انواع پلیمرها. مواد پلیمری آلی

پلیمرها و پلاستیک ها با داشتن تعدادی خواص ارزشمند (استحکام کافی، ضد خوردگی، مقاومت در برابر محیط های تهاجمی شیمیایی، مقاومت در برابر حرارت و غیره) به طور گسترده در بیشتر موارد استفاده می شوند. صنایع مختلفاقتصاد ملی نه تنها به عنوان جایگزینی برای فلزات کمیاب، بلکه به عنوان مواد اولیه ساختمانی.

1. پلیمر - یک ترکیب آلی با مولکولی بالا که با تکرارهای متعدد یک یا چند واحد تشکیل دهنده مشخص می شود. پیوند مرکب - گروهی از اتم ها که با کمک آنها ساختار یک زنجیره ماکرومولکول توصیف می شود ). بسته به ساختار و شکل ماکرومولکول ها، پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست متمایز می شوند. ترموپلاستیک پلیمرها بدون تغییر ساختار به حالت جریان ویسکوز ذوب می شوند. آنها را می توان دوباره گرم و پردازش کرد. ترموست هنگام گرم شدن، پلیمرها ساختار خود را تغییر می دهند، در نتیجه نرم شدن مجدد آنها حذف می شود.

پلی اتیلن - پلیمر اتیلن، ترموپلاستیک؛ محصولات حاصل از آن را می توان با قالب گیری تزریقی یا قالب گیری گریز از مرکز، مهر زنی در دما تهیه کرد 120..135 درجه سانتی گرادو فشار دادن مقاومت شیمیایی بالایی در برابر محیط های تهاجمی دارد و دی الکتریک خوبی است. در ساخت عایق برای کابل های زیر آب، برق و فرکانس رادیویی و همچنین تجهیزات تولید مواد شیمیایی: لوله ها، ظروف، صفحات، اتصالات، قطعات جدار نازک و غیره استفاده می شود.

پلی استایرن - پلیمر استایرن، ترموپلاستیک، دارای خواص دی الکتریک بسیار خوب، شفاف، ضد آب، مقاوم در برابر سرما. از معایب پلی استایرن می توان به مقاومت کم در برابر حرارت، اشتعال پذیری و شکنندگی اشاره کرد. پلی استایرن به عنوان ماده ای برای ساخت تجهیزات رادیویی و الکتریکی، دستگاه های فرکانس بالا و تجهیزات شیمیایی استفاده می شود. همچنین برای تولید فیلم های عایق الکتریکی، رزوه ها و فیلم های بسته بندی استفاده می شود.

پلی اکریلات - پلیمر استر اسید اکریلیک. پرکاربردترین ورق ها هستند مواد اکریلیک(شیشه ارگانیک برندهای مختلف). علاوه بر این، آنها به شکل میله، لوله، ورق و مواد برای ساخت قطعات با پرس یا قالب گیری تزریقی تولید می کنند.

پلی متیل متاکریلات (شیشه ارگانیک ) - با انتقال نور بالا، استحکام و سختی رضایت بخش مشخص می شود. یکی از ویژگی های مهم شیشه آلی توانایی آن در انتقال است پرتو های فرابنفش. همچنین لازم به ذکر است که قابلیت ماشین کاری خوبی از طریق برش، فشار و جوش دارد. شیشه ارگانیک برای لعاب کاری و ساخت محصولات فنی مختلف استفاده می شود.

1. پلاستیک یک ترکیب پلیمری با ترکیبات مختلف است: پرکننده، نرم کننده، تثبیت کننده، رنگ، سخت کننده و غیره.

فنوپلاستیک ها - پلاستیک های مبتنی بر رزین های فنلی. بسته به تکنولوژی ساخت، آنها می توانند ترموپلاستیک یا ترموست باشند. در ترکیب با پرکننده های مختلفمواد فنوپلاستی برای مصارف فنی عمومی، عایق الکتریکی، مقاوم در برابر حرارت، فیبری، اصطکاک و غیره به عنوان مواد پرکننده به دست می‌آیند. قطعات ساخته شده از پلاستیک فنلی با پرس گرم در یک دما تولید می شوند 150… 200 درجه سانتیگرادو فشار 15…120 مگاپاسکال. در این حالت، محصولات نهایی به دست می آیند که نیازی به پردازش مکانیکی ندارند.

بخش‌های مختلف محصولات رادیویی و الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی از پلاستیک‌های فنولی گرما سخت با پرکننده پودری ساخته می‌شوند. از جانب اوراولیت(پرکننده - آزبست , شن کوارتز یا گرافیتتولید لوله های مقاوم در برابر اسید، وان حمام و قطعات ارتباطی. برای به دست آوردن محصولات برای اهداف فنی عمومی، از آن به عنوان پرکننده استفاده می شود. آرد چوب .

ساخته شده از فنولیک با فیبر پرکننده برنامه عالیاخذ شده فایبرگلاس , خرده PCB و فایبرگلاس . برای ساخت قطعاتی که در معرض خمش و پیچش هستند و به خواص مکانیکی و ضد اصطکاک خوبی نیاز دارند استفاده می شود. چرخ دنده ها، بوشینگ ها، غلطک ها، بادامک ها، پوسته های بلبرینگ و غیره).

پلاستیک های فنلی لایه ای به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. پارچه سنگی(پرکننده - پارچه پنبه ای ), نئوپان- (پرکننده - روکش چوبی ) و getinaks(پرکننده - کاغذ سولفات ). این پلاستیک ها از پلاستیک های فیبر قوی تر هستند. Textolite استحکام بالایی دارد. برای ساخت چرخ دنده ها، بلبرینگ ها، آسترها و سایر قطعات بارگذاری شده استفاده می شود. نئوپان به عنوان یک ماده ساختاری و ضد اصطکاک استفاده می شود. Getinax به عنوان یک ماده عایق الکتریکی استفاده می شود.

آمینوپلاستی - پلاستیک های ترموست بر پایه رزین های آمینه. آنها بی رنگ، شفاف هستند و می توان آنها را در هر رنگ (به خصوص روشن) با استفاده از رنگ رنگ آمیزی کرد. به عنوان پرکننده استفاده می شود سولفید سلولز , خمیر پنبه , آزبست , تالکمحصولات آمینوپلاست ها به روش های پرس گرم و سرد و در حالت های مختلف تولید می شوند. دمای پرس داغ 135… 145 درجه سانتی گراد، فشار 10.5…42 مگاپاسکال، نگه داشتن زمان 1 دقیقهبر 1 میلی مترضخامت محصول

آمینوپلاستیک ها عمدتاً برای ساخت اتصالات الکتریکی، قطعات رادیویی، کالاهای مصرفی ( ظروف، لوازم التحریر و مغازه و غیره.، و همچنین برای تکمیل مغازه ها، استودیوها، کابین کشتی ها، واگن های راه آهن.

پلاستیک های مبتنی بر پلی وینیل کلراید با افزودن پرکننده ها، نرم کننده ها و رنگ ها به دست می آید. پرکننده ها استحکام مکانیکی ترکیب پلاستیک را افزایش داده و هزینه آن را کاهش می دهند. برای افزایش انعطاف پذیری و انعطاف پذیری و همچنین اختلاط خوب اجزاء، به مخلوط اضافه کنید 30…60% نرم کننده (دی بوتیل فتالات). با پردازش چنین مخلوطی بر روی غلتک، یک نرم مواد ورقضخامت از 0,1 تا چند میلی متر. ترکیب پلاستیک به عنوان پوشش و مواد عایق الکتریکی و همچنین برای ساخت لوله های با ضخامت دیواره استفاده می شود. 0.3… 10 میلی متر. در ساخت و ساز، پلی وینیل کلراید برای تولید مشمع کف اتاق پلی وینیل کلرید، فیلم پلی وینیل کلرید و غیره استفاده می شود.

وینی پلاست - ماده سفت و سختی که از پردازش پلی وینیل کلرید غیرپلاستیک شده با تثبیت کننده ها و روان کننده ها در دما به دست می آید. 160… 180 درجه سانتی گراد; استحکام، سختی، خواص دی الکتریک خوب و مقاومت شیمیایی بالا دارد. Viniplast را می توان به راحتی با برش، جوش، چسب پردازش کرد. به طور گسترده در بخش های مختلف اقتصاد ملی، به ویژه در صنایع شیمیایی استفاده می شود. لوله ها، شیرها، شیرها و اتصالات از پلاستیک وینیل ساخته شده اند. فیلم های پلاستیکی وینیل برای پوشش تجهیزات شیمیایی، حمام های الکترولیز و غیره استفاده می شود.

