1.3 Полимерные материалы

Ассортимент полимерных материалов, применяемых в лабораториях органического синтеза, увеличивается с каждым годом. Химическая посуда, изготовленная из полимерных материалов имеет ряд преимуществ перед стеклянной, однако существуют и серьезные недостатки, из-за которых именно стекло остается главным и важнейшим материалом при изготовлении лабораторной химической посуды.

Основным преимуществам полимерной посуды перед стеклянной является ее дешевизна. Так, средняя цена воронки 80×56 из полипропилена составляет 15 рублей, такая воронка из стекла стоит около 35 рублей. Еще одним важным преимуществом является более высокая химическая стойкость, особенно к растворам и расплавам щелочей и к действию фтороводородной и фосфорной кислот. Однако, температурные ограничения (-10 ÷ 140 ^оС) не позволяют более широко применять полимерную посуду и их ассортимент, как правило, ограничен такой вспомогательной посудой, как воронки, мерные цилиндры, мензурки, химические стаканы, шланги и др.

1.3.1 Фторопласт-4 (тефлон)

Фторпласт-4 (тефлон в США, полифлон в Японии, хостафлон в Германии, флюон в Англии) – политетрафторэтилен (–СF₂­­–CF₂–)_n, обладает высокой химической стойкостью. Фторопласт-4 устойчив к действию кипящих фтороводородной, серной, азотной, фосфорной кислот и их смесей. Тефлон также проявляет высокую устойчивость в растворах и расплавах щелочей (KOH, NaOH). Не разрушается фторопласт-4 и под действием кипящих органических растворителей. Такие реагенты как фтор (F₂), трихлорид фтор (FCl₂), дифторид кислорода (OF₂) оказывают заметное влияние только при температуре выше 150 ^оС. Щелочные металлы и их оксиды легко разрушают полимер при температуре выше 200 ^оС. Изделия из фторопласта-4 применяют в интервале температур от -190 до +260 ^оС. Разложение полимера происходит при температуре выше 360 ^оС.

Фторопласт-4 обладает низким коэффициентом трения, хорошими диэлектрическими свойствами, но низкой теплопроводностью. Из фторопласта часто производят химические стаканы, чашки, трубки, шланги, сифоны, пластины для фильтрования.

1.3.2 Фторопласт-3

Фторопласт-3 (дайфло в Японии, кель-F в США) - полихлорфторэтилен (CF₂–CClF)_n. Представляет собой прозрачный полимер, уступающий фторопласту-4 по химической и термической устойчивости.Фторопласт-3 начинает разрушаться при температуре выше 200 ^оС. Изделия из этого полимера можно охлаждать даже жидким азотом, не опасаясь растрескивания.

Фторопласт-3 устойчив к действию большинства кислот, растворителей, окислителей, включая фтор (F₂). При нагревании в хлорсодержащих органических растворителях (хлороформ, дихлорэтан, дихлорметан, тетрахлорметан), толуоле, диэтиловом эфире фторопласт-3 набухает с увеличением массы примерно на 20 %.

Из фторопласта-3 производят в основном мерную посуду.

1.3.3 Полиэтилен

Полиэтилен – прозрачный полимер с мономерной единицей (–CH₂–)_n. В настоящее время производится полиэтилен высокого давления (политен, луколен), устойчивый до 100 ^оС, и полиэтилен низкого давления (хостален), сохраняющий свою прочность до 120 ^оС. В сосудах из полиэтилена низкого давления можно кипятить воду. Однако такие изделия очень плохо переносят охлаждения до низких температур. Так, ниже -30 ^оС, изделия из полиэтилена становятся твердыми, как стекло.

Следует отметить высокую химическую устойчивость полиэтилена в отношении концентрированных галогеноводородных кислот (кроме фтороводородной), фосфорной кислоты, 30 %-й азотной кислоты и 50 %-го водного раствора KOH и NaOH. В концентрированной серной кислоте полиэтилен устойчив при температуре ниже 40 ^оС. В органических растворителях происходит его набухание.

Из всех полимерных материалов полиэтилен обладает наименьшей проницаемостью для водных паров.

Как правило, из полиэтилена производят мерную лабораторную посуду, в том числе для работ с фтороводородной кислотой любой концентрации.