Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

Следующий материал, который мы будем рассматривать в этой части, называется полиорганофосфазен (для его обозначения чаще всего используется аббревиатура PPZ). Полиорганофосфазен представляет собой пластик с участием неорганических цепей. В этом случае атомы азота (N) и фосфора (P) образуют цепочку различных органических боковых групп, которые могут быть присоединены к атому фосфора. Получающиеся в результате цепи с высокой молекулярной массой часто являются гибкими (низкая температура стеклования, Tg) и, таким образом, подходят для использования в качестве эластомеров. Типы с более высокой Tg и типами кристаллизации имеют хорошие применения в качестве покрытий, волокон и биомедицинских материалов. PPZ по своей природе огнестойки, обладают хорошей атмосферостойкостью и водоотталкивающими свойствами. Рассматриваются их варианты применения в качестве отдельных элементов для трубопроводной арматуры.

Далее рассмотрим такой материал, как полиоксиметилен (polyoxymethylene или POM), который более известен у нас под такими названиями, как полиформальдегид или ацеталь. Полиоксиметилен (будем называть его по химической формуле) представляет собой термопластичный материал. Это молекула, содержащая функциональную группу углерода, связанную с двумя -OR группами. POM был впервые обнаружен немецким химиком Германом Штаудингером, который получил Нобелевскую премию по химии 1953 года. Он изучал его в 1920-х годах, но обнаружил, что он термически нестабилен. Затем его синтезировали в компании DuPont, однако этот материал имел ту же проблему, что и POM Штаудингера и также был термически нестабильным и, следовательно, бесполезным с коммерческой точки зрения.

Термостабильный гомополимер POM был наконец обнаружен химиком Далем Нагором. Он понял, что, взаимодействуя на концах полуацеталя с уксусным ангидридом, он может легко деполимеризовать полуацеталь в термостойкий и перерабатываемый в расплаве термопластик. В 1960 году компания Du Pont построила завод по производству Delrin (коммерческое название материала, собственной версии гомополимера POM), а ещё в том же году в Celanese завершили исследование сополимера и в 1962 году начали производство под торговой маркой Celcon. Другие производители последовали за ними со своими версиями этих материалов.

Полиоксиметилен демонстрирует такие свойства, как высокая жесткость, низкий коэффициент трения, твердость, высокая стойкость к истиранию, высокая термостойкость, низкое водопоглощение, хорошие электрические и диэлектрические свойства, отличная стабильность размеров, большее сопротивление ползучести, чем у нейлона, низкие выбросы дыма, глянцевая поверхность, высокая кристалличность. С другой стороны, материал имеет высокую пожароопасность (хотя есть и огнестойкие марки, но они более дорогие), плохую устойчивость к кислотам / щелочам, высокую скорость усадки и ограниченный диапазон рабочих температур.

Важно отметить, что для производства гомополимерной и сополимерной версий POM используются разные производственные процессы. Чтобы сделать гомополимер, сначала нужно сделать безводный формальдегид. Затем формальдегид полимеризуется с помощью анионного катализа, и полученный полимер стабилизируется реакцией с уксусным ангидридом. Произведенная вода должна быть удалена из реакции. Гомополимер обладает отличной устойчивостью к ползучести. Delrin от Du Pont обычно изготавливается именно так. Сополимер POM требует, чтобы формальдегид превращался в триоксан, что может быть выполнено кислотным катализом с последующей очисткой триоксана дистилляцией или экстракцией для удаления воды и других активных примесей, содержащих водород. Celanese и другие производят именно сополимер.

Полиоксиметилен поставляется в гранулированном виде и, при нагревании и давлении, может быть отформован в желаемую форму. POM может быть отлитым под давлением, а также ротационным и выдувным. Он также может быть выдавлен в виде прямоугольных или круглых стержней, которые можно использовать для обработки. POM очень трудно связать. Сварка растворителя из ацетальных полимеров обычно неудачна из-за превосходной стойкости растворителя к этому материалу. Однако термическая сварка была успешно использована как на гомополимере, так и на сополимере. POM — это инженерный пластик, используемый в деталях, требующих точности при изготовлении.

Применения для POM включают компоненты с высокими эксплуатационными характеристиками, такие как шестерни и крепежные элементы (винты, гайки, шайбы, и т. д.). Он также используется в других приложениях, таких как крепления для лыж, электронные сигареты, браслеты для часов, молнии, ёмкости для инсулина и дозирующие ингаляторы. Он используется в музыкальных инструментах для отмычек и мундштуков для инструментов, в пищевой промышленности для таких применений, как молокоотсосы и патрубки для кофе, и даже в качестве растворителя для духов и синтетического вкусового ингредиента. В следующей части рассмотрим несколько других инженерных термопластов.