Гибкий пластик

1. классификация
2. эластомеры
3. пластомеры
4. Приготовление полимеров
5. Феномен высокой гибкости
6. Резиновые эластомеры (полидиены)
8. гуттаперча
9. балата
10. Бутадиеновый каучук (полибутадиен)
11. Стирол-стирольные каучуки
12. Бутадиен-акрилонитрильные каучуки
13. Хлоропреновые каучуки
14. суммирование

Пластмассы (пластомеры) являются пластиками, полимерсодержащими веществами, то есть соединениями, молекулы которых состоят из множества меньших, повторяющихся атомных группировок мерсов. Полимеры делятся на природные (например, белки, полисахариды, каучук) и синтетические.

Из-за общей структуры и условий обработки различаются цепные полимеры, которые плавятся при более высоких температурах и растворимы в соответствующих растворителях (термопластах), а также термо- или химически отверждаются (то есть в дуропластах), которые под воздействием высокой температуры или химических реагентов. они сшиваются и становятся нерастворимыми и нерастворимыми материалами.
Физические и химические свойства пластмасс зависят от состава и химической структуры средней молекулярной массы, полимолекулярности и содержания низкомолекулярных веществ. Общие свойства пластмасс:

• низкая плотность (<2 г / см3)
• плохая тепловая и электрическая проводимость
• значительное (по сравнению с металлами) тепловое расширение
• не очень высокая максимальная температура использования (<300 ° C)
• хорошие механические свойства, которые, однако, явно ухудшаются по мере увеличения времени напряжений и повышения температуры.
  Характерным химическим свойством макромолекулярных соединений является их низкая реакционная способность, а следовательно - высокая устойчивость к химическим агентам. Растворители часто вызывают набухание материалов. Большинство пластиков устойчивы к воде и кислороду, благодаря добавлению антиоксидантов. Их огненность разнообразна.
  

классификация

Классификация основана на полезных и технологических свойствах (способ обработки) пластмасс.

эластомеры

Это полимеры, которые даже после значительной деформации возвращаются к своей первоначальной форме или очень похожи на нее. Способность к растяжению при упругой тяге составляет до нескольких сотен процентов. Другими словами, температура размягчения - Tm эластомеров ниже, чем комнатная температура, то есть Tm <298 К. Примеры эластомеров: синтетические каучуки, некоторые разновидности поливинилхлорида. Эластомеры делятся на вулканизирующие и невулканизируемые из-за возможности отверждения путем вулканизации. Процесс вулканизации, обычно при повышенной температуре, заключается в ковалентном связывании соседних макромолекул в местах ненасыщенных связей с серой, кислородом, селеном или теллуром.
Однако невулканизирующиеся эластомеры представляют собой материалы с линейными или разветвленными макромолекулами, которые не вулканизуются. Наиболее известными являются поливинилхлорид смягченный (PCWzm), широко известный как пластик (напольные покрытия, трубы, кабели, прокладки, ткани), а также сополимер этилена и пропилена (транспортерные ленты, газовые трубы, высоковольтные кабели, прокладки).

пластомеры

Это материалы с Tm> 298K, т.е. те, у которых эластичное удлинение при комнатной температуре обычно не превышает 100%. Пластомеры делятся в зависимости от поведения при нагревании на термопластах (термопластах) и дюропластиках. Среди последних выделяются термо и хемосекьюр.

Приготовление полимеров

Как правило, пластики представляют собой макромолекулярные соединения, которые могут быть получены из соединений с небольшой молекулой, обычно путем реакции полимеризации или реакции поликонденсации. Исходным сырьем для производства мономеров являются, прежде всего, сырая нефть, природный газ (нефтехимическая база) и каменный уголь.
Химические реакции для получения полимеров из мономеров, то есть для получения синтетических макромолекулярных соединений, обычно называют полиарионами.
Существует три основных типа полиреакций:

• полимеризация
• Поликонденсация (конденсационная полимеризация)
• Полиаддития (аддитивная полимеризация).

ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ - это процесс объединения многих молекул мономеров, который не сопровождается выделением низкомолекулярных побочных продуктов. Этот процесс можно схематически представить следующим образом:
n A -> (A) n
где:
n - количество молекул мономера (степень полимеризации);
А - молекула мономера;
(А) n - полимерная макромолекула.
Таким образом, полимеризация протекает без изменения состава реагентов. Полученный полимер отличается от мономера только размером молекулы. В описанном выше процессе реагирует только один тип мономера. Такой процесс называется гомополимеризацией, а полученный продукт является гомополимером. Если более чем один тип мономера подвергается полимеризации, процесс называется сополимеризацией, и полученный продукт представляет собой сополимер. Используя различные мономеры и изменяя их взаимное количественное соотношение, можно получить сополимеры с различным составом и свойствами.
ПОЛИКОНДЕНСАЦИЯ - это процесс объединения множества молекул исходных веществ (субстратов) в макромолекулярное соединение с одновременным выделением простого низкомолекулярного соединения в качестве побочного продукта реакции, например воды, хлористого водорода, аммиака. Химический состав поликонденсационного полимера не идентичен составу исходных материалов. Это вызвано выделением побочных продуктов во время процесса.
ПОЛИДРЕССИЯ является косвенной между полимеризацией и поликонденсацией. Как и поликонденсация, это реакция, которая протекает постепенно, но, в отличие от нее, это не обратимый процесс. Присоединение дополнительных молекул мономера к растущему полимеру происходит довольно быстро, как в процессе полимеризации. Также отсутствует разделение низкомолекулярных побочных продуктов, что дополнительно делает полиприсоединение похожим на полимеризацию. Полимеры, полученные в результате полиприсоединения, имеют такой же химический состав, что и мономеры, но отличаются от них по своей конструкции. Механизм реакции обычно состоит в перемещении (прыжке) атома водорода в молекуле мономера, что позволяет полимерной цепи расти. Типичным примером полиприсоединения является реакция получения полиуретанов или эпоксидных смол.

Феномен высокой гибкости

Термин «эластомеры» определяется как группа полимеров, способных к значительным обратимым деформациям, исчезающим сразу после устранения внешней силы. В случае растягивающего напряжения, приложенного вдоль одной оси, деформация образца может достигать до 1000%. Эластомеры ведут себя таким образом в пределах упругого состояния. На следующем рисунке показан механизм явления высокой упругости на примере одиночной цепной макромолекулы.

Колебания в направлении вызывают изменение длины химических связей и углов между ними, что требует много энергии. Поперечные колебания связаны с изменением конформации цепи. Количество энергии, необходимое для их генерации, намного меньше, поскольку оно расходуется только на преодоление барьеров свободной циркуляции вокруг связей отдельных макромолекул. Следовательно, значение b >> a и цепочка инвертируются. Энергия тепловых колебаний происходит от окружающей среды, которая была отмечена символом T. Чтобы снова запустить намотанную цепь в виде выпрямленного «зигзага», необходимо приложить силу f к ее концам. Концы вихревой цепи не занимают фиксированного положения в пространстве, но они совершают колебательные движения с амплитудой c . Поэтому расстояние между ними не является постоянным - оно характеризуется средним геометрическим значением из различных положений , Гипотетическое максимальное удлинение эластомера , Значение R можно определить, проецируя на плоскость длины отдельных звеньев цепи и суммируя их векторы. Схемы также были получены для расчета расстояний между концами запутанных цепей, например парафиновых цепей.

n - количество звеньев в цепочке
l - длина одной ссылки

Строго говоря, в расчетах следует учитывать средние значения длин цепей относительно их набора: ( и ). По многим причинам относительное удлинение эластомеров не достигает теоретически рассчитанных значений, но значительно меньше. Чтобы полимер мог существовать в гибком состоянии, он должен соответствовать условиям кинетической теории упругости:

• Макромолекулы имеют линейную (цепную) структуру и наделены свободой вращения отдельных клеток.
• Энергия молекулярных взаимодействий мала.
• Макромолекулы связаны несколькими поперечными связями.
  Статистическая теория упругости говорит нам, что:
• Деформация эластомера связана только с изменением энтропии системы
• Относительное положение концов пространственной цепочки можно описать с помощью функции распределения вероятностей, идентичной функции Гаусса.
• Эластомер - несжимаемое тело.
• Молекулярная масса эластомера бесконечно велика.
• Узлы сети являются четырехфункциональными, то есть каждый из них является отправной точкой четырех секций цепочек, то есть цепочек сети.

