальними речовинами є переважно синтетичні смоли, природні модифіковані (відозмінені) полімери (ефіри целюлози). Вони є головною складовою частиною пластмаси та визначають всі основні її властивості.

Наповнювачами пластмас є різноманітні здрібнені неорганічні й органічні матеріали, наприклад деревна мука, кварцовий пісок, каолін, тальк, дроблена слюда (відходи) й інші порошкоподібні, а також волокнисті матеріали (зчіс бавовни, волокна азбесту, здрібнені обрізки тканин і паперу). Вміст наповнювача може досягати 2/3 складу пластмаси. У шаруватих пластмасах наповнювачем є рулонний папір і тканини.

Наповнювачі дозволяють моделювати певні властивості пластичних мас: поліпшують механічні властивості, знижують усадку пластмаси в процесі формування виробу, підвищують теплостійкість і вогнестійкість пластмас, а також полегшують їхню переробку і знижують вартість.

Газоутворювачі додають до складу композицій при одержанні газонаповнених пластмас (поро- і пінопластів). Газоутворювачі — це хімічні сполуки, що розкладаються в процесі формування пластмаси при нагріванні з виділенням газоподібних речовин.

Пластифікатори — це маслоподібні органічні речовини з високою температурою кипіння. Переважно це складні ефіри фталевої і фосфорної кислот (дібутилфталат, діоктилфталат, трикрезилфосфат) та ін. їх добавляють у тих випадках, коли необхідно зменшити жорсткість і крихкість полімеру. Підвищуючи пластичність зв'язувальної речовини і цим полегшуючи переробку пластмаси, пластифікатори надають матеріалам і виробам еластичність і гнучкість. Молекули пластифікатора проникають між макромолекулами й іншими структурними елементами, розсовують їх і послаблюють сили міжмолекулярної взаємодії в структурі полімеру. При цьому знижується 12

температура склоутворення (температура затвердіння), розширюються межі температур, у яких полімер зберігає високоеластичний стан. Внаслідок цього збільшується його морозостійкість, хоча стійкість до підвищених температур (теплостійкість), природно, знижується.

Найбільша кількість пластифікаторів (до 80 % складу пластмаси) витрачається для перетворення жорсткого і відносно крихкого полімеру -полівінілхлоридної смоли в м'який і еластичний пластик — полівінілхлоридний пластикат. Пластифікатори повинні добре з'єднуватись з полімером, не випаровуватися і не мігрувати ("випотівати") із нього, а також бути хімічно стабільними і фізіологічне нешкідливими. Остання вимога особливо важлива для пластмас, які використовуються у виробництві побутових виробів. Дуже перспективними пластифікаторами виявилися низькомолеку­лярні поліефірні смоли, що майже зовсім не мігрують із полімеру, практично нелетучі, володіють масло- і бензиностійкістю.

Барвники застосовують звичайно у вигляді тонко здрібнених пігментів або органічних барвників, достатньо стійких до температур, при яких формують вироби. Деякі мінеральні пігменти одночасно виконують роль як барвника, так і наповнювача пластмас (оксид цинку, літопон, сажа й ін.). При виборі барвників для фарбування враховують їх спроможність прискорювати (стимулювати) або затримувати (інгібідувати) старіння пластмаси.

Стабілізатори (інгібітори) це речовини, що перешкоджають

необоротній зміні властивостей синтетичних смол і пластмас під дією тепла, кисню повітря, світла, вологи й інших чинників, тобто уповільнюють процеси старіння. Особливо інтенсивне старіння пластмас викликають ультрафіолетові промені, що володіють великою потужністю, порівнянню з енергією хімічних зв'язків, і тому спроможні відривати електрони з зовнішніх оболонок атомів. Така властивість прискорює взаємодію макромолекул полімеру з киснем, вологою і між собою, що призводить, з одного боку, до їхнього розірвання (деструкції), а з іншого — до утворення поперечних зв'язків (зшивок) між ланцюгами (структурування). Внаслідок цього знижується механічна тривкість і еластичність полімерних матеріалів і виробів, зростає крихкість, погіршується їхній зовнішній вигляд. Деструкція починається звичайно з руйнації поверхневих прошарків, що піддаються впливу вологи, тепла, кисню повітря і насамперед світлових випромінювань. При цьому з'являються дрібні тріщини, знижується блиск поверхні.

За характером дії стабілізатори поділяють на термос І абілізатори, що перешкоджають термоокислювальній деструкції, і світлостабілізатори, що захищають полімер від фотохімічної деструкції. Є стабілізатори і комплексної дії.

Як стабілізатори використовують аміни, феноли, сажу та інші речовини, які блокують активні центри, що утворюються при деструкції, і цим запобігають структуруванню полімеру. Світлостабілізатори (сажа й ін.) поглинають енергію ультрафіолетових променів і цим запобігають розриванню макромолекул полімеру та іншим можливим хімічним процесам старіння.

ІЗ

Затверджувачі додають у деякі пластмаси для переходу їх у процесі формування виробів у неплавкий і нерозчинний стан, їхня дія основана на зшиванні структури полімеру. Ними є ді- і поліфункціональні сполуки (так, для епоксидних смол — діаміни, дікарбонові кислоти й ін.).

Класифікація пластичних мас

За складом пластмаси поділяють на прості та композиційні.

За природою зв'язувальної речовини всі пластмаси можна поділити на два класи: пластичні маси на основі синтетичних смол: пластичні маси на основі видозмінених природних полімерів (ефірів целюлози, білкових речовин, нафтових і природних бітумів і асфальтів, а також кам'яновугільних пеків).

За фізико-механічним властивостями (при температурі 20 °С) пластичні маси умовно підрозділяють на жорсткі, напівжорсткі та м 'які пластмаси.

Жорсткі пластмаси являють собою тверді пружні матеріали (фенопласти, амінопласти, полістирол та ін.) із переважно аморфною структурою і малим подовженням при випробуванні зразків на розтяг. Під дією зовнішніх навантажень, нижче руйнуючих, вони довгостроково зберігають свою форму при нормальних і підвищених (до визначеної межі) температурах.

Напівжорсткі пластмаси — це тверді пружні матеріали (поліетилен, поліпропілен та ін.), які мають переважно кристалічну структуру і характеризуються високим загальним і залишковим подовженням при розтязі. Проте залишкове подовження цих пластиків оборотне і, як правило, зникає при нагріванні.

М'які пластмаси — це м'які й еластичні матеріали (полівінілхлоридний пластикат, поліізобутилен, пінополіуретан тощо) із переважно аморфною структурою і високим загальним подовженням, але малим залишковим. Розвиток і зникнення оборотної частини деформації при нормальній температурі відбувається з уповільненою швидкістю. У цьому їхня істотна відмінність від еластиків, теж м'яких і еластичних матеріалів, але оборотна деформація у них розвивається і зникає з більшою швидкістю (практично митгєво).

За термічними властивостями пластичні маси поділяють на: термопластичні та термореактивні. Цей розподіл стосується переважно синтетичних полімерів і підкреслює принципове розходження у властивостях пластмас і їхнім поводженні в процесі технологічної переробки у вироби і при експлуатації виробів.

Термопластичними пластмасами (термопластами) називають такі пластмаси, які при нагріванні розм'якшуються і легко формуються у вироби, а при охолодженні (після формування) знову твердіють, зберігаючи при цьому попередні властивості. Тому термопластмаси (їх відходи) можна переробляти у вироби декілька раз. До термопластів належать поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол, поліамідні, поліакрилові і деякі інші полімери. Термопластичними є також ефіроцелюлозні й асфальтопекові пластмаси. 14

Термореактивними пластмасами (реактопластами) називають такі пластмаси, які розм'якшуються лише в початковий момент формування виробу і при подальшому нагріванні тверднуть у результаті хімічних реакцій, що відбуваються при термічному впливі. При цьому відбувається зшивання полімерних ланцюгів і матеріал необоротно переходить у неплавкий і нерозчинний стан. До них належать пластмаси на основі фенолоальдегідних, аміноальдегідних, поліефірних і деяких інших смол.

Різниця в поводженні термопластичних і термореактивних пластмас пов'язана з розходженням у хімічній будові смол, які застосовувались для їхнього виготовлення. Ланки ланцюгів термопластичних смол складаються з малореакційноспроможних атомних груп, тоді як ланцюги термореактивних смол містять велику кількість реакційноспроможних полярних груп, що легко взаємодіють при нагріванні один з одним і з молекулами інших речовин з утворенням тривких поперечних зв'язків, які необоротно шінюнль їхні властивості.

За типами хімічних реакцій, що лежать в основі синтезу синтетичних смол, пластмаси поділяють на дві групи: пластмаси на основі полімеризаційних смол, отриманих реакцією полімеризації; пластмаси на основі поліконденсаційних смол, одержаних реакцією поліконденсації.

До найважливіших пластмас на основі полімеризаційних смол належать такі: поліолефіни (поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен); вініпласти (пластики на основі полівінілхлориду, полівінілового спирту і полівінілацетату); полістироли (звичайний і удароміцний, сополімери стиролу з іншими мономерами); фторопласти; поліакрилати, поліформальдегід (поліоксим етилен).

Найпоширенішими пластмасами на основі поліконденсаційних смол є фенопласти, амінопласти,. поліаміди, поліефіри (здебільшого поліетилентерефталат і полікарбонати), поліепоксиди, поліуретани і кремнійорганичні пластмаси.

