Полимерная продукция это: Полимерные изделия

Содержание

Полимерные изделия

Рассмотрим общие характеристики полимерных изделий.

Пластмасса — материал, основным компонентом которого являются полимеры и их смеси, обладающий свойством перерабатываться в изделия в вязко-текучем или высоко-эластичном состоянии.

Полимер — группа материалов, основным компонентом которых являются высокомолекулярные соединения.

Сополимер — гомополимеры, видоизмененные за счет внедрения других нехарактерных групп или мономеров. (Различают блок-сополимер или привитые сополимеры).

Гомополимер — полимер состоящий из одинаковых мономеров. (Чистый полимер).

Мономер — это низкомолекулярные вещества, являющиеся основой полимеров.

Полимерную упаковку изготавливают из следующих видов

Целофан (ЦЛ) получают при химической переработке целлюлозы. Применяют в виде пленок и волокон. Достоинства: высокие гигиенические свойства, сравнительно низкая газопроницаемость, высокая проницаемость паров воды, устойчивость к жирам.

Недостатки: низкая прочность во влажном состоянии, высокая намокаемость. Получают разнообразные пленки широкого применения, употребляют с учетом свойств присущих ЦЛ.

Эфиры целлюлозы, производные получают этерификацией целлюлозы. Получают: диацетаты, триацетаты, ацетобутираты, этролы и т. п Пленки на их основе хорошо воспринимают печать, следовательно декорируются.

Полиэтилен (ПЭ) впервые был получен путем полимеризации газа этилена. Считается самым объемным по производству и дешевым полимером.

Выпускают три марки ПЭ:

1) ПЭ высокого давления ПЭВД получают при давлении в 1500 атмосфер и температуре 200 °С. Отличается более низкой плотностью, разветвленной формой молекул, эластичностью, мягкостью, гигиеничностью. В основном, это пленки и волокна;

2) ПЭ низкого давления ПЭНД — при давлении в 6 атмосфер и обычной температуре, но в присутствии катализатора Циглера Натта. Отличается высокой плотностью, линейной формой молекул, твердостью, меньшей гигиеничностью по отношению к ПЭВД. Изготавливают ведра, канистры и другие жесткие изделия;

3) ПЭ среднего давления ПЭСД — при давлении 30-40 атмосфер.

В целом, ПЭ довольно морозостойкие, малотермостойкие, подвержены процессу старения, в следствие чего добавляют стабилизаторы в виде аминов. Широко применяется для производства жесткой тары и однослойных или комбинированных упаковочных пленок. ПЭВД чаще применяется для производства потребительской тары, ПЭНД — для производства транспортной тары (бочки, ящики, паллеты и др).

Полипропилен (ПП) начал выпускаться путем полимеризации газа пропилена с катализатором Циглера Натта (горючий, взрывоопасный). От ПЭ отличается большей прозрачностью, гладкостью, блестящей поверхностью, твердостью и жесткостью,

а также термостойкостью, но меньшей морозостойкостью, дает меньшую усадку при охлаждении готовых изделий, сильнее подвержен старению. Эти качества определяют обширную сферу применения ПП.

Выпускают ориентированный и двуосноориентированный полипропилен.

Поливинилхлорид (ПВХ) получают полимеризацией жидкости винилхлорида. Выпускают двух видов:

1) твердый винипласт — используется как конструкционный материал;

2) ПВХ-пластикат — когда в ПВХ смолу добавляют большое количество 50-60% пластификатора. Он нашел применение в производстве пленок.

Известны сополимеры ПВХ:

1) ПВХ и акрилонитрил — пищевые пленки для упаковки;

2) ПВХ и винилиденхлорид — пленки, получившие название сополимер хлористого винила, сарановые пленки — термоусадочные пленки для упаковки продуктов сложной формы;

3) ПВХ и винилацетат — получают мягкую смолу для производства пленок, лакокрасочных материалов, клеев, грампластинок и пр.

В целом ПВХ малотермостоек (до +70 °С). Его морозостойкость зависит от вида пластификатора, имеет большую химическую стойкость, хороший диэлектрик. Сфера применения полимера обусловлена его свойствами.

Полистирол (ПС) получают полимеризацией стирола. Классический ПС очень прозрачен, имеет высокое светопреломление, химическую стойкость, но хрупкий и мало термостойкий (до +80 °С) с высокими изоляционными свойствами.

Для производства упаковки применяют ПС высокой молекулярной массы, который обладает высокими оптическими свойствами, прозрачностью, устойчивостью к воздействию воды, растворов кислот и щелочей, устойчивостью к некоторым органическим растворителям. Пленки из ПС прозрачные, но жесткие, поэтому чаще выпускают жесткую тару из ПС. ПС легко формуется, хорошо декорируется и сваривается.

Выпускают сополимеры ПС:

1) ударопрочный ПС и каучуки акрилонитрильные, бутадиеновый. Изготовляют сантехоборудование;

2) акрилбутадиенстирольный — твердый, ударопрочный, легко окрашивающийся материал для корпусов телевизоров, деталей бытовой аппаратуры.

Полистирол и его сополимеры выделяют стирол (ядовитое вещество), поэтому его содержание ограничивается. Выпускают марки «пищевого» и «непищевого» ПС, а также вспененный ПС или стиропор. Из-за его высоких морозостойких и термостойких свойств он нашел довольно широкое применение для выпуска пористых лотков для пищевых продуктов, требующих заморозки, а также стаканчиков под горячее (супы быстрого приготовления).

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) относится к классу полиэфиров, производится синтезом терефталевой кислоты и этиленгли-коля или смеси этиленгликоля и диэтиленгликоля. Он химически инертен, что дает возможность использовать упаковку из него для химической группы товаров. Пленки из ПЭТФ очень прочные, прозрачные, блестящие, выносят большие колебания температур, вследствие чего могут использоваться для продуктов, подвергаемых глубокой заморозке или стерилизации. Выпускают комбинированные пленки: лавсан, ПЭ, лавсан, сополимеры ПЭ, ПП и др. Они позволяют снизить температуру сваривания пленки, следовательно, используются в качестве упаковки широкой группы товаров. Еще одним достоинством ПЭТФ является низкая проницаемость к углекислому газу, вследствие чего бутылки из ПЭТФ широко применяют для фасовки и хранения газированных напитков.

Полиамиды (ПА) — полярные полимеры, характеризуются высокой механической прочностью, особенно в ориентированном состоянии, эластичностью, термо-, жиро- и химической стойкостью, низкой газопроницаемостью, однако высокая гигроскопичность и паропроницаемость являются их недостатками.

ПА нашли широкое применение в производстве пленок для упаковки пищевых продуктов, упаковки для масел животного и растительного происхождения, оболочек колбас и сосисок.

Вследствие высоких барьерных свойств ПА, их могут использовать как промежуточный слой в многослойных пленках.

Поликарбонат (ПК) — по химическому строению является производным угольной кислоты, в которой атомы водорода замещены на органические радикалы. Пленки из него обладают высокими прочностными показателями, низкой паро- и газопроницаемостью, большим интервалом колебания температур (от -100 °С до +200 °С), устойчивы к изгибам. Эти свойства обусловливают сферу применения упаковок из ПК. Они широко применяются для упаковок продуктов, которые стерилизуются, замораживаются, а также нагреваются в микроволновой печи.

Полиуретаны (ПУ) получаются синтезом диизоцианитов (жесткий блок) и полиэфиров (мягкий блок). Могут бьггь в высокоэластичном (эластомеры) или твердом стеклообразном состоянии. Вспененные ПУ (поролон) используют в качестве амортизаторов, прокладочных, вспомогательных материалов для транспортной тары.

Перечисленные виды полимеров являются основными при производстве полимерной упаковки.

Полимерная продукция от компании «Сток Полимер»

Компания «Сток Полимер» является одним из отечественных производителей, которые выпускают продукцию из полимеров. В каталоге компании вы можете выбрать такие изделия, как труба газовая пнд, трубы для систем водоснабжения, канализации и прочих систем. Производство обладает самым современным оборудованием, которое позволяет производить большие объемы продукции с очень точными размерами и диаметрами, выполнять даже индивидуальные заказы на подобного рода продукцию. Стоит отметить, что вся продукция компании полностью отвечает всем мировым нормам и стандартам. В ассортименте продукции клиенты могут выбрать и дополнительные аксессуары, такие, как пнд фитинги, расходные материалы.

Главная задача компании – это максимально возможное удовлетворение всех потребительских желаний клиентов, предоставление им самого широкого ассортимента качественной, надежной и с длительным сроком эксплуатации продукции. При этом, каталог продукции постоянно пополняется новыми наименованиями продукции. При производстве продукции, специалисты компании всегда проводят тщательный и строгий контроль, что всегда гарантирует клиентам высокое качество изделий и полное отсутствие дефектов. Что касается стоимости изделий, то компания ведет демократичную ценовую политику, что выражается в доступности всех цен и полном их соответствии качеству продукции.

Сегодня компания http://www.stockpolymer.ru/ во много раз расширила свой ассортимент и это помогает клиентам совершать комплексные покупки всего необходимого, для организации систем трубопроводов различного назначения. Когда вы начинаете сотрудничать с компанией, вы можете заключить договор на кратковременные или длительные партнерские отношения. При этом, компания никогда не нарушает тех условий, которые вы обговорили в контракте, всегда соблюдает сроки доставок продукции. Благодаря тому, что на производстве присутствует и собственные складские помещения, весь ассортимент продукции компании, всегда есть в наличии в необходимом клиентам количестве.

При необходимости, вы можете получать всяческую поддержку от компании: бесплатные консультации, ответы на ваши вопросы технического, качественного и эксплуатационного характера. Заказы клиентов всегда комплектуются в полном соответствии с их требованиями, доставляются точно в срок. На сайте компании вы можете более подробно ознакомиться со всей полезной информацией и оформите свою заявку на полимерную продукцию высокого качества в нужном вам количестве.

Дата: 24 марта 2015



 

Популярные материалы


Полимерный завод «Флотенк»

В течение последних нескольких лет в Российской Федерации был построен целый ряд заводов по производству полимерных изделий, которые ныне выпускают самую различную продукцию, пользующуюся на отечественном рынке высоким спросом. К их числу относятся и предприятия, принадлежащие компании «Флотенк», находящиеся в Санкт-Петербурге и Екатеринбурге. Эти заводы полимерных изделий оснащены современным технологическим оборудованием и выпускают широкий ассортимент стеклопластиковых изделий самого высокого качества и различного назначения.

Особенности производства

Заводы композитно-полимерных изделий «Флотенк» были спроектированы и оснащены таким образом, чтобы обеспечить выпуск максимально широкого спектра продукции в минимально возможные сроки. Очень важным условием (которое, кстати говоря, было полностью соблюдено) являлось то, что оборудование, смонтированное на этих производственных площадках, должно быть универсальным, чтобы обеспечивать быструю перенастройку на выпуск изделий различных типов и характеристик.

На сегодняшний день полимерные заводы «Флотенк» выпускают самую различную стеклопластиковую продукцию с изначально заданными свойствами. Это позволяет компании наилучшим образом удовлетворять потребности своих клиентов, гарантируя кратчайшие сроки изготовления нужных им изделий, самое высокое их качество, и предоставляя длительную фирменную гарантию.

Ассортимент продукции

Заводы полимерных композитов в Санкт-Петербурге и Екатеринбурге, которыми владеет компания «Флотенк», выпускают самые разнообразные стеклопластиковые емкости, профили, элементы контейнеров, трубы и многие другие востребованные рынком изделия. Необходимо особо отметить, что на этих заводах производителях полимерной продукции выпускаются как серийные изделия, так и те, которые изготавливаются по индивидуальным заказам.

Возможность быстрой перенастройки оборудования и высокий уровень квалификации персонала позволяют изготавливать самые различные изделия в кратчайшие сроки. Особое внимание уделяется обеспечению их высочайшего качества.

Контроль качества

Контроль качественных параметров на полимерных заводах компании «Флотенк» организован таким образом, что все изделия проходят строжайшую проверку на всех этапах технологического процесса изготовления. Поэтому вероятность поставки заказчикам продукции, не соответствующей указанным в технической документации параметрам, или имеющей какие-либо производственные дефекты сведена практически к нулю.

Изделия из полимерных материалов | Строительный портал

Полимеры окружают нас повсюду, большинство предметов общего употребления изготовлены именно из них. Существует несколько видов полимерных материалов. Об их особенностях, свойствах и характеристике поговорим далее.