Резиновые эластомеры (полидиены)

Полидиены включают сшитые каучуки (вулканизаты) и каучук. Они представляют собой линейные полимеры, содержащие двойные связи, позволяющие их последующее сшивание. Эти соединения являются результатом полимеризации бутадиена и его производных. Полимеризация может протекать в двух направлениях, давая полимеры со структурой 1,2 или 1,4.

Существует несколько разновидностей изомерных полидиенов. 1,2-полимеры могут присутствовать в виде атактических, изотактических и синдиотактических, а 1,4-полимеры - в цис- и транс- вариантах.
Тип образующейся структуры полимера зависит от типа диенового мономера, типа инициатора (или катализатора) и условий реакции. Понижение температуры полимеризации обычно приводит к структуре 1,4, которая более желательна, чем структура 1,2, из-за лучшей производительности получаемого полидиена. С увеличением структурного отношения 1,2 в полимере температура стеклования увеличивается, и, таким образом, диапазон температур упругости изменяется.
Совместная полимеризация сопряженных стоков, в основном 1,3-бутадиена и изопрена (2-метил-1,3-бутадиена), занимает значительное место в промышленности.
В настоящее время мировое производство синтетического каучука в два раза превышает поставки натурального каучука, из которых более половины включают стирол-бутадиеновые каучуки, используемые в основном при производстве шин.
Увеличение производства диеновых эластомеров со структурой 1,4 связано с ценными полезными свойствами этих полимеров. Полибутадиен с такой структурой, полученный в присутствии катализаторов Циглера-Натта, используется в основном для производства шин, приводных ремней, шлангов, изоляции проводов и кабелей, обуви и прокладок. С другой стороны, полиизопрен с высоким содержанием мезеров со структурой цис- 1,4 может характеризоваться еще лучшими функциональными свойствами, чем натуральный каучук. Изготавливается из: шин, шлангов, обуви, пропитанных тканей и клеев; однако транс- 1,4-полиизопрен, производимый в меньших количествах, используется для производства напольных покрытий, деталей приборов, мячей для гольфа и клеев.
Для улучшения механических свойств каучуков их подвергают процессу вулканизации, который в этом случае состоит в объединении отдельных полимерных цепей в разреженную сетку с атомами серы. Сшивание полидиена с одной только серой происходит очень медленно, и поэтому используются ускорители. Чтобы получить хороший эффект ускорения процесса вулканизации, к ускорителям добавляются активаторы, которые представляют собой оксиды металлов (чаще всего оксид цинка ZnO).
Вулканизированный серой каучук в количестве от 1,5 до 3,5% называется каучуком или каучуковой вулканизацией. Присутствие в каучуке определенного количества свободных двойных связей приводит к тому, что он не очень устойчив к кислороду, который при взаимодействии с ним может снизить его эластичность и увеличить его хрупкость, называемую старением каучука. Чтобы предотвратить это неблагоприятное явление, используется антиоксидантная добавка, которая будет тормозить процесс окисления каучука и продлевает срок службы резиновых изделий.
Наиболее важные с технологической точки зрения диеновые каучуки включают полибутадиеновые, бутадиен-стирольные, бутадиен-акрилонитрильные и хлоропреновые каучуки. Производство этих каучуков осуществляется методами: в массе, эмульсии и растворе.