نویسنده این مقاله، آکادمیک ویکتور الکساندرویچ کابانوف، دانشمند برجسته در زمینه شیمی ترکیبات درشت مولکولی، شاگرد و جانشین آکادمیک V.A. کارگین، یکی از پیشروان جهان در علم پلیمر، خالق یک مکتب علمی بزرگ، نویسنده مقدار زیادآثار، کتاب ها و وسایل کمک آموزشی.

پلیمرها (از پلیمرهای یونانی - متشکل از بخش های زیادی، متنوع) ترکیبات شیمیایی با وزن مولکولی بالا (از چند هزار تا چندین میلیون) هستند که مولکول های آنها (ماکرو مولکول ها) از تعداد زیادی گروه تکرار شونده (واحدهای مونومر) تشکیل شده است. . اتم هایی که درشت مولکول ها را تشکیل می دهند توسط نیروهای ظرفیت اصلی و (یا) هماهنگی به یکدیگر متصل می شوند.

طبقه بندی پلیمرها

بر اساس منشأ آنها، پلیمرها به طبیعی (بیوپلیمرها)، به عنوان مثال پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، رزین های طبیعی، و مصنوعی، به عنوان مثال پلی اتیلن، پلی پروپیلن، رزین های فنل فرمالدئید تقسیم می شوند.

اتم ها یا گروه های اتمی را می توان در یک ماکرومولکول به شکل زیر قرار داد:

• یک زنجیره باز یا یک توالی طولانی از چرخه ها (پلیمرهای خطی، به عنوان مثال لاستیک طبیعی).
• زنجیره های شاخه ای (پلیمرهای شاخه ای مانند آمیلوپکتین)؛
• شبکه سه بعدی (پلیمرهای متقاطع، به عنوان مثال پخت رزین های اپوکسی).

پلیمرهایی که مولکولهای آنها از واحدهای مونومر یکسان تشکیل شده است، هموپلیمر نامیده می شود، به عنوان مثال پلی وینیل کلرید، پلی کاپرومید، سلولز.

ماکرومولکول هایی با ترکیب شیمیایی یکسان را می توان از واحدهایی با پیکربندی های فضایی مختلف ساخت. اگر ماکرومولکول ها از استریو ایزومرهای یکسان یا استریو ایزومرهای مختلف تشکیل شده باشند که در زنجیره با تناوب معینی متناوب هستند، پلیمرها استریو منظم نامیده می شوند (به پلیمرهای Stereoreregular مراجعه کنید).

کوپلیمرها چیست؟
پلیمرهایی که درشت مولکولهای آنها دارای چندین نوع واحد مونومر هستند، کوپلیمر نامیده می شوند. کوپلیمرهایی که در آنها واحدهای هر نوع توالی های پیوسته به اندازه کافی طولانی را تشکیل می دهند که جایگزین یکدیگر در ماکرومولکول می شوند، کوپلیمرهای بلوکی نامیده می شوند. یک یا چند زنجیره از ساختار دیگر را می توان به پیوندهای داخلی (غیر پایانی) یک ماکرومولکول یک ساختار شیمیایی متصل کرد. چنین کوپلیمرهایی را کوپلیمرهای پیوندی می نامند (همچنین به کوپلیمرها مراجعه کنید).

پلیمرهایی که در آنها هر یک یا برخی از استریو ایزومرهای یک واحد توالی های پیوسته به اندازه کافی طولانی را تشکیل می دهند که در یک ماکرومولکول جایگزین یکدیگر می شوند، کوپلیمرهای استریوبلاک نامیده می شوند.

پلیمرهای Heterochain و homochain

بسته به ترکیب زنجیره اصلی (اصلی)، پلیمرها به: زنجیره هترو تقسیم می شوند که زنجیره اصلی آن حاوی اتم است. عناصر مختلفاغلب کربن، نیتروژن، سیلیکون، فسفر و هموچین که زنجیره های اصلی آنها از اتم های یکسان ساخته شده اند. از پلیمرهای هوموچین، رایج ترین پلیمرهای زنجیره کربنی است که زنجیره های اصلی آن فقط از اتم های کربن تشکیل شده است، به عنوان مثال پلی اتیلن، پلی متیل متاکریلات، پلی تترا فلوئورواتیلن. نمونه هایی از پلیمرهای هترو زنجیره ای - پلی استرها (پلی اتیلن ترفتالات، پلی کربنات ها و غیره)، پلی آمیدها، رزین های اوره فرمالدئید، پروتئین ها، برخی از پلیمرهای ارگانوسیلیکون. پلیمرهایی که درشت مولکول های آنها همراه با گروه های هیدروکربنی حاوی اتم های عناصر معدنی هستند، پلیمرهای عنصری نامیده می شوند (به پلیمرهای عنصری مراجعه کنید). گروه جداگانه ای از پلیمرها. پلیمرهای معدنی مانند گوگرد پلاستیکی، پلی فسفونیتریل کلرید را تشکیل می دهند (به پلیمرهای معدنی مراجعه کنید).

خواص و مهمترین خصوصیات پلیمرها

پلیمرهای خطی دارای کمپلکس خاص و. مهمترین این ویژگیها: توانایی تشکیل الیاف و فیلمهای ناهمسانگرد با استحکام بالا. توانایی تغییر شکل های برگشت پذیر بزرگ و طولانی مدت؛ توانایی تورم در حالت بسیار الاستیک قبل از حل شدن؛ ویسکوزیته بالای محلول ها (به محلول های پلیمری، تورم مراجعه کنید). این مجموعه از خواص به دلیل وزن مولکولی بالا، ساختار زنجیره ای و انعطاف پذیری درشت مولکول ها است. هنگام حرکت از زنجیره های خطی به شبکه های سه بعدی منشعب و پراکنده و در نهایت به ساختارهای مشبک متراکم، این مجموعه از ویژگی ها کمتر و کمتر مشخص می شود. پلیمرهای با پیوند متقابل بالا نامحلول، غیرقابل انحلال و ناتوان از تغییر شکل های بسیار الاستیک هستند.

پلیمرها می توانند در حالت کریستالی و آمورف وجود داشته باشند. پيش نيازکریستالیزاسیون - منظم بودن بخشهای به اندازه کافی طولانی از یک ماکرومولکول. در پلیمرهای کریستالی ظهور ساختارهای مختلف فوق مولکولی (فیبریل ها، اسفرولیت ها، تک کریستال ها و غیره) امکان پذیر است که نوع آن تا حد زیادی خواص مواد پلیمری را تعیین می کند. ساختارهای فوق مولکولی در پلیمرهای غیر متبلور (آمورف) نسبت به پلیمرهای کریستالی کمتر مشخص است.

پلیمرهای کریستالیزه را می توان در سه دسته یافت شرایط فیزیکی: شیشه ای، بسیار الاستیک و چسبناک. پلیمرهای با دمای پایین (زیر اتاق) انتقال از حالت شیشه ای به حالت بسیار الاستیک الاستومر نامیده می شوند، در حالی که آنهایی که دمای بالایی دارند پلاستیک نامیده می شوند. بسته به ترکیب شیمیایی، ساختار و موقعیت نسبیخواص ماکرومولکول پلیمرها می تواند در محدوده های بسیار گسترده ای تغییر کند. بنابراین، 1،4-سیس-پلی بوتادین، ساخته شده از زنجیره های هیدروکربنی انعطاف پذیر، در دمای حدود 20 درجه سانتیگراد، یک ماده الاستیک است که در دمای 60- درجه سانتیگراد به حالت شیشه ای تبدیل می شود. پلی متیل متاکریلات، ساخته شده از زنجیره های سفت تر، در دمای حدود 20 درجه سانتیگراد، یک محصول شیشه ای جامد است که تنها در 100 درجه سانتیگراد به حالت بسیار الاستیک تبدیل می شود.

سلولز، پلیمری با زنجیره‌های بسیار سفت و سخت که با پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی به هم متصل شده‌اند، معمولاً نمی‌توانند قبل از دمای تجزیه در حالت بسیار کشسانی وجود داشته باشند. حتی اگر تفاوت در ساختار ماکرومولکول ها در نگاه اول کوچک باشد، می توان تفاوت های زیادی را در خواص P. مشاهده کرد. بنابراین، پلی استایرن stereoreregular - ماده کریستالیبا نقطه ذوب حدود 235 درجه سانتیگراد و غیر استریو منظم (اتاکتیک) به هیچ وجه قادر به کریستال شدن نیست و در دمای حدود 80 درجه سانتیگراد نرم می شود.

