Was sind thermoplastische Polymere und wie werden sie hergestellt?

Ein thermoplastisches Polymer ist ein Material, das beim Erhitzen wiederholt erweichen kann und beim Abkühlen seine Härte wiedererlangt. Die Eigenschaften dieser Stoffe lassen sich durch die lineare Struktur ihrer Makromoleküle erklären. Wenn beim Erhitzen Energie auf sie übertragen wird, werden die Bindungen zwischen den Molekülen geschwächt, was für mehr Bewegungsfreiheit zueinander sorgt, während das Polymer selbst amorph wird oder mit steigender Temperatur in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht. Diese Eigenschaft wird bei der Herstellung verschiedener Produkte aus thermoplastischen Polymeren oder beim Verbinden zweier Teile durch Schweißen genutzt.

Merkmale der Überführung von Polymeren in einen viskosen Zustand

Es ist zu beachten, dass in der praktischen Anwendung nicht alle so leicht in den flüssigen Aggregatzustand überführt werden. Dies liegt daran, dass bei einigen Stoffen die Temperatur der thermischen Zersetzung niedriger ist als die Temperatur, bei der sie einen flüssigen Aggregatzustand annehmen. Sie lösen dieses Problem, indem sie verschiedene technologische Methoden anwenden, die die Viskositätstemperaturschwelle senken (durch Zugabe von Weichmachern) oder umgekehrt, indem sie die Temperatur der thermischen Zerstörung erhöhen (durch Zugabe spezieller Stabilisatoren oder Verarbeitung von Rohstoffen in einer Inertgasumgebung).

Aufgrund der linearen Struktur des Moleküls zeichnet sich der Thermoplast durch die Eigenschaft des Quellens aus, wodurch er sich auch in einem geeigneten Lösungsmittel (das je nach chemischer Zusammensetzung des Polymers zu wählen ist) leicht lösen lässt. Darüber hinaus zeichnet sich jede Lösung, die bereits 2 Prozent solcher Substanzen enthält, durch eine erhöhte Viskosität aus. Der Grund für diese Eigenschaft sind die großen Polymermoleküle im Vergleich zu gewöhnlichen Substanzen.

Wenn das Lösungsmittel verdunstet, kehrt das Polymer in seinen ursprünglichen Zustand zurück und wird fest. Auf diese Weise werden verschiedene Klebstoffe, Bindekomponenten von Mastix, viele Arten von Farben verwendet, die aus thermoplastischen Polymeren hergestellt werden.

Die Hauptnachteile dieser Polymergruppe sind:

• geringe Hitzebeständigkeit (innerhalb von 85-125 Grad Celsius);
• erhöhte Zerbrechlichkeit mit abnehmender Temperatur;
• erhöhte Fließfähigkeit bei hohen Temperaturen;
• altert, wenn es ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird;
• oxidiert bei Kontakt mit Luftsauerstoff;
• hat eine reduzierte Oberflächenhärte.

Am beliebtesten in der Bauindustrie und im Alltag sind folgende Thermoplaste:

• Polyethylen;
• Polypropylen;
• Polystyrol.

Es gibt viele andere thermoplastische Polymere, aber die meisten von ihnen leiten sich von diesen drei ab und werden viel seltener verwendet.

Polyethylen

Polyethylen ist ein Stoff, der durch die chemische Reaktion der Ethylenpolymerisation entsteht, meist durch die Verarbeitung von Ölgasen bei hohen Temperaturen oder durch Hydrolyse von Ölprodukten. Eine der Voraussetzungen für solche Reaktionen ist hoher Druck, eine bestimmte Temperatur, die Anwesenheit von Katalysatoren und die Anwesenheit von Sauerstoff. Im industriellen Maßstab findet der Prozess in Rohrreaktoren statt, die die komplexesten Apparaturen darstellen.

Hochdruckpolyethylen ist ein chemikalienbeständiges Produkt mit einer Dichte im Bereich von 0,950 g / cm3. Es unterscheidet sich von anderen Polymerverbindungen durch eine hohe Elastizität (diese Eigenschaft wird von 45 Prozent der amorphen Phase bereitgestellt). Polyethylen wird in Form von Granulaten hergestellt, die in spezialisierten Betrieben zur Herstellung von Polymerprodukten erhitzt und so verformt werden, dass sie die notwendigen Formen annehmen.

Polyethylen, das bei niedrigem Druck und Temperaturen von nicht mehr als 80 Grad Celsius hergestellt wird, wird genannt. Es wird mit einem Lösungsmittel (meistens Benzin) und bestimmten Katalysatoren hergestellt. Die Eigenschaften dieses Polymers unterscheiden sich von Hochdruckpolyethylen, es ist spröder und alterungsanfälliger.

Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Polyethylen hängen in stärkerem Maße vom Grad seiner Polymerisation, also vom Gewicht eines Moleküls ab, daher können sich die Eigenschaften unterscheiden. So kann die Zugfestigkeit des Materials je nach Polymerisationsgrad zwischen 18-46 MPa, seine Dichte zwischen 920-960 kg / m3 und die Schmelzpunktspreizung zwischen 110-125 Grad Celsius liegen.

