Que sont les polymères thermoplastiques et comment sont-ils fabriqués
Un polymère thermoplastique est un matériau qui peut se ramollir à plusieurs reprises lorsqu'il est chauffé et retrouver sa dureté lorsqu'il est refroidi. Les propriétés de ces substances peuvent s'expliquer par la structure linéaire de leurs macromolécules. Lorsque de l'énergie leur est transférée pendant le chauffage, les liaisons entre les molécules sont affaiblies, ce qui permet une plus grande liberté de mouvement les unes par rapport aux autres, tandis que le polymère lui-même devient amorphe ou, avec l'augmentation de la température, passe à l'état d'agrégat liquide. C'est cette propriété qui est utilisée lors de la création de divers types de produits à partir de polymères thermoplastiques, ou lors de l'épissage de deux pièces par soudage.
Caractéristiques de la conversion des polymères en un état visqueux
Il convient de noter que dans l'application pratique, tous ne sont pas transférés aussi facilement à l'état liquide d'agrégation. Cela est dû au fait que pour certaines substances, la température de décomposition thermique est inférieure à la température à laquelle elles acquièrent un état liquide d'agrégation. Ils résolvent ce problème en utilisant divers types de méthodes technologiques qui réduisent le seuil de température de viscosité (en ajoutant des plastifiants), ou vice versa, en augmentant la température de destruction thermique (en ajoutant des stabilisants spéciaux ou en traitant des matières premières dans un environnement de gaz inerte).
Du fait du type de structure linéaire de la molécule, le thermoplastique se caractérise par la propriété de gonfler ; cela lui permet également de se dissoudre facilement dans un solvant adapté (qui doit être choisi en fonction de la composition chimique du polymère). De plus, toute solution contenant déjà 2 pour cent de ces substances se caractérise par une viscosité accrue. La raison de cette propriété réside dans les grosses molécules de polymère par rapport aux substances ordinaires.
Si le solvant s'évapore, le polymère revient à son état d'origine et devient solide. C'est ainsi que sont utilisés divers adhésifs, composants liants des mastics, de nombreux types de peintures créées à partir de polymères thermoplastiques.
Les principaux inconvénients de ce groupe de polymères sont :
- faible résistance à la chaleur (entre 85 et 125 degrés Celsius);
- fragilité accrue avec la diminution de la température;
- fluidité accrue à haute température;
- vieillit lorsqu'il est exposé au rayonnement ultraviolet;
- s'oxyde lorsqu'il est exposé à l'oxygène atmosphérique;
- a une dureté de surface réduite.
Les plus populaires dans les industries de la construction et dans la vie quotidienne sont les thermoplastiques suivants :
- polyéthylène;
- polypropylène;
- polystyrène.
Il existe de nombreux autres polymères thermoplastiques, mais la plupart d'entre eux sont dérivés de ces trois et sont utilisés beaucoup moins fréquemment.
Polyéthylène
Le polyéthylène est une substance créée en raison de la réaction chimique de polymérisation de l'éthylène, principalement en traitant les gaz de pétrole à haute température ou par hydrolyse de produits pétroliers. L'une des conditions préalables à de telles réactions est une pression élevée, une certaine température, la présence de catalyseurs et la présence d'oxygène. A l'échelle industrielle, le procédé se déroule dans des réacteurs tubulaires, qui sont les équipements les plus complexes.
Le polyéthylène haute pression est un produit résistant aux produits chimiques avec une densité de l'ordre de 0,950 g/cm3. Il diffère des autres composés polymères par une élasticité élevée (cette propriété est fournie par 45 pour cent de la phase amorphe). Le polyéthylène est produit sous forme de granulés, qui sont chauffés et déformés dans des entreprises spécialisées pour la production de produits polymères afin qu'ils acquièrent les formes nécessaires.
Le polyéthylène, créé à basse pression et à des températures ne dépassant pas 80 degrés Celsius, est appelé. Il est produit à l'aide d'un solvant (le plus souvent de l'essence) et de certains catalyseurs. Les propriétés de ce polymère sont différentes du polyéthylène haute pression, il est plus cassant et plus sensible au vieillissement.
Dans une plus large mesure, les propriétés physiques et mécaniques du polyéthylène dépendent du degré de sa polymérisation, en d'autres termes, du poids d'une molécule, par conséquent, les caractéristiques peuvent différer. Ainsi, la résistance à la traction du matériau, en fonction du degré de polymérisation, peut varier entre 18 et 46 MPa, sa densité est comprise entre 920 et 960 kg / m3 et l'étalement de la température de fusion est compris entre 110-125 degrés Celsius.