پلیمرها می‌توانند در انواع اصلی واکنش‌های زیر وارد شوند: تشکیل پیوندهای شیمیایی بین ماکرومولکول‌ها (به اصطلاح اتصال متقابل)، به عنوان مثال، در حین ولکانیزاسیون لاستیک‌ها و دباغی چرم. تجزیه درشت مولکول ها به قطعات جداگانه و کوتاه تر (به تخریب پلیمرها مراجعه کنید). واکنش های گروه های عاملی جانبی پلیمرها با مواد با وزن مولکولی کم که بر زنجیره اصلی تأثیر نمی گذارد (به اصطلاح تبدیلات مشابه پلیمر)؛ واکنش های درون مولکولی که بین گروه های عاملی یک ماکرومولکول رخ می دهد، برای مثال چرخه سازی درون مولکولی. پیوند متقابل اغلب همزمان با تخریب اتفاق می افتد. نمونه ای از تبدیل های مشابه پلیمر، صابونی سازی پلی وینیل استات است که منجر به تشکیل پلی وینیل الکل می شود.

سرعت واکنش های پلیمری با مواد با وزن مولکولی کم اغلب با سرعت انتشار دومی به فاز پلیمر محدود می شود. این امر در مورد پلیمرهای دارای پیوند متقابل آشکارتر است. سرعت برهمکنش ماکرومولکول ها با مواد کم مولکولی اغلب به طور قابل توجهی به ماهیت و مکان واحدهای مجاور نسبت به واحد واکنش دهنده بستگی دارد. همین امر در مورد واکنش های درون مولکولی بین گروه های عاملی متعلق به یک زنجیره نیز صدق می کند.

برخی از خواص پلیمرها مانند حلالیت، جریان ویسکوز، پایداری، بسیار حساس هستند. مقادیر کمناخالصی ها یا مواد افزودنی که با ماکرومولکول ها واکنش می دهند. بنابراین، برای تبدیل پلیمرهای خطی از محلول به کاملا نامحلول، کافی است 1-2 پیوند متقابل در هر ماکرومولکول تشکیل شود.

از مهم ترین خصوصیات پلیمرها می توان به ترکیب شیمیایی، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی، میزان انشعاب و انعطاف پذیری درشت مولکول ها، قاعده کلی و غیره اشاره کرد. خواص پلیمرها. به طور قابل توجهی به این ویژگی ها بستگی دارد.

تهیه پلیمرها

پلیمرهای طبیعی در طی فرآیند بیوسنتز در سلول های موجودات زنده تشکیل می شوند. با استفاده از استخراج، رسوب کسری و روش های دیگر می توان آنها را از مواد خام گیاهی و حیوانی جدا کرد. پلیمرهای مصنوعی از طریق پلیمریزاسیون و پلی تراکم تولید می شوند. پلیمرهای کربوزنجیری معمولاً با پلیمریزاسیون مونومرها با یک یا چند پیوند کربن-کربن یا مونومرهای حاوی گروه‌های کربوسیکلیک ناپایدار (مثلاً از سیکلوپروپان و مشتقات آن) سنتز می‌شوند. پلیمرهای هتروشینی از طریق چند تراکم و همچنین پلیمریزاسیون مونومرهای حاوی پیوندهای چند عنصر کربن (به عنوان مثال C = O، C º N، N = C = O) یا گروه های هتروسیکلیک ضعیف (به عنوان مثال، در اکسیدهای الفین، لاکتام ها) به دست می آیند. ).

کاربرد پلیمرها

محصولات پلیمری به دلیل استحکام مکانیکی، خاصیت ارتجاعی، عایق الکتریکی و سایر خواص ارزشمند، در صنایع مختلف و در زندگی روزمره مورد استفاده قرار می گیرند. انواع اصلی مواد پلیمری عبارتند از پلاستیک، لاستیک، الیاف (رجوع کنید به الیاف نساجی، الیاف شیمیایی)، لاک، رنگ، چسب، رزین های تبادل یونی. اهمیت بیوپلیمرها با این واقعیت مشخص می شود که آنها اساس همه موجودات زنده را تشکیل می دهند و تقریباً در تمام فرآیندهای زندگی شرکت می کنند.

مرجع تاریخی اصطلاح "پلیمریسم" توسط J. Berzelius در سال 1833 برای تعیین نوع خاصی از ایزومریسم به علم معرفی شد که در آن مواد (پلیمرها) با ترکیب یکسان وزن‌های مولکولی متفاوتی دارند، به عنوان مثال، اتیلن و بوتیلن، اکسیژن و ازن. بنابراین، محتوای این اصطلاح با ایده های مدرن در مورد پلیمرها مطابقت نداشت. در آن زمان هنوز پلیمرهای مصنوعی "واقعی" شناخته نشده بودند.

تعدادی از پلیمرها ظاهراً در نیمه اول قرن نوزدهم به دست آمدند. با این حال، شیمیدانان معمولاً سعی می کردند پلیمریزاسیون و چند تراکم را سرکوب کنند، که منجر به "رزین شدن" محصولات واکنش شیمیایی اصلی، یعنی در واقع، به تشکیل یک پلیمر شد. (تا به حال پلیمرها اغلب "رزین" نامیده می شدند). اولین ذکر پلیمرهای مصنوعی به سال 1838 (پلی وینیلیدین کلرید) و 1839 (پلی استایرن) برمی گردد.

شیمی پلیمر فقط در ارتباط با ایجاد نظریه ساختار شیمیایی توسط A. M. Butlerov (اوایل دهه 60 قرن 19) بوجود آمد. A. M. Butlerov رابطه بین ساختار و پایداری نسبی مولکول ها را که در واکنش های پلیمریزاسیون آشکار می شود مورد مطالعه قرار داد. علم پلیمرها توسعه بیشتر خود را (تا پایان دهه 20 قرن بیستم) عمدتاً به دلیل جستجوی فشرده برای روش های سنتز لاستیک، که در آن دانشمندان برجسته بسیاری از کشورها شرکت داشتند، دریافت کرد (G. Bushard, W. Tilden, دانشمند آلمانی K. Harries، I. L. Kondakov، S. V. Lebedev و غیره). در دهه 30 وجود مکانیسم های پلیمریزاسیون رادیکال آزاد (G. Staudinger و دیگران) و یونی (دانشمند آمریکایی F. Whitmore و دیگران) اثبات شد. آثار W. Carothers نقش عمده ای در توسعه ایده ها در مورد polycondensation ایفا کردند.

از ابتدای دهه 20. قرن 20 ایده های نظری در مورد ساختار پلیمرها نیز در حال توسعه است. در ابتدا فرض بر این بود که پلیمرهای زیستی مانند سلولز، نشاسته، لاستیک، پروتئین ها و همچنین برخی از پلیمرهای مصنوعی مشابه آنها از نظر خواص (مثلاً پلی ایزوپرن)، از مولکول های کوچکی با توانایی غیرعادی برای ترکیب در محلول به کمپلکس هایی تشکیل شده اند. ماهیت کلوئیدی به دلیل اتصالات غیر کووالانسی (تئوری "بلوک های کوچک"). نویسنده یک مفهوم اساسی جدید از پلیمرها به عنوان موادی متشکل از ماکرومولکول ها، ذرات با وزن مولکولی غیرمعمول بزرگ، G. Staudinger بود. پیروزی ایده های این دانشمند (در اوایل دهه 40 قرن بیستم) ما را مجبور کرد که پلیمرها را به عنوان یک موضوع کیفی جدید مطالعه در شیمی و فیزیک در نظر بگیریم.

ادبیات .: دایره المعارف پلیمرها، ج 1-2، م.، 1972-1974; Strepiheev A. A.، Derevitskaya V. A.، Slonimsky G. L.، مبانی شیمی ترکیبات ماکرومولکولی، ویرایش دوم، [M.، 1967]. Losev I.P., Trostyanskaya E.B., Chemistry of synthetic polymers, 2nd ed., M., 1964; Korshak V.V., روشهای عمومی برای سنتز ترکیبات مولکولی بالا، M.، 1953; Kargin V. A., Slonimsky G. L., Brief essays on the Physics and Chemistry of Polymers, 2nd ed., M., 1967; Oudian J.، مبانی شیمی پلیمر، ترجمه. از انگلیسی، م.، 1974; Tager A. A., Physico-chemistry of polymers, 2nd ed., M., 1968; تنفورد سی.، شیمی فیزیکپلیمرها، ترانس. از انگلیسی، M.، 1965.

