Полимерные вещества
В полиграфии полимерные вещества используются для изготовления многих основных и вспомогательных материалов. В ряде случаев полимерные вещества образуются в процессах полиграфической технологии (окислительная полимеризация, химическое отверждение красок и клея, фотополимеризация, изготовление красочных валиков и др.), химические процессы при этом используются для получения полимерных материалов с требуемыми свойствами.
Широкое применение полимеров в технике основано на их основных характеристиках:
способность волокнообразования;
Термопластичность;
Эластичность;
клеящая способность;
пленкообразующая способность;
Эти свойства специфичны для полимеров и не встречаются ни у одного из низкомолекулярных веществ.
В настоящее время все чаще применяются высокомолекулярные соединения и пластические массы в полиграфии. К высокомолекулярным относятся такие полиграфические материалы: целлюлоза, полимерные пленки, используемые для изготовления суперобложек и отделки продукции, каучук, резина, используемая для изготовления красочных валиков и офсетных пластин, в качестве основы светочувствительных слоев, для изготовления клеящих веществ, используются в качестве связующего красок.
Применение синтетических полимеров и пластмасс в формных и отделочно-печатных процессах повышает качество продукции, ее долговечность, сокращает продолжительность производственного цикла.
Синтетические полимеры – это высокомолекулярные органические соединения, крупные молекулы которых ( макромолекулы ) построены по одному и тому же принципу из многократно повторяющихся элементарных звеньев, образованных из мономеров (-А-А-А -…Аn, где n –степень полимеризации).
Высокомолекулярные вещества – вещества, состоящие из молекул с большой молекулярной массой, от нескольких тысяч до миллиона.
Низкомолекулярные вещества имеют молекулярную массу десятков и сотен единиц.
Промежуточными являются вещества с молекулярной массой от 1-й тысячи до 5-ти тысяч - олигомеры.
Размер макромолекул оказывает большое влияние на свойства полимеров. С увеличением молекулярной массы возрастает прочность, температура плавления, понижается растворимость.
Полимеры находят широкое применение в полиграфии благодаря их свойствам:
термопластичность – способность приобретать текучесть при нагревании;
эластичность – способность к большим обратимым деформациям; используется при изготовлении красочных валиков, эластичных печатных форм и др. процессов.
волокнообразующая способность – способность позволяющая использовать полимеры в виде волокон для изготовления нитей, тканей и т.д.
клеящая способность, необходимая при изготовлении клеящих веществ, связующих для печатных красок.
В зависимости от происхождения полимеры бывают природные и синтетические.
Природные полимеры – высокомолекулярные вещества, входящие в состав растений (белки, натуральный каучук, целлюлоза). Но так как ассортимент природных полимеров ограничен, а их свойства не всегда удовлетворяют предъявляемым требованиям, то широкое применение нашли синтетические полимеры, полученные в результате синтеза из низкомолекулярных исходных веществ.
Синтетические полимеры могут быть получены с заранее заданными свойствами. Многие синтетические полимеры превосходят по свойствам природные. Напр.: синтетический каучук отличается от натурального повышенной термостойкостью и большей механической прочностью.
В полиграфии используют как природные полимеры (шелк, каучук), так и синтетические.
Синтетические свойства полимеров зависят от особенностей строения их макромолекул.
Различают 3 типа строения полимеров:
с линейным строением макромолекул;
с разветвленным строением макромолекул;
с пространственным строением:
а) макромолекул ненаправленного состояния;
б) под растягивающей нагрузкой;
а) б)
В полимерах линейного строения макромолекулы – длинные цепи, в которых мономерные звенья последовательно связаны между собой.
Разветвленные полимеры состоят из макромолекул цепи, которых имеют разветвления, число и длина разветвлений могут варьировать в широких пределах.
В полимерах пространственного строения цепи макромолекул соединены поперечными химическими связями, образующими пространственную структуру во всем объеме.
Эластичность наиболее выражена у линейных полимеров, но в той или иной степени присуща и полимерам с пространственным строением.
Линейные полимеры могут кристаллизоваться, т.е. образовывать структуры из плотноупакованных и правильно расположенных элементов цепей.
Линейный полимер может иметь следующую структуру:
аморфную;
кристаллическую;
бескристаллическую;
Классификация полимеров.
Все синтетические полимеры в зависимости от способа изменять свои свойства подразделяются на:
а) термопластичные;
б) термореактивные;
в) термостабильные;
а) Термопластичные – полимеры способные неограниченное количество раз расплавляться и затвердевать при охлаждении без изменения свойств (полимеры линейного строения: полистирол, полиэтилен и д.р.).
б) Термореактивные – полимеры, которые при нагревании сначала размягчаются, а затем необратимо затвердевают (фенолформальдегидные вещества и д.р.).
в) Термостабильные - полимеры, не изменяющие свое состояние под действием температуры.
В зависимости от химического строения главных молекул цепи синтетические полимеры могут быть:
а) карбоцепными;
б) гетероцепными;
в) элементцепными;
а) Главная молекулярная цепь состоит только из атомов углерода (поливинилхлорид).
б) Главная молекулярная цепь кроме атомов углерода содержит и атомы других элементов (полиамиды).
в) главная молекулярная цепь не содержит атомов углерода, может быть построена из атомов различных элементов.
