Области эффективного применения пластмасс.

В народном хозяйстве применяют десятки тысяч видов изделий и деталей из пластических масс: в машино- и приборостроении, в электро- и радиотехнической промышленности и других отраслях. Полимеры используются для производства искусственного волокна, пленок, труб поро- и пенопластов, изделий бытового назначения. Широкое распространение получили пластмассы в качестве антикоррозионных материалов. В лакокрасочной промышленности синтетические смолы используют для получения химически стойких лаков, эмалей.

Пластмассы широко применяются в машиностроении, станкостроении, автомобилестроении, электротехнике, при строительстве космических кораблей и др.

Они в целом ряде случаев успешно заменяют металлы. Использование одной тонны полимеризацонных пластиков позволяет высвободить 5…9 тонн цветных металлов.

Известно, что штампы всегда изготавливались из высококачественной стали, а теперь ее с успехом заменяют пластмассы. При качественном изготовлении штампов из пластмасс затрата на них по сравнению с металлическими снижаются на 40…60 % и они надежны в эксплуатации.

Весьма целесообразно применять полимерные трубы взамен металлических, что дает огромный экономический эффект.

Термопластичные трубы получают из поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена экструзивным способом, прессованием, сваркой или склеиванием из листовых заготовок. Например, трубы из органического стекла получают непрерывным свертыванием листов-заготовок с одновременной сваркой шва. Пластмассовые трубы легки (в 3…6 раз легче стальных), обладают высокой коррозионной стойкостью. Благодаря низкому коэффициенту трения внутренней поверхности, пропускная способность труб увеличивается на 30…40 % (по сравнению с железобетонными или стальными). Трубы легко резать, сверлить, сваривать.

Их используют при сооружении канализационных и водопроводных сетей, вентиляционных сетей. Прозрачные трубы из органического стекла не имеют запаха, гигиеничны, наибольшее применение находят в парфюмерном производстве и медицинской промышленности.

Стеклопластиковые трубы изготовляют из полиэфирных полимеров, стеложгута, стеклоткани центробежным методом, намоткой на сердечник пропитанной стеклоткани и стеклолент. Стеклопластиковые трубы значительно прочнее других полимерных труб, они выдерживают рабочие температуры до 150 °C. Применяют и в основном при строительстве химических предприятий и в нефтяной промышленности.

Для получения санитарно-технических изделий применяют полиметилметакрилат, ударопрочный полистирол, полипропилен, полиамиды, стеклопластики. Из пластмасс изготовляют ванны, мойки, сифоны, смывные бачки, детали вентиляторов, отдельные детали в кранах-смесителях и т.д. Все эти изделия отличаются малой массой (пластмассовая ванна примерно в 10 раз легче эмалированной). Изделия из пластмасс обходятся дешевле фаянсовых и чугунных.

Цветные длинномерные элементы для отделки зданий, называемые погонажными изделиями, - плинтуса, поручни лестничных перил, наличники, нащельники, защитные уголки для лестничных перил, проступи и т.п. изготовляют на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полистирола, органического стекла. Такие профильно-погонажные изделия имеют гладкую поверхность, окрашиваются в различные цвета. Изделия долговечны и обходятся не дороже деревянных.

В жилищном строительстве эффективно применение пластмасс для покрытия полов, в сантехнических узлах и т.д.

Значительный экономический эффект достигается от снижения себестоимости продукции при применении пластмасс в различных отраслях машиностроения и электротехнике.

При замене металла пластмассой трудоемкость изготовления изделий уменьшается в 3…8 раз. Производство пластмасс требует меньше капитальных вложений.

Экономия достигается при использовании фторопластового уплотнительного материала (ФУМ) в машиностроении, полимерных антиадгезионных покрытий в тесторазделочных линиях на ряде хлебозаводов.

Особенно эффективно применение полимеров в легкой промышленности и в качестве упаковочных материалов. Одна из крупных зарубежных фирм приводит впечатляющие данные: производство миллиона литровых стеклянных бутылей требует 230 тонн нефти, а миллиона таких же бутылей из поливинилхлорида – всего 97 тонн. Для производства миллиона мешков из бумаги нужно затратить 700 тонн нефти, а для миллиона мешков из полиэтилена – 470 тонн. Как показывают исследования, каждая тонна потребляемых пластмасс в машиностроении экономит до 4,5…5,5 т черных и тяжелых цветных металлов, 2…2,5 т алюминия, до 3…3,5 т древесины и пиломатериалов. Потребление полимеров в машиностроении и электротехнике достигло 250 тыс. т, причем они заменили более 1 млн. т металла. Применение пластмасс в кабельной промышленности позволяет экономить более 250 тыс. т свинца.

По сведениям специалистов, на производство и переработку пластмасс требуется нефти, как энергетического сырья в 5,3 раза меньше, чем для производства того же количества алюминия.

Пластмассы широко применяются, как антифрикционный материал для изготовления подшипников, причем срок службы подшипников резко возрастает; они бесшумны в работе и почти не нуждаются в смазке.

В промышленных масштабах выпускается сополимер этилена с пропиленом (СЭП), который обладает высокими свойствами: прочностью, морозостойкостью, что позволяет использовать его для изготовления износостойких покрытий, труб.

2. Новые достижения в области создания пластмасс.

К новым достижениям в области создания новых пластических масс следует отнести норпласты (неорганические-органические пластмассы). Идея создания этих пластмасс принадлежит советскому химику – академику Н.С. Ениколопову. Суть идеи: в качестве наполнителя использовать кварцевый песок, глину, мягкие, твердые минеральные частички, входящие в состав пластической массы, однако, частички полученные путем механического дробления имеют острые кромки, и при нагружении они легко разрезают полимерную оболочку и вышелушиваются. Следует связать эти совершенно разные вещества, но как? Достижение советских ученых состоит в следующем. На песчинке (частичке) сначала химически прививали одно единственное звено органического полимера, а потом уже на этом черенке выращивали молекулу полимера. Если такую прививку сделать каждой молекуле, находящейся на поверхности песчинки, то она станет похожа на комочек искусственного меха. Полимерные "волоски" этого меха благодаря химической связи с основой будут практически неотделимы от нее. Полимерно-песчанные комочки ведут себя в новом материале, как единое целое, как одна большая молекула. В результате сотен проведенных экспериментов по химической прививке были созданы новые материалы, в качестве наполнителей в которых использовали не только песок и глину, но и асбест, тальк, туф, перлит, различное органическое сырье – этилен, винилхлорид и др.

Полученные новые материалы не теряют своих лучших свойств даже тогда, когда они на 40, 50 и даже на 90 % состоят, попросту говоря, из камня. Обыкновенные минералы придают пластмассам необыкновенные свойства. По этой технологии получают материалы прочные, которые гибче, долговечнее, чем любая чистая пластмасса. А когда было взято в качестве наполнителя вулканическое стекло – перлит, был получен новый материал, который по легкости и способности сохранять тепло превзошел все другие теплоизоляционные материалы.

Строительство домов с лучшими теплоизоляционными характеристиками позволит тратить намного меньше энергии на обогрев. Горячая вода, текущая по норпластовым трубам, меньше отдаст тепла земле. Норпласты пригодны для изготовления машиностроительных деталей, труб разного диаметра. Подсчитано: если довести производство норпластовых труб до 1,5 млн. т, а теплоизоляционных материалов из норпласта до 10 млн. м³ в год, расход нефтехимического сырья, а также потребление нефтяного топлива на энергетические нужды могут быть уменьшены в перерасчете на нефть на 12…13 млн. т в год. Потребность в стальных трубах снизится на 6…7 млн. т.

Метод химической прививки использовали и с целью обеспечения специальных свойств металлам.

Во многих случаях характеристики современных машин, установок и приборов определяются не объемными свойствами материала всей детали, а свойствами поверхности. Срок службы, надежность, эффективность работы изделия зачастую целиком зависят от свойств поверхностного слоя. Улучшение свойств поверхностности металлических материалов – один из основных путей борьбы с коррозией, от которой народное хозяйство ежегодно терпит, как известно, миллионные убытки. Изменяя свойства поверхностного слоя, удается увеличить срок службы подшипников, валов двигателей, резцов, штампов и других машиностроительных изделий, страдающих от трения и агрессивных сред.