V. A. Kabanov. منبع www.rubricon.ru

شگفت انگیز است که اشیاء اطراف ما و موادی که از آنها ساخته شده اند چقدر متنوع هستند. پیش از این، در حدود قرن 15-16، مواد اصلی فلزات و چوب، کمی بعد شیشه، و تقریباً همیشه چینی و ظروف سفالی بود. اما قرن امروز زمان پلیمرها است که بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مفهوم پلیمرها

پلیمر. آن چیست؟ شما می توانید از دیدگاه های مختلف پاسخ دهید. از یک طرف، این مواد مدرن، برای ساخت بسیاری از وسایل خانگی و فنی استفاده می شود.

از سوی دیگر، می توان گفت که این یک ماده مصنوعی سنتز شده است که از قبل به دست آمده است خواص داده شدهبرای استفاده در طیف گسترده ای از تخصص ها.

هر یک از این تعاریف درست است، فقط اولی از نظر خانگی و دومی از نظر شیمیایی. یکی بیشتر تعیین شیمیاییزیر است. پلیمرها ترکیباتی هستند که بر اساس بخش های کوتاه یک زنجیره مولکولی - مونومرها ساخته شده اند. آنها بارها تکرار می شوند و یک ماکرو زنجیره پلیمری را تشکیل می دهند. مونومرها می توانند هم ترکیبات آلی و هم غیر آلی باشند.

بنابراین، این سوال: "پلیمر - چیست؟" - نیازمند پاسخ دقیق و در نظر گرفتن تمامی خواص و زمینه های کاربرد این مواد است.

انواع پلیمرها

طبقه بندی های زیادی از پلیمرها بر اساس معیارهای مختلف (ماهیت شیمیایی، مقاومت حرارتی، ساختار زنجیره ای و غیره) وجود دارد. در جدول زیر به طور خلاصه انواع اصلی پلیمرها را بررسی می کنیم.

همچنین پلیمرهایی با ساختار خطی، شبکه ای و شاخه ای وجود دارد. اساس پلیمرها به آنها اجازه می دهد که ترموپلاستیک یا ترموست شوند. آنها همچنین در توانایی تغییر شکل در شرایط عادی متفاوت هستند.

خواص فیزیکی مواد پلیمری

دو حالت اصلی تجمع مشخصه پلیمرها عبارتند از:

• بی شکل;
• کریستالی

هر کدام با مجموعه ای از ویژگی های خاص خود مشخص می شوند و اهمیت عملی مهمی دارند. به عنوان مثال، اگر یک پلیمر در حالت آمورف وجود داشته باشد، به این معنی است که می تواند یک مایع روان چسبناک، یک ماده شیشه مانند یا یک ترکیب بسیار الاستیک (لاستیک) باشد. به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی، ساخت و ساز، مهندسی و تولید کالاهای صنعتی استفاده می شود.

حالت کریستالی پلیمرها نسبتاً مشروط است. در حقیقت این ایالتپراکنده با بخش های آمورف زنجیره، و به طور کلی کل مولکول برای به دست آوردن الیاف الاستیک، اما در عین حال با استحکام بالا و سخت بسیار راحت است.

نقاط ذوب پلیمرها متفاوت است. بسیاری از آمورف ها در دمای اتاق ذوب می شوند و برخی از بلورهای مصنوعی کاملاً تحمل می کنند. دمای بالا(پلکسی گلاس، فایبرگلاس، پلی اورتان، پلی پروپیلن).

پلیمرها را می توان بیشتر رنگ کرد رنگهای متفاوت، بدون محدودیت. به لطف ساختار آنها، آنها قادر به جذب رنگ و به دست آوردن روشن ترین و غیر معمول ترین سایه ها هستند.

خواص شیمیایی پلیمرها

خواص شیمیاییپلیمرها با پلیمرهای مواد با وزن مولکولی کم تفاوت دارند. این با اندازه مولکول، وجود گروه های عاملی مختلف در ترکیب آن و ذخیره کل انرژی فعال سازی توضیح داده می شود.

به طور کلی، چندین نوع اصلی از واکنش های مشخصه پلیمرها را می توان تشخیص داد:

1. واکنش هایی که توسط گروه عملکردی تعیین خواهد شد. به این معنا که اگر پلیمر حاوی یک گروه OH باشد، مشخصه الکل‌ها، واکنش‌هایی که در آن وارد می‌شوند مشابه واکنش‌های اکسیداسیون، احیا، هیدروژن زدایی و غیره خواهد بود.
2. برهمکنش با NMC ها (ترکیبات مولکولی کم).
3. واکنش های پلیمرها با یکدیگر برای تشکیل شبکه های متقاطع از ماکرومولکول ها (پلیمرهای شبکه، منشعب).
4. واکنش‌های بین گروه‌های عاملی در یک ماکرومولکول پلیمری
5. تجزیه یک ماکرومولکول به مونومر (تخریب زنجیره ای).

تمام واکنش های فوق در عمل رخ می دهد پراهمیتبرای به دست آوردن پلیمرهایی با خواص از پیش تعیین شده و مناسب برای انسان. شیمی پلیمر امکان ایجاد مواد مقاوم در برابر حرارت، مقاوم در برابر اسید و قلیایی را فراهم می کند که در عین حال دارای کشسانی و پایداری کافی باشند.

استفاده از پلیمرها در زندگی روزمره

استفاده از این ترکیبات گسترده است. حوزه های کمی از صنعت، اقتصاد ملی، علم و فناوری وجود دارد که به پلیمر نیاز نداشته باشد. آن چیست - کشاورزی پلیمر و استفاده گسترده، و به چه چیزی ختم می شود؟

1. صنایع شیمیایی (تولید پلاستیک، تانن، سنتز ترکیبات آلی ضروری).
2. مهندسی مکانیک، هواپیماسازی، پالایشگاه های نفت.
3. پزشکی و فارماکولوژی.
4. تهیه رنگ و سموم و علف کش ها، حشره کش های کشاورزی.
5. صنعت ساختمان (آلیاژسازی فولاد، سازه های عایق صوتی و حرارتی، مصالح ساختمانی).
6. تولید اسباب بازی، ظروف، لوله، پنجره، وسایل منزل و ظروف منزل.

شیمی پلیمرها این امکان را به دست می‌دهد که مواد جدید بیشتری را با خواص کاملاً جهانی به دست آوریم که در بین فلزات، چوب یا شیشه برابری ندارند.

نمونه هایی از محصولات ساخته شده از مواد پلیمری

قبل از نام بردن محصولات خاص ساخته شده از پلیمرها (نمکن است همه آنها را فهرست کنید، تنوع بسیار زیادی وجود دارد)، ابتدا باید بدانید که پلیمر چه چیزی را ارائه می دهد. موادی که از نیروی دریایی به دست می آید مبنای تولید محصولات آینده خواهد بود.

مواد اصلی ساخته شده از پلیمرها عبارتند از:

• پلاستیک؛
• پلی پروپیلن؛
• پلی یورتان ها؛
• پلی استایرن ها؛
• پلی آکریلات؛
• رزین های فنل فرمالدئید؛
• رزین های اپوکسی؛
• نایلون؛
• ویسکوز؛
• نایلون؛
• چسب ها؛
• فیلم های؛
• تانن ها و دیگران

این فقط یک لیست کوچک از تنوعی است که شیمی مدرن ارائه می دهد. خوب ، در اینجا مشخص می شود که چه اشیاء و محصولاتی از پلیمرها ساخته می شوند - تقریباً هر وسیله خانگی ، دارو و سایر مناطق (پنجره های پلاستیکی ، لوله ها ، ظروف ، ابزارها ، مبلمان ، اسباب بازی ها ، فیلم ها و غیره).

پلیمرها در شاخه های مختلف علم و فناوری

ما قبلاً به این سؤال پرداخته ایم که پلیمرها در چه زمینه هایی استفاده می شوند. نمونه هایی که اهمیت آنها را در علم و فناوری نشان می دهد شامل موارد زیر است:

• پوشش های آنتی استاتیک؛
• صفحه نمایش الکترومغناطیسی؛
• محفظه تقریباً تمام لوازم خانگی؛
• ترانزیستور؛
• LED و غیره.

هیچ محدودیتی برای تخیل در مورد استفاده از مواد پلیمری در دنیای مدرن وجود ندارد.

تولید پلیمر

پلیمر. آن چیست؟ این عملاً همه چیزهایی است که ما را احاطه کرده است. کجا ساخته می شوند؟

1. صنعت پتروشیمی (پالایش نفت).
2. کارخانه های ویژه تولید مواد پلیمری و محصولات ساخته شده از آنها.

اینها پایه های اصلی هستند که مواد پلیمری بر اساس آنها به دست می آیند (سنتز می شوند).