Wird das Polyethylen über längere Zeit der Hälfte der maximalen Belastung ausgesetzt, wird das Polymer allmählich flüssiger. Die untere Schwelle für die Aufrechterhaltung der Elastizität liegt bei 70 Grad Celsius unter Null. Das Material selbst lässt sich aufgrund der niedrigen Schmelztemperaturen nicht nur gut schweißen, sondern auch gut zu anderen Produkten verarbeiten. Einer der Hauptnachteile ist die geringe Hitzebeständigkeit und Härte von Polyethylen sowie die erhöhte Entflammbarkeit und die hohe Alterungsrate unter ultraviolettem Licht.

Wir haben gelernt, mit einigen der negativen Eigenschaften von Polyethylen umzugehen. Um die Beständigkeit des Polymers gegenüber Oxidation und anschließender atmosphärischer Belastung zu erhöhen, werden verschiedene Stabilisatoren verwendet. Wenn Sie beispielsweise 2 Prozent Ruß in Polyethylen einbringen, erhöht sich seine Gesamtlebensdauer im Freien um das 30-fache.

Aus Polyethylen werden viele verschiedene Produkte hergestellt, von Folien und Rohren bis hin zu Elektroisolierungen. Als schall- und wärmedämmendes Material hat sich geschäumtes Polyethylen, in Plattenform hergestellt, bewährt.

Polypropylen

Ein weiterer bekannter Thermoplast ist der, der durch Polymerisation des entsprechenden Gases mit Hilfe von Lösungsmitteln entsteht. Während der Synthese kann Polypropylen mehrere Polymere mit unterschiedlichen Strukturformeln gleichzeitig bilden: isotaktisch, ataktisch und syndiotaktisch. Taktizität ist die Methode, Seitengruppen relativ zu den Hauptgruppen in den Molekülketten eines Polymermaterials einzustellen. Am häufigsten finden Sie isotaktische Polypropylenverbindungen, bei denen sich jede Methylgruppe auf einer Seite des Makromoleküls befindet.

Einer der Hauptunterschiede zu Polyethylen ist die erhöhte Härte und Festigkeit sowie ein höherer Erweichungspunkt von 170 Grad Celsius. Dieses Material ist jedoch weniger beständig gegen negative Temperaturen und wird bereits bei 20 Grad Celsius unter Null spröde. Seine Dichte ist praktisch die gleiche wie bei Polyethylen - 930 kg / m3, und seine Zugfestigkeit erreicht 30 MPa. Polypropylen wird an der gleichen Stelle wie Polyethylen verwendet, Produkte aus diesem Polymer zeichnen sich jedoch durch ihre stabile Form und hohe Steifigkeit aus.

Ataktisches Polypropylen ist eine Unterart dieses Materials, bei dem sich jede Methylgruppe zufällig auf beiden Seiten der Kette eines gemeinsamen Moleküls befindet. Während der Synthese ist Propylen eine unvermeidliche Verunreinigung, die aber durch Extraktion leicht abgetrennt werden kann. APP ist ein weicheres und weniger dichtes Produkt, dessen Schmelzpunkt im Bereich von 30-80 Grad liegt, wodurch es buchstäblich in der menschlichen Hand geschmolzen werden kann. Es wurde als Modifikator einer Bitumenzusammensetzung bei der Herstellung eines Dachmaterials verwendet.

Syndiotaktisches Polypropylen wird mit speziellen Metallocen-Katalysatoren hergestellt. Es ist ein Polymer, bei dem sich die Methylgruppen wie im DLC auf beiden Seiten der Hauptkette befinden, dies jedoch auf geordnetere Weise. Die meisten physikalischen Eigenschaften dieses Polymers ähneln denen von Gummi, weshalb es oft als Elastomer verwendet wird.

Polystyrol

Es ist ein thermoplastisches Polymer mit transparenter Oberfläche und ziemlich hoher Steifigkeit, seine Dichte erreicht 1080 kg / m3. Bei normalen Temperaturen ist dieses Material recht hart und spröde zugleich, bei Temperaturen über 80 Grad Celsius beginnt es zu erweichen. Lassen Sie uns Polystyrol mit aromatischen Kohlenwasserstoffen oder mit Estern auflösen. Außerdem weist dieses Material neben einer erhöhten Zerbrechlichkeit auch eine erhöhte Entflammbarkeit auf. Es ist vor der korrosiven Wirkung von Alkalien und Schwefelsäuren geschützt, wodurch es in vielen Industriebereichen eingesetzt werden kann, ist lichtecht und transparent.

Polystyrol wird aus Styrol gewonnen (ein transparentes, leicht entzündliches flüssiges Gemisch, das bei der Hydrolyse von Erdölprodukten entsteht und ganz einfach durch Einwirkung von Sonnenlicht und Erhitzen polymerisiert wird). Es wird wie andere Polymere in Form von Granulat oder weißem Pulver hergestellt, die in der Produktion zu den notwendigen Produkten verarbeitet werden.

Polystyrol wird aktiv im Bauwesen verwendet, seine geschäumte Form wird als wärmeisolierendes Material verwendet - expandiertes Polystyrol, dessen Dichte innerhalb von 10-50 kg / m3 variiert, was den Transport und die Installation von Paneelen ohne große körperliche Anstrengung ermöglicht. Auch Verkleidungsfliesen und diverses Kleinzubehör werden aus diesem Polystyrol hergestellt. Wenn Sie es zusammen mit organischen Lösungsmitteln verwenden, erhalten Sie einen hochwertigen Klebstoff.