За характером макроструктури пластичні маси можна підрозділити на: однорідні (ненаповнені) та неоднорідні (наповнені, композиційні).

Однорідні пластмаси складаються тільки з однієї зв'язувальної речовини, тобто виробляються із чистих смол (інколи добавляють пластифікатори та барвники). До них відносяться поліметилметакрилат, полістирол, поліетилен, поліпропілен та ін.

Неоднорідні (наповнені, композиційні) пластмаси вміщують зв'язувальну речовину, наповнювачі, пластифікатори та інші компоненти. В залежності від типу застосовуючого наповнювача неоднорідні пластмаси ділять на преспорошкові, шаруваті, волокнисті та газонаповнені.

Преспорошкові - це суміші подрібненої смоли з наповнювачем, барвником та іншими компонентами. До них відносять фенопласти, амінопласти, силікопласти та ін.

15

Шаруваті пластмаси являють собою просочені смолою і спресовані листи паперу (гетинакс), бавовняної тканини (текстоліт), склотканини (склотекстоліт) та ін.

У волокнистих пластмасах на відміну від шаруватих як наповнювач використовують різні волокна: бавовняне (волокніт), скляне (скловолокніт), асбестове (асбоволокніт) тощо.

Газонаповнені пластмаси мають пористу структуру та малу об'ємну масу (до 0,02). Виготовляють їх у вигляді пенополастів (з закритими порами) і поропластів (з відкритими порами). Характеризуються високими тепло- і звукоізоляційними властивостями, оскільки пори, заповнені повітрям або іншим газом. Типові представники - пенополістирол і пенополіуретан.

Пластмаси випускаються також у вигляді листів, пластин, плит, груб, шлангів та інших профілів. З них виготовляють різні вироби та деталі шляхом штампування, видування, вакуумного формування та ін. Листові пластмаси товщиною від 0,5 до 2 мм називають листами, від 2 до 8 мм - пластинами, і більше 8 мм - плитами. Листові матеріали товщиною до 0,5 мм відносяться до плівок.

Полімеризаційні смоли і пластмаси на їх основі

Полімеризаційні смоли одержують переважно полімеризацією ненасичених сполук (етилену і його похідних), що утримуються в продуктах переробки нафти і кам'яного вугілля (нафтові і коксовий гази) і в природних газах. Вихідні хімічні сполуки (мономери) для синтезу смол виділяються з цих продуктів.

Поліетилен і поліпропілен. Поліетилен можна назвати пластмасою № 1. Його частка (разом із поліпропіленом) у світовому виробництві пластмас становить понад 1/3. Разом із полівінілхлоридом (другою за значенням пластмасою) їхня частка перевищує половину усього світового виробництва пластмас. Однією з причин цього — широке використання їх для виготовлення тари й пакувальних матеріалів. Одержують поліетилен полімеризацією із газу етилену (-СН₂=СН₂-) - продукту переробки (крекінгу) нафти.

Відповідно до способу отримання розрізняють два основних види поліетилену: високого тиску (ВТ) і низького тиску (НТ), які різняться між собою структурою і властивостями. У поліетилена ВТ основні ланцюги розгалужені з більшою кількістю бічних ланцюгів, які закінчуються метильними групами. Розгалуженість макромолекул поліетилену НТ значно нижче, що обумовлює більшу ступінь кристалічності і більш високу густину в порівнянні з поліетиленом ВТ. Тому з підвищенням кристалічності збільшується міцність, жорсткість, густина полімерів, теплостійкість, але знижуються еластичність і здатність до фарбування. Поліетилен НТ є більш теплостійким чим поліетилен ВТ. Деякі коливання температури плавлення можна пояснити розходженнями ступеня полімеризації. З підвищенням ступеня полімеризації температура плавлення збільшується. Поліетилен високого тиску (ВТ) маг невелику густину (до 0,93 г/см³), тому його називають ще поліетиленом низької густини (НГ), а поліетилен НТ (0,95 -0,97 г/см³) - високої Іустини (ВІ ) 16

За показником міцності при розтяганні поліетилен ВТ поступається перед поліетиленом НТ майже у два рази, але по стійкості до багатократних деформацій (вигину) значно перевершує його. Поліетилен НТ має більш високу жорсткість, готові вироби і плівки з нього менш еластичні. Тому для упаковування більш придатний поліетилен ВТ. Хімічна стійкість дещо вища у поліетилену НТ.

Зовнішній вигляд і багато інших властивостей обох поліетиленів мало різняться. Випускаються вони у вигляді гранул (зерен) або порошків і після сплавки являють собою тверді рогоподібні продукти білого кольору, іноді з жовтуватим відтінком, напівпрозорі, а в тонкому прошарку (плівки) -прозорі.

При кімнатній температурі поліетилен не розчиняється в органічних розчинниках і стійкий до дії кислот і лугів. У ємностях із поліетилену можна зберігати плавикову кислоту: При температурі вище 70 °С він починає розчинятися в толуолі, ксилолі, бензолі, чотирьохлористому вуглеці і деяких інших розчинниках, а також у мінеральних маслах, хоча залишається стійким до дії води, спирту, ацетону і рослинних олій. Поліетилен практично нешкідливий. Істотним недоліком поліетилену є його старіння під дією атмо­сферних впливів (кисню повітря, ультрафіолетових променів, тепла).

Поліетилен один із кращих сучасних діелектриків, і застосовується у високочастотній техніці, для ізоляції електричних проводів і кабелів. Листи і плівки виготовляють переважно з поліетилену ВТ. Вони негігроскопічні, стійкі до хімічних реагентів і не виділяють шкідливих речовин, тому їх з успіхом застосовують для упаковування фармацевтичних препаратів і харчових продуктів. Випуск виробів, що контактують із харчовими продуктами, дозволений лише для відкритої конструкції. У виробах закритої конструкції (фляги, бідони) тривалий час зберігається запах продуктів окислювання. Поліетилен застосовують для виготовлення багатьох господарських, галантерейних та інших побутових виробів.

Поліпропілен отримують з газу пропілену СН₂=СН-СН-, подібно поліетилену низького тиску, тобто під дією металоорганічних каталізаторів. За зовнішнім виглядом і іншими властивостями (хімічними, діелектричними), він подібний до поліетилену і відрізняється від нього здебільшого підвищеною жорсткістю, більшою механічною тривкістю і більш високою теплостійкістю. Температура плавлення поліпропілену залежно від величини молекулярної маси знаходиться в межах 160— 170 °С. Вироби із поліпропілену зберігають свою форму до 150°С (тобто їх можна стерилізувати).

При тривалому впливі бензину і бензолу поліпропілен у кімнатних умовах незначно набухає, а при температурі 100 °С розчиняється в ароматних вуглеводнях (бензолі, толуолі).

Перевершуючи поліетилен за теплостійкістю, поліпропілен поступається йому за морозостійкістю, (температура крихкості лежить у межах від -5 до —25 °С). Більш удароміцними і морозостійкими є сополімери пропілену з етиленом (блоксополімери), а також композиції поліпропілену з каучуками.

17

Поліпропілен використовують для виготовлення деталей автомобілів і мотоциклів, холодильників, а також для виробництва плівок, волокон і ниток, які мають високу стійкість, до стирання і вигинів і використовуються, наприклад, для виготовлення оббивних і фільтрувальних тканин, килимів тощо. Поліпропіленові плівки, які відрізняються високою прозорістю, застосовують їх для тих самих цілей, що і поліетиленові.

Поліізобутилен. Поліізобутилен отримують полімеризацією ненасиченого вуглеводню ізобутилену (безбарвний газ), що має хімічну формулу: СН₃

СН₃

Він являє собою каучукоподібний еластичний м'який матеріал із високою морозостійкістю і хімічною стійкістю. При кімнатній температурі він стійкий майже до всіх кислот і лугів. Порівняно легко поліізобутилен розчиняється у нафтопродуктах, ароматичних вуглеводнях, мінеральних маслах, але не розчиняється в спирті, ацетоні й інших полярних рідинах. Високоеластичні властивості поліізобутилену зберігаються при температурах від — 60 до +60 °С, при підвищенні температури стає липким.

Поліізобутилен використовують для виробництва рулонних і листових гідролізних матеріалів, проводів та кабелів і як антикорозійний та хімічно стійкий матеріал. Внаслідок малої стійкості до дії сонячного світла (в присутності кисню) звичайно застосовують поліізобутилен з іншими полімерами та наповнювачами (сажею, графітом), які різко збільшують його світлостійкість. Розчини поліізобутилену використовують в певних органічних розчинниках як антикорозійні лаки і клеї, що дають еластичний клейовий шов.

Полівінілхлорид (ПВХ) одержують полімеризацією хлористого вінілу СНг=СН-С1-, безбарвного газу, який легко конденсується в рідину при температурі близько — 14 °С. Полімеризацію хлористого вінілу в промисловості проводять двома методами водоемульсійним і водосуспензійним, які відрізняються властивостями ініціаторів, що застосовуються.

Відповідно до цього розрізняють полівінілхлорид суспензійний (має індекс С), емульсійний (з індексом Е). Більше практичне значення знаходить ПВХ суспензійний для виробництва вініпласту, лінолеуму, кабельної пластмаси, штучної шкіри. Емульсійний полівінілхлорид (ПВХ - Е 70, ПВХ - Е 66 та ін.) використовують для отримання різних видів паст, а також м'яких еластичних пластмас.

