ПОЛИМЕРЫ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ

Строение и свойства полимеров

Пластическими материалами называют большую группу веществ, основой которых являются природные или искусственные высокомолекулярные соединения с молекулами, состоящими из сотен или тысяч атомов, соединенных между собой силами химических связей. Такие молекулы называют макромолекулами.

Строение этих веществ характеризуется повторением одних и тех же элементарных звеньев. Например, у полиэтилена таким звеном служит группа атомов мономера —СН2—СН2—, составляющих молекулу этилена. Если через п обозначить число элементарных звеньев в макромолекуле, то химическое строение этого вещества можно выразить сокращенной формулой

Такие высокомолекулярные соединения называют полимерами. Подобным многократным повторением элементарных звеньев характеризуется химическое строение высокомолекулярных веществ.

С изменением молекулярной массы изменяются свойства данного высокомолекулярного соединения — его прочность, температура плавления, степень эластичности.

Макромолекулы, образующие полимеры, могут иметь различное строение: в виде длинных нитей линейной формы или той же формы с разветвленными боковыми отростками (рис. 7.1).

Разветвленные линейные полимеры отличаются по физико-механическим свойствам от линейных. Чем длиннее боковые цепи, тем слабее межмолекулярные силы и тем мягче и эластичнее получается полимер. Уменьшение боковых цепей, наоборот, увеличивает жесткость полимера.

Строение молекул полимеров

Рис. 7.1. Строение молекул полимеров:

а — линейной формы; б — разветвленной с боковыми отростками; в — разветвленной с привитыми сополимерами; г — сетчатой структуры (сшитые)

Разветвленной структурой обладают и так называемые привитые сополимеры. Особенность таких полимеров заключается в том, что основная цепь их построена из звеньев одного химического состава, а длинные боковые ответвления — из звеньев другого химического состава. Таким образом, свойства основного полимера обогащаются за счет привитого полимера.

Пространственные полимеры с поперечными связями между макромолекуляр- ными цепями называются сетчатыми полимерами, представляющими собой как бы ряд линейных макромолекул, скрепленных («сшитых») поперечными химическими связями в единую пространственную сетку, которая формально может рассматриваться как гигантская молекула. С увеличением числа поперечных связей эластичность полимеров постепенно сменяется упругостью, затем снижается упругость и возрастает хрупкость.

Современное производство полимеров базируется на реакциях химического синтеза полимеризации и поликонденсации.

Все полимеры по поведению при нагревании подразделяются на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагревании постепенно приобретают возрастающую пластичность. Они часто переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении вновь возвращаются в твердое состояние. Эти свойства не утрачиваются и при многократном нагревании и охлаждении.

Термопластичные полимеры в большинстве случаев имеют линейную или разветвленную структуру макромолекул. Поэтому они, как правило, растворяются в каком-либо органическом растворителе.

Термопластичные полимеры широко применяют в производстве пластичных пленок, лакокрасочных материалов, искусственного волокна и т. п. К более распространенным термопластичным полимерам следует отнести: полиэтилен, полиметилметакрилат, полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат, полифторэтилен и др.

Термореактивные полимеры при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние, но при длительном действии повышенной температуры превращаются в термостабильный полимер — твердую массу, не переходящую при повторном нагревании в пластичное состояние.

Из термореактивных полимеров широко используются фенолформальдегидные, аминоформальдегидные, эпоксидные полимеры и термореактивные полиэфиры.

Свойства полимера зависят от характера входящих в него элементов, структурного сочетания в нем молекул, величины молекулярного веса. Например, полиэтилен с молекулярной массой около 500 — вязкая жидкость, а с молекулярной массой 40—50 тысяч — твердое вещество.

В строительстве полимеры применяют главным образом в виде пластических масс и изделий из них.

В пластмассы помимо полимеров входят другие весьма важные составные части: наполнители, пластификаторы, красители, катализаторы и пр. Наполнителями могут быть порошкообразные, волокнистые, листовые материалы, которые вводят в массы с целью придания пластмассам требуемых свойств и удешевления.

В качестве порошкообразных наполнителей применяют тальк, мел, кварцевую муку, графит, сульфат бария и другие измельченные материалы. В качестве волокнистых наполнителей используют асбестовое волокно, хлопковые очесы, которые повышают механическую прочность при изгибе. Листовыми наполнителями служат листы бумаги, древесный шпон, стеклянная ткань, асбестовый картон и др.

Пластификаторы (диоктилфталат, дибутилфталат, камфора, олеиновая кислота, стеарат алюминия и др.) вводят в пластмассу, чтобы придать ей большую пластичность.

Для получения пористых материалов вводят специальные вещества — порообразователи (двууглекислый натрий, углекислый аммоний и др.).

В качестве красителей пластмасс применяют органические красители (нигрозин, пигмент желтый, хризоидон и др.) и минеральные пигменты (охру, мумию, сурик, умбру, ультрамарин, оксид хрома).

Катализаторы прибавляют к некоторым пластмассам для сокращения времени отвердевания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >