Применение полимеров

Материалы, получаемые на основе полимеров.На основе полимеров получают волокна, пленки, резины, лаки, клеи, пластмассы и композиционные материалы (композиты).

Волокна получают путем продавливания растворов или расплавов полимеров через тонкие отверстия (фильеры) в пластине с последующим затвердеванием. К волокнообразующим полимерам относятся полиамиды, полиакрилонитрилы и др.

Полимерные пленки получают из расплавов полимеров методом продавливания через фильеры с щелевидными отверстиями или методом нанесения растворов полимеров на движущуюся ленту. Пленки используют в качестве электроизоляционного и упаковочного материала, основы магнитных лент и т. д.

Лаки – растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях. Кроме полимеров лаки содержат вещества, повышающие пластичность (пластификаторы), растворимые красители, отвердители и др. Применяются для электроизоляционных покрытий, а также в качестве основы грунтовочного материала и лакокрасочных эмалей.

Клеи – композиции, способные соединять различные материалы вследствие образования прочных связей между их поверхностями и клеевой прослойкой. Клеи подразделяются на термопластические, термореактивные и резиновые.

Термопластические клеи образуют связь с поверхностью в результате затвердевания при охлаждении от температуры текучести до комнатной температуры или испарения растворителя. Термореактивные клеи образуют связь с поверхностью в результате отвердевания (образования поперечных сшивок), резиновые клеи – в результате вулканизации.

Пластмассы – это материалы, содержащие полимер, который при формировании изделия находится в вязкотекучем состоянии, а при его эксплуатации – в стеклообразном. Все пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты. При формировании реактопластов происходит необратимая реакция отвердевания, заключающаяся в образовании сетчатой структуры. К ним относятся материалы на основе фенолформальдегидных, эпоксидных и других смол. Термопласты способны многократно переходить в вязкотекучее состояние при нагревании и стеклообразное – при охлаждении. К термопластам относятся материалы на основе полиэтилена, политетрафторэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола и других полимеров.

Кроме полимеров в состав пластмасс входят пластификаторы, красители и наполнители. Пластификаторы снижают температуру стеклования и повышают текучесть полимера. Антиоксиданты замедляют деструкцию (разрушение) полимеров. Наполнители улучшают физико-механические свойства полимеров. В качестве наполнителей применяют порошки (графит, сажа, мел, металл и т. д.), бумагу, ткань.

Композиционные материалы (композиты) – состоят из основы (органической, полимерной, углеродной, металлической, керамической), армированной наполнителем, в виде высокопрочных волокон или нитевидных кристаллов. В качестве основы используются синтетические смолы и полимеры. Армирующие волокна и кристаллы могут быть металлическими, полимерными, неорганическими (например, стеклянными, карбидными, нитридными, борными).

Редокситы. Широкое применение получили полимеры с окислительно-восстановительными свойствами – редокситы (с редокс-группами или редоксиониты).

Применение полимеров.В настоящее время применяется большое число различных полимеров.

Полиэтилен [-CH₂–CH₂-]_n – термопласт, получаемый методом радикальной полимеризации при температуре 320˚С и давлении 120-320 МПа (полиэтилен высокого давления) или при давлении до 5 МПа с использованием комплексных катализаторов (полиэтилен низкого давления). Полиэтилен химически стоек во многих средах, но под действием окислителей стареет, хороший диэлектрик, может эксплуатироваться в пределах температур от -20 до +100˚С. Из полиэтилена изготавливают трубы, детали радиоаппаратуры, изоляционные пленки и оболочки кабелей, пленки, упаковочный материал, заменители стеклотары.

Полипропилен [-CH(CH₃)-CH₂-]_n – кристаллический термопласт, получаемый методом стереоспецифической полимеризации. Обладает более высокой термостойкостью (до 120-140˚С), чем полиэтилен. Имеет высокую механическую прочность, стойкость к многократным изгибам и истиранию, эластичен. Применяется для изготовления труб, пленок, аккумуляторных баков.

Полистирол [-CH(C₆H₅)-CH₂]_n – термопласт, получаемый радикальной полимеризацией стирола. Полимер стоек к действию окислителей, но неустойчив к воздействию сильных кислот, он растворяется в ароматических растворителях. Полистирол обладает высокой механической прочностью и диэлектрическими свойствами и используется как электроизоляционный, а также конструкционный и декоративно-отделочный материал в приборостроении, электротехнике, радиотехнике, бытовой технике. На основе полистирола также выпускают пенопласты.