На основі ПВХ виробляють пластмаси двох типів: з застосуванням пластифікаторів - пластикати і без пластифікаторів - вініпласти.

Пластиками для побутових, цілей випускають у вигляді листів і плівок, пофарбованих в різні кольори. Вони м'які та еластичні і вміщують від 40 до 80% традиційних пластифікаторів (дібутилфталат, трикрезилфосфат, діоктилфталат та ін.), наповнювачі, стабілізатори та інші компоненти. 18

ПВХ - - пластикат відрізняється високою міцністю, стійкістю до стирання, достатньою хімічною стійкістю, гарними електроізоляційними властивостями, легко забарвлюється, склеюється і піддається сварці струмами високої частоти. Зі збільшенням кількості пластифікатора міцність, теплостійкість і діелектричні властивості понижуються, а розтягнення, еластичність, морозостійкість зростають.

Вініпласт - це композиційний пластик, і залежно від складу може бути прозорим чи непрозорим, безкольоровим та пофарбованим у будь-який колір. Він майже не горить, має високу хімічну стійкість, добрі електроізоляційні властивості та високу стійкість до динамічних навантажень. Припустима робоча температура для цього матеріалу 60—70 °С. Основний недолік -деформація під дією тривалого статичного навантаження навіть при нормальній температурі. Вініпласт випускають у вигляді плівки, листів, стрижнів, труб і застосовують у різноманітних галузях промисловості як маслостійкий, хімічно стійкий і ізоляційний матеріал. В електротехніці заміщає ебоніт. З вініпласту виготовляють вентиляційні труби, ємності для хімікатів, деякі галантерейні вироби.

У залежності від виду і кількості пластифікатора морозостійкість ПВХ-пластикату коливається в межах температур від —15 °С (із дібутилфталатом) до —60 °С (із діоктилфталатом,' діоктилсебацинатом та ін.). При більш низьких температурах пластикат стає жорстким і липким, легко розтріскується, особливо при вигині. Пластикат горить зеленуватим (у основі) кіптявим полум'ям. При неповному згоранні полівінілхлоридних пластиків (при недостачі кисню) виділяються їдкі й отруйні гази: хлористий водень, оксид вуглецю, хлор тощо.

У залежності від призначення випускають декілька видів листового і плівкового пластикату: листовий прокладний; плівковий (пакувальний), для накидок, клейонки, для виготовлення підошов і верхньої частини відкритого взуття й ін. Випускають також пластифіковані плівки ПВХ для галантерейних виробів, пофарбованих у різні кольори, гладкі і тиснені, для поясів, сумок, гаманців, книжкового плетіння і т. ін.

На основі ПВХ отримують піно- і поропласти (жорсткі, напівжорсткі та м'які), які використовують як тепло- і звукоізоляційні матеріали (для термоізоляції холодильників, вагонів, виготовлення меблів, плавальних засобів та ін.).

При обробці полівінілхлорида хлором одержують смолу із високою місткістю (до 66 %) хлору, що має назву - перхлорвініл Він розчиняється у великій кількості розчинників, зокрема в ацетоні, і має більш високу адгезійну спроможність (до металу, дерева, шкіри), ніж полівінілхлорид; з нього готують атмосферостійкі й антикорозійні лаки й емалі, плівки яких мають стійкість до кислот, лугів, бензину й олій. Його використовують також у виробництві клеїв (взуттєвих та ін.) і волокон (для спеціальних тканин, мереж, канатів, щіток). Волокно хлорин із перхлорвінілу іноді застосовують у виробництві тканин для медичної білизни. Варто враховувати, що це волокно хитливе до температури вище 70 °С.

19

Чималу роль у виробництві товарів широкого вжитку грають і сополімери вінілхлориду з вініліденхлоридом (саран), що застосовуються для виготовлення волокон і з вінілацетатом - для лакофарбових матеріалів, лінолеуму, різних покрить по тканинах, паперу.

Фторопласти. До фторопластів належать політетрафторетилен і політрифторхлоретилен. Обидва вони є прекрасними діелектриками, а також теплостійкими і винятково хімічно стійкими матеріалами, їх застосовують у електро- і радіоапаратурі, хімічній промисловості, машинобудуванні й ін. Деталі на основі фторопластів використовують у вузлах тертя, наприклад у підшипниках (без мастила), оскільки вони мають дуже малий коефіцієнт тертя (0,004). Поверхня їх має оліїстий характер. Тому вони застосовуються для антиадгезійних покриттів і замість мастила. Істотним недоліком фторопластів є їхня холодотекучість (під навантаженням).

Політетрафторетилен (фторопласт-4, тефлон) одержують

полімеризацією тетрафторетилену СН₂=СН₂. Він являє собою кристалічний полімер молочно-білого кольору з густиною 2,2—2,3 г/см³ і високою температурою плавлення (327 °С). При нагріванні до температури плавлення він із твердого, непрозорого і кристалічного стану перетворюється в прозорий матеріал з аморфною структурою, набуває еластичності, але не переходить у в'язкотекучий стан при нагріванні навіть до температури розкладання (415 °С). Це утрудняє його переробку у вироби. Випускається він у вигляді пухкого волокнистого порошку. Деталі з нього тривалий час можуть працювати при температурі 250 °С і вище. За'хімічною стійкістю фторопласт-4 перевершує не тільки всі інші полімери, але і усі відомі матеріали (метали, скло й ін.). Він стійкий не тільки до усіх розчинників, але навіть до найдужчих кислот і лугів.

Його застосовують переважно для технічних цілей у радіотехнічній, холодильній, харчовій та інших галузях промисловості при виготовленні важливих деталей (труб, прокладок, манжет, кранів, насосів, дисків тощо) та деталей холодильників. Плівки застосовують для електроізоляційних цілей, конденсаторів та ін.

Фторопласт - 3 (політрифторхлоретилен) отримують полімеризацією трифторхлоретилену. СР2=СРС1 за зовнішнім виглядом і багатьма властивостями близький до фторопласта-4, однак він менш теплостійкий і поступається йому хімічною стійкістю і електрозахисними властивостями. Робоча температура виробів із фторопласта-3, при якій вони зберігають свої початкові властивості, від -195 °С до +130 °С. Фторопласт - 3 має добру текучість при нагріванні і тому легко переробляється у вироби традиційними для пластмас методами - литтям під тиском, екструзією, пресуванням. Застосовується для тих самих цілей, що й фторопласт-4.

Полістирол і сополімери стиролу. Промислове виробництво полістиролу засвоєно з 1930 р. В даний час випускається цілий ряд полістирольних пластиків: полістирол загального призначення, пінополістирол, ударотривкий полістирол і декілька сополімерів. Вихідною сировиною для полістиролу є стирол (вінілбензол), який являє собою безбарвну прозору легкорухому рідину з температурою 20

кипіння близько 146 °С і характерним запахом, який з'являється при термічній деструкції (при сильному нагріванні і горінні) полімеру внаслідок його часткової деполімеризації. Стирол токсичний, тому важливо, щоби у процесі полімеризації він цілком переходив у полімер — полістирол.

Полімеризацію стиролу -СШ^СН-СеН; здійснюють за блоковим, суспензійним (бісерний) та емульсійним (латексний) методами. Відповідно до цього полістирол випускається за назвою блоковий, суспензійний і емульсійний. За діелектричними властивостями та прозорістю емульсійний полістирол поступається двом іншим видам полістиролу, але незначно перевищує їх за механічними властивостями. Всі три методи полімеризації дають можливість отримувати полістирол у вигляді гранул (зерен) або порошку білого кольору.

Полістирол являє собою твердий, жорсткий, пружний і прозорий полімер із аморфною структурою, який легко забарвлюється в будь-який колір. Пропускає близько 90 % світлових променів, термопластичний. При температурі 80—85 °С він починає розм'якшуватися і при подальшому нагріванні до 150 °С переходить у високоелатичний стан, легко витягуючись у нитки. При охолодженні вони стають крихкими. Використовувати вироби з полістиролу можна лише при температурах нижче 80 °С. Він є горючим матеріалом і горить жовтим полум'ям, яке коптить, що обумовлено високим вмістом у ньому вуглецю.

Полістирол блоковий і суспензійний являє собою склоподібну масу з винятково високою вологостійкістю, достатньо високою хімічною стійкістю і високими діелектричними властивостями. Він розчиняється в ароматичних вуглеводнях, аліфатичних кетонах і ефірах, але не розчиняється в спиртах і рослинних оліях. Луги і слабкі кислоти на нього не діють.

З полістиролу виготовляють лабораторний хімічний посуд і різноманітні побутові вироби (вази, шкатулки, ґудзики, гребені, фотокасети й ін.), плівки і пористі матеріали. Полістирольні плівки відрізняються високою міцністю, прозорістю і блиском. Вони широко застосовуються в радіотехніці, для упаковування сухих харчових продуктів і фармацевтичних препаратів.

Пінополістирол із малою об'ємною масою (0,01—0,1 г/см³) використовують як тепло- і звукоізоляційний матеріал (в холодильниках, ізотермічних вагонах, будівництві тощо). Безбарвність, висока прозорість і твердість, а також відповідний показник заломлення світла дозволяють використовувати полістирол для виготовлення оптичних виробів (лінз, призм і т. ін.).