مواد مبتنی بر پلیمر. الیاف، فیلم ها، لاستیک ها، لاک ها، چسب ها، پلاستیک ها و مواد کامپوزیت (کامپوزیت) از پلیمرها ساخته می شوند.

الیاف با فشار دادن محلول ها یا مذاب پلیمرها از طریق سوراخ های نازک (قطعه) در صفحه و به دنبال آن انجماد به دست می آیند. پلیمرهای تشکیل دهنده الیاف شامل پلی آمیدها، پلی آکریلونیتریل ها و غیره می باشند.

فیلم‌های پلیمری از مذاب‌های پلیمری با فشار دادن قالب‌هایی با سوراخ‌های شکافی یا با اعمال محلول‌های پلیمری بر روی یک تسمه متحرک یا با کالندر کردن پلیمرها به‌دست می‌آیند.

لاک ها محلول هایی از مواد تشکیل دهنده فیلم در حلال های آلی هستند. لاک ها علاوه بر پلیمرها حاوی موادی هستند که باعث افزایش پلاستیسیته ( روان کننده ها )، رنگ های محلول، سخت کننده ها و ... می شوند و برای پوشش های عایق الکتریکی و همچنین به عنوان پایه ای برای پرایمرها و لعاب های رنگ استفاده می شوند.

چسب - ترکیباتی که قابلیت اتصال دارند مواد مختلفبه دلیل ایجاد پیوندهای قوی بین سطوح آنها و لایه چسب. چسب های آلی مصنوعی بر پایه مونومرها، الیگومرها، پلیمرها یا مخلوط آنها ساخته می شوند. این ترکیب شامل سخت کننده ها، پرکننده ها، نرم کننده ها و غیره است.

چسب ها به ترموپلاستیک، ترموست و لاستیک تقسیم می شوند. چسب های ترموپلاستیک در نتیجه سخت شدن در هنگام سرد شدن از نقطه ریزش به سطح، پیوند ایجاد می کنند. دمای اتاقیا تبخیر حلال چسب های ترموست در نتیجه سخت شدن (تشکیل پیوندهای عرضی)، چسب های لاستیکی - در نتیجه ولکانیزاسیون با سطح پیوند ایجاد می کنند.

مانند پایه پلیمریچسب های ترموست عبارتند از فنل و اوره فرمالدئید و رزین های اپوکسی، پلی یورتان ها، پلی استرها و سایر پلیمرهای چسب ترموپلاستیک پلی اکریلیک، پلی آمید، پلی وینیل استال، پلی وینیل کلرید و سایر پلیمرها. استحکام لایه چسب، به عنوان مثال، چسب های فنل فرمالدئید (BF، VK) در 20 درجه سانتی گراد با برش از 15 تا 20 مگاپاسکال، چسب های اپوکسی - تا 36 مگاپاسکال است.

پلاستیک ها موادی هستند که حاوی پلیمر هستند که در هنگام تشکیل محصول در حالت روان و چسبناک و در حین کار در حالت شیشه ای قرار می گیرند. تمام پلاستیک ها به دو دسته ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند. هنگام قالب گیری ترموست، یک واکنش سخت شدن برگشت ناپذیر رخ می دهد که شامل تشکیل یک ساختار شبکه است. ترموست ها شامل موادی بر پایه فنل فرمالدئید، اوره فرمالدئید، اپوکسی و سایر رزین ها هستند. ترموپلاستیک ها می توانند بارها و بارها در هنگام گرم شدن به حالت جریان چسبناک و در هنگام سرد شدن به حالت شیشه ای تبدیل شوند. ترموپلاستیک ها شامل موادی بر پایه پلی اتیلن، پلی تترا فلوئورواتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید، پلی استایرن، پلی آمیدها و سایر پلیمرها هستند.

علاوه بر پلیمرها، پلاستیک ها شامل نرم کننده ها، رنگ ها و پرکننده ها هستند. روان کننده ها، به عنوان مثال، دیوکتیل فتالات، دی بوتیل سبکات، پارافین کلر، دمای انتقال شیشه ای را کاهش می دهند و سیالیت پلیمر را افزایش می دهند. آنتی اکسیدان ها تخریب پلیمرها را کاهش می دهند. پرکننده ها خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها را بهبود می بخشند. پودرها (گرافیت، دوده، گچ، فلز و غیره)، کاغذ و پارچه به عنوان پرکننده استفاده می شود. گروه خاصی از پلاستیک ها کامپوزیت ها هستند.

مواد کامپوزیت (کامپوزیت) - از یک پایه (آلی، پلیمری، کربن، فلز، سرامیک)، تقویت شده با پرکننده، به شکل الیاف یا سبیل با استحکام بالا تشکیل شده است. رزین های مصنوعی (آلکید، فنل فرمالدئید، اپوکسی و غیره) و پلیمرها (پلی آمیدها، فلوروپلاستیک، سیلیکون ها و غیره) به عنوان پایه استفاده می شوند.

الیاف و کریستال های تقویت کننده می توانند فلز، پلیمر، معدنی (به عنوان مثال، شیشه، کاربید، نیترید، بور) باشند. پرکننده های تقویت کننده تا حد زیادی تعیین کننده مکانیکی، ترموفیزیکی و خواص الکتریکیپلیمرها بسیاری از مواد پلیمری مرکب به اندازه فلزات قوی هستند. کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر، فایبرگلاس تقویت شده(فایبرگلاس)، دارای استحکام مکانیکی بالا (مقاومت کششی 1300-2500 مگاپاسکال) و خواص عایق الکتریکی خوب است. کامپوزیت های مبتنی بر پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (پلاستیک های تقویت شده با الیاف کربن) استحکام بالا و مقاومت در برابر لرزش را با افزایش هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی ترکیب می کنند. پلاستیک های بور (پرکننده - الیاف بور) دارای استحکام، سختی و خزش کم هستند.

کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر به عنوان عایق سازه ای، الکتریکی و حرارتی، مقاوم در برابر خوردگی، مواد ضد اصطکاک در خودروسازی، ماشین ابزار، برق، هوانوردی، مهندسی رادیو، صنایع معدنی، فناوری فضایی، مهندسی شیمی و ساخت و ساز استفاده می شود.

ردوکسیت ها پلیمرهای با خاصیت ردوکس - ردوکسیت ها (با گروه های ردوکس یا ردوکسیونیت ها) - به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد پلیمرها در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود عدد بزرگ پلیمرهای مختلف. خواص فیزیکی و شیمیایی برخی از ترموپلاستیک ها در جدول آورده شده است. 14.2 و 14.3.

پلی اتیلن [-CH2-CH2-]n یک ترموپلاستیک است که توسط پلیمریزاسیون رادیکال در دماهای تا 320 درجه سانتی گراد و فشار 120-320 مگاپاسکال (پلی اتیلن با چگالی بالا) یا در فشار تا 5 مگاپاسکال با استفاده از کاتالیزورهای پیچیده (پلی اتیلن کم فشار) تولید می شود. ). پلی اتیلن کم چگالی استحکام، چگالی، کشسانی و نقطه نرمی بالاتری نسبت به پلی اتیلن با چگالی بالا دارد. پلی اتیلن در بسیاری از محیط ها از نظر شیمیایی مقاوم است، اما تحت تأثیر عوامل اکسید کننده کهنه می شود (جدول 14.3). یک دی الکتریک خوب (به جدول 14.2 مراجعه کنید)، می تواند در دمای 20- تا 100+ درجه سانتیگراد کار کند. تابش می تواند مقاومت حرارتی پلیمر را افزایش دهد. پلی اتیلن برای ساخت لوله ها، محصولات الکتریکی، قطعات تجهیزات رادیویی، فیلم های عایق و غلاف کابل ها (فرکانس بالا، تلفن، برق)، فیلم ها، مواد بسته بندی، جایگزین های ظروف شیشه ای استفاده می شود.

پلی پروپیلن [-CH(CH3)-CH2-]n یک ترموپلاستیک کریستالی است که توسط پلیمریزاسیون استریو اختصاصی تولید می شود. مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به پلی اتیلن (تا 120-140 درجه سانتیگراد) دارد. استحکام مکانیکی بالایی دارد (جدول 14.2 را ببینید)، مقاومت در برابر خمش و سایش مکرر و خاصیت ارتجاعی دارد. برای ساخت لوله، فیلم، مخزن باتری و غیره استفاده می شود.

ترموپلاستیک به دست آمده از پلیمریزاسیون رادیکالی استایرن.

این پلیمر در برابر عوامل اکسید کننده مقاوم است، اما در برابر اسیدهای قوی ناپایدار است (جدول 14.3 را ببینید).

