Kaj so termoplastični polimeri in kako so izdelani

Termoplastični polimer je material, ki lahko ob večkratnem segrevanju postane mehkejši in ob ohlajanju povrne trdoto. Lastnosti teh snovi je mogoče razložiti z linearno strukturo njihovih makromolekul. Ko se jim med segrevanjem prenese energija, se vezi med molekulami oslabijo, kar zagotavlja več prostega gibanja med seboj, medtem ko polimer sam postane amorfen ali z naraščajočo temperaturo preide v tekoče agregatno stanje. Prav ta lastnost se uporablja pri izdelavi različnih vrst izdelkov iz termoplastičnih polimerov ali pri spajanju dveh delov z varjenjem.

Značilnosti pretvorbe polimerov v viskozno stanje

Treba je opozoriti, da se v praktični uporabi vsi ne prenesejo v tekoče agregacijsko stanje tako enostavno. To je posledica dejstva, da je pri nekaterih snoveh temperatura toplotne razgradnje nižja od temperature, pri kateri pridobijo tekoče agregacijsko stanje. Ta problem rešujejo z različnimi tehnološkimi metodami, ki znižujejo temperaturni prag viskoznosti (z dodajanjem mehčalcev) ali obratno, s povečanjem temperature toplotnega uničenja (z dodajanjem posebnih stabilizatorjev ali predelavo surovin v okolju inertnega plina).

Zaradi linearne strukture molekule je za termoplaste značilna lastnost nabrekanja, kar jim omogoča tudi enostavno raztapljanje v ustreznem topilu (ki ga je treba izbrati glede na kemično sestavo polimera). Poleg tega je za vsako raztopino, ki vsebuje že 2 odstotka takšnih snovi, značilna povečana viskoznost. Razlog za to lastnost so velike molekule polimera v primerjavi z običajnimi snovmi.

Če topilo izhlapi, se polimer vrne v prvotno stanje in postane trden. Na ta način se uporabljajo različna lepila, vezivne komponente mastike, številne vrste barv, ustvarjenih z uporabo termoplastičnih polimerov.

Glavne pomanjkljivosti te skupine polimerov so:

• nizka toplotna odpornost (znotraj 85-125 stopinj Celzija);
• povečana krhkost z znižanjem temperature;
• povečana tekočnost pri visokih temperaturah;
• starost, ko je izpostavljen ultravijoličnemu sevanju;
• oksidira, ko je izpostavljen atmosferskemu kisiku;
• ima zmanjšano površinsko trdoto.

Najbolj priljubljeni v gradbeništvu in v vsakdanjem življenju so naslednji termoplasti:

• polietilen;
• polipropilen;
• polistiren.

Obstaja veliko drugih termoplastičnih polimerov, vendar jih večina izhaja iz teh treh in se uporabljajo veliko manj pogosto.

Polietilen

Polietilen je snov, ki nastane zaradi kemične reakcije polimerizacije etilena, večinoma s predelavo naftnih plinov pri visokih temperaturah ali s hidrolizo naftnih derivatov. Eden od predpogojev za takšne reakcije je visok tlak, določena temperatura, prisotnost katalizatorjev in prisotnost kisika. V industrijskem obsegu proces poteka v cevnih reaktorjih, ki so najbolj zapletena oprema.

Visokotlačni polietilen je kemično odporen izdelek z gostoto v območju 0,950 g / cm3. Od drugih polimernih spojin se razlikuje po visoki elastičnosti (to lastnost zagotavlja 45 odstotkov amorfne faze). Polietilen se proizvaja v obliki zrnc, ki se segrejejo in deformirajo v specializiranih podjetjih za proizvodnjo polimernih izdelkov, tako da pridobijo potrebne oblike.

Polietilen, ustvarjen pri nizkem tlaku in temperaturah, ki ne presegajo 80 stopinj Celzija, se imenuje. Proizvaja se s topilom (najpogosteje bencinom) in nekaterimi katalizatorji. Lastnosti tega polimera se razlikujejo od visokotlačnega polietilena, je bolj krhek in bolj dovzeten za staranje.

V večji meri so fizikalne in mehanske lastnosti polietilena odvisne od stopnje njegove polimerizacije, z drugimi besedami, od mase ene molekule, zato se lahko lastnosti razlikujejo. Torej se lahko natezna trdnost materiala, odvisno od stopnje polimerizacije, razlikuje v območju 18-46 MPa, njegova gostota je v območju 920-960 kg / m3, razpon temperature taljenja pa je v območju 110-125 stopinj Celzija.