При виробництві із полістиролу виробів харчового призначення враховують наявність у ньому залишкового мономера стиролу. Вироби харчового призначення з нього рекомендуються переважно для сухих продуктів (із вологістю не вище 15 %). Проте при короткочасному користуванні ці вироби придатні і для рідких (але не гарячих) продуктів. Для цього здебільшого використовується суспензійний полістирол, який містить найменшу кількість вільного мономера (0,5 %).

Поряд із низькою теплостійкістю (до 80 °С) і горючістю гомополімер стиролу (звичайний полістирол) відрізняється крихкістю, що обмежує його застосування. Усунення крихкості досягають суміщенням полістиролу з

21

каучуками або сополімеризацією стиролу з іншими мономерами (акрілонітрилом, бутадієном та ін.), що дають більш гнучкі полімерні ланцюги макромолекули. Одержувані при цьому полімери називають ударотривкими полістиролами. Добавки 10—15 % синтетичного каучуку здійснюють пластифікуючу дію і призводять до підвищення ударної тривкості в декілька разів. Відомі марки ударотривкого полістиролу - УП і СНП. Це непрозорі пластмаси білого кольору.

Порівняно зі звичайним полістиролом (гомополімером), ударотривкий полістирол УП механічно більш тривкий і стійкий до старіння, але хімічна стійкість його нижче. Він дещо набухає в бензині, керосині. При суміщенні з нітрильним каучуком одержують більш стійкі до жирів, олій і органічних розчинників матеріали (СНП). У вигляді листів, отриманих екструзією, цей матеріал переробляють методом вакуумного і пневматичного формування у великогабаритні вироби (двері холодильників, ванни, раковини, кожухи, футляри і т.д.). Ударотривкий полістирол використовується також для гари (ящиків), труб, лицювальних матеріалів (панелей для стін, стель) і т. ін. З ударотривкого полістиролу марки УП виготовляють іграшки, фотоприналежності, авторучки й ін. Для виробництва товарів народного споживання дуже важливі сополімери стиролу з акрилонітрилом, із метилметакрилатом і особливо трикомпонентний сополімер акрилонітрилу, бутадієну і стиролу (сополімер АБС). Останній одержують полімеризацією стиролу й акрилонітрилу в розчині бутадієнового або бутадієнстирольного каучуку. Роль розчинника виконує стирол, що разом з акрилонітрилом приєднується до ланцюгів макромолекул каучуку.

Всі сополімери мають лінійну будову і термопластичні. Верхня межа їхніх робочих температур знаходиться між 60 і 80 °С. Вони достатньо хімічно стійкі до агресивних середовищ. Найважливіша їхня відмінність від полістиролу полягає в більш високих механічних властивостях. Вони менш схильні до розтріскування.

З сополімерів стіролу виготовляють деталі автомобіля (деталі спідометра, стрілки, шкали, фірмові знаки, підфарники, козирки й ін.), приладові щітки, вартові стрілки, канцелярські приналежності (лінійки, лекала), галантерейні товари, деталі санітарно-технічного устаткування, меблів та ін.

Поліакрилати - полімери і сополімери акрилової і метакрилової кислот і їхніх похідних. Одержують їх шляхом полімеризації переважно ефірів акрилової і метакрилової кислот. Полімеризацію проводять в блоці, розчиннику, емульсії і суспензії. Спосіб полімеризації залежить від призначення полімеру і впливає на його консистенцію і форму.

Наприклад, водяні дисперсії (типу латексу) полімерів акрилової кислоти і її ефірів, отримані водоемульсійним способом, застосовують для просочування тканин, дерева, паперу, покриття шкіри й інших матеріалів із метою підвищення їхньої вологостійкості і надання їм гарного зовнішнього вигляду. Серед поліакрилатів для виробництва товарів народного споживання найбільше значення мають поліметилметакрилат і поліакрилонітрил. 22

Поліметилметакрилат (ПММ) відрізняється високою механічною міцністю, яка перевершує в декілька разів міцність силікатного скла. Фізіологічне нешкідливий, стійкий до дії води, спиртів, жирів, розбавлених кислот і лугів, але розчиняється в ацетоні, дихлоретані та ін. Листовий ПММ має високу Прозорість: пропускає до 93% баченого світла та 75% ультрафіолетових промінів, тоді як звичайне силікатне скло тільки 0,6% ультрафіолетових промінів, надзвичайно стійкий до старіння.

ПММ - термопласт, горить з характерним запахом фруктової есенції. Недоліки - невисока теплостійкість, недостатня поверхнева твердість (легко шкребеться). Будова макромолекули поліметилметакрилату може бути подана в такому вигляді:

СН₃ -СН₂-С-

СООСНз

Листовий ненаповнений поліметилметакрилат (органічне скло, плексіглас) одержують блоковою полімеризацією, заливаючи мономер (метилметакрилат) разом з ініціатором і іншими складовими частинами у великі плоскі форми (із силікатного скла або металу).

Фізико-механічні властивості виробів із поліметилметакрилату мало змінюються під дією світла і кисню повітря. Проте значний коефіцієнт лінійного розширення при малій теплопровідності поліметилметакрилату обумовлює можливість появи багатьох дрібних тріщин на поверхні виробів із

нього.

Перспективними є сополімери метилметакрилату зі стиролом (марки МС) і акрилонітрилом (МСН) з бутилакрилатом (Дакрил-4Б), з метилакрилатом (Дакрил - 2 М). Всі вони мають підвищену теплостійкість, твердість і кращу текучість при нагріванні.

Використовують поліметилметакрилат для виробництва високоякісних лакофарбових матеріалів і клеїв, галантерейних виробів, посуду, ювелірних виробів, різних сувенірів.

Поліакрилонітрил - продукт полімеризації акрилонітрилу СН₂= СН- СМ-рідини, яку одержують взаємодією ацетилену та синильної кислоти. Характерні особливості поліакрилнітрилу - висока механічна міцність, хімічна стійкість і теплостійкість. Він розчиняється в розповсюджених органічних розчинниках (ацетоні, дихлоретані, бензині та ін.), стійкий до дії води, кислот і лугів. Це термопласт. При нагріванні плавиться, але й одночасно розкладається, що утруднює його переробку традиційними методами (пресування, лиття під тиском). Тому пластичних мас з нього не виробляють, а використовують для отримання синтетичного волокна нітрону. Для цього поліакрилонітрил розчиняється в полярному розчиннику (діметилформаміді), котрий після формування волокон відшивають гарячою водою. Нітрон широко використовують для виробництва тканин, трикотажу та штучного хутра.

23

Полівінілацетат - - це продукт полімеризації вінілацетату СН₂= СНОСОСНз, який одержують в результаті приєднання оцтової кислоти та ацетилену. Це прозорий безбарвний полімер, нерозчинний у бензині, керосині й оліях, але набухає у воді і розчинний у спиртах, ацетоні, складних ефірах і хлорованих вуглеводнях (дихлоретані, хлороформі та ін.)

При кімнатній температурі полівінілацетат є твердим тілом із переважно аморфною структурою і володіє деякою еластичністю. При температурі 40 °С він починає розм'якшуватися, при 50—100 °С стає гумоподібним, а при 170 °С і вище розкладається.

Як пластмасу його майже не використовують в наслідок малої теплостійкості та низької морозостійкості (до -50 С). Однак завдяки безбарвності, світлостійкості і високій адгезійній спроможності він широко використовується для виготовлення лакофарбових матеріалів і клеючих засобів. Найважливіше значення мають водні дисперсії (латекси) полівінілацетату для приготування водо дисперсійних фарб.

У лаках і клеях полівінілацетат звичайно використовується в суміші з фенолформальдегідними смолами, із нітроцелюлозою тощо. Велика кількість полівінілацетату йде на подальшу переробку в полівініловий спирт і полівінілацеталі.

Полівініловий спирт одержують омиленням полівінілацетату. Випускається у вигляді білого порошку, який легко розчиняється у воді. Завдяки полярності макромолекул не розчиняється в аліфатичних і ароматичних розчинниках, винятково стійкий до дії жирів і мінеральних масел, а тому він у вигляді плівок, листів і труб використовується для виготовлення бензиностійких шлангів і прокладок. При нагріванні полівініловий спирт трохи розм'якшується, але не плавиться, мало змінюючи свої властивості при тривалому нагріванні до 140 °С.

Водяні розчини його мають високу в'язкість і застосовуються для готування косметичних препаратів, клеїв і т. ін. Із полівінілового спирту виготовляють також волокна, нитки, плівки. Нитки з полівінілового спирту застосовують у хірургічній практиці. Шви з таких ниток поступово розсмоктуються організмом і їх не потрібно виймати. Плівки, пластифіковані гліцерином, які розчинні у воді, застосовують для одноразового упаковування харчових продуктів, миючих засобів, медичних препаратів тощо. Полівінілспиртове волокно, відоме в нашій країні під назвою вінол, характеризується високою стійкістю до стирання, гігроскопічністю і добре фарбується барвниками. Разом з бавовною і вовною застосовують для виробництва тканин, трикотажу та ін.

Полівінілацеталі одержують дією альдегідів в присутності каталізаторів на водяні розчини полівінілового спирту. При взаємодії з масляним альдегідом утворюється полівінілбутираль (бутвар), що входить до складу клеїв БФ.

