5.4.3. Органічні полімерні матеріали

Пластмаси – органічні матеріали, основу яких становлять високомолекулярні сполуки (смоли). Назва «пластмаси» означає, що ці матеріали під дією нагрівання ітиску здатні набувати заданої форми і зберігати її після охолодження. Залежно від природи полімеру та характеру переходу його з в’язкотекучого в склоподібний стан при формуванні виробів пластмаси поділяють на термопластичні та термореактивні. Термопластичні пластмаси при нагріванні розм’якшуються і легко формуються у вироби, а при охолодженні тверднуть і зберігають надану їм форму; весь цикл процесів можна повторювати багато разів. З термопластичних полімерів за допомогою нагрівання і тиску можна формувати різні вироби і в разі потреби повторно переробляти їх. До цієї групи пластмас відносять поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол тощо.

До термореактивних пластмас належать полімери, які внаслідок нагрівання змінюють свої фізико-хімічні властивості, зокрема втрачають здатність плавитись і розчинятись в органічних розчинниках. Це зумовлено тим, що між лінійними макромолекулами відбуваються хімічні реакції, внаслідок яких і утворюється просторова структура полімеру (подібно до перетворення каучуку на гуму). Повторно переробити такий матеріал на новий виріб неможливо: він набув просторової структури і втратив необхідну для цього пластичність. До цієї групи пластмас відносять феноло-формальдегідні смоли тощо.

Полімерні вироби (матеріали) в більшості випадків крім високомолекулярної сполуки можуть містити інші компоненти: наповнювачі (деревне борошно, папір, сажу, тканини, скловолокно тощо), які знижують вартість матеріалу і сприяють підвищенню міцності полімеру; пластифікатори (наприклад, висококиплячі естери), які підвищують пластичність і запобігають крихкості; стабілізатори — речовини, які вводять до складу полімерів для підвищення їхньої стійкості проти дії світла, тепла і окиснення; барвники, що надають матеріалу потрібного забарвлення, а також інші речовини.

Серед полімерів пластмаси займають одне з центральних місць. Важко уявити собі галузь виробництва, де б не використовувалися ті чи інші пластмаси. Розглянемо деякі найпоширеніші пластмаси.

Поліетилен (—СН₂—СН₂—)_n – твердий, білого кольору, дещо жирний на дотик матеріал, що нагадує парафін. Горить голубуватим, слабкосвітним полум’ям. Розчини кислот, лугів, окисників (перманганат калію) на нього не діють. Концентрована нітратна кислота руйнує поліетилен.

Поліетилен широко використовується як електроізоляційний матеріал, матеріал для виробництва плівок (особливо пакувальних). Завдяки хімічній стійкості поліетилену з нього виготовляють різні труби, деталі технічної апаратури. З поліетилену виробляють багато предметів побутового призначення: фляги, кухлі, пакети тощо.

Поліпропілен має багато спільного з поліетиленом. Це також

твердий, жирний на дотик, білого кольору термопластичний матеріал. Полімер стійкий проти агресивних середовищ. На відміну від поліетилену він розм’якшується при вищій температурі і має підвищену міцність, що пов’язано зі стереорегулярною структурою його макромолекул.

З поліпропілену виготовляють ізоляцію, труби, деталі машин, хімічну апаратуру. Завдяки великій стійкості проти багаторазових згинань і стирання з нього виготовляють дуже міцні канати, сітки, технічні тканини.

П олівінілхлорид – термопластичний полімер, стійкий проти дії кислот і лугів, має добрі діелектричні властивості, високу механічну міцність. Він практично не горить, проте порівняно легко розкладається при нагріванні, виділяючи хлороводень.

Використовується як матеріал для виробництва труб, деталей хімічної апаратури, акумуляторних банок. Іде на виготовлення лінолеуму, штучної шкіри, клейонки, непромокальних плащів, використовується як ізоляційний матеріал в електротехнічній промисловості.

П олістирол термопластичний матеріал, що має високі діелектричні властивості, хімічно стійкий проти дії лугів і кислот, крім нітратної. На відміну від уже розглянутих полімерів полістирол при нагріванні легко розкладається з утворенням вихідного мономеру.

Полістирол легко піддається формуванню. Іде на виробництво деталей електро- і радіоапаратури, кабельної ізоляції. З нього виготовляють декоративно-оздоблювальні матеріали, різного роду панелі, облицювальні плити. Широкого застосування тепер набув ударостійкий полістирол (з підвищеною ударною в’язкістю).

Різновидом полімеру є пінополістирол, який використовують як тепло- і звукоізоляційний матеріал у будівництві, хо­лодильній техніці, для вироблення меблів.

Поліметилметакрилат – твердий, безбарвний, прозорий, світло- і ударостійкий матеріал, стійкий проти дії розчинів кислот і лугів. Через свою прозорість полімер дістав назву органічного скла, яке на відміну від силікатного скла легко обробляється механічними способами і склеюється.