Сыпучая полимеризация исторически является первым техническим, в настоящее время редко используемым, методом, с помощью которого полибутадиен был получен анионной полимеризацией бутадиена в присутствии металлического натрия с добавлением калия. На его основе был разработан непрерывный метод полимеризации диенов, связанных с использованием объемного метода в шнековом экструдере, с помощью которого, например, получают бутадиеновые каучуки в присутствии натриево-калиево-литиевых катализаторов, используемых для производства эбонита. Преимуществом этого метода является возможность получения полимера высокой чистоты (без эмульгаторов и других вспомогательных добавок).
Эмульсионная полимеризация является наиболее распространенным методом промышленного производства полидиэфирных эластомеров благодаря таким преимуществам, как:

• Низкая температура процесса, в присутствии водорастворимых окислительно-восстановительных инициаторов
• Получение высокомолекулярного полимера, правильной структуры и низкой полидисперсности.
• Быстрое рассеивание тепла и поддержание постоянной температуры благодаря реакции в водной среде
• Получение более гомогенного продукта путем отделения каучука путем его коагуляции
  Этот метод производит стирол-бутадиен, хлоропреновые каучуки, синтетические латексы и другие.
  Полимеризация в растворе характеризуется тем, что координационная полимеризация сопряженных диенов происходит в среде насыщенных углеводородных растворителей в присутствии катализаторов Циглера-Натта. С точки зрения активности и стереоспецифичности это наиболее эффективные катализаторы, используемые в промышленных процессах. Наиболее важными катализаторами Циглера-Натта являются катализаторы на основе соединений титана, кобальта, никеля и неодима, лития.
  

• Натуральный каучук

Натуральный каучук представляет собой химически цис- полиизопрен формулы:

Источником товарного каучука является дерево Hevea brasiliensis (известное как каучуковое дерево или каучуковое дерево) и растения Кок-Сагыз , Крым-Сагыз и Тан-Сагыз . После резки коры каучукового дерева вытекает молочная вязкая жидкость, называемая латексом. Это эмульсия, состоящая из коллоидной суспензии частиц каучука в воде. Коагуляция латекса под воздействием разбавленной муравьиной или уксусной кислоты вызывает его выпадение в виде сырной массы. Осажденный полимер промывают водой и пропускают через ролики, получая при этом яркий резиновый креп.
Характерной чертой каучука является его эластичность, которой у транс-изомеров нет. Натуральный каучук в смеси с наполнителями, стабилизаторами и активаторами вулканизируют серой для получения резинотехнических изделий. Растворы невулканизованного каучука в ароматических углеводородах служат клеями.
Резиновые изделия также могут быть получены непосредственно из латекса. Это так называемые окунанные продукты, такие как перчатки, воздушные шарики, купальные шапочки и т. Д. Для этого в латексную смесь вводят форму с серой, ускорителем и антиоксидантом, а пленка, прилипшая к форме, коагулируется, высушивается и затем вулканизируется. Резина, изготовленная из латекса, имеет более высокую механическую прочность и является более гибкой, чем резина, полученная из каучука, и, кроме того, обладает большей устойчивостью к процессу старения, что следует связывать с присутствием природных антиоксидантов.

гуттаперча

Является продуктом, полученным из растений, принадлежащих к семейству Sapotacea, и из листьев дерева Eukomma . При нормальной температуре это твердая роговая масса с температурой размягчения 50-70 ° С, но после охлаждения она сохраняет свою горячую форму.
Чистым гуттаперчевым углеводородом является транс- полиизопрен, то есть изомеры натурального каучука. Он имеет отличные диэлектрические свойства, негигроскопичен и обладает большей химической стойкостью, чем натуральный каучук. Благодаря хорошей адгезии к металлам, дереву и коже, он используется в качестве связующего. Кроме того, гуттаперча используется для производства подводных кабелей, хирургических изделий, прокладок, мячей для гольфа и т. Д.

балата

Этот продукт получают почти исключительно в Гайане, Венесуэле и Панаме из деревьев Mimusops globosa . Основным компонентом балаты, как и гуттаперча, является полисиофен. Физические свойства и использование похожи на гуттаперчу.