Полівінілбутираль дає прозорі, світлостійкі, еластичні морозостійкі плівки з високими адгезійними властивостями до багатьох матеріалів, а тому вважається кращим матеріалом для зклеювання скла ("триплекс"). Він добре розчиняється в спирті й інших органічних розчинниках. 24

Поліформальдегід (поліоксиметилен) за хімічною природою належить до простих поліефірів. У промисловому масштабі з 1959 р. його одержують полімеризацією формальдегіду, використовуючи його водяний розчин (формалін). Схематично реакція може бути подана в такому вигляді:

пСН₂0 - ... - СН₂ - О - СН₂ - О - СН₂ - О ...

Поліформальдегід є термопластичним полімером із високим ступенем кристалічності. На кінцях цих ланцюгів утворюються гідроксильні групи, що обумовлюють нестабільність поліформальдегіду: при нагріванні вже до 90— 100 °С починається його термічна деструкція з виділенням формальдегіду. Тому технологічний процес виробництва поліформальдегіду обов'язково включає стадію його стабілізації. Стабілізований Поліформальдегід без розкладання витримує нагрівання (до 250 °С) при його переробці у вироби. Робоча температура експлуатації виробів із нього допускається до 120 °С. При температурі близько 150 °С він починає розм'якшуватися, а при 175—180 °С - плавитися. Поліформальдегід стійкий до аліфатичних, ароматичних вуглеводнів, що містять галоген, спиртів і ефірів і перевершує в цьому відно­шенні поліетилен. Він має відносно високу хімічну стійкість і руйнується при дії лише сильних кислот і основ (лугів).

Його випускають у вигляді білого порошку, при плавленні якого одержують непрозорий матеріал кольору слонової кістки з високою термостійкістю, гарними механічними властивостями, малим коефіцієнтом тертя, великою ударною тривкістю і зносостійкістю. Його вважають дуже перспективним конструкційним матеріалом для багатьох побутових машин і приладів, а також для виготовлення небиткого посуду, тари й інших виробів (дверних ручок, гребінців, мильниць, корпусів авторучок, ручок ножів та ін.). З поліформальдегіду виробляють також високотривкі плівки і волокно, які спроможні добре забарвлюватися.

Поліконденсаційні смоли і пластмаси па їх основі

У процесі поліконденсації і взаємодії вихідних речовин виділяються побічні продукти реакції (вода, аміак, кислоти). Продукт поліконденсації -конденсат відрізняється елементарним складом від вихідних речовин. Най­більш поширеними поліконденсаційними смолами є фенолальдегідні, аміноальдегідні, поліамідні, поліефірні, епоксидні, поліуретанові і кремнійорганічні смоли.

Фенолформальдегідні смоли одержують реакцією поліконденсації фенолу С₆Н₅ОН з формаліном (40 % водяний розчин газу формальдегіда СН₂О). Пластмаси на основі цих смол називають фенопластами. Ці перші синтетичні смоли дотепер становлять істотну частку (близько 6 %) у світовому виробництві синтетичних смол і пластмас.

В залежності від кількісного співвідношення фенолу та формальдегіду і типу каталізатора, застосованого при поліконденсації, отримують два типи смол: новолачні та резольні. Новолачні смоли утворюють при надлишку фенолу та наявності кислого каталізатора (кислоти), резольні - при надлишку формаліну і присутності лугового каталізатора.

25

Новолачні смоли мають лінійну будову, термопластичні і можуть багаторазово плавитися і знову затвердівати при охолодженні. Вони добре розчиняються в спирті й ацетоні, їх можна розчинити також у водяних лужних розчинах. Новолачні смоли застосовують для виготовлення прес-порошків, спиртових ідитольних лаків і політур, а також як зв'язуючи речовини при виробництві абразивних інструментів (кіл, брусків) тощо.

На відміну від новолачних резольні смоли без додавання затверджувачів спроможні переходити в неплавкий і нерозчинний стан, набуваючи сітчастої (просторової) структури. Резольна фенолформальдегідна смола в початковій стадії конденсації А має лінійну і розгалужену структуру і називається резолом, вона розчинна в спирті й ацетоні і при нагріванні спроможна плавитися, але унаслідок своєї термореактивності переходить при цьому послідовно в стадію В (резитол), а потім у кінцеву стадію С (резит).

У проміжній стадії конденсації резольна смола може розм'якшуватися і витягатися в довгі нитки, а також набухати в розчинниках (спирті, ацетоні), оскільки просторова сітка смоли ще досить рідка. Резольна смола в стадії С є нерозчинним і неплавким твердим тілом із високою вологостійкістю, хімічною стійкістю й, порівняно з новолачними смолами, володіє дещо кращими діелектричними властивостями.

Фенопласти виробляють у вигляді пресувальних матеріалів, які являють собою композиції новолачної або резольної смоли переважно з порошкоподібними, волокнистими і шаруватими наповнювачами. Прес-порошки являють собою суміші фенолформальдегідних смол з органічними і мінеральними наповнювачами (деревною мукою, тальком, коаліном, кварцовою, коксовою і слюдяною мукою й ін.), в які додають затверджувачі (до новолачних смол), стабілізатори, барвники, мастильні речовини та ін. У деяких пресс-порошках із деревним наповнювачем (залежить від призначення) вміст фенолформальдегідної смоли становить 60—50 %, а деревної муки -40—50 %.

З прес-порошків виготовляють електроустановочні вироби (патрони, розетки, штепсельні вилки, вимикачі), канцелярські і культурно-побутові приналежності, технічні вироби та ін. На основі резольних смол виробляють волокнисті і шаруваті прес-матеріали, застосовуючи волокнисті і шаруваті наповнювачі (волокна, папір, тканини).

Вироби з фенопластів мають гарну вологостійкість, масло- і бензостійкість та достатньо високу стійкість до дії кислот й інших хімічних реагентів. Однак вони недостатньо стійки до дії лугів і концентрованих кислот; шаруваті і волокнисті фенопласти відрізняються також підвищеною механічною тривкістю.

Фенопласти мають високу теплостійкість і гарні діелектричні властивості. Цим обумовлене їхнє використання при виготовленні корпусів електроустановчої арматури. Без істотних змін вони витримують трипалі впливи при температурі 125 °С і короткочасні — До 170 °С. При цьому вони не розм'якшуються і не горять. Лише при нагріванні вище 250 °С вони 26

поступово починають звуглюватися. Вироби з фенопластів стійкі до дії цвілій, оскільки фенолу і формальдегіду притаманні фунгіцидні властивості.

При тривалому зіткненні особливо з гарячою водою вироби з фенопластів виділяють деяку кількість фенолу і формальдегіду, що робить неможливим їх застосовування для виготовлення харчового посуду. Недоліками фенолформальдегідних пластмас є їхня слабка світлостійкість і запах, що утримується завдяки наявності вільного фенолу і формальдегіду. Окислюючись на повітрі, феноли змінюють своє забарвлення. Внаслідок цього природний жовтуватий і коричневий кольори фенопластів переходять у плямистий червоно-коричневий. У зв'язку з цим вироби з фенопластів фарбують звичайно в коричневий і чорний кольори.

Аміноформальдегідні смоли одержують у процесі поліконденсації формальдегіду з сечовиною СО(КН₂)2 чи меламіном (СІМ—МН^. У першому випадку отримують сечовиноформальдегідні (карбамідні) смоли, у другому меламіноформальдегідні. Пластмаси на їхній основі називають амінопластами. Пластмаси на основі меламіноформальдегідних смол часто виділяють в окрему групу і називають мелалітами.

При нагріванні, а в присутності затверджувачів (щавлевої, фталевої кислот та ін.) і при кімнатній температурі, сечовино- і меламіноформальдегідні смоли поступово набувають тривимірної структури, після чого стають неплавкими і нерозчинними продуктами, подібними резиту. Вони мають значну твердість, високу теплостійкість і гарну вологостійкість. Показники цих властивостей завжди вище у меламіноформальдегідних і нижче—у сечовиноформальдегідних смол. Меламін має більше реакційноспроможних груп, ніж сечовина, тому смоли на його основі затвердіють швидше й утворюють тривимірну структуру з більш частою сіткою поперечних зв'язків, що забезпечує відповідно до цього більш високу їх теплостійкість і вологостійкість, порівняно з сечовиноформальдегідними смолами. Останні містять більше вільного (незв'язаного) формальдегіду, ніж меламіноформальдегідні смоли.

Вироби з амінопластів мають велику твердість, досить високу теплостійкість і механічну тривкість. Вони стійкі до дії води, слабких кислот і лугів, нафтопродуктів (бензину, гасу, мастильних масел) і розчинників (спирту, ацетону, бензолу й ін.). Вони стійкі до дії цвілевих грибів, оскільки формальдегід є фунгіцидом. Менш стійкі амінопласти до дії сильних кислот і лугів, що викликають їхню руйнацію. Амінопласти не горять, але при температурах вище 200 °С термічно деструктуються і поступово обвуглюються, виділяючи продукти розпаду у вигляді аміаку, амінів, формальдегіду й ін.

Відмінність амінопластів, особливо мелаліту, від фенопластів полягає в більшій світлостійкості, у відсутності запаху і меншому виділенні при дії води шкідливих речовин. Ці властивості обумовлюють можливість застосування мелаліту й у тих випадках, у яких фенопласти не можуть бути застосовані.

