Що таке полімери і пластмаси?

У цьому огляді ми відповімо на актуальне питання – що таке полімери і пластмаси, адже роль цих речовин у життєдіяльності людства тільки зростає, і буде цілком логічним з'ясувати всі нюанси виникнення та класифікації сировини, з якого створена половина всього того, з чим людині доводиться контактувати на щоденній основі. Отже, полімери і пластмаси – це речовини, молекули яких складаються з повторюваних ланцюжків різноманітних хімічних компонентів. З грецької «polymeres» означає, що складається з багатьох частин, що дає ясно зрозуміти, з якої мови прийшло це поняття. Атоми, що входять до складу молекул полімерів, з'єднані за рахунок зв'язків головних або координаційних валентностей.

Полімери з однаковими атомами, відносяться до категорії гомоцепні. Якщо ж в ланцюжки входять атоми вуглецю, такі з'єднання називаються карбоцепными. Гетероцепными називають ланцюжка, до складу яких входять ланцюжка різних компонентів.

Макромолекули полімерів і пластмас розрізняються формою. За цим критерієм виділяють:

• стрічкові;

• сітчасті;

• лінійні;

• плоскі;

• розгалужені;

• просторові ланцюжка.

Пластмаси або пластики– це матеріали органічної природи, створені на основі полімерів. Основні властивості, що відрізняють пластики від інших речовин, це: розм'якшення при нагріванні і прийняття стійкої форми під тиском. Існують прості і складні пластмаси. Перші складаються з одних полімерів, другі, крім полімерів, що мають у складі: пластифікатори, каталізатори, наповнювачі, отверджувачі, барвники. Частка наповнювачів у складних пластиках становить від 40 до 70%. Їх додають для підвищення міцності, досягнення певного рівня твердості, надання особливих властивостей. Наповнювачами виступають волокнисті, тканинні речовини, порошки.

В якості пластифікаторів задіють олеїнову кислоту і стеарин. Вони підвищують пластичність базового речовини, завдяки чому спрощується процес обробки заготовок. За затвердіння відповідають аміни, а в якості каталізаторів задіюються перекисні з'єднання.

Колір надають барвники. В якості таких застосовуються мінеральні пігменти, а також спиртові розчини органічних фарб.

Склад перерахованих компонентів, зміна концентрації, дозволяє створювати матеріали з різним набором характеристик.

Класифікація пластмас за різними ознаками

Пластмаси розрізняються типом наповнювача. Він може бути газоподібним або твердим. По реакції компонента, який відповідає за зв'язок усіх складових, виділяють чисті полімери та композиції з пластифікатором або противостарителем. На класифікацію впливає також рівень усадки, діапазон якої коливається в межах 1-3%.

Термопластичні пластики, що змінюють форму при термічному впливі, мають високу міцність, відмінну міцність, а також здатність до орієнтації.

Окремої згадки заслуговують так звані термореактивні полімери (смоли), які після термічної обробки демонструють підвищену термоусадку (10-15%) і крихкість.

За методом застосування пластики поділяються на групи:

• конструкційні. З них роблять деталі, призначені для несення механічних навантажень;

• сировина для несилових деталей;

• ущільнювальні і прокладочні;

• фрикційні, антифрикційні;

• вогнестійкі;

• теплоізоляційні;

• електроізоляційні;

• декоративні.

Поліетиленові склади можуть використовуватися тривалий час при високих температурах в межах від 60 до 100°Пн. Межа по негативній температурі також значний – до -70°С. Поліетилен стійкий до хімічних розчинників, використовується в якості оболонок кабельної продукції, основи корозійностійких деталей. Виробничий цех поліетилен залишає у вигляді блоків, листів, плівок і труб. Однак, при всіх плюсах, є у цієї речовини й один значний мінус – схильність до старіння.

Ще один композит на основі пластиків – полістирол, відрізняється аморфною структурою і лінійним будовою. Твердий полімер з видатними діелектричними властивостями, оптимальної механічною міцністю, а також невисокою порівняно з іншими «однокласниками», робочою температурою (до 100°С). Також полістирол стійкий до впливу лугів, масел, органічних кислот. При приміщенні полістиролу в гас, азотну або крижану оцтову кислоту, відбувається його набухання. При термічному впливі, що перевищує 200°С, речовина розкладається, утворюючи стирол.

Що до виробничого значення, то полістирол застосовується у виготовленні слабонавантажених деталей, ізоляторів. До недоліків відносяться: загальна крихкість при невисоких температурах, схильність до розтріскування.

У цілому хочеться підкреслити, що всі пластмаси широко представлені в приладобудуванні, машинобудуванні, виробництві виробів побутового призначення. До пластикам електротехнічного призначення застосовуються підвищені вимоги по міцності, довговічності, термостійкості.

Класифікація полімерів

Полімери мають природне і синтетичне походження. До природних відносяться пластики, що складаються з білків, смол, нуклеїнових кислот. Синтетичні полімери представлені: полипропиленами, поліетіленамі, поліамідами, а також фенолформальдегидными смолами. Атомні групи в ланцюгах молекул цих речовин розташовуються у вигляді:

• ланцюгів з відгалуженнями (амілопектин);

• відкритих і витягнутих циклів (каучук);

• тривимірних сіток (епоксидні смоли).

Крім цієї градації, існує більш масштабне поділ на сополімери, і гомоцепні гетероцепні пластики. Сополімери складаються з декількох мономерних ланок. У ланцюзі гетероцепних речовин молекули вбудовуються додаткових компонентів, як то: вуглець, кремній, фосфор, азот.

Найважливіші властивості і реакції полімерів

Лінійні пластики утворюють плівки і волокна анізотропної природи, завдяки чому ті отримують здатність витримувати зворотні деформації, набухати при дії розчинників, утворюючи в'язкий розчин.

Розгалужені ланцюги і тривимірні сітки мають менш виражені характеристики набухання і деформації, однак купуються інші якості, такі як тугоплавкість, нерозчинність, стійкість до деформацій.

Полімери здатні вступати в наступні реакції:

• зшивання – утворення зв'язків між молекулами;

• деструкція – розпад макромолекул на окремі складові;

• взаємодія бічних груп молекул;

• реакції всередині молекул, наприклад, циклізація.

Завдяки різноманітності реакцій і можливості отримати велику кількість композитних сполук, полімери отримали широке поширення в промислових галузях та побуті. Поширені типи полімерів, це текстильні волокна, гума, пластичні маси, клеї, фарби, смоли.