Оглавление:

  1. Классификация полимерных материалов и изделий
  2. Технология производства полимерных материалов
  3. Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Классификация полимерных материалов и изделий

Полимерные материалы объединяют в себе несколько групп пластика синтетического происхождения. Среди них отметим:

  • полимерные вещества;
  • пластмассовые составы;
  • ПКМ — полимерные композитные материалы.

В каждой из перечисленных групп присутствует полимерное вещество, с помощью которого можно определить характеристику того или иного состава. Полимеры являются высокомолекулярными веществами, в которые вводят специальные добавки, то есть стабилизаторы, пластификаторы, смазки и т.д.

Пластмасса — является композиционным материалом, в основе которых лежит полимер. Кроме того, в их составе содержится наполнитель дисперсного или коротковолокнистого типа. Наполнители не склонны к образованию непрерывных фаз. Различают два вида пластмассовых веществ:

  • термопластик;
  • термоактивы.

Первый вариант пластмасс склонен к расплавлению и дальнейшему использованию, второй вариант пластмассы не склонен к расплавлению под воздействием высокой температуры.

В соотношении со способом полимеризации, пластмассы добывают с помощью:

  • поликонцентрирования;
  • полиприсоединений.

Рассматривая виды полимерных веществ, выделим:

1. Вид полиоэфинов — полимеры с одинаковой химической природой относятся к данной разновидности полимеров. В их составе присутствует два вещества:

  • полиэтиленовое;
  • полипропиленовое.

Каждый год, в мире производят более ста пятидесяти тонн таких полимеров. Среди преимуществ полиоэфинных веществ отметим:

  • стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
  • устойчивость перед окислителями и разрывом;
  • механическая стойкость;
  • отсутствие усадки;
  • изменение свойств при необходимости.

Если сравнивать полиоэфины с другими типами полимерных веществ, то первые отличаются наибольшей экологической безопасностью. Для их изготовления и переработки материалов необходимо минимальное количество энергии.

2. Полиэтилен широко распространен в процессе упаковки любых изделий. Среди преимуществ использования данного материала отметим широкую сферу применения и отличные эксплуатационные характеристики.

Строение полиэтилена довольно простое, поэтому он легко кристаллизуется.

Полиэтиленовые вещества с высоким давлением. Данный материал отличается наличием легкого матового блеска, пластичностью, наличием волнообразной текстуры. Данный вид пленки отличается высокой механической стойкостью, устойчивостью перед ударами и разрывом, прочностью даже при морозе. Для его размягчения потребуется наличие температуры около ста градусов.

Полиэтиленовые вещества с низким давлением. Пленки такого типа имеют жесткую, прочную основу, которая отличается меньшей волнообразностью, по сравнению с предыдущим вариантом полиэтилена. Для стерилизации данного вещества используется пар, а температура его размягчения составляет более ста двадцати одного градуса. Несмотря на наличие высокой стойкости перед сжатием, пленка отличается более низкими характеристиками стойкости перед ударом и разрывом. Однако, среди их преимуществ также отмечают стойкость перед влагой, химическими веществами, жиром, маслом.

Использование полиэтилена при комнатной температуре позволяет получить более мягкую и гибкую его текстуру. Однако, в морозных условиях, данные характеристики сохраняются. Поэтому полиэтилены используются для хранения замороженной продукции. Однако, при повышении температуры до ста градусов тепла, характеристики полиэтилена изменяются, он становится непригодным к использованию.

Полиэтилен низкого давления используется при изготовлении бутылок и для упаковки разного рода веществ. Он обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Полиэтилен высокого давления более широко применим как упаковочный полимер. У него присутствует низкая кристалличность, мягкость, гибкость и доступная стоимость.

3. Полипропилен — материал у которого присутствует отличная прозрачность, высокая температура расплавления, химическая стойкость и устойчивость перед влагой. Полипропилен способен пропускать пар, неустойчив перед кислородом и окислителями.

4. Поливинилхлорид — довольно хрупкий и не эластичный материал, который чаще всего используется в качестве добавки к полимерам. Отличается дешевой стоимостью, высоковязким расплавом, термической нестабильностью, а при нагреве, склонен выделять токсичные вещества.

Технология производства полимерных материалов

Изготовление полимеров — довольно сложный процесс, для выполнения которого следует учитывать многие технические моменты работы с данными материалами. Различают несколько разновидностей технологий изготовления материалов на полимерной основе. Полимерные материалы, изделия, оборудование, технологии, методы:

  • вальцево-каландровый метод;
  • применение трехкомпонентной технологии;
  • использование экструзии термопластиковых изделий;
  • метод литья полимеров крупной, средней и маленькой формы;
  • формирование полистирольных веществ;
  • изготовление плит из пенополистирола;
  • выдувной метод;
  • изготовление изделий на основе ППУ.

Самыми популярными методами производства изделий из полимерных материалов являются выдув и термоформировка. Для выполнения первого метода главными исходными материалами выступает полиэтилен и полипропиленовые составы. Среди основных характеристик полиэтилена отметим быструю усадку, стойкость к температурной нестабильности. С помощью выдува формируются изделия объемной формы.

С помощью термической формировки удается сделать пластиковую посуду. В таком случае, процедура изготовления изделий состоит из трех этапов. Вначале определяют количество пластика, далее он помещается в предварительно подготовленную форму, далее производится его расплавливание. Пластмасса устанавливается под прессом, далее она закрывается. В формирующей станции изделия доводится до нужной формы, на следующем этапе производится его охлаждение и затвердение. Далее изделие извлекают из формы и выбрасывают в специальный резервуар.

Использование современного оборудования для изготовления пластмассовых изделий, позволяет получить вещество, отличающееся прочностью, длительностью эксплуатации.

Выделяют оборудование автоматизированного типа, с его помощью также производят полимерные вещества. В таком случае, в процессе работы над полимерными изделиями человеческий фактор практически отсутствует вся работа проводится специальными роботами.

С помощью применения автоматизированного оборудования удается получить вещества, отличающиеся более высоким качеством, широким ассортиментом продукции и снижением расходов на их изготовление.

Различают огромное количество изделий из полимерных материалов. Они различаются между собой по величине, способу изготовления, составу, Для изготовления полимеров используют вещества в виде:

  • натуральных полиамидов с содержанием стекловолокна;
  • полипропиленов, которые делают изделия стойкими перед морозом;
  • поликарбонатов;
  • полиуретана;
  • ПВХ и т.д.

Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Любая кровля должна быть долговечной и надежной. Довольно популярными отделочными материалами для кровли являются изделия на основе полимерных материалов. Среди преимуществ их использования отметим:

  • высокую степень эластичности;
  • надежность;
  • отличную прочность;
  • стойкость перед растяжением и механическими повреждениями;
  • установка практически в любом климатическом регионе;
  • легкий монтаж и простая эксплуатация;
  • длительность эксплуатации.

Использование мембранной кровли полимерного состава основывается на механическом креплении сначала теплоизоляционного и гидроизоляционного слоев. С помощью мембраны удается создать различные по форме и конфигурации кровли зданий.

Выделяют несколько видов полимерных мембран в зависимости от их состава и основных характеристик:

  • поливинилхлоридные мембраны, в составе которых присутствуют дополнительные наполнители;
  • мембраны на основе пластичных полиэфинов;
  • мембраны, в составе которых присутствует этиленпропилендиенпономер.

Первый вариант мембраны отличается особой популярностью. Основным составляющим веществом мембраны является поливинилхлорид и разного рода добавки. С их помощью состав становится более устойчив перед низкой температурой. В качества армирования пленки используется сетка из полиэстера. Она делает изделие более прочным и стойким к разрыву. Именно с помощью данных характеристик удается обеспечить механическое крепление пленки.

Если рассматривать недостатки ПВХ мембран, то стоит отметить потерю их эластичности, по прошествии определенного периода эксплуатации. Так как, добавки, присутствующие в их составе со временем теряют свойства. Кроме того, данный материал ни в коем случае не используется с гидроизоляторами на битумной основе, они между собой несовместимы. Длительность эксплуатации ПВХ мембран составляет не более тридцати лет.

Мембраны на основе термопластичных полиэфинов содержат в составе каучук и особые вещества, улучшающие их пожарную безопасность. В данном материале удается удачность скомбинировать пластичность и резину. Среди их преимуществ отметим:

  • совместимость с веществами на битумной основе;
  • длительность эксплуатации, не нуждаются в ремонте до сорока лет;
  • существует возможность ремонта поверхности, при необходимости;
  • легки в монтаже;
  • более длительный срок эксплуатации, по сравнению с материалами на основе ПВХ.

Среди недостатков отметим только более высокую стоимость такой кровли. Которая вполне перекрывается всеми ее достоинствами.

Мембраны на основе ЭПДМ отличаются отличной стойкостью перед климатическими изменениями, эластичностью и длительностью эксплуатации.

Среди большого количества полимерных строительных материалов и изделий, к особой группе относят наличную полимерную кровлю. Среди преимуществ ее применения, отмечают:

  • отличные гидроизоляционные характеристики;
  • высокий уровень прочности;
  • стойкость к изменению температуры;
  • высокий уровень морозостойкости;
  • отсутствие стыков;
  • высокая стойкость к механическим повреждениям и износу;
  • стойкость перед гниением;
  • разнообразие цветовых решений;
  • легкость выполнения монтажных работ;
  • срок эксплуатации составляет около пятнадцати лет.

Полимерная кровля наливного характера очень схожа с мембраной, однако, они различаются в технологии монтажа материала. В зависимости от технологии наливки кровли она бывает:

  • полимерной;
  • полимерно-резиновой.

Первый вариант более распространен из-за наличия в нем огромного количества преимуществ. Для нанесения данного типа кровли потребуется налить состав на поверхность и равномерно распределить его с помощью кисти или валиком. Главным преимуществом данной кровли является полная ее герметичность, эластичность и монолитность.

В соотношении с технологией установки наливной кровли, она бывает:

  • армированной;
  • неармированной;
  • комбинированной.

Наливная кровля с армированием содержит в своем составе цельную битумную эмульсию и дополнительное армирование с помощью стеклоткани. Неармированное покрытие состоит из эмульсионного материала, который наносится непосредственно на кровлю, толщиной около 1 мм. Комбинированный вариант предполагает использование полимерных мастик, гидроизоляционных материалов рулонного типа, верхнего слоя, в составе которого присутствует каменная крошка, гравий и краска на влагостойкой основе. Нижний слой кровли содержит подкладку в виде недорогого рулонного материала. При этом, армирование обеспечивается верхним слоем из каменной крошки.

В составе полимерной наливной кровли присутствует:

  • композиции полимерного типа;
  • наполнители, повышающие эксплуатационные характеристики материала;
  • грунтовка, с помощью которой выполняется подготовка основания перед нанесением кровли;
  • армирующий состав — полиэфирное волокно или стеклоткань.

Довольно распространенным вариантом является использование кровли на основе полиуретана. Она отлично ложится на поверхность и легко устанавливается на сложных участках вблизи дымохода или телевизионной антены. Полиуретан делает кровлю схожей с резиной, он придает ей таких качеств как стойкость к перепаду температур, длительность эксплуатации.

Еще одним вариантом полимера на органической основе, используемого в процессе ремонта и изготовления наливной кровли, является полимочевина. Среди ее преимуществ отметим:

  • очень быстрая полимеризация, для хождения по кровле достаточно подождать один час после нанесения материала;
  • способность проводить работы при температуре до -16 и высокой влажности;
  • отличные электроизоляционные характеристики;
  • стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
  • пожарная безопасность и стойкость перед высокой температурой;
  • длительность эксплуатации;
  • экологическая безопасность.

Применение полимерных материалов и изделий связано с разными отраслями промышленности и общественности. Использование полимочевины особо актуально в регионах с нестабильным климатом и резкими изменениями температурного режима.

Производство полимерных изделий на заказ в спб

  1. Главная
  2. Изделия
  3. Материал изделий
  4. Из полимеров

Наша компания производит изделия из различных видов полимеров. Для каждого проекта мы подбираем наиболее подходящий материал. Специалисты консультируют на всех этапах производства. Мы создаем пробные образцы каждого элемента на проверку. Доставляем готовую продукцию в любой город России.

ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ПРОЕКТОВ

Форма быстрого заказа

ПЛЮСЫ НАШЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 

Консультация

Менеджеры компании помогут выбрать идеальный для ваших целей и потребностей полимерный материал.