З амінопластів виготовлюють посудогосподарчі, галантерейні та культурно-побутові виробів, деталі електроосвітлювального устаткування (ковпаки й абажури для ламп, ролики, кнопки, корпуси штепселів і вимикачів), радіотелевізійної і телефонної апаратури (корпуси приймачів, трубки й ін.) і

27

для електротехнічних деталей із високою лугостійкістю (прилади запалювання, вимикачі, деталі для телефонів). Це обумовлено гарними діелектричними властивостями амінопластів.

Поліаміди. Поліамідами називають гетероланцюгові лінійні полімери, у яких окремі ланки ланцюгів пов'язані між собою амідним (пеитидним) зв'язком (—СО—МН—). Основними видами поліамідів є: капрон, що отримується полімеризацією із капролактаму; ашд-конденсацісю із гексаметилендіаміну та адипінової кислоти і емянт-полікондесацією аміноенантової кислоти. Це жорсткі, непрозорі, рогоподібні продукти від білого до світло-коричневого кольору. Характеризуються легкістю, міцністю на удар, гарною діелектричною здатністю, морозостійкістю (до -50 °С) і високою стійкістю до стирання.

Поліамідні смоли термопластичні, плавляться при температурі 180-260 °С, легко витягуються в нитки і плівки. Порівняно з іншими синтетичними смолами вони мають відносно високе водопоглинання (до 12 %), що пов'язано з наявністю гідрофільних груп у їхніх молекулах, здебільшого амідних. Чим частіше вони розташовуються в ланцюгах поліамідів (чим менше вуглецевих атомів у молекулах вихідної сировини), тим вище, як правило, температура плавлення і вологопоглинання полімеру. Поліамідні волокна мають гігроскопічність 4,3 % при відносній вологості повітря 65 % і температурі 20 °С.

Поглинаючи деяку кількість вологи, поліаміди залишаються стійкими до її дії. Діелектричні властивості їх при поглинанні вологи знижуються, але механічна міцність майже не зменшується. Вони стійкі до дії жирів і нафтопродуктів, а також лугів, але чутливі до кислот, особливо мінеральних, при дії яких гідролізуються (за місцем амідних зв'язків). Вони нерозчинні у бензині, бензолі й інших розчинниках, але добре розчиняються в гарячих мурашиній і оцтовій кислотах (концентрованих), а також у фенолах. Цінними властивостями поліамідів є їхня динамічна тривкість, стійкість до абразивного зносу і практична негорючість, а також їхнє незагнивання. Вони стійкі до дії цвілевих грибів.

До недоліків поліамідів зараховують їхню слабку стійкість до дії світла і особливо ультрафіолетових променів (при нагріванні) і окислюючих агентів, (азотної кислоти, перекису водню, розчинів перманганату), а також речовин, що відбілюють і виділяють вільний хлор.

Поліамідні смоли використовуються при виробництві синтетичних волокон, плівок і пластичних мас. З поліамідних волокон виготовляють панчохи й інші трикотажні вироби, тканини, нитки, шнури, канати, рибальські сітки, а також щетину, яку застосовують для платтяних щіток і у швейному виробництві. Поліамідні плівки використовують для упакування і зберігання, жирів, масел, м'яса, стерилізації медичних інструментів і т. ін.

Із наповнених поліамідів (пластмас) виробляють переважно віконні петлі, крани для раковин, лійки, дорожні вішалки, одежні кнопки, ґудзики, 26

поступово починають звуглюватися. Вироби з фенопластів стійкі до дії цвілій, оскільки фенолу і формальдегіду притаманні фунгіцидні властивості.

При тривалому зіткненні особливо з гарячою водою вироби з фенопластів виділяють деяку кількість фенолу і формальдегіду, що робить неможливим їх застосовування для виготовлення харчового посуду. Недоліками фенолформальдегідних пластмас є їхня слабка світлостійкість і запах, що утримується завдяки наявності вільного фенолу і формальдегіду. Окислюючись на повітрі, феноли змінюють своє забарвлення. Внаслідок цього природний жовтуватий і коричневий кольори фенопластів переходять у плямистий червоно-коричневий. У зв'язку з цим вироби з фенопластів фарбують звичайно в коричневий і чорний кольори.

Аміноформальдегідні смоли одержують у процесі поліконденсації формальдегіду з сечовиною СО(КН₂)2 чи меламіном (СІМ—МН^. У першому випадку отримують сечовиноформальдегідні (карбамідні) смоли, у другому меламіноформальдегідні. Пластмаси на їхній основі називають амінопластами. Пластмаси на основі меламіноформальдегідних смол часто виділяють в окрему групу і називають мелалітами.

При нагріванні, а в присутності затверджувачів (щавлевої, фталевої кислот та ін.) і при кімнатній температурі, сечовино- і меламіноформальдегідні смоли поступово набувають тривимірної структури, після чого стають неплавкими і нерозчинними продуктами, подібними резиту. Вони мають значну твердість, високу теплостійкість і гарну вологостійкість. Показники цих властивостей завжди вище у меламіноформальдегідних і нижче—у сечовиноформальдегідних смол. Меламін має більше реакційноспроможних груп, ніж сечовина, тому смоли на його основі затвердіють швидше й утворюють тривимірну структуру з більш частою сіткою поперечних зв'язків, що забезпечує відповідно до цього більш високу їх теплостійкість і вологостійкість, порівняно з сечовиноформальдегідними смолами. Останні містять більше вільного (незв'язаного) формальдегіду, ніж меламіноформальдегідні смоли.

Вироби з амінопластів мають велику твердість, досить високу теплостійкість і механічну тривкість. Вони стійкі до дії води, слабких кислот і лугів, нафтопродуктів (бензину, гасу, мастильних масел) і розчинників (спирту, ацетону, бензолу й ін.). Вони стійкі до дії цвілевих грибів, оскільки формальдегід є фунгіцидом. Менш стійкі амінопласти до дії сильних кислот і лугів, що викликають їхню руйнацію. Амінопласти не горять, але при температурах вище 200 °С термічно деструктуються і поступово обвуглюються, виділяючи продукти розпаду у вигляді аміаку, амінів, формальдегіду й ін.

Відмінність амінопластів, особливо мелаліту, від фенопластів полягає в більшій світлостійкості, у відсутності запаху і меншому виділенні при дії води шкідливих речовин. Ці властивості обумовлюють можливість застосування мелаліту й у тих випадках, у яких фенопласти не можуть бути застосовані.

З амінопластів виготовлюють посудогосподарчі, галантерейні та культурно-побутові виробів, деталі електроосвітлювального устаткування (ковпаки й абажури для ламп, ролики, кнопки, корпуси штепселів і вимикачів), радіотелевізійної і телефонної апаратури (корпуси приймачів, трубки й ін.) і

27

для електротехнічних деталей із високою лугостійкістю (прилади запалювання, вимикачі, деталі для телефонів). Це обумовлено гарними діелектричними властивостями амінопластів.

Поліаміди. Поліамідами називають гетероланцюгові лінійні полімери, у яких окремі ланки ланцюгів пов'язані між собою амідним (пеитидним) зв'язком (—СО—МН—). Основними видами поліамідів є: капрон, що отримується полімеризацією із капролактаму; ашд-конденсацісю із гексаметилендіаміну та адипінової кислоти і емянт-полікондесацією аміноенантової кислоти. Це жорсткі, непрозорі, рогоподібні продукти від білого до світло-коричневого кольору. Характеризуються легкістю, міцністю на удар, гарною діелектричною здатністю, морозостійкістю (до -50 °С) і високою стійкістю до стирання.

Поліамідні смоли термопластичні, плавляться при температурі 180-260 °С, легко витягуються в нитки і плівки. Порівняно з іншими синтетичними смолами вони мають відносно високе водопоглинання (до 12 %), що пов'язано з наявністю гідрофільних груп у їхніх молекулах, здебільшого амідних. Чим частіше вони розташовуються в ланцюгах поліамідів (чим менше вуглецевих атомів у молекулах вихідної сировини), тим вище, як правило, температура плавлення і вологопоглинання полімеру. Поліамідні волокна мають гігроскопічність 4,3 % при відносній вологості повітря 65 % і температурі 20 °С.

Поглинаючи деяку кількість вологи, поліаміди залишаються стійкими до її дії. Діелектричні властивості їх при поглинанні вологи знижуються, але механічна міцність майже не зменшується. Вони стійкі до дії жирів і нафтопродуктів, а також лугів, але чутливі до кислот, особливо мінеральних, при дії яких гідролізуються (за місцем амідних зв'язків). Вони нерозчинні у бензині, бензолі й інших розчинниках, але добре розчиняються в гарячих мурашиній і оцтовій кислотах (концентрованих), а також у фенолах. Цінними властивостями поліамідів є їхня динамічна тривкість, стійкість до абразивного зносу і практична негорючість, а також їхнє незагнивання. Вони стійкі до дії цвілевих грибів.

До недоліків поліамідів зараховують їхню слабку стійкість до дії світла і особливо ультрафіолетових променів (при нагріванні) і окислюючих агентів, (азотної кислоти, перекису водню, розчинів перманганату), а також речовин, що відбілюють і виділяють вільний хлор.