جدول 14.2. خواص فیزیکی برخی پلیمرها

* دمای ذوب.

جدول 14.3 خواص شیمیایی برخی از پلیمرها

پلی استایرن استحکام مکانیکی و خواص دی الکتریک بالایی دارد (جدول 14.2 را ببینید) و به عنوان یک عایق الکتریکی با کیفیت بالا و همچنین مواد تکمیل کننده ساختاری و تزئینی در ساخت ابزار، مهندسی برق، مهندسی رادیو استفاده می شود. لوازم خانگی. پلی استایرن انعطاف پذیر و الاستیک که با کشش گرم به دست می آید، برای غلاف کابل و سیم استفاده می شود. فوم های مبتنی بر پلی استایرن نیز تولید می شوند.

پلی وینیل کلراید [-CH2-CHCl-]n یک ترموپلاستیک است که از پلیمریزاسیون وینیل کلرید تولید می شود و در برابر اسیدها، قلیاها و عوامل اکسید کننده مقاوم است (جدول 14.3 را ببینید). محلول در سیکلوهگزانون، تتراهیدروفوران، محدود - در بنزن و استون. مقاوم در برابر آتش، از نظر مکانیکی قوی (جدول 14.2 را ببینید). خواص دی الکتریک بدتر از پلی اتیلن است. از آن به عنوان یک ماده عایق استفاده می شود که می تواند با جوشکاری به هم متصل شود. ضبط، بارانی، لوله و موارد دیگر از آن ساخته می شود.

پلی تترافلوئورواتیلن (فلوروپلاستیک)[-CF2-CF2-]n یک ترموپلاستیک است که از پلیمریزاسیون رادیکالی تترا فلوئورواتیلن تولید می شود. مقاومت شیمیایی استثنایی در برابر اسیدها، قلیاها و عوامل اکسید کننده دارد. یک دی الکتریک عالی محدودیت دمای عملیاتی بسیار گسترده ای دارد (از -270 تا +260 درجه سانتیگراد). در دمای 400 درجه سانتیگراد با آزاد شدن فلوئور تجزیه می شود و توسط آب خیس نمی شود. فلوئوروپلاستیک به عنوان یک ماده ساختاری مقاوم در برابر مواد شیمیایی در صنایع شیمیایی استفاده می شود. به عنوان بهترین دی الکتریک، در شرایطی استفاده می شود که ترکیبی از خواص عایق الکتریکی و مقاومت شیمیایی مورد نیاز است. علاوه بر این، برای اعمال پوشش ها و پوشش های ضد اصطکاک، آبگریز و محافظ برای ماهیتابه ها استفاده می شود.

پلی متیل متاکریلات (پلکسی گلاس)

ترموپلاستیک که از پلیمریزاسیون متیل متاکریلات به دست می آید. از نظر مکانیکی قوی (به جدول 14.2 مراجعه کنید)، مقاوم در برابر اسیدها و مقاوم در برابر آب و هوا. در دی کلرواتان، هیدروکربن های معطر، کتون ها، استرها حل می شود. بی رنگ و از نظر نوری شفاف. در مهندسی برق، به عنوان یک ماده ساختاری، و همچنین به عنوان پایه ای برای چسب ها استفاده می شود.

پلی آمیدها گرمانرم حاوی یک گروه آمیدو -NHCO- در زنجیره اصلی هستند، به عنوان مثال پلی-ای-کاپرون [-NH-(CH2)5-CO-]n، پلی هگزامتیلن آدیپین آمید (نایلون) [-NH-(CH2)5- NH-CO- (CH2)4-CO-]n، polydodecanamide [-NH-(CH2)11-CO-]n، و غیره. آنها هم از طریق پلی تراکم و هم از طریق پلیمریزاسیون به دست می آیند. چگالی پلیمرها 1.0¸1.3 گرم بر سانتی متر مکعب است. آنها با استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و خواص دی الکتریک مشخص می شوند. مقاوم در برابر روغن، بنزین، اسیدهای رقیق شده و قلیاهای غلیظ. از آنها برای تولید الیاف، فیلم های عایق، محصولات ساختاری، ضد اصطکاک و عایق الکتریکی استفاده می شود.

پلی یورتان ها ترموپلاست های حاوی گروه های -NH(CO)O- در زنجیره اصلی و همچنین اتر، کاربامات و غیره هستند. آنها از واکنش ایزوسیانات ها (ترکیبات حاوی یک یا چند گروه NCO) با پلی الکل ها، به عنوان مثال، گلیکول ها و گلیسیرین به دست می آیند. . مقاوم در برابر اسیدهای معدنی رقیق شده و قلیاها، روغن ها و هیدروکربن های آلیفاتیک.

آنها به شکل فوم های پلی یورتان (لاستیک های فوم)، الاستومرها تولید می شوند و در لاک ها، چسب ها و درزگیرها قرار می گیرند. مورد استفاده برای عایق حرارتی و الکتریکی، به عنوان فیلتر و مواد بسته بندی، برای ساخت کفش، چرم مصنوعی، محصولات لاستیکی. پلی استرها پلیمرهایی با فرمول کلی HO[-R-O-]nH یا [-OC-R-COO-R"-O-]n هستند که از پلیمریزاسیون اکسیدهای حلقوی مانند اتیلن اکسید، لاکتون ها (هیدروکسی اسید) به دست می آیند. استرها) و یا توسط پلی تراکم گلیکول ها، دی استرها و سایر ترکیبات در برابر محلول های قلیایی مقاوم هستند، آنهایی که معطر نیز در برابر محلول های اسیدهای معدنی و نمک مقاوم هستند.

آنها در تولید الیاف، لاک و لعاب، فیلم ها، مواد منعقد کننده و معرف های شناورسازی، اجزای سیالات هیدرولیک و غیره استفاده می شوند.

لاستیک های مصنوعی (الاستومرها) توسط امولسیون یا پلیمریزاسیون استریو اختصاصی تولید می شوند. هنگامی که ولکانیزه می شوند به لاستیک تبدیل می شوند که خاصیت ارتجاعی بالایی دارد. این صنعت تعداد زیادی لاستیک مصنوعی مختلف (SR) تولید می کند که خواص آنها به نوع مونومرها بستگی دارد. بسیاری از لاستیک ها با پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر تولید می شوند. کلی وجود دارد و هدف خاص. SCهای هدف عمومی شامل بوتادین [-CH2-CH=CH-CH2-]n و بوتادین استایرن [-CH2-CH=CH-CH2-]n-[-CH2-CH(C6H5)-]n است. لاستیک های مبتنی بر آنها در محصولات انبوه (لاستیک ها، غلاف محافظ کابل ها و سیم ها، نوارها و غیره) استفاده می شود. از این لاستیک ها برای تولید آبنیت نیز استفاده می شود که در مهندسی برق کاربرد فراوانی دارد. لاستیک‌های به دست آمده از لاستیک‌های مقاصد خاص، علاوه بر خاصیت ارتجاعی، دارای ویژگی‌های خاصی هستند، به عنوان مثال، مقاومت در برابر بنزین و روغن (لاستیک بوتادین نیتریل [-CH2-CH=CH-CH2-]n-[-CH2-CH(CN )-]n)، بنزن -، مقاومت در برابر روغن و حرارت، اشتعال پذیری (کلروپرن SC [-CH2-C(Cl)=CH-CH2-]n)، مقاومت در برابر سایش (پلی اورتان و غیره)، گرما، نور، مقاومت در برابر ازن (لاستیک بوتیل) [-C(CH3)2-CH2-]n –[-CH2C(CH3)=CH-CH2-]m.

رایج ترین لاستیک های مورد استفاده شامل استایرن بوتادین (بیش از 40%)، بوتادین (13%)، ایزوپرن (7%)، کلروپرن (5%) و لاستیک بوتیل (5%) است. سهم اصلی لاستیک (60-70٪) برای تولید لاستیک، حدود 4٪ - برای تولید کفش استفاده می شود.