Производственные мощности

Более 2 000 м² рабочего пространства, оснащенного различными станками с ЧПУ: 7 методов производства.

Работаем строго по ТЗ

Следуем ТЗ клиента. Производим изделия по его требованиям и пожеланиям. Согласовываем все решения.

Можем сделать доработку

Доработаем любое изделие по ТЗ и чертежам клиента. Произведем любую модификацию по его требованиям.

Точное копирование образца

Произведем изделие строго по образцу клиента. Самостоятельно разработаем чертеж и подберем материалы.

Тестовый образец изделия

Производим тестовый образец, корректируем после комментариев клиента. Исключаем брак.

  

КЛИЕНТЫ И ПАРТНЕРЫ

Наши постоянные клиенты на протяжении многих лет доверяют нам реализацию своих проектов. Мы дорожим нашими партнерскими отношениями, стараемся не сбавлять обороты и каждый раз создаем продукцию высшего качества.

Наша компания на собственном предприятии изготавливает с нуля изделия из полимерных материалов. За годы работы мы научились создавать продукцию, которая на 100% подходит для выполнения своих задач. Мы ориентируемся на бюджет, сроки, задачи клиента. Оценка этих факторов позволяет нам придерживаться высоких стандартов работы.

Мы оборудовали производственные линии станками с ЧПУ, которые позволяют обрабатывать различные полимерные материалы и сырье, чтобы получить изделие именно с необходимыми клиенту параметрами, формой и свойствами.

ВИДЫ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ

Несколько производственных линий оборудованы станками с ЧПУ по лазерной резке, фрезеровке, вакуумной формовке, токарной обработке, литью под давлением, сварке пластика, ультразвуковой сварке. Этот арсенал постоянно обновляется, он позволяет нам собственными силами обрабатывать множество видов пластика и создавать корпусы, детали на заказ. Для нас это важно, поскольку мы можем контролировать каждый этап производства, быть уверенными в том, что финальное изделие выполняет свои задачи.

Способ обработки выбирает технолог совместно с инженерами на производстве. Они оценивают дизайн детали, вид пластика или полимера и чертежи. Их может подготовить заказчик или наши инженеры-конструкторы. Перед запуском партии мы совместно с заказчиком тестируем образец. На основе результатов теста принимается решение о корректировках и последующем производстве партии.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

  • Небольшая масса. Пластиковые детали, корпусы отличаются небольшим весом в сравнении с аналогами из других материалов. Оргстекло при схожих свойствах имеет в несколько раз меньший вес, чем обычное стекло. Этим и обуславливается активное использование полимеров.
  • Стойкость к химическим веществам, солям, неблагоприятным погодным условиям, экстремально низким и высоким температурам, механическому давлению.
  • Диэлектрические свойства.
  • Безопасность для человека. В повседневной и рабочей среде люди часто окружены различными полимерными изделиями, контактируют с ними каждый день или несколько раз в день. Поэтому это качество одно из самых решающих преимуществ этой группы материалов.

ДОСТАВКА

Продукция из полимеров создается на нашем предприятии, которое находится в Санкт-Петербурге. Служба логистики забирает упакованные товары и доставляет их клиентам в любой город России.

Емкости из полимерных материалов — эластичные резервуары-нефтетанки

Современные темпы развития нефтедобывающей отрасли, стали той двигающей силой, которая послужила разработке и внедрению гибких полимерных эластичных прочных емкостей нового поколения – нефтетанков. Особенностью мягких резервуаров является используемый при их изготовлении специальный материал, состоящий из полиуретана и поливинилхлорида, а также современная технология их производства «двойного шва со сдвигом», что в совокупности обеспечивает высокую прочность, герметичность, экологичность, отличные эксплуатационно-технические характеристики и надежность на долгие годы.


Эластичный полимерный резервуар является закрытой герметичной оболочкой, которая по форме напоминает большую подушку. Такие емкости из полимерных материалов выпускаются разных типовых размеров с возможностью изготовления на заказ, что обеспечивает удовлетворение потребностей широкого круга потребителей. Эластичные емкости преимущественно используют для хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов, а также они нашли свое применение в следующем:

  • в сельском хозяйстве – в качестве емкостей для хранения удобрений;
  • в противопожарных целях – резервуары используются для хранения технической воды;
  • в пищевой промышленности – в качестве емкостей для питьевой воды, масла, соков, алкогольной продукции и других пищевых жидкостей;
  • резервуары выступают в роли средства для ликвидации аварий, связанных с разливом нефтепродуктов или трубопроводных аварий;
  • при трубопроводном строительстве;
  • при техническом обслуживании трансформаторов резервуары используются в качестве места, где безопасно хранится трансформаторное масло.

Как эксплуатируются эластичные емкости из полимерного материала?

Мягкие резервуары отличаются легкостью и минимальными временными затратами на проведение монтажа и демонтажа, небольшим весом и малыми габаритами в сложенном виде, комфортной транспортировкой, антикоррозийными свойствами, сейсмоустойчивостью, что способствует их эффективной эксплуатации с надлежащей сохранностью содержимого с исключением протечек и загрязнения почвы.

Благодаря своей мобильности, эластичные емкости подлежат многоразовому использованию, что в некоторых случаях является основополагающим, так как дает возможность в случае необходимости оперативно переместить мягкие резервуары на новую локацию. Для развертывания одного мягкого резервуара необходимо потратить всего 20 минут и привлечь бригаду в несколько человек. Они выпускаются объемом до 250 м 3, но на заказ, возможно, изготовление емкости с использованием полимерного материала большого размера – до 500 м или по индивидуальным  размерам. Для более комфортного использования эластичных емкостей к ним предусматривается стандартная комплектация в виде одного отвода для слива и залива топлива, а также дополнительным комплектом оборудования: насосно-перекачивающим модулем и насосами, рукавами, приборами учета и контроля, арматурой быстрого соединения, молниезащитой, освещением и пр. Высокие технико-эксплуатационные характеристики мягких резервуаров позволяют им выдерживать большие нагрузки и применяться для организации складов запаса топлива, которые смогут обеспечить бесперебойную работу любого вида техники в полевых условиях в труднодоступной местности без необходимости проведения большого комплекса подготовительных работ на поверхности, занимаемой резервуаром.

Емкости из полимерного материала – нефтетанки являются новым словом во многих отраслях промышленности, особенно, что касается сферы добычи нефти и нефтепродуктов, это большие эксплуатационные возможности с необходимым уровнем комфорта, высокое качество и стабильность материала, универсальность и многофункциональность в каждом занимаемом резервуаром кубическом метре.


Как полимеры стали ещё одним шагом в развитии солнечной энергетики?

Представьте себе нить, на которую нанизаны бусины. Примерно так выглядит макромолекула. А теперь представьте большое количество таких бус, переплетённых вместе. Это уже полимер — вещество, состоящее из макромолекул, построенных из многократно повторяющихся групп атомов («мономерных звеньев»). Такая структура и определяет удивительные свойства этих материалов. В природе полимеры — это целлюлоза, лигнин, крахмал, натуральный каучук, желатин, шелк, кератин и другие. Они участвуют в жизни человека с древнейших времён. Однако настоящая эра полимеров пришла в начале XX века с изобретением Лео Бакеландом твёрдого материала, который был назван «бакелит». С этих пор началось взрывное развитие полимерной науки, было налажено промышленное производство полиэтилена, полистирола, полиамида и других пластмасс, без которых сегодня трудно представить нашу жизнь. В общем, роль полимеров в жизни человечества поистине глобальна.

Основную часть полимеров получают на огромных заводах из соответствующих мономеров. Годовая производительность таких гигантов химической промышленности может достигать десятков и сотен тысяч тонн. Так как основным сырьём являются продукты нефтепереработки (мономеры), то полимерные предприятия располагаются в непосредственной близости от нефтеперерабатывающих заводов. Но делать нечто ужасное из экологических проблем и нефтепродуктов не стоит, нужно работать над улучшением технологий, ресурсо- и энергосбережением.

Среди ключевых площадок, которые занимаются изучением и разработкой полимеров и материалов на их основе в России можно выделить Институт высокомолекулярных соединений РАН и Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН. Среди зарубежных институтов можно выделить The Michael M. Szwarc Polymer Research Institute в Нью-Йорке (США) и Leibniz Institute of Polymer Research в Дрездене (Германия). Однако самыми сильными научными центрами и локомотивами инноваций являются лаборатории крупных корпораций, таких как BASF, Dow Chemical, ExxonMobil, Chevron, LG Chem и другие.

Реклама на Forbes

О рынке полимеров

Рынок полимерных материалов в Российской Федерации после депрессии 1990-1996 гг., связанной с геополитическими изменениями и, как следствие, падением спроса на сырьё, начиная с 1998 г., демонстрирует уверенный рост. И даже 2009 г., когда в результате кризиса потребление полимеров снизилось почти на 12% не смог изменить ситуацию, так как уже в следующем году рост продолжился. При этом до сих пор спрос на полимерные материалы значительно опережает предложение. Такая ситуация способствует строительству новых заводов и открытию новых производственных линий на уже имеющихся, чтобы закрыть дефицит материалов, компенсируемый импортными поставками. Так, в настоящее время в Тобольске идёт строительство комбината ЗапСибНефтехим, на мощностях которого будут производиться полиэтилен и полипропилен, подписано соглашение по промышленному проекту «Этана» в Кабардино-Балкарии, на котором будет организовано производство полиэтилентерефталата. Всё это позволило нашей стране в течение последних лет наращивать производство полимерной продукции примерно на 7%, в то время как в мире эта цифра находится на уровне 3%.

К настоящему времени мировое потребление полимерных материалов превысило 210 млн. тонн (по данным «Эрнст энд Янг (СНГ) Б.В.»), доля стран СНГ в котором около 3%. Основными же игроками на мировом рынке являются страны Северной Америки (около 20%) и Европы (около 21%). В последние годы мировой рынок полимерных материалов все больше смещается в регионы Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона. Это связано не только с ростом спроса в развивающихся странах, но и с близостью к сырью. Таким образом, на сегодняшний день Китай и страны Ближнего Востока и Африки суммарно производят около 30% всех полимерных материалов. Наиболее крупнотоннажным полимером в России, как и в мире, является полиэтилен с долей порядка 37%, за которым расположились полипропилен (26%), поливинилхлорид (18%), полистирол (9%), полиэтилентерефталат (около 8%) и другие.

Итак, и мировой и российский рынки полимерных материалов демонстрируют уверенный рост за счёт увеличения спроса и, соответственно, строительства новых производственных мощностей. При этом веских причин для изменения этой картины в ближайшем будущем нет. Как в отрасль полимеров проникают новые технологии?

О научных открытиях

Наука о полимерах молода по сравнению с традиционными химическими науками. Несмотря на это она может похвастаться интенсивным развитие — новости об открытиях (в том числе и в области энергетики) выходят постоянно. Однако к громким заявлениям следует относиться с определённой осторожностью и, не побоюсь этого слова, некоторым скепсисом. Новостные агентства, которые освещают новые научные достижения, зачастую грешат преувеличениями, приукрашиванием действительности или явными неточностями. Среди причин, на мой взгляд, —  не только сложность современных научных концепций, но и «дозированные вбросы» с целью исказить проблему и намеренно отвлечь внимание (ведь передовые разработки в области полимерного материаловедения находятся на острие современной науки, требуют грамотной патентной защиты и потенциально весьма дорогостоящи).

Так, в числе свежих новостей, было сообщение об открытии новых возможностей органических полимеров, полианилинов, химиками из техасского университета в Арлингтоне. В частности, исследователи заявили, что в перспективе такие вещества способны стать материалом для фотокадотов для превращения диоксида углерода в топливо без катализаторов. Другой пример — новый тип тканого материала, который способен вырабатывать энергию, преобразуя в электричество солнечный свет и энергию ветра. Он был представлен объединенной командой ученых из Технологического института Джорджии (США) и Чунцинского университета (Китай).

Если обратиться к современным трендам, то станет ясно, что основное внимание общественности приковано к возобновляемым источникам энергии, в том числе к энергии Солнца. Так, мировое сообщество обеспокоено проблемами, связанными с ухудшением состояния окружающей среды. Не случайно большое внимание уделяется различным международным конференциям, наиболее значимая из которых за последнее время — Конференция по климату COP21, проходившая в конце 2015 года в Париже. Важность данного мероприятия подтверждает участие в нём первых лиц многих государств общим числом в 195 стран. Таким образом, оба проекта очень выгодно смотрятся на данном фоне, но не стоит раньше времени рисовать им светлое будущее.

