Kas ir termoplastiskie polimēri un kā tie tiek izgatavoti

Termoplastiskais polimērs ir materiāls, kas var kļūt mīkstāks, atkārtoti karsējot, un atgūt cietību, kad to atdzesē. Šo vielu īpašības var izskaidrot ar to makromolekulu lineāro struktūru. Kad karsēšanas laikā tām tiek nodota enerģija, saites starp molekulām tiek vājinātas, kas nodrošina brīvāku kustību viena pret otru, savukārt pats polimērs kļūst amorfs vai, palielinoties temperatūrai, pāriet šķidrā agregāta stāvoklī. Tieši šī īpašība tiek izmantota, veidojot dažāda veida izstrādājumus no termoplastiskiem polimēriem vai savienojot divas daļas ar metināšanas palīdzību.

Polimēru pārvēršanas viskozā stāvoklī iezīmes

Jāņem vērā, ka praktiskajā pielietojumā ne visi tik viegli pāriet uz agregācijas šķidro stāvokli. Tas ir saistīts ar faktu, ka dažām vielām termiskās sadalīšanās temperatūra ir zemāka par temperatūru, kurā tās iegūst šķidru agregācijas stāvokli. Viņi šo problēmu risina, izmantojot dažāda veida tehnoloģiskās metodes, kas samazina viskozitātes temperatūras slieksni (pievienojot plastifikatorus), vai otrādi, paaugstinot termiskās iznīcināšanas temperatūru (pievienojot īpašus stabilizatorus vai apstrādājot izejvielas inertās gāzes vidē).

Sakarā ar molekulas lineāro struktūru, termoplastam ir raksturīga pietūkuma īpašība, un tas arī ļauj tiem viegli izšķīst piemērotā šķīdinātājā (kas jāizvēlas atkarībā no polimēra ķīmiskā sastāva). Turklāt jebkuram šķīdumam, kas satur jau 2 procentus šādu vielu, ir raksturīga paaugstināta viskozitāte. Šīs īpašības iemesls ir lielās polimēru molekulas, salīdzinot ar parastajām vielām.

Ja šķīdinātājs iztvaiko, polimērs atgriežas sākotnējā stāvoklī un kļūst ciets. Tādā veidā tiek izmantotas dažādas līmvielas, mastikas saistošie komponenti, daudzu veidu krāsas, kas izveidotas, izmantojot termoplastiskos polimērus.

Šīs polimēru grupas galvenie trūkumi ir:

• zema karstumizturība (85-125 grādi pēc Celsija);
• paaugstināts trauslums ar temperatūras pazemināšanos;
• palielināta plūstamība augstās temperatūrās;
• noveco ultravioletā starojuma ietekmē;
• oksidējas, saskaroties ar atmosfēras skābekli;
• ir samazināta virsmas cietība.

Populārākie būvniecības nozarēs un ikdienas dzīvē ir šādi termoplasti:

• polietilēns;
• polipropilēns;
• polistirols.

Ir daudz citu termoplastisku polimēru, taču lielākā daļa no tiem ir iegūti no šiem trim un tiek izmantoti daudz retāk.

Polietilēns

Polietilēns ir viela, kas rodas etilēna polimerizācijas ķīmiskās reakcijas rezultātā, galvenokārt apstrādājot naftas gāzes augstā temperatūrā vai naftas produktu hidrolīzē. Viens no šādu reakciju priekšnoteikumiem ir augsts spiediens, noteikta temperatūra, katalizatoru klātbūtne un skābekļa klātbūtne. Rūpnieciskā mērogā process notiek cauruļveida reaktoros, kas ir vissarežģītākās iekārtas.

Augstspiediena polietilēns ir ķīmiski izturīgs produkts, kura blīvums ir aptuveni 0,950 g uz cm3. No citiem polimēru savienojumiem tas atšķiras ar augstu elastību (šo īpašību nodrošina 45 procenti amorfās fāzes). Polietilēnu ražo granulu veidā, kuras specializētos polimēru izstrādājumu ražošanas uzņēmumos karsē un deformē, lai tie iegūtu vajadzīgās formas.

Tiek saukts polietilēns, kas izveidots zemā spiedienā un temperatūrā, kas nepārsniedz 80 grādus pēc Celsija. To ražo, izmantojot šķīdinātāju (visbiežāk benzīnu) un noteiktus katalizatorus. Šī polimēra īpašības atšķiras no augstspiediena polietilēna, tas ir trauslāks un vairāk pakļauts novecošanai.

Polietilēna fizikālās un mehāniskās īpašības lielākā mērā ir atkarīgas no tā polimerizācijas pakāpes, citiem vārdiem sakot, no vienas molekulas svara, tāpēc īpašības var atšķirties. Tātad materiāla stiepes izturība atkarībā no polimerizācijas pakāpes var mainīties 18-46 MPa robežās, tā blīvums ir diapazonā no 920-960 kg / m3, un kušanas temperatūras izplatība ir diapazonā no 110-125 grādi pēc Celsija.