Поливинилхлорид [-CH₂-CHCl-]_n – термопласт, изготовляемый полимеризацией винилхлорида, стоек к воздействию кислот, щелочей и окислителей. Трудногорюч, механически прочен. Диэлектрические свойства хуже, чем у полиэтилена. Применяется как изоляционный материал, который можно соединять сваркой.

Политетрафторэтилен (тефлон) – [-CF₂-CF₂-]_n – термопласт, получаемый методом радикальной полимеризации тетрафторэтилена. Обладает исключительной химической стойкостью к кислотам, щелочам и окислителям, хороший диэлектрик. Его используют для нанесения антифрикционных, гидрофобных и защитных покрытий, покрытий сковородок.

Полиамиды – термопласты, содержащие в основной цепи амидогруппу NHCO-, например, поли- -капрон [-NH-(CH₂)₅-CO-]_n, полигексаметиленадипинамид (найлон) [-NH-(CH₂)₅-NH-CO-(CH₂)₄-CO-]_n и др. Их получают как поликонденсацией, так и полимеризацией. Характеризуются высокой прочностью, износостойкостью, диэлектрическими свойствами. Используются для получения волокон, изоляционных пленок, конструкционных, антифрикционных и электроизоляционных материалов.

Полиуретаны – термопласты, содержащие в основной цепи группы – NH(CO)O-. Получают взаимодействием изоциантов (соединений, содержащих одну или несколько NCO-групп) с полиспиртами, например, гликолями и глицерином. Выпускаются в виде пенополиуретанов (поролонов), эластомеров, входят в состав лаков, клеев, герметиков. Используются для тепло- и электроизоляции, в качестве фильтров и упаковочного материала, для изготовления обуви, искусственной кожи.

Полиэфиры полимеры с общей формулой HO[-R-O-]_nH или [-OC-R-COO-R^/-O-]_n. Получают либо полимеризацией циклических оксидов, например, этиленоксида, лактонов (сложных эфиров оксикислот), либо поликонденсацией гликолей, диэфиров. Применяются в производстве волокон, лаков и эмалей, пленок, коагулянтов и флотореагентов, компонентов гидравлических жидкостей.

Синтетические каучуки (эластомеры) получают эмульсионной или стереоспецифической полимеризацией. При вулканизации превращаются в резину, для которой характерна высокая эластичность. Многие каучуки получают совместной полимеризацией двух и более мономеров. Различают СК общего и специального назначения. К СК общего назначения относят бутадиеновый [-CH₂-CH=CH-CH₂-]_n и бутадиенстирольный [-CH₂-CH=CH-CH₂-]_n-[CH₂-CH(C₆H₅)-]_n. Резины на их основе используются в изделиях массового назначения (шины, защитные оболочки кабелей и проводов, ленты и др.). Из этих каучуков также получают эбонит, широко используемый в электротехнике. Резины, получаемые из СК специального назначения, кроме эластичности характеризуются некоторыми специальными свойствами, например, бензо- и маслостойкостью.

Кремнийорганические полимеры (силиконы) – содержат атомы кремния в элементарных звеньях макромолекул. Кремнийорганические каучуки

[-Si(R₂)-O-]_n,

имеют плотность 0,96-0,98 г/см³, температуру стеклования 130˚С. Растворимы в углеводородах, галогеноуглеводородах, эфирах. Вулканизируются с помощью органических пероксидов. Резины могут эксплуатироваться при температуре от –90 до +300˚С. Применяются для изделий, работающих в условиях большого перепада температур, например для защитных покрытий космических аппаратов и т. д.

Феноло - и аминоформальдегидные смолы получают поликонденсацией формальдегида с фенолом или аминами. Это термореактивные полимеры, у которых в результате образования поперечных связей образуется сетчатая пространственная структура, которую невозможно превратить в линейную структуру, т. е. процесс идет необратимо. Их используют как основу клеев, лаков, ионитов, пластмасс.

Пластмассы на основе фенолформальдегидных смол получили название фенопластов, на основе мочевиноформальдегидных смол – аминопластов. Фенопласты стойки к действию воды, растворов кислот, солей и оснований, органических растворителей, трудногорючи, атмосферостойки и являются хорошими диэлектриками. Применяются для изготовления электротехнических изделий (корпусов приборов и аппаратов, выключателей, плафонов, тепло- и звукоизоляционных материалов и др.).