Si pendant longtemps le polyéthylène est exposé à la moitié de la charge maximale qu'il peut supporter, le polymère deviendra progressivement plus fluide. Le seuil inférieur pour le maintien de l'élasticité est de 70 degrés Celsius en dessous de zéro. Le matériau lui-même est non seulement assez facile à souder en raison des basses températures de fusion, mais également facile à transformer en d'autres produits. L'un des principaux inconvénients est la faible résistance à la chaleur et la dureté du polyéthylène, ainsi qu'une inflammabilité accrue et un taux de vieillissement élevé sous la lumière ultraviolette.
Nous avons appris à gérer certaines des caractéristiques négatives du polyéthylène. Divers stabilisants sont utilisés pour augmenter la résistance du polymère à l'oxydation et à l'exposition atmosphérique ultérieure. Par exemple, si vous introduisez 2 % de noir de carbone dans du polyéthylène, sa durée de vie globale à l'air libre sera multipliée par 30.
De nombreux produits différents sont fabriqués à partir de polyéthylène, allant des films et des tuyaux à l'isolation électrique. Le polyéthylène expansé, produit sous forme de feuille, a fait ses preuves en tant que matériau d'insonorisation et d'isolation thermique.
Polypropylène
Un autre thermoplastique bien connu est celui créé en polymérisant le gaz correspondant à l'aide de solvants. Au cours de la synthèse, le polypropylène est capable de former plusieurs polymères ayant des formules structurelles différentes à la fois : isotactique, atactique et syndiotactique. La tacticité est la méthode de fixation des groupes latéraux par rapport aux principaux dans les chaînes moléculaires d'un matériau polymère. Le plus souvent, vous pouvez trouver des composés de polypropylène isotactiques, dans lesquels chaque groupe méthyle est situé sur un côté de la macromolécule.
L'une des principales différences par rapport au polyéthylène est une dureté et une résistance accrues, ainsi qu'un point de ramollissement plus élevé, atteignant 170 degrés Celsius. Cependant, ce matériau est moins résistant aux températures négatives et devient fragile dès 20 degrés Celsius en dessous de zéro. Sa densité est pratiquement la même que pour le polyéthylène - 930 kg / m3, et sa résistance à la traction atteint 30 MPa. Le polypropylène est utilisé au même endroit que le polyéthylène, mais les produits fabriqués à partir de ce polymère se distinguent par leur forme stable et leur grande rigidité.
Le polypropylène atactique est un sous-type de ce matériau, dans lequel chaque groupe méthyle est situé au hasard des deux côtés de la chaîne d'une molécule commune. Lors de la synthèse, le propylène est une impureté inévitable, mais il peut être facilement séparé par extraction. L'APP est un produit plus doux et moins dense, dont le point de fusion est compris entre 30 et 80 degrés, ce qui permet de le faire fondre littéralement dans la main humaine. Il a été utilisé comme modificateur de composition du bitume lors de la création d'un matériau de toiture.
Le polypropylène syndiotactique est produit à l'aide de catalyseurs métallocènes spéciaux. C'est un polymère dans lequel les groupes méthyle, comme dans le DLC, sont situés des deux côtés de la chaîne principale, mais ils le font de manière plus ordonnée. La plupart des propriétés physiques de ce polymère sont similaires au caoutchouc, c'est pourquoi il est souvent utilisé comme élastomère.
polystyrène
C'est un polymère thermoplastique avec une surface transparente et une rigidité assez élevée, sa densité atteint 1080 kg/m3. À des températures normales, ce matériau est à la fois assez dur et cassant ; il commence à se ramollir à des températures supérieures à 80 degrés Celsius. Dissolvons le polystyrène à l'aide d'hydrocarbures aromatiques ou à l'aide d'esters. De plus, ce matériau, en plus d'une fragilité accrue, présente également une inflammabilité accrue. Il est protégé des effets corrosifs des alcalis et des acides sulfuriques, ce qui lui permet d'être utilisé dans de nombreux secteurs industriels, est résistant à la lumière et transparent.
Le polystyrène est obtenu à partir du styrène (un mélange liquide transparent et hautement inflammable, qui est produit lors du processus d'hydrolyse de produits pétroliers, qui est tout simplement polymérisé par l'action de la lumière du soleil et du chauffage). Il est produit comme les autres polymères sous forme de granulés ou de poudre blanche, qui sont transformés en production en produits nécessaires.
Le polystyrène est activement utilisé dans la construction, sa forme en mousse est utilisée comme matériau isolant - le polystyrène expansé, dont la densité varie entre 10 et 50 kg / m3, ce qui permet le transport et l'installation de panneaux sans trop d'effort physique. Aussi, les carreaux de parement et divers petits accessoires sont fabriqués à partir de ce polystyrène. En l'utilisant avec des solvants organiques, vous pouvez obtenir une colle de haute qualité.
