Що таке термопластичні полімери і як їх отримують

Термопластичний полімер являє собою матеріал, здатний неодноразово при нагріванні ставати більш м’яким, а при охолодженні повертати свою твердість. Властивості цих речовин можна пояснити за рахунок лінійної структури їх макромолекул. Коли під час нагрівання вони обидві приймають енергія, зв’язку між молекулами послаблюються, що забезпечує більш вільний рух відносно один одного, сам же полімер стає аморфним або при підвищенні температури переходить у рідкий агрегатний стан. Саме це властивість використовують при створенні різного роду виробів з термопластичних полімерів, або при зрощуванні двох деталей за допомогою зварювання.

Особливості перекладу полімерів в в’язкий стан

Необхідно відзначити, що при практичному застосуванні далеко не всі термопластичні полімери переводяться рідке агрегатний стан так легко. Це пов’язано з тим, що у деяких речовин температура термічного розкладання менше, ніж температура, при якій вони набувають рідке агрегатний стан. Вирішують таку проблему шляхом використання різного роду технологічних прийомів, які дозволяють знизити поріг температури в’язкості (за допомогою додавання пластифікаторів), або навпаки, підвищуючи температуру термодеструкції (за допомогою додавання спеціальних стабілізаторів або обробляючи сировину в середовищі інертних газів).

За рахунок лінійного типу будови молекули термопласт відрізняється властивістю роздуватися, також це дозволяє їм легко розчинятися в потрібному йому розчиннику (який необхідно підбирати в залежності від хімскладу полімеру). При цьому будь-який розчин з вмістом вже 2 відсотків таких речовин характеризується підвищеною в’язкістю. Причиною такого властивості стають великі молекули полімерів, якщо порівнювати зі звичайними речовинами.

Якщо розчинник випаровується, полімер повертається в своє початкове стан і стає твердим. Саме таким чином і використовуються різні клеї, в’яжучі компоненти мастик, багато видів фарб, створених з використанням термопластичних полімерів.

Основними мінусами цієї групи полімерів можна назвати:

  • низьку теплостійкість (в межах 85-125 градусів Цельсія);
  • підвищену крихкість при зниженні температури;
  • підвищену плинність при високій температурі;
  • старіє при попаданні ультрафіолету;
  • окислюється під впливом атмосферного кисню;
  • має знижену поверхневу твердість.

Найбільшою популярністю при будівельних виробництвах і в побуті користуються такі термопласти:

  • поліетилен;
  • поліпропілен;
  • полістирол.

Існує і безліч інших термопластичних полімерів, але в більшості своїй вони є похідними від цих трьох, і використовуються набагато рідше.

поліетилен

Поліетилен – це речовина, яке створюють за рахунок хімічної реакції полімеризації етилену, здебільшого обробляючи при високих температурах нафтові гази або шляхом гідролізу нафтопродуктів. Одним з обов’язкових умов таких реакцій є високий тиск, певна температура, присутність каталізаторів і наявність кисню. У промислових масштабах процес відбувається в трубчастих реакторах, які є надзвичайно складним устаткуванням.

Поліетилен, вироблений при високому тиску – стійкий до хімічних реакцій продукт, що володіє щільністю в районі 0,950г на см3. Від інших полімерних з’єднань він відрізняється високою еластичністю (це властивість забезпечують 45 відсотків аморфної фази). Випускають поліетилен у вигляді гранул, які на спеціалізованих підприємствах з виробництва продуктів з полімерів розігрівають і деформують таким чином, щоб вони придбали необхідні форми.

Поліетилен, створюваний при низькому тиску і температурах, що не перевищують 80 градусів за Цельсієм, називають поліетиленом низького тиску. Його отримують з використанням розчинника (найчастіше бензин) і певних каталізаторів. Властивості цього полімеру відрізняються від поліетилену високого тиску, він є більш крихким і більш схильним до старіння.

Більшою мірою фізико-механічні властивості поліетилену залежать від ступеня його полімеризації, іншими словами, від ваги однієї молекули, тому характеристики можуть відрізнятися. Так, міцність матеріалу при розтягуванні в залежності від ступеня полімеризації може варіюватися в межах 18-46 МПа, його щільність в межах 920-960 кг / м3, а розкид температури плавлення знаходиться в межах 110-125 градусів Цельсія.