Еще одна область применения норпластов – мелиорация. Легкие ребристые трубы, наматывают на барабан и прямо с барабана укладывают в траншеи. Эти трубы наполовину состоят из крошки туфа – отхода камнерезного производства. Эти трубы должны в скором будущем заменить трубы из керамики.

Сравнительные испытания полиэтиленовых и норпластовых труб показали, что последние гораздо более эффективны.

К новым достижениям следует отнести разработки в области использования нанодисперсных глин в при получении пластмасс, безвредных для окружающей среды с улучшенными специализированными свойствами (США).

Добавляя немного природных глин к пластмассам, изменяют некоторые из их физических свойств. Несмотря на то, что ученые сейчас уже могут управлять химическим взаимодействием между глинами и некоторыми полимерами, процесс изменения физических свойств нанометрическими наполнителями во всех пластмассах может быть наиболее интересным направлением в исследовательской работе.

Добавление глины может сделать пластмассы менее проницаемым для жидкостей и газов; более огнеупорными и более жесткими. Низкая проницаемость сделает пластмассы, похожие на ПЭТ (полиэтиленерефталат) – стандартную пластмассу, которая использует в разливе в пластиковые бутылки безалкогольных напитков, а также пива и вина. С добавлением глины пластиковое изделие предохраняло бы напитки от воздействия кислорода. С другой стороны, небольшое количество глинистого вещества не повлияет на проницаемость пластмассовых изделий.

Добавление глины к смесям полимеров не такой простой процесс, полимеры и глины смешиваются также плохо, как масло и вода. Однако, если глина обработана определенным органическим поверхностно-активным веществом, состав которого позволяет инертной глине лучше смешиваться с полимерами, как мыло помогает смешиваться маслу и воде, то глина может быть включена в конечный продукт.

Недорогой и более экологически чистый метод производства огнеупорной пластмассы поможет, в конечном счете, сохранить жизни людей. Поскольку добавление глин в пластику уменьшает воспламеняемость пластмасс, то тогда данный метод может иметь универсальное применение в качестве производства главной огнезащитной добавки.

В настоящее время, химики вынуждены использовать бромсодержащий огнезащитный состав в пластмассах, который при сгорании образует ядовитые газы. Использование глины – это зеленая альтернатива современным технологиям. Когда полимеры с глиной объединяются в их структуре после обжига, глина образует обжиговый слой на внешней стороне пластмассы, который изолирует материал под ним.

Природные глины в настоящее время самые используемые, потому что они необходимы для производства большого количества изделий. Синтетические глины из-за их особенных свойств, могут быть использованы в качестве добавок при производстве высокотехнологичных изделий, как например в биомедицинском и космическом оборудовании. Природные глины – бентониты и монтмориллониты, которые уже сейчас используются в красках, защищающих от протекания, в космических изделиях, предотвращающих блеск кожи, в фармацевтике. Управление по санитарному надзору за пищевыми продуктами и медикаментами США уже одобрило их использование, поэтому нет никакой проблемы для включения природных глин в состав пластмасс, которые входят в контакт с пищей, лекарствами, напитками.

Полимерные глинистые смеси, которые содержат только 1…5 % глины, являются фактически нанокомпозиционными. Добавление глины в смесь полимеров не изменяет обычного процесса производства и обработки глинистого полимера.

Глина может добавляться на последних стадиях обработки полимера без изменений в действующих технологических линиях. Термодинамика управляет нанометрической дисперсией глины в полимере, а использование малых количеств глины не нуждается в дополнительном оборудовании. Изготовители могут использовать то же самое оборудование, расчеты и установки, как и в обычном процессе производства.

В то же время ученые рассматривают возможность применения новых нанокомпозиционных включений в полимерах. Эти добавки будут содержать металлические и керамические наночастицы вместо глины. Данные ультрамалые наполнители требуют различных поверхностно-активных веществ и обеспечивают большое разнообразие в свойствах.