Какие же подводные камни могут быть скрыты под громкими заголовками таких новостей?

Во-первых, вполне возможно, что описанные проекты находятся только на зачаточной стадии, и неизвестно, будут ли они доведены до конца. Во-вторых, успех в техническом плане не гарантирует финансовый успех такого проекта. Технология просто может оказаться нерентабельной. И, наконец, не стоит забывать про конкуренцию со стороны традиционных ископаемых источников энергии, которые доминируют в мировой энергетике. Так что до тех пор, пока ископаемое топливо будет рентабельно, не стоит ожидать полномасштабной реализации подобных проектов.

О преобразовании солнечной энергии в электрическую

В настоящее время известны два основных способа преобразования солнечного света в электрическую энергию. Суть первого заключается в фокусировке светового пучка с помощью специальных устройств (зеркал, линз) на каком-либо теплоносителе. За счёт этого тепловая энергия солнечного света сообщается теплоносителю, который нагревается. На последнем этапе полученная энергия переводится в электрическую, например, за счёт перевода жидкости в пар, который вращает турбину генератора. Второй способ основан на прямом преобразовании солнечного света (или электромагнитных волн) в электрическую энергию с помощью фотоэлементов (солнечных батарей). Принцип их работы противоположен светодиоду, при пропускании тока через который создаётся оптическое излучение. В солнечных батареях, наоборот, фотоны света рождают носители заряда, чьё движение и создаёт электрический ток.

Важным направлением развития современной солнечной энергетики является разработка и совершенствование органических фотоэлементов, в том числе и полимерных. Устройство полимерной солнечной батареи схоже с обычной кремниевой и характеризуется наличием катода и анода, между которыми расположен фотоактивный полимерный слой, состоящий из донора и акцептора (в отличие от кремниевых аналогов, в которых используется полупроводник на основе кремния). Их эффективность крайне низка по сравнению с кремниевыми фотоэлементами и составляет в среднем 6-8 %. Однако их главными преимуществами являются низкая стоимость, отсутствие в составе токсичных элементов, лёгкость и гибкость, что даёт большую свободу при выборе поверхностей для монтажа таких батарей.

Принцип работы полимерной солнечной батареи может быть представлен так:

Фотон света, попадая на фотоактивный слой, поглощается донором, в результате чего образуется экситон, состоящий из дырки и электрона. Экситон не имеет заряда и не может служить носителем, поэтому необходимо, чтобы он диссоциировал на отдельные положительный и отрицательный заряды. Именно это и происходит, когда экситон встречает акцептор. После этого электрон и дырка на границе раздела фаз находятся в связанном состоянии в виде комплекса переноса заряда. И если этот комплекс в свою очередь разделится, то электрон перемещается к катоду, а дырка — к аноду. В результате генерируется электрический ток.

Реклама на Forbes

При создании полимерных фотоэлементов необходимо подбирать специальные полимерные материалы. У высокомолекулярных веществ, используемых для этих целей должна быть определённая структура, способствующая реализации необходимых процессов и блокирующая возникновение нежелательных. Так, во избежание потерь на люминесценцию или фосфоресценцию в результате распада экситона с излучением поглощённой энергии и для повышения эффективности полимерной батареи в качестве донора обычно используют вещество с сопряжённой структурой, а в качестве акцептора — материал с малой энергией низшей свободной молекулярной орбитали. Кроме того, так как диссоциация экситона, а, соответственно, и образование носителей заряда (электрона и дырки) происходит на границе раздела фаз (донора и акцептора), то к её качеству предъявляются высокие требования. Именно она в большей степени и определяет эффективность полимерных батарей.

О перспективах

В разговоре о фотоэлементах нельзя не упомянуть о структуре их цены, в которой для наиболее распространённых (занимают около 90% рынка солнечных элементов) и эффективных (КПД около 20%) кремниевых солнечных батарей стоимость сырья (кремний высокой чистоты) составляет более 80%. Полимерные же аналоги, имея преимущество в эксплуатационных характеристиках и цене за счёт меньшей стоимости производства и сырья, всё ещё обладают крайне низкой эффективностью.

Существует мнение, что повышение энергетического выхода полимерных солнечных элементов хотя бы до половины кремниевых аналогов произведёт революцию в солнечной энергетике. Другой взгляд на эту проблему заключается в необходимости дальнейшего снижения цены таких батарей при сохранении уже достигнутого КПД. Однако низкая эффективность — не единственная проблема полимерных фотоэлементов. Батареи на основе полимерных материалов подвержены значительной деградации, эффективные покрытия для защиты от которой ещё не разработаны. Если будут устранены данные недостатки, вполне можно ожидать взрывообразного развития солнечной энергетики.

Полимерные солнечные батареи уже вышли на рынок фотоэлектрических преобразователей. Конечно, их ассортимент не так велик, как у кремниевых аналогов, что связано с вышеназванными проблемами. Однако такие солнечные элементы — сбывшаяся реальность.

Реклама на Forbes

В 2010 г. рынок фотоэлементов на основе полимерных материалов составлял около $0,9 млн. По прогнозам к началу 2018 года эта цифра может увеличиться до $460 млн., что свидетельствует о спросе на такие устройства. Кроме того, по данной цифре можно косвенно судить об объёме инвестиций, в том числе привлечённых с помощью краудфандинговых интернет-площадок.

Стоимость преобразования энергии, которая рассчитывается из стоимости фотоэлемента, отнесённой к его мощности, для фотоэлементов на основе полимерных материалов в 2010 г. составляла $11,5 за 1Вт для единственного доступного в то время на рынке модуля Konarka KT-20, который реализовывался малыми партиями. В 2015 году эта цифра составила уже $0,38-0,43за 1Вт. Не в последнюю очередь это связано с разработкой в 2013 году технологии рулонной печати полимерных фотоэлементов, которая упростила производство данных девайсов.

О солнечной энергетике

Поиск новых методов запаса и производства электричества, несомненно, является важным направлением современной науки. Так, в настоящее время подавляющее большинство электростанций, вырабатывающих электроэнергию с помощью солнечных элементов, используют традиционные кремниевые модули. И причина этого не в отсутствии новых технологий и устройств. Кремниевые фотоэлементы отличаются высокой эффективностью, длительным сроком службы (до 25 лет) и простотой в обслуживании, поэтому по сумме всех показателей конкурировать с ними другим солнечным элементам крайне сложно.

Количество солнечных электростанций с каждым годом растёт, но к настоящему времени доля возобновляемых источников энергии (в том числе энергии Солнца) в мировой энергетике не превышает 2%. Таким образом, новейшие разработки в области энергетики, чтобы стать популярными и востребованными, должны быть конкурентоспособны по цене и удобству использования не только с уже имеющимися аналогами (как в случае полимерных и кремниевых фотоэлементов), но и с ископаемым топливом.

Реклама на Forbes

Полимеры в нашей повседневной жизни

Реферат

Полимеры — это широко используемые современные материалы, которые встречаются почти во всех материалах, используемых в нашей повседневной жизни. На сегодняшний день важность полимеров подчеркивается гораздо больше из-за их применения в различных областях науки, технологий и промышленности — от базовых применений до биополимеров и терапевтических полимеров. Основная цель этой редакционной статьи — подчеркнуть прагматическое влияние полимеров на повседневную жизнь человека.

Ключевые слова: Макромолекула, мономер, природный полимер, полимер, синтетический полимер

Полимеры — слово, которое мы слышим много, — очень важны, и без них невозможно представить жизнь.Полимеры, большой класс материалов, состоят из множества небольших молекул, называемых мономерами, которые связаны вместе, образуя длинные цепи, и используются во многих продуктах и ​​товарах, которые мы используем в повседневной жизни. 1

На протяжении многих лет люди использовали полимеры в своей жизни, но они не знали этого почти до Второй мировой войны. Для изготовления изделия, необходимого для цивилизованной жизни, было относительно мало материалов. Для большей части строительства использовались сталь, стекло, дерево, камень, кирпич и бетон, а также хлопок, дерево, джут и некоторые другие сельскохозяйственные продукты для производства одежды или тканей.

Стремительный рост спроса на выпускаемую продукцию вводит новые материалы. Эти новые материалы представляют собой полимеры, и их влияние на нынешний образ жизни практически невозможно переоценить. Продукция из полимеров повсюду вокруг нас: одежда из синтетических волокон, полиэтиленовые чашки, стекловолокно, нейлоновые подшипники, полиэтиленовые пакеты, краски на полимерной основе, эпоксидный клей, подушки из пенополиуретана, силиконовые сердечные клапаны и посуда с тефлоновым покрытием. Список почти бесконечен. 2

Слово «полимер», или иногда «макромолекула», происходит от классического греческого поли , означающего «множество», и meres , означающего «части».Молекула полимера имеет очень высокую молекулярную массу (от 10 000 до 1 000 000 г / моль) и состоит из нескольких структурных единиц, обычно связанных друг с другом ковалентными связями. 1,3

Полимеры получают в результате химической реакции мономеров. Мономеры обладают способностью реагировать с другой молекулой того же или другого типа в подходящих условиях с образованием полимерной цепи. Этот процесс в природе привел к образованию природных полимеров, а синтетические полимеры созданы человеком.

Полимеры были вокруг нас в мире природы с самого начала (например, целлюлоза, крахмал и натуральный каучук). Искусственные полимерные материалы изучаются с середины XIX века. Сегодня полимерная промышленность развивается быстрыми темпами и превышает объемы производства меди, стали, алюминия и некоторых других вместе взятых. 4

Как природные, так и синтетические полимеры в значительной степени участвуют в обеспечении комфорта и облегчения жизни человека и несут ответственность за саму жизнь, за лекарства, питание, связь, транспортировку, орошение, контейнер, одежду, записи истории, здания, шоссе и т. Д.На самом деле трудно представить человеческое общество без синтетических и природных полимеров. В нашем постоянно растущем технологическом мире наука играет решающую роль в решении критических проблем, связанных с питанием, чистой и обильной водой, воздухом, энергией и здоровьем. Знание полимеров и связанных текстов дает как информацию, так и идеи, позволяющие лучше понять их в нашей жизни. Информация, собранная на курсах фундаментальных наук, позволяет лучше понять полимеры. Эта информация включает фактические, теоретические и практические концепции, представленные в науке.Он полезен тем, кто хочет просто получить хорошее образование, а также тем, кто любит заниматься медициной, инженерией, физикой, химией, биомедицинскими науками, юриспруденцией, бизнесом и т. Д. 2,3

Синтетические и природные полимеры могут использоваться в форме неорганических и органических полимеров; покрытия, эластомеры, клеи, смеси, пластмассы, волокна, герметики, керамика и композиты. Основные принципы, применяемые к одной категории полимеров, применяются ко всем другим категориям вместе с несколькими простыми фундаментальными правилами. Эти основы интегрированы в ткань полимерных текстов. 4

Неудивительно, что почти все материаловеды и более половины всех химиков и инженеров-химиков, большое количество физиков, технологов по текстилю, инженеров-механиков, фармацевтов и других научных групп участвуют в проектах исследований и разработок, связанных с полимерами. 5 Кроме того, тот факт, что фармация, биомедицина, молекулярная биология, биохимия и биофизика — это области, в которых полимеры и химия полимеров играют значительную роль в развитии своих новых областей.Очевидно, почему изучение гигантских молекул — одна из самых посещаемых и быстрорастущих областей науки. Таким образом, кажется, что полимер не является специализированной междисциплинарной или отраслью химии. Напротив, это специализированная, широкая и уникальная дисциплина, которая может охватывать некоторые части химии, а также несколько других научных областей. Области науки всегда становились очень активными, когда исследовательские группы, обученные в одной специализированной области, обращали свои интересы в смежную область. Так было всегда и в будущем будет особенно актуально в исследованиях полимеров. Требование к полимеру — это применение идей и химических знаний и методов к сложным материалам и макромолекулам. Это фундаментальная задача, и она требует самых лучших способов, которые может предложить химия. 6

Возможно, химия полимеров больше, чем какая-либо другая область исследований, пересекает и сокращает традиционные линии всех отраслей химии, биологии, физики, материаловедения, инженерии, фармации и даже медицины.А новичку в науке о полимерах требуется достаточно умений, чтобы объединить обширные знания из всех вышеупомянутых областей. Таким образом, эта передовая статья была написана, чтобы показать очень важную и незабываемую роль полимеров в жизни человека.

Что такое полимер?