پلیمرهای ارگانوسیلیکن (سیلیکون) - حاوی اتم های سیلیکون در واحدهای اولیه ماکرومولکول ها هستند، به عنوان مثال:

سهم عمده ای در توسعه پلیمرهای ارگانوسیلیسیوم توسط دانشمند روسی K.A. ویژگی بارز این پلیمرها مقاومت در برابر حرارت و یخبندان و خاصیت ارتجاعی آن است. سیلیکون ها در برابر قلیاها مقاوم نیستند و در بسیاری از حلال های معطر و آلیفاتیک محلول هستند (جدول 14.3 را ببینید). از پلیمرهای ارگانوسیلیکن برای تولید لاک، چسب، پلاستیک و لاستیک استفاده می شود. لاستیک های ارگانوسیلیکن [-Si(R2)-O-]n، به عنوان مثال دی متیل سیلوکسان و متیل وینیل سیلوکسان، دارای چگالی 0.96-0.98 گرم بر سانتی متر مکعب، دمای انتقال شیشه ای 130 درجه سانتیگراد هستند. محلول در هیدروکربن ها، هیدروکربن های هالوژنه، اترها. ولکانیزه با پراکسیدهای آلی. لاستیک ها را می توان در دماهای 90- تا 300+ درجه سانتی گراد استفاده کرد، دارای مقاومت در برابر آب و هوا و خواص عایق الکتریکی بالا (r = 1015-1016 اهم × سانتی متر) است. برای محصولاتی که در شرایط اختلاف دما زیاد کار می کنند، به عنوان مثال برای پوشش های محافظ استفاده می شود فضاپیماو غیره.

رزین های فنل و آمینو فرمالدئید از چند متراکم شدن فرمالدئید با فنل یا آمین به دست می آیند (به بند 14.2 مراجعه کنید). اینها پلیمرهای ترموست هستند که در آنها در نتیجه تشکیل پیوندهای عرضی، یک ساختار فضایی شبکه تشکیل می شود که نمی تواند به یک ساختار خطی تبدیل شود. روند برگشت ناپذیر است آنها به عنوان پایه ای برای چسب ها، لاک ها، مبدل های یونی و پلاستیک ها استفاده می شوند.

پلاستیک هایی که بر پایه رزین های فنل فرمالدئیدی ساخته می شوند، پلاستیک های فنلی و پلاستیک هایی که بر پایه رزین های اوره فرمالدئیدی ساخته می شوند، آمینوپلاست نامیده می شوند. پرکننده های فنولیک ها و آمینوپلاست ها عبارتند از کاغذ یا مقوا (getinax)، پارچه (textolite)، چوب، کوارتز و آرد میکا و غیره. پلاستیک های فنلی در برابر آب مقاوم هستند، محلول های اسیدها، نمک ها و بازها، حلال های آلی، مقاوم در برابر آتش هستند. مقاوم در برابر آب و هوا و دی الکتریک خوبی هستند. در تولید استفاده می شود بردهای مدار چاپی، محفظه محصولات مهندسی برق و رادیو، دی الکتریک فویل. آمینوپلاستیک ها با خواص دی الکتریک و فیزیکی-مکانیکی بالا، مقاوم در برابر نور و اشعه UV، مقاوم در برابر آتش، مقاوم در برابر اسیدها و بازهای ضعیف و بسیاری از حلال ها هستند. آنها را می توان در هر رنگی رنگ کرد. مورد استفاده برای ساخت محصولات الکتریکی (محفظه دستگاه)

مواد پلیمری ترکیبات شیمیایی با مولکولی بالا هستند که از تعداد زیادی مونومر (واحد) مولکولی کم با ساختار یکسان تشکیل شده‌اند. اغلب از اجزای مونومر زیر برای ساخت پلیمرها استفاده می شود: اتیلن، وینیل کلرید، وینیلدن کلرید، وینیل استات، پروپیلن، متیل متاکریلات، تترافلوراتیلن، استایرن، اوره، ملامین، فرمالدئید، فنل. در این مقاله به طور مفصل به این خواهیم پرداخت که مواد پلیمری چیست، چه مواد شیمیایی و چه موادی دارند مشخصات فیزیکی، طبقه بندی و انواع.

انواع پلیمرها

ویژگی مولکول های این ماده بزرگ است که با مقدار زیر مطابقت دارد: M>5*103. معمولاً به ترکیباتی که سطح کمتری از این پارامتر دارند (M=500-5000) الیگومر می گویند. ترکیبات با وزن مولکولی کم دارای جرم کمتر از 500 هستند انواع زیرمواد پلیمری: مصنوعی و طبیعی. این دومی معمولاً شامل لاستیک طبیعی، میکا، پشم، آزبست، سلولز و غیره می شود، اما جایگاه اصلی را پلیمرهای مصنوعی اشغال می کنند که در نتیجه فرآیند سنتز شیمیایی از ترکیبات با سطح مولکولی پایین به دست می آیند. بسته به روش ساخت مواد با مولکولی بالا، پلیمرهایی وجود دارند که یا با چند تراکم یا واکنش افزودن ایجاد می شوند.

بسپارش

این فرآیند ترکیبی از اجزای با وزن مولکولی کم به اجزای با وزن مولکولی بالا برای تولید زنجیره های بلند است. سطح پلیمریزاسیون تعداد "مرها" در مولکول های یک ترکیب معین است. اغلب، مواد پلیمری حاوی هزار تا ده هزار واحد از خود هستند. ترکیبات متداول زیر با پلیمریزاسیون به دست می آیند: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید، پلی تترا فلوئورواتیلن، پلی استایرن، پلی بوتادین و غیره.

چند متراکم شدن

این فرآیند یک واکنش گام به گام است که شامل ترکیب تعداد زیادی مونومر از همان نوع یا یک جفت است. گروه های مختلف(A و B) به پلی خازن ها (ماکرومولکول ها) با تشکیل همزمان محصولات جانبی زیر: دی اکسید کربن، کلرید هیدروژن، آمونیاک، آب و غیره. مواد پلیمری دیگر به دست می آید.

چند افزودنی

این فرآیند به‌عنوان تشکیل پلیمرها در نتیجه واکنش‌های چندگانه افزودن اجزای مونومر که حاوی ترکیبات واکنش اشباع شده به مونومرهای گروه‌های غیراشباع (حلقه‌های فعال یا پیوندهای دوگانه) هستند، درک می‌شود. برخلاف پلی تراکم، واکنش چندافزونی بدون انتشار محصولات جانبی رخ می دهد. مهمترین فرآینداین فناوری را عمل آوری و تولید پلی یورتان ها می دانند.

طبقه بندی پلیمرها

بر اساس ترکیب آنها، تمام مواد پلیمری به غیر آلی، آلی و آلی المان تقسیم می شوند. اولین آنها (میکا، آزبست، سرامیک و غیره) حاوی کربن اتمی نیستند. آنها بر اساس اکسیدهای آلومینیوم، منیزیم، سیلیکون، و غیره هستند. مواد پلیمری عنصر آلی ترکیباتی هستند که علاوه بر موارد ذکر شده، حاوی اتم های سیلیکون، آلومینیوم، تیتانیوم و سایر عناصر در زنجیره اصلی خود هستند که می توانند با رادیکال های آلی ترکیب شوند. چنین ترکیباتی در طبیعت وجود ندارد. اینها منحصراً پلیمرهای مصنوعی هستند. نمایندگان معمولی این گروه ترکیبات مبتنی بر سیلیکون ارگانوسیلی هستند که زنجیره اصلی آن از اتم های اکسیژن و سیلیکون ساخته شده است.

برای به دست آوردن پلیمرهایی با خواص مورد نیاز، فناوری اغلب از مواد "خالص" استفاده نمی کند، بلکه از ترکیب آنها با اجزای آلی یا معدنی استفاده می کند. یک مثال خوب مصالح ساختمانی پلیمری است: فلز-پلاستیک، پلاستیک، فایبرگلاس، بتن پلیمری.

ساختار پلیمری

خواص منحصر به فرد این مواد به دلیل ساختار آنها است که به نوبه خود به انواع زیر تقسیم می شود: خطی شاخه ای، خطی، فضایی با گروه های مولکولی بزرگ و ساختارهای هندسی بسیار خاص و همچنین نردبان مانند. بیایید به طور خلاصه به هر یک از آنها نگاه کنیم.

مواد پلیمری با ساختار منشعب خطی، علاوه بر زنجیره اصلی مولکول ها، دارای شاخه های جانبی هستند. از جمله پلیمرهایی می توان به پلی پروپیلن و پلی ایزوبوتیلن اشاره کرد.

مواد با ساختار خطی دارای زنجیره های بلند زیگزاگی یا مارپیچی هستند. ماکرومولکول های آنها در درجه اول با تکرار برش ها در یک گروه ساختاری یک پیوند یا واحد شیمیایی یک زنجیره مشخص می شوند. پلیمرهای با ساختار خطی با وجود ماکرومولکول های بسیار طولانی با تفاوت قابل توجهی در ماهیت پیوندها در طول زنجیره و بین آنها مشخص می شود. این به پیوندهای بین مولکولی و شیمیایی اشاره دارد. ماکرومولکول های چنین موادی بسیار انعطاف پذیر هستند. و این ویژگی اساس زنجیره های پلیمری است که منجر به ویژگی های کیفی جدیدی می شود: کشش بالا و همچنین عدم شکنندگی در حالت سخت شده.

