Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы органической химии. Органические полимерные материалы
.pdf
плавления (размягчения) полимеров (обычно 200-4000). Процесс
O
начинается в среде инертного газа и заканчивается в вакууме.
При поликонденсации в растворе используют растворитель,
который так же может служить абсорбентом низкомолекулярного
продукта.
Межфазная поликонденсация происходит на границе раздела
фаз газ – раствор или двух несмешивающихся жидкостей и
обеспечивает получение полимеров с высокой молекулярной массой.
Методом поликонденсации выпускают примерно ¼ часть
выпускаемых полимеров, например, поли-ε-капроамид (капрон),
полигексаметиленадипинамид (найлон) (–NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO–
олиэфиры (полиэтилентерефталат) (–(–OC)C6H4(CO)OCH2CH2–)n,
)n, п
полиуретаны (–OROCONHR`NHCO)n, полисилоксаны (–SiR–O–)n,
полиацетали (–OROCHR`)n, фенолформальдегидные смолы и др.
Химические связи, возникающие в ряде полимеров между
функциональными группами в процессе поликонденсации,
представлены в таблице 11.
Таблица 11
Химические связи между функциональными группами
некоторых мономеров, возникающие при их поликонденсации
Полимеры Связи Примеры полимеров
1 2 3
Полиамиды
Полиэфиры
NH
O
C
O
C
71
Найлон, капрон
Поли(этилентерефталат),
терилен
NH
R
Окончание табл. 11
1 2 3
R
O
O
C
O
C
O
NH
Si
R
Вайрин, ликра
Полинонаметиленмочевина,
уранол
Диметилсилоксановый
каучук
Полиуретаны
Полимочевины
Силиконы
NH
R
Si
7. Пластмассы
Пластмассами называют материалы на основе полимеров,
способные изменять свою форму при нагревании и сохранять новую
форму при охлаждении. Благодаря этому свойству пластмассы легко
поддаются механической обработке и используются для производства
изделий с заданной формой.
Пластмассы бывают двух основных типов: термопластичные
(термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопластичные пластмассы могут многократно изменять свою
форму при нагревании и последующем охлаждении. К ним относятся
полимеры с линейными цепями. Способность таких полимеров
размягчаться при нагревании связана с отсутствием прочных связей
между различными цепями. Примерами термопластов являются
материалы на основе полиэтилена, политетрафторэтилена,
72
полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов и
других полимеров.
Термореактивные пластмассы при нагревании так же
изменяют свою форму, но при этом теряют пластичность,
становятся твердыми и последующей обработке уже не поддаются.
Это связано с тем, что различные полимерные цепи при нагревании
прочно связываются друг с другом, образуя сетчатые структуры.
Примерами реактопластов являются материалы на основе
фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных и
других смол.
Кроме полимеров в состав пластмасс входят пластификаторы,
красители и наполнители.
Пластификаторы – вещества, вводимые в полимерные
материалы для придания или повышения эластичности и (или)
пластичности при переработке и эксплуатации. Пластификаторы
снижают температуру стеклования и повышают текучесть полимеров,
могут так же повысить огне-, свето- и термостойкость. В качестве
пластификаторов используют эфиры ароматических спиртов и
алифатических кислот (диметилфталат, ждиэтилфталат и др.), эфиры
алифатических кислот и алифатических кислот (дибутилсебацинат,
диоктилсебацинат), эфиры фосфорной кислоты и полиэфиры.
Наполнители – вещества и материалы, которые вводят в
состав полимерных композиционных материалов с целью
модификации эксплуатационных свойств, облегчения переработки, а
так же снижения их стоимости.
73
Композиционные материалы (композиты) –
многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной,
металлической, углеродной, керамической или другой основы
(матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных
кристаллов, тонкодисперсных частиц и др.
Композиты на основе полимеров используются как
конструкционные, электро-, теплоизоляционные,
коррозионностойкие, антифракционные материалы в автомобильной,
станкостроительной, электротехнической, авиационной,
радиотехнической, горнорудной промышленности, космической
технике, химическом машиностроении и строительстве.
Рассмотрим некоторые основные типы пластмасс.
7.1. Пластмассы полиприсоединения
К пластмассам, полученным путем полиприсоединения,
относятся полиэтилен, полипропилен, полихлороэтилен (ПВХ,
поливинилхлорид), полиметилметакрилат (полиметил-2-
метилпропеонат, плексиглаз), политетрафтороэтилен (тефлон),
полифенилэтилен (полистирол), полипропенонитрил (акрилан) и др.
7.1.1. Полиэтилен
Полиэтилен (-СН2-С
Н2-)n – прозрачный термопластичный
материал, обладающий высокой химической стойкостью, плохо
проводящий тепло и электричество, получают с помощью различных
технологических процессов. Полиэтилен низкой плотности с
74
относительной молекулярной массой меньше 300000 получают при
помощи процесса высокого давления. В этом процессе в качестве
радикального инициатора используют кислород. Этилен, содержащий
следы кислорода, подвергают сжатию под давлением более 1500 атм
при температуре порядка 2000С. Для инициирования реакции
используют органические пероксиды. Полиэтилен высокой
плотности, который имеет молекулярную массу до 3000000,
получают с помощью процесса Циглера. Этот процесс проводится
при температуре 600С и п
од давлением от 2 до 6 атм. Этилен
пропускают через инертный растворитель, в качестве которого
используется ароматический углеводород, в этом растворителе
содержится катализатор – суспензия триэтилалюминия и хлорида
титана(IV). Полимеризация протекает по ионному механизму. После
завершения полимеризации в реактор добавляют разбавленную
кислоту, чтобы разложить катализатор. Полученный полимер
отделяют фильтрацией.