Поліамідні смоли використовуються при виробництві синтетичних волокон, плівок і пластичних мас. З поліамідних волокон виготовляють панчохи й інші трикотажні вироби, тканини, нитки, шнури, канати, рибальські сітки, а також щетину, яку застосовують для платтяних щіток і у швейному виробництві. Поліамідні плівки використовують для упакування і зберігання, жирів, масел, м'яса, стерилізації медичних інструментів і т. ін.

Із наповнених поліамідів (пластмас) виробляють переважно віконні петлі, крани для раковин, лійки, дорожні вішалки, одежні кнопки, ґудзики, 28

застіжки, масажні головні щітки, намисто, фігурні каблуки для жіночого модельного взуття, труби, ізоляційної оболонки, кабелі та ін.

Поліефіри одержують поліконденсацією багатоатомних спиртів із багатоосновними кислотами або їх ангідридами. За хімічною природою вони є полімерними складними ефірами, а тому й одержали назву поліефірів. З багатоатомних спиртів найбільш практичне застосування для виробництва поліефірних смол мають етиленгліколь, гліцерин і пентаеритрит. Серед багатоосновних кислот найважливіше значення для виробництва поліефірних смол мають фталева кислота і її ангідрид, телефталева кислота, малеїнова кислота і її ангідрид. Основними видами поліефірних смол е алкідні смоли, поліетилентерефталат, полікарбонати та ненасичені поліефіри.

Алкідними смолами називають продукти поліконденсації фталевої кислоти (або її ангідриду) із багатоатомними спиртами. У процесі одержання їх хімічно модифікують рослинними оліями або ненасиченими жирними кислотами. За участю гліцерину і фталевого ангідриду одержують гліфталеві, а з пентаеритритом і фталевим ангідридом - - пентафталеві

смоли.

Алкідні смоли термореактивні і при нагріванні поступово переходять у нерозчинний і неплавкий стан. Однак затвердіння їх потребує тривалого часу, що утрудняє їхнє застосування для пластмас. Загалом вони використовуються у виробництві лаків і фарб.

Поліетилентерефталат утворюється при взаємодії терефталевої кислоти або її диметилового ефіру з етиленгліколем Це твердий полімер білого або світло-кремового кольору з лінійною структурою, високим ступенем кристалічності і температурою плавлення близько 260 °С. При швидкому охолодженні розплаву з нього одержують прозорі плівки.

Поліетилентерефталат не розчиняється в звичайних органічних розчинниках, стійкий до дії води, жирів, мінеральних масел і багатьох органічних кислот, а також концентрованої соляної кислоти, але поступово руйнується від дії азотної і сірчаної кислот. Матеріали (волокна і плівки) із поліетилентерефталату (лавсану) під дією гарячої води не втрачають міцності! форми. Вони використовуються у виробництві тканин, трикотажу, штучного хутра та ін. Завдяки сильній міжмолекулярній взаємодії й орієнтаційному витягуванню волокна і плівки мають високу механічну міцність. За властивостями лавсанові волокна подібні до вовни, проте перевершують вовну за стійкістю до стирання і незмінаємості виробів, особливо в мокрому стані. Як і плівки, вони потребують термофіксації для запобігання їхньої усадки і зміни властивостей у процесі термічних впливів при експлуатації виробів. Рівноважна вологість лавсанових волокон (при відносній вологості повітря 65 %) становить 0,4-0,5 %.

Поліетилентерефталатні плівки завдяки їхній тривкості і прозорості застосовують як підкладки магнітних стрічок при записі звуку і зображення, кіно-, фото- і рентгенівської плівки. Плівки застосовують також для упаковування харчових продуктів, медикаментів і хімікатів.

29

Полікарбонати лінійні поліефіри, полімерні ланцюги яких

побудовані переважно із залишків ароматичних з'єднань арилів, тому їх зараховують до класу полімерів, які називаються поліарилатами. Ароматичні ланки в макромолекулах поліарилатів обумовлюють сильну міжмолекулярну взаємодію їхніх ланцюгів, високу механічну тривкість, а також термічну і хімічну стійкість цих полімерів. Деякі з них мають температуру плавлення вище 300°С.

Для виробництва товарів народного споживання найбільш значущі полікарбонати, які мають (К.) свою назву завдяки тому, що ароматні ланки в їхніх ланцюгах пов'язані карбонатним зв'язком і за хімічною будовою їх можна розглядати як складні ефіри вугільної кислоти й ароматних діоксиз'єднань.

У промисловому масштабі їх одержують при взаємодії діоксидіфенілолпропану і фосгену. Полікарбонати мають переважно аморфну структуру. Ступінь їхньої кристалічності невеликий. Після плавлення й охолодження вони перетворюються в безбарвні прозорі тверді речовини з високою теплостійкістю і винятково великою ударною міцністю. І хоча вони термопластичні, але розм'якшуються лише при температурі вище 150 °С, а деякі види полікарбонатів — тільки при 300 °С. Вони стійкі до дії води, розведених кислот і лугів, окислювачів, аліфатичних вуглеводнів, жирів і мінеральних масел, стійкі до старіння й атмосферних впливів. Багато органічних розчинників (спирти, ацетон та ін.) викликають набрякання полікарбонатів, а хлоровані вуглеводні (хлорбензол, дихлоретан та ін.) розчиняють їх.

Під дією сильних лугів полікарбонати руйнуються. Полікарбонати мають гарні механічні і діелектричні властивості і високу стійкість до старіння не тільки в звичайних умовах, але і при підвищеній температурі, а також у киплячій воді. У той же час деталі з цього полімеру відрізняються великою стабільністю розмірів, не деформуються і зберігають гнучкість (плівки) при низьких температурах (—75 °С). Полікарбонати починають горіти лише при високих температурах і можуть самогаснути.

Завдяки цим властивостям полікарбонати стають одним із найважливіших і перспективних видів полімерів для виготовлення товарів народного споживання. Вони придатні для виготовлення корпусів радіоприймачів й іншої апаратури, футлярів для інструментів, шестерень, болтів і гайок, фото- і кіноплівки, багатьох деталей холодильників, магнітофонів, обчислювальних машин, а також труб, кранів, насосів, волокон і т.д. Висока теплостійкість і гарні оптичні властивості дозволяють застосовувати полікарбонати у світлотехніці (світильники і т. ін.).

Полікарбонати не мають запаху і смаку, нечутливі до ударів, а тому дуже зручні при виготовленні тари для перевезення харчових продуктів. З них виготовляють також посуд для гарячої їжі, оскільки вони не виділяють шкідливих речовин. Плівкові матеріали з полікарбонатів прозорі, міцні, стійкі до багаторазових вигинів, що дозволяє використовувати їх у якості матеріалів для упаковки. У них низька паро- і газопроникність. Вони мало зо

змінюють свої властивості в межах температури від -70 °С до -І- 140 °С . тобто морозо- і теплостійкі.

Ненасичені поліефіри. Ненасичені поліефірні смоли одержують за реакцією поліконденсації багатоатомних спиртів (гликоля, гліцерину) із ненасиченими двохосновними кислотами (малеїновою, метакриловою) або їхніми ангідридами (малеїновим ангідридом). Відповідно до використаної вихідної сировини їх називають поліефірмалеінатами і поліефіракрилатами. Вони використовуються у виробництві литої ізоляції, меблевих лаків і особливо склопластиків.

У процесі поліконденсації одержують грузлі або тверді ненасичені поліефіри лінійної структури, що містять у залишках ненасичених кислот подвійні зв'язки. Завдяки цьому при додаванні мономерів (стиролу або метилметакрилату) відбувається процес сополімеризації і лінійні поліефіри перетворюються в полімери тривимірної структури.

Затверділі ненасичені поліефіри прозорі, стійкі до дії води, багатьох кислот (крім азотної), розчинів солей, спирту, хиткий до дії лугів і гарячих кислот. Вони розчиняються в ацетоні і хлорованих вуглеводнях. Застосування їх при підвищеній температурі (без деформації) припустимо до 75-80 °С.

Склопластики на основі ненасичених поліефірів застосовують для виготовлення корпусів автомобілів, човнів і суден, а також у будівництві для виготовлення стін, перегородок, рам, дверей, дахів, раковин та ванн.

Епоксидні смоли (пояіепоксиди) являють собою рідкі або тверді полімерні з'єднання, що одержують з речовин, які містять у своїх молекулах епоксидну групу.

Використовують реакцію взаємодії епіхлоргідридну з багатоатомними фенолами (із діоксидфенілолпропаном) в присутності лугу. Замість двохатомних фенолів використовують також новолаки і резоли з невисоким ступенем поліконденсації.

Макромолекули утворених епоксидних смол, мають лінійну будову і включають велике число гідроксильних і кінцевих епоксидних груп. Ці групи завдяки своїй високій реакційній спроможності обумовлюють гарну адгезію поліепоксидів до різноманітних матеріалів і взаємодію з двохфункціональними з'єднаннями (діамінами й ін.) з утворенням зшивок ланцюгів. При цьому відбувається отвердіння смоли, яка одержує просторову (сітчасту) структуру. Затвердіння з діамінами, наприклад із гексаметилендіаміном (НІ^ — (СЬУь -МН₂), здійснюється при кімнатній температурі. При підвищеній температурі отвердіння здійснюють за допомогою дікарбонових кислот і їхніх ангідридів, багатоатомних спиртів, низькомолекулярних феноло- і

аміноформальдегідних смол, поліамідів тощо.