Бутадиеновый каучук (полибутадиен)

Это каучуки, выпускаемые под названием СКБ каучуков различной пластичности общего назначения, используемые для производства шин, резины, тросов, а также в кожевенной и обувной промышленности.
Современные методы промышленного производства бутадиеновых каучуков в основном основаны на полимеризации бутадиена методом эмульсии и в растворе. Процесс промышленной полимеризации бутадиена в эмульсии осуществляется последовательно соединенными реакторами с мешалкой и рубашкой нагрева и охлаждения. Дисперсионный агент, инициатор, эмульгатор и бутадиен вводят в реактор, затем добавляют регулятор молекулярной массы и стабилизаторы и ожидают получения соответствующего продукта. Удаление непрореагировавшего мономера дает водную дисперсию каучука, называемую латексом. Резина изолируется путем коагуляции с электролитами или замораживания.
Полученный каучук имеет относительно высокую долю транс- 1.4 конфигураций, что отрицательно влияет на прочность и абразивность вулканизатов. Бутадиеновый каучук используется в смеси других каучуков для производства автомобильных шин.
Промышленный процесс полимеризации бутадиена в растворе осуществляется в низкокипящих алифатических и ароматических углеводородных растворителях при 20-50 ° С в присутствии катализаторов Циглера-Натта непрерывно. Растворитель, раствор катализатора и мономер (бутадиен или изопрен) загружают в первый реактор. После того, как реакционная смесь прошла через последний реактор, получается более 90% конверсии мономера; среднее время полимеризации составляет от 0,5 до 4 ч. В смесителе 3 катализатор разлагается и полимер стабилизируется. Проходя в другой смеситель, смесь разбавляют водой и направляют на отделение непрореагировавшего мономера при азеотропной перегонке с водяным паром. Дисперсию полимера разделяют на сита, подвергают промывке, затем сушат и прессуют в кубики.
Полученный таким образом полимер содержит в основном цис-1,4-полибутадиен, в результате чего он характеризуется высокой регулярностью, низкой полидисперсностью молекулярной массы и гибкостью цепей. Его вулканизаты отличаются значительной устойчивостью к истиранию и коррозии под напряжением, хорошими динамическими свойствами, высокой степенью наполнения сажей и маслами. К недостаткам относятся не очень сильная прочность на разрыв и растяжение, неудовлетворительная адгезия к влажным поверхностям. цис- 1,4-полибутадиен используется для производства шин, приводных ремней, шлангов, изоляции проводов и кабелей, прокладок и обуви. Цис- 1,4-полиизопрен получают аналогичным образом.

Стирол-стирольные каучуки

Они являются наиболее распространенной группой синтетических каучуков. Они получены в результате эмульсионной сополимеризации свободнорадикального бутадиена со стиролом, а также в результате полимеризации в растворе в присутствии катализаторов Циглера-Натта.
Процесс промышленной сополимеризации бутадиена со стиролом осуществляется непрерывно с использованием 7-10 автоклавов вместимостью 12-16 м3 с мешалкой и рубашкой для нагрева и охлаждения.
Первый реактор непрерывно подают в предварительно приготовленный водный раствор эмульгатора, оба сомономера, регулятор молекулярной массы, стабилизатор дисперсии, инициаторы и регулятор рН окружающей среды. В случае низкотемпературной полимеризации процесс проводят при 5 ° С, в то время как высокотемпературный процесс немного выше 50 ° С. Из последнего автоклава постреакционная смесь проходит в дегазирующую колонну, в которой отгоняется непрореагировавший бутадиен, а во второй колонне происходит перегонка с водяным паром непрореагировавшего стирола. Полученный каучук стабилизируется, а затем коагулируется в расходомерной трубке.
Дальнейшая обработка происходит одним из двух способов. В первом используется устройство для формирования полотна, а затем промытые коагулятные хлопья формируют в ленты и после сушки свертывают в рулон. Во втором методе промытый и обезвоженный каучук измельчают в молотковой мельнице, сушат, снова измельчают, измельчают, прессуют в кубики и упаковывают в полиэтиленовую пленку.
Производится много модифицированных разновидностей стирол-бутадиенового каучука, различающихся по своим свойствам и применению. Эти каучуки из-за наличия двойных связей в их структуре подвергаются вулканизации. Переработка этих каучуков в пригодные для использования резиновые изделия обычно осуществляется в два этапа. Сначала производится резиновая смесь, в состав которой входят каучуки, армирующие наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и пигменты. На втором этапе добавляют вулканизующую систему и ускорители. Процесс вулканизации проводят при температуре 140 - 180 ° С. Бутадиен-стирольные каучуки производятся в Польше под названием KER .