Полиэтилен низкого давления используется для изготовления
разнообразного упаковочного материала, заменителей стеклянной
тары, пакетов для пищевых продуктов и многих других изделий.
Полиэтилен высокого давления используется для изготовления более
жестких изделий: труб, изоляционных пленок, оболочек кабелей,
решетчатых корзин для перевозки продуктов.
Полиэтилен – диэлектрик, может эксплуатироваться в широком
диапазоне температур от -200С д
о +1000С. Стареет под действием
окислителей.
75
7.1.2. Полихлорэтилен
Полихлорэтилен (поливинилхлоридл, ПВХ) – термопласт с
молекулярной массой от 300000 до 400000 и диэлектрическими
свойствами хуже, чем у полиэтилена, стоек к воздействию кислот,
щелочей, окислителей, трудногорюч, механически прочен.
Полимер получают из хлорэтилена (винилхлорида):
nCH CHCl
2 2
( CH CH )
Cl
n
.
В промышленных условиях полихлорэтилен получают, нагревая
хлорэтилен в инертном растворителе, содержащем радикальный
инициатор.
Для придания полихлорэтилену большей мягкости в него вводят
пластификаторы: сложные эфиры бензол-1,2-дикарбоновых кислот.
Применяется как изоляционный материал, который можно
соединять сваркой. Из него изготавливают грампластинки,
электрические изоляторы, трубы, покрытия для полов и др. предметы.
7.1.3. Полипропилен
Полипропилен (-СН2-С
Н(СН3)-)n получают полимеризацией
пропилена под давлением в присутствии металлорганических
катализаторов:
nCH CH
2 2
CH
3
76
( CH CH )
CH
n
3
.
В процессе полимеризации образуется стереорегулярный
полимер. Полипропилен по свойствам похож на полиэтилен, однако
отличается от него более высокой температурой размягчения (160-
1700С против 100-1300С). Полипропилен отличается высокой
механической прочностью, стойкостью к многократным изгибам и
истиранию, эластичен.
Полипропилен используют для изготовления изоляции, труб,
деталей машин, химической аппаратуры, канатов.
7.1.4. Полиметилметакрилат
Полиметилметакрилат (полиметил-2-метилпропеонат,
плексиглаз) – термопласт, получаемый методом полимеризации
метилметакрилата:
CH
nCH CH
2
3
COOCH
3
( CH C )
CH
2
COOCH
n
3
3
.
Полимер механически прочен, стоек к действию кислот,
бесцветен и оптически прозрачен.
Применяется в электротехнике, как конструкционный материал,
а так же как основа клеев.
77
7.1.5. Политетрафтороэтилен
n
Политетрафтороэтилен (фторопласт, тефлон) образуется при
полимеризации тетрафтороэтилена:
nCF CF
2
2
( CF CF )
2 2
n
.
Полимер обладает высокой химической стойкостью,
термостойкость достигается при 3000С.
Применяется при изготовлении электроизоляционных пленок,
подшипников, поршневых колец, жгутов, протезов кровеносных
сосудов и сердечных клапанов.
7.1.6. Полифенилэтилен
Полифенилэтилен (полистирол) – термопластичный полимер,
имеющий линейную структуру и молекулярную массу от 50000 до
300000. Полимер стоек к действию окислителей, но не устойчив к
воздействию сильных кислот, растворяется в ароматических
растворителях. Получается путем полимеризации винилбензола
(стирола):
nCH CH
2
( CH CH )
2
.
78
Полимер обладает высокой механической прочностью и
диэлектрическими свойствами.
Полистирол используют для изготовления деталей
радиоаппаратуры, облицовочных плит, одноразовой посуды, игрушек
и других изделий. На основе стирола выпускаются пенопласты.
Широко применяются сополимеры стирола с акрилонитрилом и
другими мономерами. Эти сополимера имеют более ценные
механические свойства, чем полистирол.
7.2. Пластмассы поликонденсации
К пластмассам, полученным путем поликонденсации, относятся
полиамиды – термопласты, содержащие в основной цепи
амидогруппу –NHCO-, например, полигексаметиленадипинамид
(найлон), полиуретаны – термопласты, содержащие в основной цепи
группы -NH(CO)O-, а так же эфирные, карбаматные и др., феноло- и
аминоформальдегидные смолы.
Полиамиды характеризуются высокой прочностью,
износостойкостью, диэлектрическими свойствами, устойчивы в
маслах, бензине, разбавленных кислотах и концентрированных
щелочах. Применяются для получения волокон, изоляционных
пленок, конструкционных, антифрикционных и
электроизоляционных изделий.
Полиуретаны устойчивы к действию разбавленных
минеральных кислот и щелочей, масел и алифатических
углеводородов. Выпускаются в виде пенополиуретанов (поролонов),
79
эластомеров, входят в составы лаков, клеев, герметиков.
H
Используются для тепло- и электроизоляции, в качестве фильтров и
упаковочного материала, для изготовления обуви, искусственной
кожи, резинотехнических изделий.
7.2.1.Фенолоформальдегидные смолы
Феноло- и аминоформальдегидные смолы получают
поликонденсацией формальдегида с фенолом или аминами:
OH
(n+1)
+nCH2O
OH
CH
(n-1)
OH
2
.
H
OH
CH
2
Это термореактивные полимеры, которых в результате
образования поперечных связей образуется сетчатая
пространственная структура:
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]