В Mallard Creek мы делаем полимеры. Все наши продукты являются результатом сложной химии эмульсионной полимеризации.

Но что такое полимер?

Полимеры — это химические вещества, которые были собраны из ряда «строительных блоков», состоящих из одного мономера. Например, ДНК — это полимер, созданный путем соединения четырех нуклеиновых кислот (аденина, тимина, гуанина и цитозина). Ряд материалов, которые вы используете или видите каждый день, включая кровельные материалы, латексную краску для дома, клеи и мелованную бумагу, изготавливаются с использованием полимеров, которые улучшают поведение и характеристики материалов.

Химия полимеров

Полимеры — это органические химические вещества с повторяющейся структурой. Хотя это звучит просто, эти химические вещества могут быть очень сложными.Они могут состоять из двух мономеров (димеров), трех (тримеров) и более. Они существуют в природе, например, белки или ДНК, или производятся, как пластмассы или нейлон.

Полимеры могут иметь самые разные химические и физические свойства в зависимости от типа используемого мономерного «строительного блока» и расположения сильных и слабых связей в структуре полимера. Они могут образовывать одиночные цепи, разветвленные ветви или сети переплетенных мономеров. Полимеры могут быть основаны на одном и том же мономере, но иметь разные свойства в зависимости от того, как они полимеризованы.Например, и крахмал, и целлюлоза основаны на мономере глюкозы, но крахмал растворим в воде, а целлюлоза — нет. Эти свойства обусловлены различиями в структуре полимеров.

Химики-органики часто используют преимущества как основных мономеров, так и сложных полимерных структур для создания новых продуктов. Они могут создавать более длинные или более короткие цепи или «подвесные» полимеры со сшивками. Сшивки могут сделать материалы более твердыми, а более длинные цепи со звеньями могут сделать материалы более мягкими. Кроме того, полимеры с более высокой молекулярной массой могут становиться более гибкими при повышении температуры.

Типы полимеров

Синтетические полимеры включают то, что большинство людей называют каучуками, пластиками или смолами. Резиноподобные синтетические полимеры известны как эластомеры или эластичные полимеры. Длинные молекулы, составляющие эластомерный материал, скручены нерегулярно. При приложении силы молекулы распрямляются в направлении приложенной силы. После высвобождения молекулы возвращаются к своему обычному компактному расположению.

Полимеры, не обладающие этими эластичными качествами, классифицируются как пластмассы или смолы.Химики обычно различают два типа пластмасс — термореактивные и термопласты. Термореактивные материалы содержат полимеры, которые сшиваются в процессе отверждения, создавая неразрывную и необратимую связь. Это означает, что термореактивные пластмассы не плавятся даже при очень высоких температурах. Напротив, термопласты можно постоянно размягчать, плавить и изменять форму. Это делает термопласты идеальными для использования в процессах литья под давлением или экструзии. Их также можно переработать, расплавив их и преобразовав в новые материалы.

Термопласты подразделяются на аморфные и кристаллические полимеры. Аморфные полимеры состоят из беспорядочно запутанных молекул, поэтому они не имеют дальнего порядка. Молекулы в кристаллических полимерах выстраиваются в сложенные стопки, что вносит в полимеры дальний порядок, например упорядоченное расположение атомов в типичных кристаллах.

Примеры полимерных продуктов

Первым синтетическим пластиковым полимером был бакелит, изготовленный в 1909 году для размещения телефонов и электрических компонентов.Первым полимерным волокном было Rayon, созданное в 1910 году из целлюлозы. Нейлон был создан случайно в 1935 году химиками, пытавшимися воспроизвести паучий шелк.

Пластмассы, краски, связующие, клеи, некоторые строительные материалы (такие как добавки к цементу и модификаторы асфальта) и текстильные покрытия для обратной стороны также производятся из полимеров. Некоторые из наиболее распространенных (и, возможно, удивительных!) Продуктов, содержащих полимеры, включают:

Адгезивные полимеры —

Полимерные составы придают адгезивам определенные свойства, позволяя им работать на самых разных поверхностях, от металлов, таких как медь и нержавеющая сталь, до стекла и керамики, и даже поверхностей с очень низким энергопотреблением, таких как полиэтилен. Ознакомьтесь с нашим руководством по выбору, чтобы узнать больше!

Краски и покрытия полимерные —

Прочность, гибкость, адгезия и водостойкость — одни из наиболее распространенных требований к характеристикам полимеров, используемых в красках и покрытиях. Хотите узнать больше? Получите наше Руководство по выбору красок и покрытий

Примеры нетканых материалов —

Полимеры используются для облегчения химического связывания волокон в нетканых материалах. Они также помогают преодолеть ограничения нетканых материалов за счет улучшения структуры, жесткости, прочности и способности готового материала к химической чистке.Дополнительную информацию см. В нашем руководстве по выбору нетканых материалов.

Текстильный полимер —

Полимерные продукты улучшают функциональные и эстетические свойства текстильных изделий и ковров, улучшая такие характеристики, как пиллинг, устойчивость к истиранию, твердость и внешний вид. Нужна дополнительная информация? Загрузите наше руководство по выбору текстиля и ковров.

Строительный полимер —

Когда полимеры добавляются в строительные материалы, они улучшают ключевые свойства материалов, такие как тепловые характеристики и влагостойкость.Полимерные продукты помогают удовлетворить сложные требования к модификациям асфальта, системам ремонта бетона, системам наружной кладки, растворам и растворам, полам и конструкциям мостов. Узнайте, что мы можем предложить, просмотрев наше руководство по выбору строительных клеев.

Полимерная бумага —

Производители бумаги и картона вводят полимеры либо в бумагоделательную машину, либо в процессе переработки, чтобы придать готовому продукту желаемые свойства. Например, барьерные покрытия защищают бумажную продукцию и помогают продлить срок хранения.Хотите узнать больше? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору барьерных материалов для упаковки бумаги и картона.

Полиграфия и полимерная упаковка —

Многие полимеры оптимизированы для использования на подложках, используемых в упаковке, таких как мелованная бумага, картон и гибкие пленки. Полимеры также могут улучшить блеск и долговечность красок и лаков, используемых в полиграфической промышленности. Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору барьерных материалов для упаковки бумаги и картона, чтобы узнать больше.

Что делает полимер хорошим?

Знание конечного использования помогает химикам разработать правильный рецепт со всеми правильными ингредиентами, в результате чего получится полимер с нужными свойствами.

В мире эмульсионных полимеров, например, акриловые латексы, изготовленные из мономеров метилметакрилата и бутилакрилата, демонстрируют лучшую стойкость к ультрафиолетовому излучению, чем латексы, изготовленные из стирола и бутадиена. В результате акриловые эмульсии являются хорошими кандидатами в качестве связующих, которые должны демонстрировать отличную внешнюю долговечность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Стирол-акриловые эмульсионные полимеры — еще один хороший вариант для наружных работ. Помимо УФ-излучения, стирол-акриловые латексы обладают повышенной водостойкостью, стойкостью к истиранию и твердостью, что делает их пригодными для промышленных покрытий, деревянных покрытий, бетонных покрытий, грунтовок, связующих для фильтрующих материалов и дорожных красок. Эмульсионные полимеры стирола и бутадиена часто являются предпочтительным химическим составом, когда прямое длительное УФ-облучение не является проблемой. Стирол-бутадиеновые латексные связующие идеально подходят для применений, требующих отличной водостойкости, высокой приемлемости наполнителя, хорошего баланса растяжения и удлинения, а также хорошей адгезии к сложным поверхностям.

Это только основа выбора мономера; создание правильного продукта также будет определять ваш выбор поверхностно-активного вещества, инициатора и карбоксилата (который стабилизирует реакции и снижает количество необходимого поверхностно-активного вещества).

Компания Mallard Creek специализируется на эмульсионных полимерах. Наша технология позволяет производить кровельные и строительные материалы, покрытие для бумаги, печать и упаковку, звукопоглощающие материалы, клеи, краски и текстиль. Универсальность эмульсионных полимеров и переменные, доступные во время полимеризации, делают их очень сложными для разработки. Чтобы настроить рецепт для конкретного применения, требуется большой опыт. Химики Mallard Creek Polymers сотрудничают с заказчиками в разработке полимеров для самых разных отраслей промышленности.Мы предлагаем глубокие знания и большой набор специалистов по полимерам для решения любой задачи заказчика. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить вашу потребность и то, как рецепт латекса от Mallard Creek Polymers может помочь вам решить эту проблему.

Хотите узнать больше о наших продуктах? Ознакомьтесь с нашим списком руководств по выбору!

Натуральные и синтетические полимеры — Центр Гельфанда

Есть два типа полимеров: синтетические и натуральные.Синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производятся учеными и инженерами. Примеры синтетических полимеров включают нейлон, полиэтилен, полиэфир, тефлон и эпоксидную смолу. Природные полимеры встречаются в природе и могут быть извлечены. Часто они бывают на водной основе. Примерами встречающихся в природе полимеров являются шелк, шерсть, ДНК, целлюлоза и белки.

В предыдущем разделе, посвященном сетчатым полимерам, мы упоминали вулканизированный каучук и пектин. Вулканизированный каучук — это синтетический (искусственный) полимер, а пектин — это пример природного полимера.

Каучук встречается в природе и собирается в виде латекса (молочной жидкости) с нескольких видов деревьев. Натуральный каучук, получаемый из латекса дерева, по сути, представляет собой полимер, сделанный из звеньев изопрена с небольшим процентом примесей в нем. Каучук также может быть произведен (синтезирован) человеком. Синтетический каучук можно получить путем полимеризации различных мономеров, включая изопрен.

Натуральный каучук трудно обрабатывать (он липкий), а также не имеет очень хороших свойств или долговечности (гниет).Обычно это вулканизация — процесс, при котором резина нагревается в присутствии серы для улучшения ее упругости, эластичности и долговечности. Синтетический каучук является предпочтительным, поскольку различные мономеры можно смешивать в различных пропорциях, что приводит к широкому диапазону физических, механических и химических свойств. Мономеры можно производить в чистом виде, а добавление примесей или добавок можно контролировать конструктивно для придания оптимальных свойств.

Вулканизация, также называемая вулканизацией, представляет собой химический процесс, используемый в резиновой промышленности, в котором отдельные полиизопреновые цепи связаны с другими полиизопреновыми цепями химическими связями (см. Последовательность реакций ниже).Фактическое химическое сшивание обычно осуществляется с помощью серы, но есть и другие технологии, которые также можно использовать. Вулканизация — процесс необратимый, как выпечка торта. Обычно мягкие и упругие молекулы резины сцепляются друг с другом, в результате получается более твердый материал с большей прочностью и химической стойкостью. Вулканизация изменяет поверхность материала от очень липкой до гладкой, мягкой поверхности, которая не прилипает к металлическим или пластиковым основам.

Источник: www.chemistrydaily.com.

Пектин — это длинноцепочечный полимер, состоящий из пектиновой кислоты и молекул пектиновой кислоты (см. Структуру ниже). Поскольку эти кислоты являются сахарами, пектин называют полисахаридом. Его получают из кожуры цитрусовых и остатков яблок. В растении / фрукте пектин — это материал, который соединяет вместе растительные клетки.

Источник: www.cybercolloids.net.

Пектиновые цепи образуют сеть, потому что некоторые из сегментов пектиновых цепей соединяются вместе посредством кристаллизации, образуя трехмерную сеть, в которой удерживаются вода, сахар и другие материалы.Образование геля вызывается физическими или химическими изменениями, которые имеют тенденцию снижать растворимость пектина, и это способствует образованию мелких локализованных кристаллов. Наиболее важным фактором, влияющим на склонность пектина к гелеобразованию, является температура.

При охлаждении горячего раствора, содержащего пектин, движение молекул уменьшается, а их тенденция к объединению в гелевую сетку увеличивается. Эта способность делает пектин хорошим загустителем для многих пищевых продуктов, таких как желе и джемы.Если в смеси достаточно сахара, пектин образует плотный гель.

Научные принципы: полимеры

Научные принципы: полимеры

Область полимеров настолько обширна и области применения настолько разнообразны, что важно понимать, как полимеры производятся и используются. Поскольку за место на рынке борются более 60 000 различных пластиков, знание этой важной области может по-настоящему обогатить нашу оценку этого чудесного материала.Компании производят более 30 миллионов тонн пластика ежегодно и тратят большие суммы на исследования, разработки и более эффективные методы переработки. Ниже мы узнаем о некоторых научных принципах, связанных с производством и переработкой материалов, полученных из ископаемого топлива, известных как полимеры.