Бутадиен-акрилонитрильные каучуки

Эти сополимеры, обычно известные как нитрильные каучуки (NBR), получают путем свободнорадикальной сополимеризации бутадиена и акрилонитрила в водной эмульсии в условиях, аналогичных условиям получения стирол-бутадиенового каучука. Макромолекулы этого сополимера представляют собой главным образом добавление бутадиеновых мономеров в положении 1,4 и в небольшой степени в 1,2 с акрилонитрилом.
Свойства полученного сополимера зависят в первую очередь от молярного соотношения двух сомономеров, температуры полимеризации, молекулярной массы и ее распределения, а также от типа и концентрации используемых стабилизаторов. Увеличение доли акрилонитрила в сополимере увеличивает устойчивость к маслам и алифатическим растворителям и устойчивость к термическому старению: одновременно снижаются гибкость и устойчивость к низким температурам. Нитриловые каучуки вулканизируются серой или органическими пероксидами. Они используются для изготовления технических изделий, устойчивых к минеральным маслам и топливам (например, шланги, прокладки, шайбы, мембраны и другие элементы, используемые в автомобильной, аэрокосмической и химической промышленности).

Хлоропреновые каучуки

Хлоропреновые каучуки (CR) существуют под обычным названием неопреновых или неопреновых каучуков. Они получены в результате полимеризации хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена). Они легко сшиваются и поэтому должны быть стабилизированы. Однако добавление стабилизирующих веществ не может ингибировать реакцию сшивания при 130-150 ° С.
Хлоропреновый каучук вулканизируют с помощью оксидов металлов, обычно с 10% оксида цинка и магния по отношению к общей массе полимера. Полихлоропреновые вулканизаты существенно отличаются от каучука из натурального каучука. Они устойчивы к воздействию кислорода, озона, растворителей, масел и смазок. Они трудно воспламеняются и менее растворимы для газов. Недостатком является их высокая плотность, высокая цена и низкая сырьевая стабильность. Хлоропреновые каучуки используются для производства шлангов, прокладок, клеев, дорожных красок и т. Д.

суммирование

Эластомеры включают сшитые каучуки (вулканизаты) и каучук. Все чаще эластомеры также называют не сшитыми каучуками, хотя это не совсем точно. Практическое значение придается прежде всего разным видам резины.

Основные компоненты резиновых смесей включают в себя:

• Каучуки натуральные и синтетические - часто резиновые смеси состоят из двух или трех разных каучуков;
• Наполнители, в основном сажа и различные дисперсные минеральные вещества (кремнеземы, алюмосиликаты, каолины, мелки и др.);
• Сшивающие агенты - сера, доноры серы, органические пероксиды, оксиды металлов, диизоцианаты, тиамин, диуретаты и химически активные смолы, особенно фенолформальдегидные смолы;
• Ускорители вулканизации, в т.ч. меркаптаны (тиолы), дисульфиды, сиурамы, дитиокарбаматы, сульфонамиды, ароматические амины;
• Активаторы ускорителей, чаще всего оксиды металлов (например, ZnO) и высшие жирные кислоты (например, стеариновая кислота);
• Смягчители углеводородов - продукты переработки угля или нефти, сложные эфиры дикарбоновых кислот и высших спиртов, продукты сухой перегонки древесины (гудрон), синтетические смолы;
• Антиоксиданты, чаще всего вторичные тиамины или замещенные фенолы.

Кроме того, специальные вспомогательные материалы, такие как сшивающие агенты, усилители адгезии, озонозащитные агенты, антипирены, неорганические и органические красители, пенообразователи и другие, используются в зависимости от условий обработки резиновых смесей и предполагаемого использования продуктов.
Резиновая смесь обычно состоит из нескольких десятков перечисленных веществ, поэтому это очень сложная система. Среди каучуков натуральный каучук по-прежнему занимает важное положение, которое отличается от его синтетического аналога прежде всего содержанием природных веществ, особенно белков.
Современные знания о принципах управления синтезом позволяют получать каучуки с заданными желаемыми свойствами.

В статье написано:

kinia

Литература:

Похожие