§ 37. Пластмаси
Потреби людини в різних матеріалах постійно зростають. Проте ресурси природних матеріалів на планеті обмежені. Друга половина XX ст. стала періодом інтенсивного пошуку, дослідження і виробництва полімерів. За своїми властивостями полімерні матеріали вигідно відрізняються від природних. Вони довговічніші, не зазнають корозії, мають невелику густину, достатню міцність, їх легко формувати, обробляти, забарвлювати.
Чимало полімерів після нагрівання і подальшого охолодження хімічно- не змінюються і зберігають свої фізичні властивості. У розплавленому стані їх заливають у форми, де при охолодженні вони тверднуть. Цю операцію можна повторювати декілька разів. Такі полімери називають термопластичними. До них відносять поліетилен, поліпропілен, полістирен, тефлон, поліметилметакрилат та ін. За допомогою пресування, видавлювання, лиття з термопластичних полімерів виготовляють різні вироби.
До іншої групи належать термореактивні полімери. Під час нагрівання вони втрачають пластичність, а також здатність плавитись і розчинятись. Це – результат необоротних хімічних змін у полімерах, пов'язаних з утворенням додаткових ковалентних зв'язків і формуванням сітчастої структури. До термореактивних полімерів належать, наприклад, фенолоформальдегідні й епоксидні смоли.
Велика кількість полімерів становить основу пластичних мас (скорочена назва – пластмаси).
Пластмаси – це матеріали, створені на основі полімерів, які здатні під впливом температури і тиску набувати певної форми і зберігати її.
Пластмаси, крім полімерів, містять різні добавки, які покращують їхні властивості, підвищують стійкість до хімічно агресивного середовища і зміни
if
чоснч
Полівінілацетат
входить
до складу
емульсійних
фарб як
плівкоутворюю-
чий компонент.
Розглянемо кілька полімерів, які входять до складу найважливіших пластмас.
Поліетилен – безбарвний прозорий або білий напівпрозорий еластичний матеріал, на дотик нагадує парафін. Є термопластичним полімером; його властивості залежать від умов здійснення реакції полімеризації. На поліетилен не діють вода, кислоти (крім нітратної), луги, жири, масла. Нестійкий щодо галогенів та органічних розчинників, горючий. З поліетилену виробляють пакувальну плівку і плівку для теплиць, водопровідні й каналізаційні труби, електроізоляцію, предмети побуту. Поліетиленові вироби є морозостійкими, але не витримують нагрівання вище температур 60– 100 °С.
Поліхлоровініл – найдешевший полімерний матеріал, стійкий щодо води, слабких основ і кислот, спиртів, рідких вуглеводнів. Термопластичний полімер; його властивості визначаються добавками. Має невисоку термічну стійкість, при нагріванні розкладається з виділенням хлороводню, але незаймистий.
Політетрафлуоретен, або тефлон, (-CF2-CF2-)n – полімер, зовні схожий на поліетилен, має високу хімічну і термічну стійкість, негорючий. Не руйнується навіть концентрованими кислотами, не розчиняється й не набухає в жодному з розчинників. Вироби з тефлону можна використовувати в інтервалі температур від -260 до +260 °С.
Про застосування поліхлоровінілу й тефлону йшлося в § 8 (с. 36).
Поліметилметакрилат відомий як органічне скло, або плексиглас. Це – прозорий матеріал, стійкий щодо дії світла, при нагріванні вище температури 120 °С розм'якшується.
Нерозчинний у воді, розчиняється в бензені, ацетоні, оцтовій кислоті. Добре полірується, механічно обробляється, склеюється. Як некрихкий прозорий матеріал замінює скло на транспорті, у приладобудуванні, військовій техніці. Його також використовують для виготовлення декоративної плитки.
Поліметилметакрилат утворюється при полімеризації метилового естеру метакрилової кислоти СН2=С(СН3)-СООСН3:
СН3 СН3
׀ → ׀
nСН2 = С-СО-ОСН3 - СН2 - С-СО-ОСН3 n
метилметакрилат поліметилметакрилат
Полівінілацетат – це полімер естеру вінілового спирту та оцтової кислоти СН3СОО-СН=СН2. Тверда нетоксична речовина, розчиняється в спирті, ацетоні, естерах.
С
хема
реакції полімеризації вінілацетату:
nСН2 = СН -СН2 – СН-
׀ → ׀
O-СО-СН3 O-СО-СН3 n
Полівінілацетат є основою клеїв, зокрема ПВА, лаків.
Фенолоформальдегідні смоли були першими полімерами, які почали широко використовувати в різних галузях. Це нееластичні склоподібні або в'язкі рідкі речовини, які мають темне забарвлення. Їх синтезують за реакцією поліконденсації фенолів і формальдегіду, використовуючи каталізатор – кислоту або луг. Залежно від природи каталізатора і співвідношення реагентів утворюються смоли двох типів – новолачні і резольні.
Фенолоформальдегідний полімер є основою фенопластів. Це – термостійкі матеріали, нерозчинні у воді та органічних розчинниках. З фенопластів виготовляють деталі електрообладнання, засобів зв'язку, предмети побуту. Суміші фенопластів з відходами деревообробної промисловості використовують у вигляді плит для виготовлення меблів, на будівництві. Наповнювачами фенопластів слугують також бавовна, каолін тощо. З фенолоформальдегідних полімерів роблять склопластики – дуже міцні матеріали з каркасом у вигляді скляних волокон.
Епоксидні смоли – це полімери (їхня молекулярна маса здебільшого становить 300–3500), які тверднуть при змішуванні з фенолоформальдегідними смолами, багатоосновними кислотами, деякими іншими сполуками в результаті взаємодії з ними (при цьому утворюється сітчаста структура). На основі епоксидних смол виробляють лаки, клеї, герметики тощо.
Які полімери називають термопластичними, термореактивними? Як будова полімеру впливає на його властивості?
Які речовини є складовими пластмас?
Напишіть рівняння реакцій полімеризації: а) пропілену; б) хлоро-вінілу.
Полівінілацетат як естер здатний до гідролізу. Один із продуктів цієї реакції – полівініловий спирт. Напишіть відповідне хімічне рівняння.
Обчисліть масові частки елементів у продукті 1-ї стадії взаємодії фенолу з формальдегідом.