По способу изготовления синтетические полимеры делятся на:
полимеризационные;
поликонденсационные;
В зависимости от характера исходных мономеров синтетические полимеры подразделяются на виды:
полихлорвинил;
полиэтилен;
полистирол;
Способы получения полимерных веществ.
Существуют следующие способы получения полимерных веществ:
а) синтез полимеризацией;
б) синтез поликонденсацией;
в) химическая переработка природных или синтетических высокомолекулярных материалов;
Полимеризация- это реакция, при которой исходные звенья мономеры присоединяются друг к другу путем разрыва двойных связей, при этом не происходит выделение каких либо побочных продуктов реакции (вода, хлор, водород и д.р.).
Реакцию полимеризации можно проводить, используя одновременно два разных вида мономеров и более. В этом случае происходит совместная полимеризация – сополимеризация, приводящая к образованию молекулы сополимера, содержащей различные элементарные звенья, чередующиеся в определенном порядке. В результате образуются материалы с различными свойствами.
В зависимости от условий выполнения различают несколько видов реакций полимеризации:
а) в растворе мономеров; конечный результат – раствор полимера в соответствующем растворителе.
б) блочная полимеризация; в результате полимеризации получается твердый полимер в виде блока. Производится в массе жидкого газообразного мономера. В результате образуется неоднородный по степени полимерный продукт.
в) лаковая полимеризация; производится в растворе, а продукт полимеризации получается в виде раствора полимера или лака.
г) дисперсионная полимеризация; производится при смешении жидкого мономера или смеси мономеров в водной среде в присутствии стабилизаторов и эмульгаторов с добавлением инициаторов полимеризации. Окончательный продукт представляет собой дисперсию частиц эластичного или твердого полимера в воде. Свойства дисперсии, т.е. размеры частиц, стабильность, физические свойства полимерной фазы изменяются условиями, при которых проводится процесс.
Полимеры, получаемые полимеризацией.
Полиэтилен получают полимеризацией этилена:
n CH2 = CH→ -( CH2 – CH2 )n –
Полиэтилен – твердое прозрачное тело, это нерастворимый стойкий к большинству растворителей материал.
При печатании на посуде, пакетах и др. изделиях из полиэтилена краска плохо закрепляется на неполярной поверхности, поэтому поверхность полиэтилена перед печатью обрабатывается электрическими зарядами для повышения адгезии.
Полистирол получают полимеризацией стирола.
n CH2 = C→ CH3 – CH - [CH2 – CH -] CH = CH
Боковые грани снижают гибкость молекул и поэтому полистирол имеет аморфную стеклообразную структуру. Он прозрачен, является 1-м из видов органических стекол. Применяется для отделки печатной продукции путем преприссовки в виде тонкой пленки к поверхности пленки, использующейся как основа пластмасс.
Поливинилацетат получают полимеризацией винилацетата. Полярные боковые группы затрудняют вращение и понижают гибкость молекул. В твердом состоянии поливинилацетат стеклообразен. Полярные группы придают способность растворяться в некоторых растворителях. ПВА применяют в качестве клея.
Полиакрилаты – это общее название полимеров, получаемых полимеризацией производных акриловой кислоты, используется как пластмасса.
Синтез поликонденсацией.
Поликонденсация – реакция соединения нескольких молекул, которая сопровождается выделением низкомолекулярных соединений, напр.: получение фенолформальдегидных смол при взаимодействии фенола и формальдегида. К поликонденсатам относят реакции получения простых и сложных эфиров.
Химическая переработка синтетических и природных полимеров.
Некоторые полимеры получают переработкой природных высокополимерных веществ. Так получают простые и сложные эфиры целлюлозы, карбоксиметилцеллюлозы и др. Из целлюлозы получают растворимые материалы, используемые в качестве пленкообразователей или клеев. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na – КМЦ ) образуется при обработке щелочной целлюлозы натриевой солью.
Свойства синтетических полимеров.
Нелетучесть.
Аморфное и кристаллическое состояние.
Полидисперсность
Волокнообразование.
Термопластичность.
Эластичность.
Клеящая и пленкообразующая способность..
Термомеханические свойства.
Технологические свойства полимеров.
Волокнообразование.
Волокнистые материалы используют для производства тканей, бумаги и т.д. Свойства образовывать волокна присущи полимерным материалам с линейной структурой. Ориентация макромолекул при изготовлении синтетического волокна достигается при его формировании в вязком текучем состоянии полимера или его раствора. Для этого раствор или расплавленный полимер продавливают через тонкие отверстия – фильеры. Нити образуются в результате протягивания тонких струй полимера, первоначально жидких, из которых либо удаляется растворитель, либо в них охлаждается расплав, пока окончательно не затвердеет. В них под действием усилий происходят перегруппировки, что обеспечивает установление межмолекулярных связей.
Природные волокна обычно короткие, их прочность обеспечивается переплетением волокон в структуре.
Синтетические волокна используют в основном в виде ниток для шитья тетрадей, в качестве добавки к целлюлозе в производстве бумаги, в виде капроновой ткани для декелей, сеток для форм трафаретной печати. Основные свойства, по которым синтетические волокна превосходят натуральные – большая прочность и растяжимость, поэтому их чаще используют для шитья книжных блоков.
Использование синтетических полимеров открывает возможности для внедрения новых технологических операций, напр.: шитье тетрадей термонитями.