Якщо довгий час на поліетилен буде впливати половина від максимального навантаження, яке він здатний витримувати, полімер поступово ставати більш текучим. Нижній поріг збереження еластичності – 70 градусів Цельсія нижче нуля. Сам матеріал не тільки досить легко зварювати за рахунок низьких температур плавлення, а й просто переробляти в інші вироби. Одними з основних недоліків можна назвати низьку теплостійкість і твердість поліетилену, а також підвищену горючість і високу швидкість старіння під ультрафіолетом.

З частиною негативних характеристик поліетилену навчилися боротися. Для підвищення стійкості полімеру до окислювального процесу і подальшого впливу атмосфери використовуються різноманітні стабілізатори. Наприклад, якщо ввести в поліетилен 2 відсотки сажі, загальний термін його служби на відкритому повітрі зросте в 30 разів.

З поліетилену проводиться безліч різних виробів, починаючи від плівок і труб, закінчуючи електроізоляції. Спінений поліетилен, що випускається в листовій формі, добре проявив себе в якості звукоізоляційного і теплоізоляційного матеріалу.

поліпропілен

Іншим відомим термопластом є поліпропілен, який створюється шляхом полімеризації відповідного газу за допомогою розчинників. Під час синтезу поліпропілен здатний утворювати відразу кілька різних за структурним формулам полімерів: ізотактичний, атактические, а також сіндіотактіческіе. Тактовністю називають спосіб установки бічних груп щодо основних в молекулярних ланцюгах полімерного матеріалу. Найчастіше можна зустріти саме ізотактичний поліпропіленові з’єднання, в яких кожна метальними група розташовується з одного боку в макромолекулі.

Одним з головних відмінностей від поліетилену є підвищена твердість і міцність, а також більш висока температура розм’якшення, що досягає 170 градусів Цельсія. Однак цей матеріал менш стійкий до негативних температур, і стає крихким вже при 20 градусах за Цельсієм нижче нуля. Щільність його практично однакова з поліетиленом – 930 кг / м3, а міцність при розтягуванні доходить до 30 МПа. Поліпропілен застосовується там же, де поліетилен, але вироби з цього полімеру відрізняються стійкою формою і високою жорсткістю.

Атактичним поліпропіленом називають підвид цього матеріалу, в якому кожна метальними група розташована випадковим чином з двох сторін ланцюга загальної молекули. Під час синтезу пропілену є неминучою домішкою, однак його легко відокремити за допомогою екстракції. АПП є м’якшим і менш щільний продукт, температура плавлення якого знаходиться в межах 30-80 градусів, що дозволяє розплавити його буквально в людській руці. Застосування йому знайшли в якості модифікатора бітумної композиції при створенні покрівельного матеріалу.

Сіндіотактіческій поліпропілен отримують з використання спеціальних металлоценовий каталізаторів. Він являє собою полімер, в якому метальних групи, так само як і в АПП, розташовуються по обидва боки основного ланцюга, проте роблять це більш впорядковано. Більшість фізичних властивостей даного полімеру схожі з гумою, тому його часто застосовують в якості еластомеру.

полістирол

Полістирол являє собою термопластичний полімер з прозорою поверхнею і досить великою жорсткістю, його щільність досягає 1080 кг / м3. При нормальних температурах цей матеріал досить твердий і одночасно крихкий, розм’якшуватися починає при температурі вище 80 градусів за Цельсієм. Розчинний полістирол за допомогою ароматичних вуглеводнів або з використання складних ефірів. Також цей матеріал крім підвищеної крихкості володіє і підвищеної горючістю. Захищений від агресивного впливу лугів і сірчаних кислот, що дозволяє використовувати його в багатьох промислових галузях, є світлостійким і світлопроникним.

Отримують полістирол з стиролу (прозора легко займиста рідкувата суміш, що виробляється в процесі гідролізу нафтопродуктів, яка досить просто полімерізіруется за допомогою дії сонячного світла і нагрівання). Випускаються він подібно до інших полімерів в формі гранул або білого порошку, які на виробництві переробляють в необхідні вироби.

Полістирол активно застосовується в будівництві, його спінену форму використовують в якості теплоізоляційного матеріалу – пінополістиролу, щільність якого варіюється в межах 10-50 кг / м3, що дозволяє здійснювати транспортування і установку панелей без особливих фізичних зусиль. Також з цього полістиролу роблять облицювальну плитку і різну дрібну фурнітуру. Використовуючи його разом з органічними розчинниками можна отримати якісний клей.

Ссылка на основную публикацию