Ja polietilēns ilgstoši tiek pakļauts pusei no maksimālās slodzes, ko tas var izturēt, polimērs pakāpeniski kļūs šķidrāks. Apakšējais slieksnis elastības saglabāšanai ir 70 grādi pēc Celsija zem nulles. Pats materiāls ir ne tikai pietiekami viegli metināms zemās kušanas temperatūras dēļ, bet arī viegli pārstrādājams citos izstrādājumos. Viens no galvenajiem trūkumiem ir polietilēna zemā karstumizturība un cietība, kā arī paaugstināta uzliesmojamība un augsts novecošanās ātrums ultravioletajā gaismā.

Mēs iemācījāmies tikt galā ar dažām polietilēna negatīvajām īpašībām. Lai palielinātu polimēra izturību pret oksidēšanu un sekojošu atmosfēras iedarbību, tiek izmantoti dažādi stabilizatori. Piemēram, ja polietilēnā ievadīsiet 2 procentus ogļu, tā kopējais kalpošanas laiks brīvā dabā palielināsies 30 reizes.

No polietilēna ir izgatavoti daudzi dažādi izstrādājumi, sākot no plēvēm un caurulēm līdz elektroizolācijai. Putu polietilēns, kas ražots lokšņu veidā, ir sevi pierādījis kā skaņu izolējošs un siltumizolējošs materiāls.

Polipropilēns

Vēl viens labi zināms termoplasts ir tāds, kas izveidots, polimerizējot attiecīgo gāzi ar šķīdinātāju palīdzību. Sintēzes laikā polipropilēns spēj vienlaikus veidot vairākus polimērus, kas atšķiras pēc struktūrformulām: izotaktisku, ataktisku un sindiotaktisko. Taktika ir metode sānu grupu noteikšanai attiecībā pret galvenajām polimērmateriāla molekulu ķēdēs. Visbiežāk var atrast izotaktiskus polipropilēna savienojumus, kuros katra metilgrupa atrodas vienā makromolekulas pusē.

Viena no galvenajām atšķirībām no polietilēna ir paaugstināta cietība un izturība, kā arī augstāka mīkstināšanas temperatūra, sasniedzot 170 grādus pēc Celsija. Taču šis materiāls ir mazāk izturīgs pret negatīvām temperatūrām un kļūst trausls jau pie 20 grādiem pēc Celsija zem nulles. Tā blīvums ir praktiski tāds pats kā polietilēnam - 930 kg / m3, un stiepes izturība sasniedz 30 MPa. Polipropilēns tiek izmantots turpat, kur polietilēns, taču no šī polimēra izgatavotie izstrādājumi izceļas ar stabilu formu un augstu stingrību.

Ataktiskais polipropilēns ir šī materiāla apakštips, kurā katra metilgrupa atrodas nejauši abās kopīgas molekulas ķēdes pusēs. Sintēzes laikā propilēns ir neizbēgams piemaisījums, taču to var viegli atdalīt, ekstrahējot. APP ir mīkstāks un mazāk blīvs produkts, kura kušanas temperatūra ir 30-80 grādu robežās, kas ļauj tam izkausēt burtiski cilvēka rokā. To izmantoja kā bitumena sastāva modifikatoru, veidojot jumta materiālu.

Sindiotaktiskais polipropilēns tiek ražots, izmantojot īpašus metallocēna katalizatorus. Tas ir polimērs, kurā metilgrupas, tāpat kā DLC, atrodas abās galvenās ķēdes pusēs, taču tās dara to sakārtotākā veidā. Lielākā daļa šī polimēra fizikālo īpašību ir līdzīgas gumijai, tāpēc to bieži izmanto kā elastomēru.

Polistirols

Tas ir termoplastisks polimērs ar caurspīdīgu virsmu un diezgan augstu stingrību, tā blīvums sasniedz 1080 kg / m3. Normālā temperatūrā šis materiāls ir diezgan ciets un vienlaikus trausls, tas sāk mīkstināt temperatūrā virs 80 grādiem pēc Celsija. Izšķīdināsim polistirolu, izmantojot aromātiskos ogļūdeņražus vai esterus. Turklāt šim materiālam papildus paaugstinātai trauslumam ir arī paaugstināta uzliesmojamība. Tas ir aizsargāts pret sārmu un sērskābju korozīvo iedarbību, kas ļauj to izmantot daudzās rūpniecības nozarēs, ir gaismas izturīgs un caurspīdīgs.

Polistirolu iegūst no stirola (caurspīdīgs, viegli uzliesmojošs šķidrs maisījums, kas rodas naftas produktu hidrolīzes procesā, kas gluži vienkārši tiek polimerizēts saules gaismas iedarbībā un karsējot). To ražo tāpat kā citus polimērus granulu vai balta pulvera veidā, ko ražošanā pārstrādā vajadzīgajos produktos.

Polistirols tiek aktīvi izmantots būvniecībā, tā putu forma tiek izmantota kā izolācijas materiāls - putupolistirols, kura blīvums svārstās 10-50 kg / m3 robežās, kas ļauj transportēt un uzstādīt paneļus bez lielas fiziskas piepūles. No šī polistirola tiek izgatavotas arī apdares flīzes un dažādi mazi aksesuāri. Izmantojot to kopā ar organiskajiem šķīdinātājiem, jūs varat iegūt augstas kvalitātes līmi.