Če je polietilen dolgo časa izpostavljen polovici največje obremenitve, ki jo lahko prenese, bo polimer postopoma postal bolj tekoč. Spodnji prag za ohranjanje elastičnosti je 70 stopinj Celzija pod ničlo. Sam material zaradi nizkih talilnih temperatur ni le dovolj enostaven za varjenje, ampak ga je tudi enostavno obdelati v druge izdelke. Ena od glavnih pomanjkljivosti je nizka toplotna odpornost in trdota polietilena, pa tudi povečana vnetljivost in visoka stopnja staranja pod ultravijolično svetlobo.

Naučili smo se soočiti z nekaterimi negativnimi lastnostmi polietilena. Za povečanje odpornosti polimera na oksidacijo in kasnejšo izpostavljenost atmosferi se uporabljajo različni stabilizatorji. Na primer, če v polietilen vnesete 2 odstotka saj, se bo njegova življenjska doba na prostem povečala 30-krat.

Številni različni izdelki so narejeni iz polietilena, od filmov in cevi do električne izolacije. Penasti polietilen, izdelan v obliki listov, se je dobro izkazal kot zvočno izolacijski in toplotnoizolacijski material.

Polipropilen

Druga dobro znana termoplastika je tista, ki nastane s polimerizacijo ustreznega plina s pomočjo topil. Med sintezo lahko polipropilen hkrati tvori več polimerov, ki se razlikujejo po strukturnih formulah: izotaktični, ataktični in sindiotaktični. Taktičnost je metoda določanja stranskih skupin glede na glavne v molekulskih verigah polimernega materiala. Najpogosteje lahko najdete izotaktične polipropilenske spojine, v katerih se vsaka metilna skupina nahaja na eni strani makromolekule.

Ena glavnih razlik od polietilena je povečana trdota in trdnost ter višja točka zmehčanja, ki doseže 170 stopinj Celzija. Vendar je ta material manj odporen na negativne temperature in postane krhek že pri 20 stopinjah Celzija pod ničlo. Njegova gostota je praktično enaka kot pri polietilenu - 930 kg / m3, njegova natezna trdnost pa doseže 30 MPa. Polipropilen se uporablja na istem mestu kot polietilen, vendar se izdelki iz tega polimera odlikujejo po stabilni obliki in visoki togosti.

Ataktični polipropilen je podtip tega materiala, pri katerem se vsaka metilna skupina nahaja naključno na obeh straneh verige skupne molekule. Med sintezo je propilen neizogibna nečistoča, vendar ga je mogoče zlahka ločiti z ekstrakcijo. APP je mehkejši in manj gost izdelek, katerega tališče je v območju 30-80 stopinj, kar omogoča, da se tali dobesedno v človeški roki. Uporabljen je bil kot modifikator sestave bitumna pri izdelavi strešnega materiala.

Sindiotaktični polipropilen se proizvaja z uporabo posebnih metalocenskih katalizatorjev. Gre za polimer, v katerem se metilne skupine, tako kot v DLC, nahajajo na obeh straneh glavne verige, vendar to počnejo bolj urejeno. Večina fizikalnih lastnosti tega polimera je podobnih gumi, zato se pogosto uporablja kot elastomer.

Polistiren

Je termoplastični polimer s prozorno površino in precej visoko togostjo, njegova gostota doseže 1080 kg / m3. Pri normalnih temperaturah je ta material precej trd in hkrati krhek; pri temperaturah nad 80 stopinj Celzija se začne mehčati. Raztopimo polistiren z aromatičnimi ogljikovodiki ali z uporabo estrov. Tudi ta material ima poleg povečane krhkosti tudi povečano vnetljivost. Zaščiten je pred jedkimi učinki alkalij in žveplove kisline, kar mu omogoča uporabo v številnih industrijskih sektorjih, je svetlobno obstojen in pregleden.

Polistiren se pridobiva iz stirena (prozorna, lahko vnetljiva tekoča mešanica, ki nastane v procesu hidrolize naftnih derivatov, ki se preprosto polimerizira pod vplivom sončne svetlobe in segrevanja). Proizvaja se kot druge polimere v obliki granul ali belega prahu, ki se v proizvodnji predelajo v potrebne izdelke.

Polistiren se aktivno uporablja v gradbeništvu, njegova penasta oblika se uporablja kot izolacijski material - ekspandirani polistiren, katerega gostota se giblje med 10-50 kg / m3, kar omogoča transport in namestitev plošč brez velikega fizičnega napora. Iz tega polistirena so izdelane tudi obrnjene ploščice in različni drobni dodatki. Z uporabo skupaj z organskimi topili lahko dobite visokokakovostno lepilo.