Пластмассы

Пластмассами называют материалы на основе полимеров, спо­собные изменять свою форму при нагревании и сохранять новую форму после охлаждения. Благодаря этому свойству пластмассы легко поддаются механической обработке и используются для про­изводства изделий с заданной формой.

Пластмассы бывают двух основных типов: термопластичные и термореактивные. 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.

Термореактивные пластмассы при нагревании также 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.

Рассмотрим некоторые основные типы пластмасс.

Полиэтилен (-СН₂-СН₂-)_n – один из простейших полимеров. Его молекулярная масса колеблется от 20 тыс. до 3 млн. в зависимо­сти от способа получения. Полиэтилен с низкой молекулярной мас­сой и разветвленной структурой получают радикальной полимери­зацией этилена при высоком давлении (120-150 МПа) в присутствий кислорода или органических пероксидов. Если процесс полимериза­ции проходит при низком давлении в присутствии металлоорганических катализаторов, то получается полиэтилен с высокой молеку­лярной массой и строго линейной структурой. Этот процесс протекает по ионному механизму.

Полиэтилен – прозрачный, термопластичный материал, обла­дающий высокой химической стойкостью, плохо проводящий тепло и электричество. Его применяют для изготовления прозрачных пле­нок и бытовых предметов.

Монозамещенные производные этилена полимеризуются по об­щему уравнению

где X – заместитель. В результате полимеризации в главной цепи появляются асимметрические атомы углерода, которые отличаются положением связанной с ними группы X относительно главной це­пи. Различают изотактические, синдиотактические и атактические полимеры. В изотактических полимерах заместители находятся строго по одну сторону от главной цепи, в синдиотактических полимерах – поочередно по разные стороны от цепи, и в атактические – хаотично по ту или другую сторону от цепи.

В первых двух случаях говорят, что полимер имеет стереорегулярное строение. Изотактические полимеры отличаются особенно ценными физико-механическими свойствами.

Полипропилен (-СН₂-СН(СН₃)-)_n получают полимеризацией пропилена под давлением в присутствии металлоорганических ката­лизаторов. При этом образуется стереорегулярный полимер. Поли­пропилен по свойствам похож на полиэтилен, однако отличается от него более высокой температурой размягчения (160-170 °С против 100-130 °С). Полипропилен используют для изготовления изоляции, труб, деталей машин, химической аппаратуры, канатов.

Полистирол (-СН₂-СН(С₆Н₅)-)_n – термопластичный полимер, имеющий линейную структуру и молекулярную массу от 50 тыс. до 300 тыс. По свойствам он похож на полиэтилен. Температура раз­мягчения атактического полистирола 85 °С, а изотактического по­лимера – 230 °С. Полистирол используют для изготовления деталей радиоаппаратуры, облицовочных плит, посуды, игрушек и других изделий. Широко применяются сополимеры стирола с акрилонитрилом и другими мономерами. Эти сополимеры имеют более ценные механические свойства, чем полистирол.

Поливинилхлорид (-СН₂-СНСl-)_n – термопластичный поли­мер с молекулярной массой от 300 до 400 тыс. Он отличается хоро­шей прочностью и высокой химической стойкостью, поэтому из не­го изготавливают детали химической аппаратуры, работающей в агрессивных средах. Поливинилхлорид - основной электроизоляци­онный материал и самый крупнотоннажный полимер.

Фенолоформальдегидная смола – термореактивный полимер, который получают по реакции поликонденсации фенола с формаль­дегидом в присутствии кислот. Начало процесса поликонденсации можно представить следующим образом:

Образующаяся молекула может через молекулу формальдегида со­единяться с другими молекулами фенола. Если процесс соедине­ния происходит только в орто-положениях к ОН-группе, то обра­зуется линейный термопластичный полимер. При нагревании этого полимера возможно соединение различных линейных цепей через пара-положение с образованием пространственных структур типа:

Данный материал проявляет термореактивные свойства.

Фенолоформальдегидные смолы используют как основу различ­ных композиционных материалов, в состав которых входят также наполнители, отвердители и другие компоненты. Изделия из таких материалов отличаются прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.