1.4. Характеристика наиболее распространенных полимеров

Полиолефины образуются при гомо- и сополимеризации олефинов. Они обладают сравнительно высокой степенью кристаллич­ности. Наиболее распространенными представителями этой груп­пы являются полиэтилен и полипропилен. Из них изготавливают пленки, листы, емкости, трубы, контейнеры для упаковки раз­личных продуктов и т. д.

Полиэтилен [-CH₂-CH₂-]_n не содержащий в молекулярной цепи полярных групп, характеризуется весьма малыми силами межмолекулярного взаимодействия. Этим обусловлена гиб­кость его полимерных цепей, а также повышенная морозостой­кость и эластичность. Он обладает способностью испытывать да­же при комнатной температуре большие обратимые деформации.

В зависимости от способа производства различают полиэти­лен высокого давления, или низкой плотности (ПЭНП), и поли­этилен низкого давления, или высокой плотности (ПЭВП). В ПЭНП могут образовываться ответвления от главной цепи, наличие которых снижает плотность упаковки макромолекул; поэтому степень кристалличности, прочность, плотность, тепло­стойкость у него ниже, чем у линейного ПЭВП. Так, плотность ПЭНП равна 0,852 г/см³, а температура плавления 383 К, в то время как для ПЭВП эти характеристики составляют 1 г/см³ и 413 К соответственно. Температура стеклования полностью аморфного полиэтилена равна 193 К.

Полипропилен [-CH₂–CH-]_n также получают при низком давлении. Получаемый

продукт обычно представляет собой смесь стереорегулярного кристаллического полипропилена с аморфным атактическим. Первый из них отличается большей прочностью, повышенной температурой плавления и меньшей растворимостью. Наличие в повторяющемся звене метильной группы вместо одного атома водорода по сравнению с полиэти­леном приводит к тому, что полипропилен более прочен и имеет более высокую температуру плавления (449 К) и стеклования (253 К).

В последние годы полипропиленовые волокна в смеси с такими гидрофильными волокнами, как шерсть, хлопок, вискозное волокно, используют для изготовления тканей и трикотажа.

Поливинилхлорид (ПВХ) [-СН₂-СНСl-]_n является наи­более распространенным полимером винилового ряда. Он отличается от полиэтилена тем, что в повторяющемся звене вместо одного из атомов водорода содержится атом хлора. Это приводит к повышению прочности и температуры стеклова­ния (353 К). Температура текучести ПВХ равна 453 К и лежит в области температур его термодеструкции (453—473 К), что затрудняет переработку этого материала. Поливинилхлорид является основой винипласта, выпускаемого в виде лис­тов, стержней, труб и т. д., а также пленок и искусствен­ных кож.

Полистирол также является полимером винилового ряда. Вместо атома

Cl заместителем в повторяющемся звене полистирола является фенильная группа

-C₆H₅. Введение в состав элементарного звена ароматической группы увеличива­ет энергию межмолекулярного сцепления, и полимер становится твердым и хрупким. Полистирол представляет собой аморфный полимер с температурой стеклования 353—373 К и температурой текучести 423 К. Он легко перерабатывается литьем под давле­нием, обладает хорошими диэлектрическими и оптическими свойствами, но легко подвергается действию многих растворите­лей, характеризуется низкой атмосферо- и теплостойкостью, а также высокой хрупкостью.

Для устранения этих недостатков разработаны новые ви­ды термопластов, представляющих собой сополимеры сти­рола с а-метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом, а также создана группа акрилонитрилбутадиенстирольных (АБС) пластиков.

Полистиролы нашли широкое применение для изготовления товаров народного потребления (сувениры, детские игрушки, детали светотехнической арматуры, холодильников, магнитофо­нов и т. п.).

Полиакрилаты включают полимеры и сополимеры акрило­вой и метакриловой кислот и их производных. Наибольшее рас­пространение среди них имеет полиметилметакрилат (ПММА)

или оргстекло. ПММА представляет собой аморфный прозрачный полимер, обладающий высокой прони­цаемостью для видимых и УФ-лучей. Температура стеклования 382 К, текучести 453 К, термодеструкции 493 К. ПММА приме­няется для изготовления стекол транспортных средств, соору­жений и приборов.

Полиамиды — гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы амидные группы —CO—NH—. В зави­симости от вида радикалов, связанных с этими группами, поли­амиды могут быть алифатическими и ароматическими. Послед­ние характеризуются более высокой теплостойкостью и рядом других ценных свойств.

Из алифатических полиамидов наиболее распространенным является поликапроамид (капрон, найлон 6): [-N-(CH₂)₅-СO-]_n, Это кристаллический полимер (степень кристалличности 50-60 %), обладающий высокой прочностью. Температура стекло­вания и текучести 533 К, термодеструкции 573 К.

На свойства полиамида большое влияние оказывают водо­родные связи, которые могут возникнуть между атомами кисло­рода карбонильных (О=С ) групп и атомами водорода иминных (NH ) групп. Энергия водородных связей значительно

ниже энергии валентных связей, однако суммарная энергия большого числа водородных связей между цепями оказывается достаточной для существенного изменения свойств полимера. Благодаря водородным связям увеличивается прочность поли­меров, их теплостойкость, газопроницаемость.

В отличие от валентных связей между макроцепями водо­родные мостики не лишают полимер способности плавиться при нагревании, хотя температура размягчения несколько повышается.

Алифатические полиамиды (капрон, найлон) используются в основном для изготовления пленок, волокон и деталей машин. Полиамидные волокна технического назначения нашли широкое применение для изготовления тканых лент, используемых в качестве буксиров, строп, приводных ремней ременных передач, привязных ремней безопасности, ячеек подборщиков овощей и бахчевых культур и ряда других изделий.

Из ароматических полиамидов промышленное применение получил поли-n-фениленамид (фенилон), используемый для изготовления термостойких волокон и бумаги.

Полиэфиры включают в себя группу поликонденсационных полимеров, среди которых наибольшее применение имеют по­ликарбонаты и полиэтилентерефталат (лавсан).

К поликарбонатам относятся сложные эфиры угольной кис­лоты:

Наличие ароматических ядер в полимерной цепи (а не в от­ветвлении от нее) обусловливает высокую прочность поликарбо­натов, мало изменяющуюся в широком интервале температур, повышенные вязкость расплава и температуру размягчения. Несмотря на более высокую, чем у других термопластов, вяз­кость расплава, поликарбонаты хорошо перерабатываются в из­делия литьем под давлением, экструзией, прессованием. Темпе­ратура стеклования 403 К, плавления 453 К, текучести 573— 603 К, термодеструкции 633 К. Благодаря высокой прочности поликарбонаты используются для изготовления пленочных покрытий, электро- и радиодеталей, деталей машин, труб, кра­нов и т. д.