Что такое полимеры и пластмассы?

В этом обзоре мы ответим на актуальный вопрос – что такое полимеры и пластмассы, ведь роль этих веществ в жизнедеятельности человечества только растет, и будет вполне логичным выяснить все нюансы возникновения и классификации сырья, из которого создана половина всего того, с чем человеку приходится контактировать на ежедневной основе. Итак, полимеры и пластмассы – это вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся цепочек разнообразных химических компонентов. С греческого «polymeres» означает, состоящий из множественных частей, что дает ясно понять, из какого языка пришло это понятие. Атомы, входящие в состав молекул полимеров, соединены за счет связей главных или координационных валентностей.

Полимеры с одинаковыми атомами, относятся к категории гомоцепных. Если же в цепочки входят атомы углерода, такие соединения называются карбоцепными. Гетероцепными называют цепочки, в состав которых входят цепочки различных компонентов.

Макромолекулы полимеров и пластмасс различаются формой. По этому критерию выделяют:

• ленточные;

• сетчатые;

• линейные;

• плоские;

• разветвленные;

• пространственные цепочки.

Пластмассы или пластики– это материалы органической природы, созданные на основе полимеров. Основные свойства, отличающие пластики от других веществ, это: размягчение при нагреве и принятие устойчивой формы под давлением. Существуют простые и сложные пластмассы. Первые состоят из одних полимеров, вторые, помимо полимеров, имеют в составе: пластификаторы, катализаторы, наполнители, отвердители, красители. Доля наполнителей в сложных пластиках составляет от 40 до 70%. Их добавляют для повышения прочности, достижения определенного уровня твердости, придания особых свойств. Наполнителями выступают волокнистые, тканевые вещества, порошки. 

В качестве пластификаторов задействуют олеиновую кислоту и стеарин. Они повышают пластичность базового вещества, благодаря чему упрощается процесс обработки заготовок. За отвердение отвечают амины, а в качестве катализаторов задействуются перекисные соединения.

Цвет придают красители. В качестве таковых применяются минеральные пигменты, а также спиртовые растворы органических красок.

Состав перечисленных компонентов, изменение концентрации, позволяет создавать материалы с разным набором характеристик.

Классификация пластмасс по различным признакам

Пластмассы различаются типом наполнителя. Он может быть газообразным или твердым. По реакции компонента, отвечающего за связь всех составляющих, выделяют чистые полимеры и композиции с пластификатором либо противостарителем. На классификацию также влияет уровень усадки, диапазон которого колеблется в пределах 1-3%.

Термопластичные пластики, меняющие форму при термическом воздействии, имеют высокую упругость, отличную прочность, а также способность к ориентации.

Отдельного упоминания заслуживают так называемые термореактивные полимеры (смолы), которые после термической обработки демонстрируют повышенную термоусадку (10-15%) и хрупкость.

По методу применения пластики делятся на группы:

• конструкционные. Из них делают детали, предназначенные для несения механических нагрузок;

• сырье для несиловых деталей;

• уплотнительные и прокладочные;

• фрикционные, антифрикционные;

• огнестойкие;

• теплоизоляционные;

• электроизоляционные;

• декоративные.

Полиэтиленовые составы могут использоваться длительное время при высоких температурах в пределах от 60 до 100°С. Предел по отрицательной температуре также внушителен – до -70°С. Полиэтилен толерантен к химическим растворителям, используется в качестве оболочек кабельной продукции, основы коррозионностойких деталей. Производственный цех полиэтилен покидает в виде блоков, листов пленок и труб. Однако, при всех плюсах, есть у этого вещества и один значительный минус – подверженность старению.

Еще один композит на основе пластиков – полистирол, отличается аморфной структурой и линейным строением. Твердый полимер с выдающимися диэлектрическими свойствами, оптимальной механической прочностью, а также невысокой, по сравнению с другими «одноклассниками», рабочей температурой (до 100°С). Также полистирол устойчив к влиянию щелочей, масел, органических кислот. При помещении полистирола в керосин, азотную или ледяную уксусную кислоту, происходит его набухание. При термическом воздействии, превышающем 200°С, вещество разлагается, образуя стирол.

Что до производственного значения, то полистирол применяется в изготовлении слабонагруженных деталей, изоляторов. К недостаткам относятся: общая хрупкость при невысоких температурах, склонность к растрескиванию.

В целом хочется подчеркнуть, что все пластмассы широко представлены в приборостроении, машиностроении, производстве изделий бытового назначения. К пластикам электротехнического назначения применяются повышенные требования по прочности, долговечности, термостойкости.

Классификация полимеров

Полимеры имеют природное и синтетическое происхождение. К природным относятся пластики, состоящие из белков, смол, нуклеиновых кислот. Синтетические полимеры представлены: полипропиленами, полиэтиленами, полиамидами, а также фенолформальдегидными смолами. Атомные группы в цепочках молекул данных веществ располагаются в виде:

• цепей с ответвлениями (амилопектин);

• открытых и вытянутых циклов (каучук);

• трехмерных сеток (эпоксидные смолы).

Помимо этой градации, существует более масштабное разделение на сополимеры, гомоцепные и гетероцепные пластики. Сополимеры состоят из нескольких мономерных звеньев. В цепи гетероцепных веществ встраиваются молекулы дополнительных компонентов, как то: углерод, кремний, фосфор, азот.

Важнейшие свойства и реакции полимеров

Линейные пластики образуют пленки и волокна анизотропной природы, благодаря чему те получают способность выдерживать обратные деформации, набухать при воздействии растворителей, образуя вязкий раствор.

Разветвленные цепи и трехмерные сетки имеют менее выраженные характеристики набухания и деформации, однако приобретаются другие качества, такие как тугоплавкость, нерастворимость, стойкость к деформациям.

Полимеры способны вступать в следующие реакции:

• сшивание – образование связей между молекулами;

• деструкция – распад макромолекул на отдельные составляющие;

• взаимодействие боковых групп молекул;

• реакции внутри молекул, например, циклизация.

Благодаря разнообразию реакций и возможности получить большое количество композитных соединений, полимеры получили широкое распространение в промышленных отраслях и быту. Распространённые типы полимеров, это текстильные волокна, резина, пластичные массы, клеи, краски, смолы.