Поліметилметакрилат застосовують для засклення аеропланів, суден, автомобілів, використовують для виробництва світлотехнічних виробів, лінз, збільшувального скла, як матеріал для лазерної техніки тощо.

Феноло-формальдегідні пластмаси, що виготовляють на основі феноло-формальдегідної смоли і характеризуються високою механічною стійкістю, тепло- і кислотостійкістю, добрими діелектричними властивостями.

З феноло-формальдегідних пластмас, використовуючи де­ревне борошно як наповнювач, виготовляють прес-порошки, а з них широкий асортимент радіо- і електротехнічних виробів (штепселі, розетки, радіодеталі, телефонні трубки тощо).

Застосовуючи як наповнювач волокнисті матеріали, із феноло-формальдегідних смол добувають так звані волокніти, з яких виготовляють такі технічні деталі, як рейки, втулки, фланці, перемикачі тощо.

При використанні бавовняних тканин як наповнювача утво­рюється міцна пластмаса – текстоліт, з якого виробляють особ­ливо відповідальні деталі машин – шестерні, вкладиші під­шипників тощо. Широкого застосування набули склотекстолі­ти – пластики, що містять як наповнювач скляну тканину. Завдяки особливій міцності, підвищеній теплостійкості, добрим електроізоляційним властивостям їх використовують для виго­товлення великогабаритних і складних конструкцій в автомобіле- та суднобудуванні тощо.

Синтетичні волокна. Ми вже знаємо, що крім волокон, ви­прядених безпосередньо з природних матеріалів (льону, бавов­ни, вовни), виробляють штучні волокна. Прикладом їх є ацетат­не волокно. На відміну від них, волокна, виготовлені із синте­тичних полімерів, називають синтетичними. Штучні і синтетичні волокна становлять групу хімічних волокон, бо в процесі вироб­ництва тих і тих використовуються хімічні методи. До синте­тичних волокон належать поліамідне волокно капрон, поліестерне волокно лав­сан та ін.

Волокно лавсан має велику міцність, зносостійкість, світло- і термостійкість. Лавсан добрий діелектрик, стійкий проти дії кислот і лугів середньої концентрації (концентровані кислоти руйнують його).

Лавсан використовують у вигляді ниток і штапелю в суміші з іншими волокнами. Вироби з нього широко відомі. Це тканини для виготовлення різних видів одягу, трикотажні вироби, тюль, оббивні матеріали тощо. Оскільки лавсан не гігроскопічний, то у виробництві тканин використовується в суміші з іншими волокнами: лавсан надає міцності, зносостійкості, інші воло­кна – гігроскопічності. Тканини з лавсану не мнуться, що під­вищує на них попит.

Завдяки високій міцності, з лавсану виготовляють вироби технічного призначення – канати, транспортерні стрічки, по­жежні рукави тощо.

Порівняно висока термостійкість лавсану дає можливість використовувати технічні вироби з нього в доволі широких ін­тервалах температур (від –70 °С до 170 °С).

Синтетичні каучуки. У результаті багаторічних пошуків російському вченому С.В. Лебедеву вдалося синтезувати каучук:

Каучук здобув назву «бутадієновий». Промислове вироб­ництво такого каучуку було здійснене вперше у 1932 р.

Проте бутадієновий каучук поступався перед натуральним як за еластичністю, так і за зносостійкістю. Тепер освоєно виробництво ізопренового каучуку стереорегулярної будови, ана­логічного за будовою до натурального каучуку. Добуто також і бутадієновий каучук стереорегулярної будови. Щоб відрізнити від бутадієнового, який не має стереорегулярної будови, його називають дивініловим. Розроблено також і економніший спо­сіб добування бутадієну каталітичним дегідруванням бутану, який міститься у газах нафтопереробки і в попутних газах. Ізопрен добувають, виходячи з ізопентану (2-метилбутану).

Каучуки стереорегулярної будови – ізопреновий і дивініловий – близькі за властивостями до натурального каучуку, а дивініловий – за стійкістю проти стирання навіть перевершує його. Для добування гуми синтетичні каучуки піддають вулканізації – нагріванню з сіркою.

Запитання і завдання для контролю і самоконтролю знань

1. Що собою являють циклічні й ациклічні органічні сполуки?

2. Що собою являють карбоцикли і гетероцикли?

3. Що називається функціональною групою атомів? Наведіть приклади функціональних груп і речовин.

4. Охарактеризуйте властивості і роль найбільш екологічно значимих органічних сполук.

5. Охарактеризуйте полімерні матеріали, добуті на основі феноло-формальдегідної смоли з використанням різних наповнювачів.

6. Як пояснити еластичність синтетичних каучуків?

7. Як довести на досліді, що каучук є ненасиченим вуглеводнем?

8. Що таке вулканізація? Яке значення має цей процес?

Лекція VІ. ВЗАЄМОДІЯ ЛЮДИНИ З НАВКОЛИШНІМ

СЕРЕДОВИЩЕМ