Détails sur les polymères thermoplastiques les plus courants
Un polymère thermoplastique est un matériau qui devient à plusieurs reprises plus mou lorsqu'il est chauffé et retrouve sa dureté lorsqu'il est refroidi. Les propriétés de ces substances s'expliquent par la structure linéaire de leurs macromolécules. Lorsque de l'énergie leur est transférée lors du chauffage, les liaisons entre les molécules sont affaiblies, ce qui permet un mouvement plus libre les unes par rapport aux autres, tandis que le polymère lui-même devient amorphe ou, à mesure que la température augmente, il passe dans un état liquide d'agrégation. 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'assemblage de deux pièces par soudage.
Caractéristiques du transfert de polymères dans un état visqueux
Il convient de noter qu'en 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. Ce problème est résolu en utilisant diverses méthodes technologiques qui permettent d'abaisser le seuil de température de viscosité (en ajoutant des plastifiants), ou inversement, en augmentant la température de dégradation thermique (en ajoutant des stabilisants spéciaux ou en traitant des matières premières dans un environnement de gaz inerte) .
En raison du type de structure linéaire de la molécule, le thermoplastique se caractérise par sa capacité à gonfler, ce qui lui permet également de se dissoudre facilement dans un solvant approprié (qui doit être choisi en fonction de la composition chimique du polymère). De plus, toute solution contenant déjà 2% de ces substances se caractérise par une viscosité accrue. La raison de cette propriété est les grosses molécules de polymères, 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 divers adhésifs, composants liants de mastics et de nombreux types de peintures créées à l'aide de polymères thermoplastiques sont utilisés.
Les principaux inconvénients de ce groupe de polymères peuvent être appelés:
- faible résistance à la chaleur (entre 85 et 125 degrés Celsius);
- fragilité accrue avec une température décroissante;
- fluidité accrue à haute température;
- vieillit lorsqu'il est exposé aux rayons ultraviolets;
- s'oxyde sous l'influence de l'oxygène atmosphérique;
- a une faible dureté superficielle.
Les plus populaires dans les industries de la construction et dans la vie quotidienne sont ces thermoplastiques:
- polyéthylène;
- polypropylène;
- polystyrène.
Il existe de nombreux autres polymères thermoplastiques, mais la plupart d'entre eux sont des dérivés de ces trois et sont beaucoup moins couramment utilisés.
Polyéthylène
Le polyéthylène est une substance qui est créée par la réaction chimique de la polymérisation de l'éthylène, principalement par le traitement des gaz de pétrole à des températures élevées ou par l'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 sophistiqués.
Le polyéthylène produit à haute pression est un produit chimiquement résistant avec une densité de l'ordre de 0,950 g par cm3. Il diffère des autres composés polymères par sa grande élasticité (cette propriété est fournie par 45% de la phase amorphe). Le polyéthylène est produit sous forme de granulés, qui sont chauffés et déformés dans des entreprises spécialisées pour la fabrication de produits à partir de polymères de manière à ce qu'ils acquièrent la forme requise.
Le polyéthylène créé à basse pression et à des températures ne dépassant pas 80 degrés Celsius est appelé. Il est obtenu à l'aide d'un solvant (le plus souvent de l'essence) et de certains catalyseurs. Les propriétés de ce polymère diffèrent du HDPE, étant plus fragile et plus sujet au vieillissement.
Dans une plus large mesure, les propriétés physiques et mécaniques du polyéthylène dépendent du degré de sa polymérisation, c'est-à-dire du poids d'une molécule, de sorte que les caractéristiques peuvent varier. Ainsi, la résistance à la traction du matériau, en fonction du degré de polymérisation, peut varier entre 18 et 46 MPa, sa densité entre 920 et 960 kg/m3 et l'écart de point de fusion entre 110 et 125 degrés Celsius.
Si le polyéthylène est exposé à la moitié de la charge maximale qu'il peut supporter pendant une longue période, le polymère deviendra progressivement plus fluide. Le seuil inférieur pour maintenir 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 aussi simplement transformé 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 rayonnement ultraviolet.
Certaines des caractéristiques négatives du polyéthylène ont appris à gérer. Pour augmenter la résistance du polymère au processus oxydatif et à l'exposition ultérieure à l'atmosphère, divers stabilisants sont utilisés. Par exemple, si vous introduisez 2 % de suie 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 tuyaux à l'isolation électrique. Le polyéthylène expansé, produit sous forme de feuille, s'est révélé être un matériau insonorisant et calorifuge.
Polypropylène
Un autre thermoplastique bien connu est , qui est créé par polymérisation du gaz correspondant à l'aide de solvants. Au cours de la synthèse, le polypropylène est capable de former plusieurs polymères dont les formules structurelles diffèrent à la fois : isotactique, atactique et également syndiotactique. La tacticité est une méthode de mise en place des groupes latéraux par rapport aux principaux dans les chaînes moléculaires d'un matériau polymère. Le plus souvent, on trouve des composés de polypropylène isotactique dans lesquels chaque groupement méthyle est situé d'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 cassant déjà à 20 degrés Celsius en dessous de zéro. Sa densité est presque la même que celle du 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 une sous-espèce de ce matériau dans lequel chaque groupe méthyle est situé au hasard des deux côtés de la chaîne d'une molécule commune. Le propylène est une impureté inévitable lors de la synthèse, 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 lui permet de fondre littéralement dans la main humaine. Il a été utilisé comme modificateur de composition bitumineuse lors de la création de matériaux de toiture.
Le polypropylène syndiotactique est obtenu à l'aide de catalyseurs métallocènes spéciaux. C'est un polymère dans lequel les groupes méthyle, comme dans l'APP, sont situés des deux côtés de la chaîne principale, mais le font de manière plus ordonnée. La plupart des propriétés physiques de ce polymère sont similaires à celles du caoutchouc, il est donc souvent utilisé comme élastomère.
Polystyrène
C'est un polymère thermoplastique avec une surface transparente et une rigidité suffisamment élevée, sa densité atteint 1080 kg/m3. À des températures normales, ce matériau est assez dur et en même temps cassant ; il commence à se ramollir à des températures supérieures à 80 degrés Celsius. Polystyrène soluble avec des hydrocarbures aromatiques ou avec l'utilisation d'esters. De plus, ce matériau, en plus d'une fragilité accrue, a également une inflammabilité accrue. Protégé des effets agressifs des alcalis et des acides sulfuriques, ce qui lui permet d'être utilisé dans de nombreux secteurs industriels, il est résistant à la lumière et translucide.
Le polystyrène est obtenu à partir du styrène (mélange liquide transparent, inflammable, issu de l'hydrolyse des produits pétroliers, qui se polymérise tout simplement sous l'action du soleil et de la chaleur). Il est produit comme les autres polymères sous forme de granulés ou de poudre blanche, qui sont transformés en produits nécessaires à la production.
Le polystyrène est activement utilisé dans la construction, sa forme en mousse est utilisée comme matériau d'isolation thermique - 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. En outre, les carreaux de parement et divers petits raccords sont fabriqués à partir de ce polystyrène. En l'utilisant avec des solvants organiques, vous pouvez obtenir une colle de haute qualité.