Реакции полимеризации

Химическая реакция, в которой молекулы с высокой молекулярной массой образуются из мономеров, известна как полимеризация. Существует два основных типа полимеризации: цепная реакция (или добавление) и ступенчатая реакция (или конденсация) полимеризация .

Полимеризация по цепной реакции

Одним из наиболее распространенных типов полимерных реакций является цепная реакция (присоединение) полимеризации. Этот тип полимеризации представляет собой трехэтапный процесс, в котором участвуют два химических соединения. Первый, известный просто как мономер, можно рассматривать как одно звено в полимерной цепи. Изначально он существует в виде простых единиц. Почти во всех случаях мономеры имеют по крайней мере одну двойную связь углерод-углерод. Этилен является одним из примеров мономера, используемого для получения обычного полимера.


Другой химический реагент — катализатор. При полимеризации с цепной реакцией катализатором может быть свободнорадикальный пероксид, добавляемый в относительно низких концентрациях. Свободный радикал — это химический компонент, содержащий свободный электрон, который образует ковалентную связь с электроном другой молекулы. Образование свободного радикала из органического пероксида показано ниже:

В этой химической реакции из одной молекулы R 2 O 2 образовались два свободных радикала.Теперь, когда все химические компоненты идентифицированы, мы можем приступить к изучению процесса полимеризации.

Шаг 1: Инициирование

Первая стадия процесса цепной реакции полимеризации, инициирование, происходит, когда радикальный катализатор вступает в реакцию с мономером углерода с двойной связью, начиная полимерную цепь. Двойная углеродная связь разрывается, мономер связывается со свободным радикалом, и в этой реакции свободный электрон передается внешнему атому углерода.

Шаг 2: Распространение

Следующим этапом процесса, размножением, является повторяющаяся операция, в ходе которой формируется физическая цепь полимера. Двойная связь следующих друг за другом мономеров разрывается, когда мономер вступает в реакцию с реакционноспособной полимерной цепью. Свободный электрон последовательно передается по цепи к внешнему атому углерода.


Эта реакция может происходить непрерывно, потому что энергия в химической системе снижается по мере роста цепи.С термодинамической точки зрения сумма энергий полимера меньше суммы энергий отдельных мономеров. Проще говоря, одинарные связи в полимерной цепи более стабильны, чем двойные связи мономера.

Шаг 3: Прекращение действия

Обрыв происходит, когда другой свободный радикал (R-O . ), оставшийся после первоначального расщепления органического пероксида, встречается с концом растущей цепи. Этот свободный радикал завершает цепь, связываясь с последним CH 2 . компонент полимерной цепи. Эта реакция дает полную полимерную цепь. Обрыв может также произойти, когда две незавершенные цепи соединяются вместе. Оба типа оконечной нагрузки показаны ниже. Возможны и другие типы прерывания.



Эта экзотермическая реакция происходит очень быстро, с образованием отдельных цепей полиэтилена часто менее чем за 0,1 секунды. Созданные полимеры имеют относительно высокую молекулярную массу. Вдоль основной цепи нередко возникают разветвления или поперечные связи с другими цепями.

Ступенчатая реакционная полимеризация

Ступенчатая (конденсационная) полимеризация — еще один распространенный тип полимеризации. Этот метод полимеризации обычно дает полимеры с более низкой молекулярной массой, чем цепные реакции, и требует более высоких температур. В отличие от аддитивной полимеризации, ступенчатые реакции включают два разных типа бифункциональных мономеров или концевых групп, которые реагируют друг с другом, образуя цепь. Конденсационная полимеризация также дает побочные продукты с небольшой молекулярной массой (воду, HCl и т. Д.).). Ниже приведен пример образования нейлона 66, обычного полимерного материала для одежды, включающего по одному из двух мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, которые реагируют с образованием димер нейлона 66.


В этот момент полимер мог расти в любом направлении за счет связывания с другой молекулой гексаметилендиамина или адипиновой кислоты или с другим димером. По мере роста цепи молекулы с короткой цепью называются олигомерами. Теоретически этот процесс реакции может продолжаться до тех пор, пока не исчезнут другие мономеры и реакционноспособные концевые группы.Однако этот процесс относительно медленный и может занять от нескольких часов до дней. Обычно в этом процессе образуются линейные цепи, которые растянуты без каких-либо поперечных связей или разветвлений, если не добавлен трехфункциональный мономер.

Химическая структура полимера

Мономеры в полимере могут быть расположены по-разному. Как указано выше, полимеры присоединения и конденсации могут быть линейными, разветвленными или сшитыми. Линейный полимеры состоят из одной длинной непрерывной цепи без лишних придатков или прикреплений.Разветвленные полимеры имеют цепную структуру, которая состоит из одной основной цепи молекул с меньшими молекулярными цепями, отходящими от нее. Разветвленная цепная структура имеет тенденцию к снижению степени кристалличности и плотности полимера. Сшивание в полимерах происходит, когда между отдельными молекулами полимерной цепи образуются первичные валентные связи.

Цепи только с одним типом мономера известны как гомополимеры. Если задействованы два или более мономера разных типов, полученный сополимер может иметь несколько конфигурации или расположения мономеров вдоль цепи.Ниже представлены четыре основные конфигурации:


Рисунок 1: Конфигурации сополимера.

Физическая структура полимера

Сегменты полимерных молекул могут существовать в двух различных физических структурах. Их можно найти либо в кристаллическом, либо в аморфные формы. Кристаллические полимеры возможны только в том случае, если существует регулярная химическая структура (например, гомополимеры или чередующиеся сополимеры), а цепи обладают высокоупорядоченным расположением своих сегментов.Кристалличность полимеров благоприятствует симметричным полимерным цепям, однако она никогда не бывает 100%. Эти полукристаллические полимеры обладают довольно типичным путем разжижения, сохраняя свое твердое состояние до тех пор, пока они не достигнут точки плавления T m .

Аморфные полимеры не упорядочены. Молекулярные сегменты в аморфных полимерах или аморфные домены полукристаллических полимеров расположены случайным образом и перепутаны. Аморфные полимеры не имеют определяемого T m из-за их случайности.При низких температурах, ниже их температуры стеклования (T g ), сегменты неподвижны, а образец часто становится хрупким. При повышении температуры, близком к T g , молекулярные сегменты могут начать движение. Выше T г , подвижность достаточна (если кристаллы отсутствуют), чтобы полимер мог течь как высоковязкая жидкость. Вязкость уменьшается с увеличением температуры и уменьшением молекулярной массы. Также может возникнуть упругая реакция, если сцепления не могут выровняться со скоростью приложения силы (как в глупой замазке).Затем этот материал описывают как вязкоупругий. В полукристаллическом полимере молекулярному потоку препятствуют части молекул в кристаллах до тех пор, пока температура не станет выше T m . В этот момент образуется вязкоупругий материал. Эти эффекты легче всего увидеть на графике зависимости удельного объема от температуры.


Рисунок 2: График зависимости удельного объема от температуры.

Члены семейства полимеров

Полимеры можно разделить на две разные группы в зависимости от их поведения при нагревании.Полимеры с линейными молекулами, вероятно, будут термопласт. Это вещества, которые размягчаются при нагревании и могут быть переработаны и переработаны. Они могут быть полукристаллическими или аморфными. Другая группа полимеров известна как термореактивные. Это вещества, которые не размягчаются под действием тепла и давления и не могут быть переработаны или переработаны. Их необходимо подвергнуть повторной обработке, использовать в качестве наполнителей или сжигать, чтобы удалить их из окружающей среды.

Термопласты

Термопласты обычно представляют собой углеродсодержащие полимеры, синтезированные аддитивной или конденсационной полимеризацией. Этот процесс формирует сильные ковалентные связи внутри цепей и более слабые вторичные ван-дер-ваальсовые связи между цепями. Обычно эти вторичные силы можно легко преодолеть с помощью тепловой энергии, что делает термопласты пластичными при высоких температурах. Термопласты также сохранят свою новую форму после охлаждения. Несколько распространенных применений термопластов включают: детали для обычных бытовых приборов, бутылки, кабельные изоляторы, ленту, чаши для блендера и миксера, медицинские шприцы, кружки, текстиль, упаковку и изоляцию.

Термореактивные элементы

Термореактивные материалы имеют те же ван-дер-ваальсовые связки, что и термопласты. У них также более прочная связь с другими цепями. Сильные ковалентные связи химически скрепляют различные цепи в термореактивном материале. Цепи могут быть связаны друг с другом напрямую или через другие молекулы. Это «поперечное сшивание» между цепями позволяет материалу сопротивляться размягчению при нагревании. Таким образом, термореактивным пластикам необходимо придать новую форму, если они будут использоваться повторно, или они могут служить порошкообразными наполнителями.Хотя термореактивные пластмассы трудно реформировать, они имеют много явных преимуществ в приложениях для инженерного проектирования, в том числе:

  1. Высокая термостойкость и изоляционные свойства.
  2. Высокая жесткость и стабильность размеров.
  3. Сопротивление ползучести и деформации под нагрузкой.
  4. Облегченный.

Некоторые общие области применения термореактивных материалов включают эпоксидные смолы (клеи), детали кузова автомобилей, клеи для фанеры и ДСП, а также в качестве матрицы для композитов в корпусах лодок и резервуарах.

Переработка полимеров

Существует пять основных процессов формирования полимерных продуктов или деталей. К ним относятся; литье под давлением, компрессионное формование, литье под давлением, выдувное формование и экструзия. Компрессионное формование и трансферное формование используются в основном для термореактивных пластмасс. Литье под давлением, экструзия и выдувание используются в основном с термопластами.

Литье под давлением

Этот очень распространенный процесс формования пластмасс состоит из четырех этапов:

  1. Порошок или гранулированный полимер нагревают до жидкого состояния.
  2. Под давлением жидкий полимер выталкивается в форму через отверстие, называемое литником. Ворота контролируют поток материала.
  3. Материал под давлением удерживается в форме до тех пор, пока он не затвердеет.
  4. Форма открывается и деталь удаляется выталкивающими штифтами.

Преимущества литья под давлением включают быструю обработку, малое количество отходов и простую автоматизацию. Формованные детали включают гребни, основания зубных щеток, ведра, фитинги для труб и детали моделей самолетов.


Рисунок 3: Схема литья под давлением.

Компрессионное формование

Этот тип формовки был одним из первых, который использовался для формования пластмасс. Он состоит из четырех этапов:

  1. Предварительно формованные заготовки, порошки или гранулы помещаются в нижнюю часть нагретой формы или матрицы.
  2. Другая половина формы опускается и подвергается давлению.
  3. Материал размягчается под действием тепла и давления и течет, заполняя форму.Из формы выдавливается излишек. Если термореактивный, в пресс-форме происходит сшивание.
  4. Форма открывается, и деталь удаляется.

Для термопластов форма охлаждается перед снятием, чтобы деталь не потеряла свою форму. Термореактивные материалы могут быть выброшены, пока они горячие и после завершения отверждения. Этот процесс медленный, но материал перемещается только на небольшое расстояние до формы и не проходит через заслонки или направляющие. Из каждой формы изготавливается только одна деталь.

Трансферное формование

Этот процесс является модификацией компрессионного формования. Он используется в основном для производства термореактивных пластмасс. Его шаги:

  1. Частично полимеризованный материал помещается в нагретую камеру.
  2. Плунжер выталкивает текущий материал в формы.
  3. Материал проходит через литники, желоба и затворы.
  4. Температура и давление внутри формы выше, чем в нагретой камере, что вызывает образование поперечных связей.
  5. Пластмасса затвердевает, затвердевает, форма открывается, и деталь удаляется.

Формы стоят дорого, и в литниках и направляющих скапливается много металлолома, но сложные детали различной толщины можно изготавливать с высокой точностью.

Выдувное формование

Выдувным формованием производятся бутылки, шаровые светильники, ванны, автомобильные бензобаки и бочки. Это включает в себя:

  1. Экструдируется размягченная пластиковая трубка
  2. Трубка зажимается с одного конца и надувается, чтобы заполнить форму.
  3. Пластик с твердой оболочкой извлекается из формы.

Этот процесс быстрый и относительно недорогой.

Экструзия

Этот процесс позволяет получать детали постоянного поперечного сечения, такие как трубы и стержни. Расплавленный полимер проходит через фильеру для придания окончательной формы. Он состоит из четырех этапов:

  1. Гранулы полимера смешаны с красителями и добавками.
  2. Материал нагревается до должной пластичности.
  3. Материал продавливается через матрицу.
  4. Материал охлаждается.

