Розділ 7. Пластичні маси

§1. Сучасні уявлення про полімери та пластичні маси та їх значення . Науково-технічний прогрес у виробництві промислової сировини з пластичних мас.

Полімери (з грец. "полі" - багато, "мерос" - частина) - це хімічні сполуки, молекули яких складаються з багаторазово регулярно чи нерегулярно повторюваних атомних угруповань, з'єднаних хімічними зв'язками в довгі ланцюги. Полімери відрізняються від низькомолекулярних речовин. Напр., розріджені розчини високо­молекулярних сполук (ВМС) за в'язкістю значно переважають концентровані роз­чини низькомолекулярних сполук, мають більшу молекулярну масу, завдяки якій між молекулами виникають значні сили взаємодії. ВМС класифікують за походжен­ням (природні і синтетичні), хімічним складом (органічні, неорганічні, елементоор­ганічні (метало місткі і такі, що не містять металів), структурою головного ланцюга молекул (карболанцюгові і гетероланцюгові), складом ланок (гомо полімерні та співполімерні), характером розташування елементарних ланок (регулярні, нере­гулярні, стерео регулярні), структурою молекул (лінійні, розгалужені, просторові).

Природними полімерами є вовна, натуральний шовк, натуральний каучук, целюлоза, крохмаль, білки і ін. Синтетичні полімери одержують із простих низькомолекулярних сполук (мономерів) полімеризацією і поліконденсацією. При полімеризації відбувається послідовне з'єднання мономерних молекул у більш великі без виділення побічних низькомолекулярних продуктів і зміни елементарного складу реагуючих речовин. Поліконденсація, яку можна розглядати як реакцію заміщення, це процес утворення ВМС, що супроводжується відщепленням низькомолекулярних продуктів (води, аміаку, хлористого водню тощо). Найбільш розповсюджені способи отримання полімерів - блочний (у масі), у розчині, емульсійний, суспензійний, у газовій фазі.

Серед сучасних матеріалів, значимих для технічного прогресу і розширення виробництва товарів, найважливіше місце посідають пластичні маси , або пластмаси (ПМ) - високомолекулярні органічні й елементоорганічні з'єднання (полімери) і композиції на їх основі, спроможні при нагріванні переходити в пластичний стан і приймати під тиском бажану форму, яка потім зберігається завдяки зниженню температури чи внаслідок хімічних реакцій зшивання, що призводять до утворення тривимірної структури полімеру (затвердіння ПМ є фізичним або хімічним процесом). До ПМ належать тільки жорсткі, напівжорсткі і м'які пластики. Еластомери (гуми) розглядають у інших розділах. Еластомери і м'які пластики мають деякі подібні властивості, але різні за розміром і швидкістю розвитку і зникнення деформацій (у перших майже вся деформація є зворотною, з великою швидкістю релаксації - практично миттєво); у других - є значна частка залишкових деформацій, а зворотні деформації розвиваються і зникають уповільнено).

Першими ПМ, створеними для заміни природних матеріалів, були целулоїд і галаліт - відповідно хімічно модифіковані природні полімери нітроцелюлоза і білкові речовини. Перші синтетичні смоли і ПМ отримані на поч. XX ст.: у 1905-1914 pp. - фенопласти, після 1914 р – амінопласти, у 1930-х р - полістирол, полівінілхлорид, поліметилметакрилат. Створення кращих за властивостями синтетичних полімерів із менш дефіцитної сировини припинило випуск галаліту і скорочення виробництва целулоїду.

Розвиток промисловості синтетичних смол і ПМ бурхливо ростає: в 1920-х р - десятки тис т, у 1960 р - 10 млн т, у 1970-х р - 30 млн, у 1980-х р - 50 млн т., у 2000- р - 110 млн.т. Найшвидше зростає виробництво термопластичних полімеризаційних смол і ПМ (полівінілхлориду, поліетилену, поліпропілену, різноманітних співполімерів), які можна переробляти у вироби різними методами (литтям під тиском, екструзія, вакуумне формування тощо); частка їх зростає щорічно. Розмаїтість властивостей ПМ, зручність їх переробки у вироби , наявна значна сировинна база, менші капіталовкладення і витрати на матеріали (1 т ПМ замінює кілька тонн металу)., зниження вартості виробів і, часто, збільшення їх довговічності, зниження енергетичних витрат (на виробництво і переробку ПМ потрібно нафти як енергетичної сировини приблизно в 5 разів менше, ніж для такої ж кількості алюмінію, і в 3 рази менше, ніж для жерсті) - обумовили широке застосування синтетичних полімерів у всіх галузях сучасного народного господарства; тара й упаковка з ПМ відповідає високим вимогам транспортабельності, портативності, вартості, гігієни, дозволяє скоротити втрати при перевезенні, збереженні і реалізації, підвищити культуру торгівлі, ширше впроваджувати прогресивні форми і методи торгівлі. ПМ дозволяють у широких межах легко змінювати при переробці форму і колір виробів - в цьому вони неперевершені матеріали, забезпечують оптимальну конструкцію виробів (коефіцієнт використання матеріалу при переробці ПМ у вироби сягає 0,98, матеріалів при механічній обробці 0,2-0,6, при литті 0,6-0,8). Трудомісткість виготовлення найскладніших деталей із ПМ механічною обробкою дуже мала, порівняно з трудомісткістю виготовлення з інших матеріалів (напр., для виготовлення миски з металу з емалюванням необхідно 3 год, з поліетилену - 3,5 хв, при зменшенні собівартості в 5 разів).