Расширенное руководство по полимерам. Свойства и поведение полимеров

Такие термины с одной стороны несколько синонимичны, с другой — позволяют подчеркнуть различные аспекты производства, обработки и эксплуатации полимерных материалов. Полимеры — основные ингредиенты в пластмассах, могут быть определены как высокомолекулярные органические химические соединения, синтетические или природные вещества, состоящие из молекул. Практически все эти полимеры смешаны с другими продуктами (добавками, наполнителями, армирующими веществами и т. д.) для того, чтобы обеспечить множество различных свойств и / или технологических возможностей. Таким образом, пластмассы или пластики — это правильный технический термин для использования, за исключением очень немногих областей применения, где для изготовления изделий используется только полимер.

Они проходят некоторую первичную обработку, такую как дистилляция, крекинг или экстракция растворителем для получения этилена (C2H4), пропилена (C3H6) или бензола (C6H6), которые являются предшественниками пластмасс. По химическому составу или морфологии пластмассы в основном являются органическими полимерами, которые представляют собой очень большие молекулы, состоящие из соединительных цепочек углерода (С), обычно связанных с водородом (Н), а также часто с кислородом (О), азотом (N), хлором (Cl), фтором (F) и серой (S). Существует даже классификация, которая делит полимерные материалы на фторполимеры, хлорполимеры и т.д., и мы её также рассмотрим дальше.

Морфология — это изучение физической формы или структуры материала (в частности, кристалличность термопластов или аморфность), а также физические молекулярные структуры полимера или, в свою очередь, пластика. В зависимости от типа этих структур при производстве пластмасс, переработке пластмасс в изделия и производстве изделий обнаруживаются большие различия в механических и других свойствах. По сути, полимер — это большая молекула, созданная повторением небольших простых химических единиц. Эти большие молекулы образуются по реакции мономера. Например, мономером для пластичного поливинилхлорида (ПВХ) является винилхлорид.

Когда винилхлоридный мономер подвергается нагреву и давлению, он подвергается процессу, называемому полимеризацией: это объединение множества маленьких молекул в повторяющиеся звенья с образованием очень большой молекулы. Структурные представления мономерной повторяющейся единицы и полимера будут показаны ниже. Количество повторяющихся звеньев в ПВХ может варьироваться от 800 до 1600, что в свою очередь дает разные полимеры. В некоторых случаях полимерная молекула будет иметь линейную конфигурацию, так же как цепь построена из звеньев. В других случаях молекулы разветвлены или связаны, чтобы сформировать трехмерные сети. Конкретная конфигурация, которая зависит от пластичности материалов и процесса производства, во многом определяет свойства готового пластикового изделия.

Несмотря на то, что мономеры, как правило, являются довольно реакционноспособными (полимеризуемыми), они обычно требуют добавления катализаторов, инициаторов, регулирования pH, нагрева и / или вакуума для ускорения и контроля реакции полимеризации, которая приведет к оптимизации процесса производства и получению конечного продукта. Когда чистые мономеры могут быть превращены непосредственно в чистые полимеры, это называется процессом объемной полимеризации, но часто более удобно проводить реакцию полимеризации в органическом растворителе (растворимая полимеризация), в водной эмульсии (эмульсионная полимеризация) или в виде органических капель, диспергированных в воде (суспензионная полимеризация).

Часто выбор каталитических систем обеспечивает точный контроль за структурой полимеров, которые они образуют. Они называются стереоспецифическими системами. Существует относительно много разных катализаторов, которые обычно используются для конкретных химических реакций. Типы таких веществ включают катализаторы Циглера-Натта (Z-N), металлоценовые и другие, включая их комбинации. Эти системы доступны и используются по всему миру, а производят их разные предприятия, специализирующиеся на полимерных катализаторах. В следующей части рассмотрим молекулярную структуру полимеров и связанные с ней свойства пластиков.