На відміну від інших синтетичних смол епоксиди тверднуть без виділення побічних продуктів, що обумовлює їхню малу усадку (0,3—2 %). Вироби на основі епоксидних смол можна одержувати вільним виливком у формі без застосування дорогого устаткування. У зв'язку з цим епоксидні смоли широко застосовують як електроізоляційні заливальні компаунди і зв'язувальні речовини для наповнених і армованих пластмас (особливо скло-

31

пластиків). На скловолокнистий наповнювач смолу можна наносити простим поливом, пензлем або розприскувачем.

У виробах затверділі епоксидні смоли міцні, але не крихкі, стійкі до дії лугів; мийних засобів, окислювачів і до більшості неорганічних кислот.

Завдяки високій вологостійкості, хімічній стійкості і винятковій адгезійнійній спроможності епоксидні смоли використовують для виготовлення вологостійких і хімічно стійких лаків, клеїв універсального застосування, а також цементів, шпатлівок і т. ін. Висока адгезійна здатність епоксидних смол при з'єднанні металів іноді дозволяє заміняти паяння і зварювання. На основі рідких епоксидних смол і металевих порошків виготовляють цементи (шпатлівки) для замазування дефектів у металевих деталях. Вироби і покриття на основі епоксидних смол характеризуються також високою механічною міцністю, гарними діелектричними властивостями і теплостійкістю (до 120 °С і вище).

Поліуретанові смоли характеризуються наявністю в макромолекулах так званого уретанового угруповання - N - С-О-

Н О

За будовою і властивостями вони близькі до поліефірів і поліамідів. Практичне застосування знайшли лінійні поліуретани та поліефіруретани.

Лінійні поліуретани одержують при взаємодії діізоціанатів із багатоатомними спиртами або діамінами.

Температура плавлення практично придатних поліуретанів лінійної будови -близько 180 °С. Застосування трьох- і чотирьохатомних спиртів дозволяє одержувати і термореактивні поліуретани із сітчастою структурою в затверділому стані. Таким чином, у залежності від вихідної сировини можна одержувати як термопластичні, так і термореактивні поліуретани, причому тверді, м'які і еластичні. Вони мають достатньо гарну стійкість до дії кислот і лугів, а також до атмосферних впливів, підвищення та зниження темпераіури (до - ЗО ^(ІС).

З них можна одержувати труби, шланги, пластини, волокна, плівки, штучну шкіру для верху та низу взуття. На основі лінійних поліуретанів отримують синтетичні каучуки, клеї, антикорозійні і атмосферостійкі лаки та фарби і т. ін.

Поліефіруретанові смоли одержують взаємодією діізоціанатів з поліефірами. Використовують їх для отримання легких і еластичних пінопластів (пінополіуретанів), відомих під назвою поролон. Пориста структура створюється за рахунок вспінювання композиції вуглекислим газом, який є продуктом взаємодії ізоціанатів з водою. Пінополіуретанам притаманні гарні тепло- і звукоізоляційні властивості, мала об'ємна маса і непогана пружність.

Кремнійорганічні смоли за структурою аналогічні типовим органічним синтетичним смолам, але подібні також із силікатами -неорганічними речовинами. Це обумовлює одну з найважливіших особливостей кремнійорганічних смол - їхню високу теплостійкість. У макромолекулах кремнійорганічних смол головні ланцюги побудовані з кремнію і кисню, 32

з'єднаних між собою силоксановим зв'язком - О - Зі - , а бічні ланцюги являють собою звичайні вуглеводневі радикали.

Кремнійорганічні смоли мають ланцюгоподібну або сітчасту будову, тому можна одержувати як термопластичні, так і термореактивні продукти. Вихідною сировиною для їхнього виробництва найчастіше є чотирьохлористий кремній і ефіри ортокремнієвої кислоти, наприклад етиловий ефір ортокремнієвої кислоти 8і(ОС₂Н₅)4.

У залежності від умов синтезу і ряду інших чинників можуть бути отримані як рідкі і каучукоподібні, так і тверді полімери. Рідкі Кремнійорганічні полімери застосовують у якості високотемпературних мастил і гідрофобізуючого просочування, зокрема при виготовленні водовідтворюваних мастил, (креми для рук, взуття та ін.), рідини для просочування тканин, призначених для деяких видів верхнього одягу і головних уборів. Такі просочування майже незнижують повітро- і паропроникність тканин.

Ефіри целюлози і пластмаси на їх основі

Вихідною сировиною для виробництва ефірів целюлози служить целюлоза, що становить основу клітин усіх рослин. За хімічною природою целюлоза належить до вуглеводів — полісахаридів із загальною формулою (С_б Н|₀0₅)„. Макромолекули целюлози мають лінійну будову і складаються з великого числа елементарних-ланок (піранових циклів) такої будови:

СН₂ОН

/^Н-°\ -о-сн сн-

сн-сн 6н он

На кожну таку ланку припадає три гідроксили, що є реакційноспроможною групою при одержанні складних і простих ефірів целюлози, її отримують з бавовняного пуху, деревини та соломи. Бавовняне волокно містить до 90 %, а деревина хвойних порід - до 50 % целюлози (у розрахунку на суху речовину). Звільнену від лігніну й інших супутніх речовин целюлозу випускають у вигляді листів картону або волокнистої маси і застосовують дедальше для виготовлення паперу і переробки у віскозу. Для виробництва пластмас застосовують складні ефіри целюлози -нітроцелюлозу і ацетилцелюлозу.

Нітроцелюлозу одержують шляхом обробки целюлози азотною кислотою в присутності сірчаної кислоти, яка сприяє набряку целюлози і зв'язує воду. Нітроцелюлоза являє собою суміш трьох ефірів (моно-, ди- і три-нітроклітчатки). В залежності від кількісного вмісту азоту розрізняють декілька видів нітроцелюлози. У виробництві пластмас, клеїв, лаків використовують колоксілін - нітроцелюлозу з вмістом 10-12 % азоту. На основі колоксиліну виробляють пластмасу целулоїд. Це колоксилін, пластифікований спиртовим розчином камфори з додаванням

33

наповнювачів і барвників. Можуть входити стабілізатори, антипірени та ін.

Для отримання целулоїду нітроцелюлозу (колоксилін) змішують із спиртовим розчином камфори і вальцюють до одержання однорідної маси у блоки. Останні розрізають на спеціальних стругальних машинах на лисій і сушать, а потім у підігрітому стані випрямляють під пресом і полірують. У вигляді тонких пластин і листів целулоїд випускають для переробки в різноманітні вироби методами гарячого штампування і видування.

Випускають декілька видів целулоїду: технічний (прозорий, білий), галантерейний (прозорий, непрозорий), для прокладок при виготовленні безосколочного скла й ін. Целулоїд прозорий застосовують для виготовлення прозорих деталей до приладів, для планшетів, трикутників, лінійок і т.п. При виготовленні білого целулоїду в целулоїдну масу добавляють наповнювачі і пігменти (каолін, літопон, тальк та ін.). Вироби з білого целулоїду нагадують слонову кістку і корал. Целулоїд для галантерейних виробів випускають переважно в пофарбованому вигляді. Для фарбування застосовують органічні барвники і мінеральні пігменти, що добавляють у суміш при замішуванні нітроцелюлози зі спиртокамфорним розчином або при вальцюванні целулоїдної маси.

Целулоїд - твердий, еластичний і міцний на удар пластик. Термопласт, при температурі близько 80 °С він розм'якшується і йому можна надати будь-якої форми, яка зберігається при охолодженні. Однак при знижених температурах він стає крихким і вироби з нього легко ламаються. Хімічна стійкість целулоїду недостатньо висока. Слабкі кислоти на нього майже не діють, але сильні кислоти руйнують. Після дії лугів, що омилюють ефіри целюлози, целулоїд стає недостатньо стійким стосовно впливу води. Він добре розчиняється в спиртоефірний суміші, у кетонах (ацетоні), складних ефірах (етилацетаті, амілацетаті й ін.), але стійкий до дії аліфатичних і ароматичних вуглеводнів, а також масел. Істотним недоліком целулоїду є розкладання з часом нітратів целюлози. При дії світла целулоїд поступово жовтіє, губить прозорість і еластичність

Ацетилцелюлозні пластики одержують етерифікацією целюлози сумішшю оцтової кислоти й оцтового ангідриду в присутності каталізаторів сірчаної кислоти. На відміну від нітроцелюлози має більш високу світло- і теплостійкість. Ацетилцелюлоза розм'якшується лише при температурі 100-110 °С, а при 230 °С руйнується, не переходячи у плавкий стан. Вона не горить, при нагріванні дає невелику усадку. Однак ацетилцелюлоза маг підвищену гігроскопічність і менш водостійка, ніж нітроцелюлоза. Із ацетилцелюлози виготовляють головним чином ацетатні штучні волокна і плівки (негорючі кіно- і фотоплівки, плівки для упакування харчових продуктів і т. ін.).

В невеликій кількості виробляють етроли. Це суміші, до складу яких входять: ацетилцелюлоза, пластифікатори, наповнювачі, стабілізатори і барвники. Вироби із ацетилцелюлозних етролів відрізняються підвищеною зносостійкістю і стабільністю геометричних характеристик, гарними 34

естетичними властивостями і зовнішнім виглядом; із етролів виготовляють корпуса і деталі радіоапаратури, телефонних апаратів, штурвали, галантерейні вироби (ґудзики і т. ін.), іграшки.