حال بیایید دریابیم که مواد پلیمری با ساختار فضایی چیست. هنگامی که ماکرومولکول ها با یکدیگر ترکیب می شوند، این مواد پیوندهای شیمیایی قوی در جهت عرضی ایجاد می کنند. نتیجه یک ساختار مشبک است که دارای پایه غیر یکنواخت یا فضایی مش است. پلیمرهای این نوع نسبت به پلیمرهای خطی مقاومت حرارتی و سفتی بیشتری دارند. این مواد اساس بسیاری از مواد غیر فلزی ساختاری هستند.

مولکول های مواد پلیمری با ساختار نردبانی از یک جفت زنجیر تشکیل شده اند که توسط یک پیوند شیمیایی به هم متصل شده اند. اینها شامل پلیمرهای ارگانوسیلیکن است که با افزایش استحکام، مقاومت در برابر حرارت مشخص می شوند و علاوه بر این، با حلال های آلی برهمکنش ندارند.

ترکیب فازی پلیمرها

این مواد سیستم هایی هستند که از نواحی آمورف و کریستالی تشکیل شده اند. اولین آنها به کاهش سفتی کمک می کند و پلیمر را الاستیک می کند، یعنی قادر به تغییر شکل های بزرگ و برگشت پذیر است. فاز کریستالی به افزایش استحکام، سختی، مدول الاستیک و سایر پارامترها کمک می‌کند و در عین حال انعطاف‌پذیری مولکولی ماده را کاهش می‌دهد. نسبت حجم تمام این مناطق به حجم کل را درجه تبلور می گویند که پلی پروپیلن ها، فلوروپلاستیک ها و پلی اتیلن های با چگالی بالا حداکثر (تا 80٪) را دارند. پلی وینیل کلریدها و پلی اتیلن های کم چگالی سطح تبلور کمتری دارند.

بسته به اینکه مواد پلیمری هنگام گرم شدن چگونه رفتار می کنند، معمولاً به دو دسته ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند.

پلیمرهای گرماسخت

این مواد در درجه اول ساختار خطی دارند. هنگامی که گرم می شوند، آنها نرم می شوند، اما در نتیجه جریان به آنها واکنش های شیمیاییساختار به فضایی تغییر می کند و ماده به جامد تبدیل می شود. در آینده نیز این کیفیت حفظ می شود. پلیمرها بر اساس این اصل ساخته می شوند، حرارت بعدی آنها باعث نرم شدن ماده نمی شود، بلکه تنها منجر به تجزیه آن می شود. مخلوط ترموست نهایی حل یا ذوب نمی شود، بنابراین پردازش مجدد آن غیرقابل قبول است. این نوع مواد شامل اپوکسی ارگانوسیلیکن، فنل فرمالدئید و رزین های دیگر است.

پلیمرهای ترموپلاستیک

این مواد با حرارت دادن ابتدا نرم و سپس ذوب می شوند و با سرد شدن بعدی سفت می شوند. پلیمرهای ترموپلاستیک در طی این عملیات تحت تغییرات شیمیایی قرار نمی گیرند. این باعث می شود این فرآیند کاملاً برگشت پذیر باشد. موادی از این نوع دارای ساختار خطی یا خطی درشت مولکول ها هستند که بین آنها نیروهای کوچک و مطلقاً هیچ پیوند شیمیایی وجود ندارد. اینها شامل پلی اتیلن ها، پلی آمیدها، پلی استایرن ها و غیره است. فناوری مواد پلیمری گرمانرم شامل تولید آنها با قالب گیری تزریقی در قالب های آب خنک، پرس، اکستروژن، دمیدن و روش های دیگر است.

خواص شیمیایی

پلیمرها می توانند در حالت های زیر باشند: جامد، مایع، آمورف، فاز کریستالی و همچنین تغییر شکل بسیار الاستیک، چسبناک و شیشه ای. استفاده گسترده از مواد پلیمری به دلیل مقاومت بالای آنها در برابر محیط های تهاجمی مختلف مانند اسیدهای غلیظ و قلیایی است. آنها تحت تأثیر قرار نمی گیرند، علاوه بر این، با افزایش وزن مولکولی، حلالیت مواد در حلال های آلی کاهش می یابد. و پلیمرهای با ساختار فضایی اصلا تحت تاثیر مایعات ذکر شده قرار نمی گیرند.

مشخصات فیزیکی

بیشتر پلیمرها دی الکتریک هستند، علاوه بر این، آنها مواد غیر مغناطیسی هستند. در بین تمام مصالح ساختاری مورد استفاده، تنها آنها کمترین رسانایی حرارتی و بالاترین ظرفیت حرارتی و همچنین انقباض حرارتی (حدود بیست برابر بیشتر از فلز) را دارند. دلیل از بین رفتن سفتی واحدهای آب بندی مختلف در شرایط دمای پایین، به اصطلاح شیشه ای شدن لاستیک و همچنین اختلاف شدید بین ضرایب انبساط فلزات و لاستیک ها در حالت شیشه ای است.

ویژگی های مکانیکی

مواد پلیمری دارای طیف گسترده ای از ویژگی های مکانیکی هستند که به شدت به ساختار آنها بستگی دارد. علاوه بر این پارامتر، عوامل خارجی مختلف می توانند تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی یک ماده داشته باشند. این موارد عبارتند از: دما، فرکانس، مدت یا سرعت بارگذاری، نوع حالت تنش، فشار، ماهیت محیط، عملیات حرارتی و ... از ویژگی های خواص مکانیکی مواد پلیمری استحکام نسبتاً بالا با سفتی بسیار کم (در مقایسه با فلزات) است.

پلیمرها معمولاً به سختی تقسیم می شوند که مدول الاستیک آن برابر با E = 1-10 GPa (الیاف، فیلم ها، پلاستیک) و مواد نرم و بسیار الاستیک است که مدول الاستیک آن برابر با E = 1-10 MPa است. لاستیک). الگوها و مکانیسم تخریب هر دو متفاوت است.

مواد پلیمری با ناهمسانگردی مشخص خواص و همچنین کاهش استحکام و توسعه خزش در شرایط بارگذاری طولانی مشخص می شوند. در عین حال، مقاومت خستگی نسبتاً بالایی دارند. در مقایسه با فلزات، آنها با وابستگی شدیدتر خواص مکانیکی به دما متمایز می شوند. یکی از ویژگی های اصلی مواد پلیمری تغییر شکل پذیری (انطباق) است. مرسوم است که ویژگی های عملیاتی و تکنولوژیکی پایه آنها را با استفاده از این پارامتر در یک محدوده دمایی وسیع ارزیابی کنید.

مواد کفپوش پلیمری

حال به یکی از گزینه ها نگاه می کنیم کاربرد عملیپلیمرها، طیف احتمالی این مواد را آشکار می کند. این مواد به طور گسترده در ساخت و ساز و تعمیرات و کارهای تکمیلی، به ویژه در پوشش کف استفاده می شود. محبوبیت بسیار زیاد با ویژگی های مواد مورد بحث توضیح داده می شود: آنها در برابر سایش مقاوم هستند، هدایت حرارتی پایینی دارند، جذب آب پایینی دارند، کاملا بادوام و سخت هستند و کیفیت رنگ و لاک بالایی دارند. تولید مواد پلیمری را می توان به سه گروه تقسیم کرد: مشمع کف اتاق (نورد)، محصولات کاشی و مخلوط هایی برای ایجاد کف بدون درز. اکنون به طور خلاصه به هر یک از آنها می پردازیم.

مشمع کف اتاق بر اساس انواع مختلف پرکننده ها و پلیمرها ساخته می شوند. آنها همچنین ممکن است حاوی نرم کننده، مواد کمکی پردازش و رنگدانه باشند. بسته به نوع مواد پلیمری، پوشش های پلی استر (گلیفتالیک)، پلی وینیل کلراید، لاستیک، کلوکسیلین و سایر پوشش ها وجود دارد. علاوه بر این با توجه به ساختار خود به بی پایه و با پایه عایق صدا و حرارت، تک لایه و چند لایه با سطح صاف، کرک دار و موجدار و تک رنگ و چند رنگ تقسیم می شوند. .

مواد برای کف بدون درز راحت ترین و بهداشتی ترین برای استفاده هستند، آنها بسیار بادوام هستند. این مخلوط ها معمولا به سیمان پلیمری، بتن پلیمری و پلی وینیل استات تقسیم می شوند.