Экструдер имеет бункер для подачи полимера и добавок, цилиндр с шнеком непрерывной подачи, нагревательный элемент и держатель фильеры. Адаптер на конце экструдера, вдувающий воздух через отверстие в горячий полимер, выдавливаемый через кольцевую головку, позволяет производить пластиковые пакеты и пленки.


Рисунок 4: Схема экструдера. Таблица 1: Сравнение технологий обработки полимеров термопластов и реактопластов.
Процесс Термопласт (TP) или Thermoset (TS) Преимущества Недостатки
Литье под давлением TP, TS Он имеет наиболее точный контроль формы и размеров, отличается высокой степенью автоматизации , имеет короткое время цикла и самый широкий выбор материалов. Он имеет высокие капитальные затраты, подходит только для большого количества деталей и имеет высокое давление в форме (20 000 фунтов на квадратный дюйм).
Компрессионное формование TS Он имеет более низкое давление в пресс-форме (1000 фунтов на кв. Дюйм), наносит минимальный ущерб армирующим волокнам (в композитах), и возможны большие детали. Он требует больше труда, более длительный цикл, чем литье под давлением, имеет меньшую гибкость формы, чем литье под давлением, и каждая загрузка загружается вручную.
Трансферное формование TS Подходит для герметизации металлических деталей и электронных схем. В каждой части есть лом, и каждая загрузка загружается вручную.
Выдувное формование TP Из него можно изготавливать полые детали (особенно бутылки), растягивающее действие улучшает механические свойства, имеет быстрый цикл и низкую трудозатратность. Он не имеет прямого контроля толщины стенок, не может формовать мелкие детали с высокой точностью и требует полимера с высокой прочностью расплава.
Экструзия TP Используется для изготовления пленок, оберток или длинных непрерывных деталей (например, труб). Он должен быть охлажден ниже температуры стеклования для сохранения стабильности.

Переработка: сегодняшняя задача, завтрашняя награда

Обзор

Потребительские отходы в США бросают вызов каждому.Отходы твердых материалов можно разделить на следующие категории:

  • металлы — алюминий, сталь и т. Д.
  • стекло — прозрачное, цветное и т. Д.
  • бумага — газетная бумага, картон и др.
  • натуральные полимеры — кожа, трава, листья, хлопок и др.
  • синтетические полимеры — синтетические каучуки, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид и др.

Сегодня потребители используют больше продуктов и, следовательно, производят больше твердых отходов.Со временем у нас становится все меньше места, чтобы избавиться от этой траты. Восемьдесят процентов всех твердых отходов захоронены на свалках. Сегодня количество действующих свалок на треть меньше, чем 18 500 мусорных свалок десять лет назад, что значительно удорожает их захоронение.

Плата за чаевые — плату, взимаемую перевозчиком за выгрузку твердых отходов, — регулярно увеличивается. Муниципалитеты наложили ограничения и / или запретили запуск новых свалок в пределах своих границ.Например, 50% твердых отходов Нью-Джерси отправляется за пределы штата для захоронения на свалках.

Доля синтетических полимеров в весе твердых отходов будет продолжать расти по мере увеличения использования пластмасс, как прогнозируется ниже.

Таблица 2: Процент пластиковых отходов в Америке по массе.
Год Всего отходов Процент пластмасс
1960 76 миллионов тонн 2.7%
1984 133 млн тонн 7,2%
1995 142 млн тонн 8,4%
2000 159 млн тонн 9,84% (прогноз)

Пластмассы составляют от 14 до 22% от объема твердых отходов. Один из возможных ответов на эту проблему — переработка. В 1990 году от 1 до 2% пластмасс, 29% алюминия, 25% бумаги, 7% стекла и 3% резины и стали как бытовых отходов были переработаны.Очевидно, ответом может быть увеличение количества переработанного пластика. Однако основным недостатком повторного использования пластмасс является то, что повторная обработка добавляет тепловую предысторию, ухудшает свойства и затрудняет повторное использование для одного и того же приложения. Например, 58-граммовая 2-литровая бутылка для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТ) состоит из 48 г ПЭТ, остальное составляет основу стакана из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), бумажную этикетку, клей и формованный полипропиленовый (ПП) колпачок. Основание чашки, этикетка, клей и крышка являются загрязнителями при переработке ПЭТ.

В ответ на проблему загрязняющих веществ при переработке пластмасс, пластиковые изделия проектируются «удобными для повторного использования». Продукты производятся с возможностью вторичной переработки как жизнеспособного способа утилизации. По крайней мере, одна компания разработала 2-литровую бутылку для напитков, полностью изготовленную из ПЭТ, для рентабельной переработки. Что касается повторного использования переработанного пластика, многие организации переоценивают использование переработанного пластика. Например, пластиковые шарики используются для удаления краски с самолета методом «пескоструйной очистки».Раньше использовались агрессивные, экологически вредные химические растворители. Использование переработанного пластика ограничивается только воображением дизайнеров и конечных пользователей пластмасс.

Еще одна причина, по которой нельзя отказываться от пластика, — это сохранение энергии. Энергетическая ценность полиэтилена (ПЭ) составляет 100% эквивалентной массы печного топлива №2. Полистирол (ПС) составляет 75%, а поливинилхлорид (ПВХ) и ПЭТ — около 50%. С энергетической ценностью фунта топочного мазута №2 при 20000 В.T.U., заливка пластиковыми отходами приводит к потере энергии. Некоторые страны, в частности Япония, используют энергетическую ценность пластика и бумаги с помощью установок для сжигания отходов.

Еще одним фактором в уравнении утилизации является экономическая тенденция увеличения платы за опрокидывание на свалках. В северо-восточных штатах плата за чаевые постепенно увеличивалась, но в западных штатах плата оставалась низкой из-за субсидий местных властей на свалки. По мере того, как увеличивается стоимость захоронения твердых отходов, растет и стимул к их переработке. Когда стоимость засыпки земли превышает стоимость переработки, переработка будет практической альтернативой засыпке земли.

Эти факторы привели к определенным рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США. В порядке убывания от самого высокого к самому низкому, EPA предлагает следующие рекомендации: сокращение источников, переработка, термическое восстановление (сжигание) и захоронение. В каждом из них есть свои проблемы. Сокращение источников потребления требует изменения конструкции упаковки и / или использования менее, более легких или более экологически безопасных материалов.Компромисс может означать сокращение упаковки пищевых продуктов с возможностью более высоких показателей порчи продуктов. Пластика будет меньше, но в твердых бытовых отходах будет больше еды. Какой бы метод утилизации ни был выбран, выбор сложен. Какими бы ни были расходы, их понесет потребитель.

Переработка различных пластмасс

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

В 1989 году миллиард фунтов первичного ПЭТ использовался для изготовления бутылок для напитков, из которых около 20% было переработано. Из переработанного количества 50% было использовано для наполнения волокна и обвязки. Переработчики заявляют, что производят высококачественный гранулированный ПЭТ с чистотой 99%. Его стоимость составляет от 35 до 60% от стоимости первичного ПЭТ.

Основные виды повторного использования ПЭТ включают лист, волокно, пленку и экструзию. После химической обработки переработанный продукт может быть превращен в сырье для производства ненасыщенных полиэфирные смолы. При использовании достаточного количества энергии переработанный продукт можно деполимеризовать до этиленгликоля и терефталевой кислоты, а затем реполимеризовать в чистый ПЭТ.

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Из пластмасс, которые могут быть переработаны, жесткий контейнер из полиэтилена высокой плотности является наиболее вероятным на свалке. Менее 5% контейнеров из HDPE обрабатываются или обрабатываются таким образом, чтобы облегчить переработку. Первоначальный HDPE используется в непрозрачных бытовых и промышленных контейнерах, используемых для упаковки моторного масла, моющих средств, молока, отбеливателя и сельскохозяйственных химикатов.

Существует большой потенциал для использования переработанного HDPE в базовых чашах, дренажных трубах, цветочных горшках, пластиковых пиломатериалах, мусорных баках, автомобильных брызговиках, кухонных сливных щитках, ящиках для бутылок с напитками и поддонах.В большинстве случаев переработанный HDPE представляет собой цветной непрозрачный материал, доступный во множестве оттенков.

LDPE (полиэтилен низкой плотности)

LDPE перерабатывается гигантскими поставщиками смол и коммерческими переработчиками, сжигая его в качестве топлива для получения энергии или повторно используя его в мешках для мусора. Переработка мешков для мусора — это большой бизнес. Их цвет не имеет решающего значения, поэтому измельченный материал попадает в черные, коричневые и, в меньшей степени, зеленые и желтые мешки.

ПВХ (поливинилхлорид)

Существует много споров относительно переработки и повторного использования ПВХ из-за проблем со здоровьем и безопасностью. При сжигании поливинилхлорида часто ставится под сомнение влияние на мусоросжигательную печь и качество воздуха. Федеральное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) приказало своим сотрудникам подготовить заявления о воздействии на окружающую среду, в которых рассматривается роль ПВХ в свалках и сжигании. При сжигании ПВХ выделяются токсичные диоксины, фураны и хлористый водород. Эти пары обладают канцерогенными, мутагенными и тератагенными свойствами. Это одна из причин, по которой ПВХ необходимо идентифицировать и удалять из любых пластиковых отходов, подлежащих переработке.

В настоящее время ПВХ используется в таре для пищевых продуктов и алкогольных напитков с одобрения FDA. Будущее ПВХ находится в руках пластмассовой промышленности, которая решит проблему токсического воздействия при сжигании ПВХ. Интересно отметить, что ПВХ составляет менее 1% отходов свалки. При правильной переработке ПВХ проблемы токсичных выбросов сводятся к минимуму. Различные переработчики смогли утилизировать ПВХ без проблем со здоровьем. Использование переработанного ПВХ включает аквариумные трубки, дренажную трубу, фитинги, напольную плитку и непищевые бутылки.Когда ПВХ смешивают с другими пластиковыми отходами, он используется для производства пластиковых пиломатериалов.

ПС (полистирол)

PS и его производители уже несколько лет являются объектом внимания экологов. Производители и переработчики прилагают все усилия, чтобы переработка полистирола стала такой же распространенной, как и бумаги и металлов. Одна компания, Rubbermaid, тестирует регенерированный полистирол в служебных лотках и других предметах потребления. Amoco, еще одна крупная корпорация, в настоящее время имеет метод преобразования отходов полистирола, включая остаточные пищевые продукты, в масло, которое можно повторно очищать.

Будущее

Вторичная переработка — жизнеспособная альтернатива всем другим средствам обращения с потребительскими пластиковыми отходами. В ответ на проблему смешанных пластиковых отходов была разработана и принята в пластмассовой промышленности система кодирования. Код представляет собой систему цифр и букв. Это относится к бутылкам, превышающим 16 унций, и другим контейнерам, превышающим 8 унций. Цифра появляется в 3 символе утилизации изогнутой стрелки с аббревиатурой пластмассы под символом.

Западноевропейские компании, особенно немецкие фирмы Hoechst и Bayer, успешно вышли на рынок перерабатываемого пластика. Используя высокотехнологичный подход, они разрабатывают новые методы разделения и обработки смешанных пластиковых отходов.

Потенциальное использование переработанных материалов включает пиломатериалы из пластика. Переработанный пластик смешивают с древесными волокнами и перерабатывают в замену пиломатериалам. Если бы древесные волокна не использовались повторно, они превратились бы в свалку. Конечный продукт называется Биопастой.Ожидается, что со временем это предприятие превратится в многомиллионное предприятие. Исследования и разработки продолжают улучшать этот продукт.

Переработка — это экономичное средство обращения с потребительскими пластиковыми отходами. Исследования по снижению затрат на переработку необходимо продолжить. Переработка пластмасс не сможет достичь уровня программ рециркуляции бумаги и некоторых металлов до тех пор, пока не будут внедрены более дешевые и автоматические методы рециркуляции. К счастью, решения этих проблем не выходят за рамки наших технологий или нашего разума.Ниже приведена таблица, в которой перечислены различные типы пластмасс и их использование до и после переработки.

Таблица 3: Основные пластмассовые смолы и их применение
Код смолы Название смолы Обычное использование Примеры переработанных продуктов
Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТЭ) Бутылки для безалкогольных напитков, банки с арахисовым маслом, бутылки для заправки салатов, банки для полоскания рта Бутылки для жидкого мыла, обвязка, наполнитель для зимних пальто, доски для серфинга, кисти, пух на теннисных мячах, бутылки для безалкогольных напитков, пленка
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) Емкости для молока, воды и сока, продуктовые пакеты, игрушки, бутылки для жидких моющих средств Чашки на основе безалкогольных напитков, цветочные горшки, сливные трубы, знаки, сиденья стадиона, мусорные баки, мусорные баки, дорожные барьеры, вкладыши для сумок для гольфа, игрушки
Поливинилхлорид или винил (PVC-V) Прозрачная упаковка для пищевых продуктов, флаконы для шампуня Коврики в салон, патрубки, шланги, брызговики
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) Пакеты для хлеба, пакеты для замороженных продуктов, пакеты для продуктов Вкладыши для мусорных баков, продуктовые пакеты, универсальные пакеты
Полипропилен (ПП) Бутылки для кетчупа, контейнеры для йогурта, маргарин, кадки, бутылки с лекарствами Ступени люков, ведра с краской, ящики для хранения видеокассет, скребки для льда, лотки для фаст-фуда, колеса газонокосилок, детали автомобильных аккумуляторов.
Полистирол (ПС) Ящики для видеокассет, оболочки для компакт-дисков, кофейные чашки, столовые приборы, подносы для кафетерия, подносы для мяса в продуктовых магазинах, контейнеры для бутербродов быстрого питания Держатели номерных знаков, дренажные системы для полей для гольфа и септических ям, аксессуары для настольных ПК, подвесные файлы, подносы для еды, цветочные горшки, мусорные баки
Следующая тема: использованная литература

Полимеры Содержание
MAST Домашняя страница

Полимеры

Полимеры

1.Введение

До начала 1920-х годов химики сомневались в существовании молекул с молекулярной массой больше нескольких тысяч. Это ограничивающее мнение было оспорено Германом Штаудингером, немецким химиком, имеющим опыт изучения природных соединений, таких как каучук и целлюлоза. В отличие от преобладающего рационализации этих веществ как агрегатов небольших молекул, Штаудингер предположил, что они состоят из макромолекул , состоящих из 10 000 или более атомов. Он сформулировал полимерную структуру для резины на основе повторяющегося изопренового звена (называемого мономером). За свой вклад в химию Штаудингер получил Нобелевскую премию 1953 года. Термины , полимер и , мономер, , произошли от греческих корней poly (много), mono (один) и meros (часть).

За признанием того, что полимерные макромолекулы составляют многие важные природные материалы, последовало создание синтетических аналогов, обладающих множеством свойств.Действительно, применение этих материалов в качестве волокон, гибких пленок, клеев, стойких красок и твердых, но легких твердых тел изменило современное общество. Некоторые важные примеры этих веществ обсуждаются в следующих разделах.


2. Написание формул для полимерных макромолекул

Повторяющаяся структурная единица большинства простых полимеров не только отражает мономер (ы), из которых состоят полимеры, но также предоставляет краткие средства для рисования структур, представляющих эти макромолекулы. Для полиэтилена, возможно, самого простого полимера, это демонстрируется следующим уравнением. Здесь этилен (этен) является мономером, а соответствующий линейный полимер называется полиэтиленом высокой плотности (HDPE). HDPE состоит из макромолекул, в которых n находится в диапазоне от 10 000 до 100 000 (молекулярная масса от 2 * 10 5 до 3 * 10 6 ).

Если Y и Z представляют собой моль мономера и полимера соответственно, Z составляет приблизительно 10 -5 Y. Этот полимер называется полиэтиленом, а не полиметиленом, (-CH 2 -) n , потому что этилен является стабильным соединением. (метилен не является), и он также служит синтетическим предшественником полимера.Две открытые связи, оставшиеся на концах длинной цепи атомов углерода (окрашенные в пурпурный цвет), обычно не указываются, потому что атомы или группы, обнаруженные там, зависят от химического процесса, используемого для полимеризации. Синтетические методы, используемые для получения этого и других полимеров, будут описаны позже в этой главе.
В отличие от более простых чистых соединений, большинство полимеров не состоят из идентичных молекул. Например, все молекулы HDPE представляют собой длинные углеродные цепи, но длина может варьироваться на тысячи мономерных единиц.По этой причине молекулярные массы полимеров обычно являются средними. Обычно используются два экспериментально определенных значения: M n , среднечисленная молекулярная масса, рассчитывается из распределения мольных долей молекул разного размера в образце, и M w , средневесовая молекулярная масса, равна рассчитывается из распределения массовых долей молекул разного размера. Они определены ниже. Поскольку более крупные молекулы в образце весят больше, чем молекулы меньшего размера, средний вес M w обязательно смещен в сторону более высоких значений и всегда больше, чем M n .Когда весовая дисперсия молекул в образце сужается, M w приближается к M n , и в маловероятном случае, когда все молекулы полимера имеют одинаковый вес (чистый монодисперсный образец), отношение M w / M n становится единицей.

Влияние различных распределений масс на M n и M w можно проверить с помощью простого калькулятора массы.
Чтобы использовать это устройство, щелкните здесь.

Известно много полимерных материалов, имеющих цепочечную структуру, аналогичную полиэтилену. Полимеры, образованные прямым соединением вместе мономерных звеньев без потери или увеличения количества материала, называются полимерами присоединения или полимерами роста цепи . Список некоторых важных аддитивных полимеров и их предшественников мономеров представлен в следующей таблице.

CH8 CH 2 -C (CH 3 ) CO 2 CH 3 ] n — ацетат
CH 2 = CHOCOCH 3
Некоторые обычные аддитивные полимеры

Имя (я)

Формула

Мономер

Свойства

Использует

Полиэтилен

CH 2 ) n
этилен
CH 2 = CH 2
мягкая, воскообразная твердая пленка, полиэтиленовые пакеты
Полиэтилен
высокой плотности (
) 908 — (CH 2 -CH 2 ) n этилен
CH 2 = CH 2
жесткий, полупрозрачный сплошной электроизоляция
бутылки, игрушки
Полипропилен
(PP) разные марки
— [CH 2 -CH (CH 3 )] n пропилен
CH 2 = CHCH 3
9019 1 атактический : мягкий, эластичный твердый
изотактический : твердый, прочный твердый
аналогичный LDPE
ковер, обивка
Поли (винилхлорид)
(ПВХ)
— (CH 2 — CHCl) n винилхлорид
CH 2 = CHCl
прочный жесткий массив трубы, сайдинг, пол
Поли (винилиденхлорид)
(Saran A)
— (CH 2 -CCl 2 ) n винилиденхлорид
CH 2 = CCl 2
плотные, тугоплавкие твердые чехлы на сиденья, пленки
полистирол (
PS)
— [CH 2 -CH (C 6 H 5 )] n стирол
CH 2 = CHC 6 H 5
жесткий, жесткий, прозрачное твердое вещество
растворим в органических растворителях 9 0836
игрушки, шкафы
упаковка (вспененная)
Полиакрилонитрил
(PAN, Orlon, Acrilan)
— (CH 2 -CHCN) n акрилонитрил 1 тугоплавкое твердое вещество
, растворимое в органических растворителях
коврики, одеяла
одежда
Политетрафторэтилен
(PTFE, тефлон)
— (CF 2 -CF 2 ) тетрафторэтилен
CF 2 = CF 2
устойчивые, гладкие твердые антипригарные поверхности
электроизоляция
поли (метилметакрилат)
(PMMA, Lucite) —
метилметакрилат
CH 2 = C (CH 3 ) CO 2 CH 3
твердая, прозрачная сплошная накладки для освещения, вывески
световые люки
Поли (винилацетат)
(PVAc)
— (CH 2 -CHOCOCH 3 ) n мягкое, липкое твердое вещество латексные краски, клеи
цис-полиизопрен
натуральный каучук
— [CH 2 -CH = [CH 2 -CH = 3 ) -CH 2 ] n изопрен
CH 2 = CH-C (CH 3 ) = CH 2
мягкое, липкое твердое вещество требует вулканизации
для практического использования
Полихлоропрен (цис + транс)
(неопрен)
— [CH 2 -CH = CCl-CH 2 ] n хлоропрен
CH 2 = CH-CCl = CH 2
жесткий, эластичный материал d синтетический каучук
маслостойкий

3.
Свойства макромолекул

Поучительно сравнение свойств полиэтилена (как LDPE, так и HDPE) с натуральными полимерами, каучуком и целлюлозой. Как отмечалось выше, синтетические макромолекулы HDPE имеют массы в диапазоне от 10 5 до 10 6 а.е.м. (молекулы LDPE более чем в сто раз меньше). Молекулы каучука и целлюлозы имеют одинаковые диапазоны масс, но меньше мономерных звеньев из-за большего размера мономера. Физические свойства этих трех полимерных веществ отличаются друг от друга и, конечно, от их мономеров.

HDPE представляет собой твердое полупрозрачное твердое вещество, которое размягчается при нагревании выше 100 ° C и может принимать различные формы, включая пленки. Он не так легко растягивается и деформируется, как ПВД. HDPE нерастворим в воде и большинстве органических растворителей, хотя при погружении в последний может наблюдаться некоторое набухание. HDPE — отличный электроизолятор.
LDPE — это мягкое полупрозрачное твердое тело, которое плохо деформируется при температуре выше 75 ° C. Пленки из LDPE легко растягиваются и обычно используются для упаковки.LDPE нерастворим в воде, но размягчается и набухает при воздействии углеводородных растворителей. И LDPE, и HDPE становятся хрупкими при очень низких температурах (ниже -80 ° C). Этилен, обычный мономер для этих полимеров, представляет собой газ с низкой температурой кипения (-104 ° C).
Натуральный (латексный) каучук — непрозрачное, мягкое, легко деформируемое твердое вещество, которое становится липким при нагревании (выше 60 ° C) и хрупким при охлаждении ниже -50 ° C. растворители, такие как толуол, со временем растворяются, но непроницаемы для воды.Изопрен C 5 H 8 представляет собой летучую жидкость (точка кипения 34 ° C).
Чистая целлюлоза в виде хлопка представляет собой мягкое гибкое волокно, практически не изменяющееся при колебаниях температуры в диапазоне от -70 до 80 ° C. Хлопок легко впитывает воду, но на него не влияет погружение в толуол или большинство других органических растворителей. . Волокна целлюлозы могут изгибаться и скручиваться, но перед разрывом они не сильно растягиваются. Мономером целлюлозы является C 6 H 12 O 6 альдогексоза D-глюкоза.Глюкоза представляет собой водорастворимое твердое вещество с температурой плавления ниже 150 ° C.

Чтобы учесть отмеченные здесь различия, нам необходимо рассмотреть природу агрегированной макромолекулярной структуры или морфологию каждого вещества. Поскольку полимерные молекулы настолько велики, они обычно упаковываются вместе неоднородным образом, с упорядоченными или кристаллическими областями, смешанными вместе с неупорядоченными или аморфными доменами. В некоторых случаях все твердое тело может быть аморфным, полностью состоящим из свернутых и запутанных макромолекулярных цепей.Кристалличность возникает, когда линейные полимерные цепи структурно ориентированы в однородной трехмерной матрице. На диаграмме справа кристаллические домены окрашены в синий цвет.
Повышенная кристалличность связана с увеличением жесткости, прочности на разрыв и непрозрачности (из-за светорассеяния). Аморфные полимеры обычно менее жесткие, более слабые и легче деформируются. Часто они прозрачные.

Три фактора, которые влияют на степень кристалличности:
i) Длина цепи
ii) Разветвление цепи
iii) Межцепочечное связывание

Важность первых двух факторов хорошо иллюстрируется различиями между LDPE и HDPE.Как отмечалось ранее, HDPE состоит из очень длинных неразветвленных углеводородных цепей. Они легко упаковываются вместе в кристаллические домены, которые чередуются с аморфными сегментами, и полученный материал, хотя и является относительно прочным и жестким, сохраняет определенную степень гибкости. Напротив, ПЭНП состоит из более мелких и более разветвленных цепей, которые не легко принимают кристаллическую структуру. Таким образом, этот материал мягче, слабее, менее плотен и легче деформируется, чем HDPE. Как правило, механические свойства, такие как пластичность, прочность на разрыв и твердость, повышаются и в конечном итоге выравниваются с увеличением длины цепи.

Природа целлюлозы подтверждает вышеприведенный анализ и демонстрирует важность третьего фактора (iii). Во-первых, цепочки целлюлозы легко принимают стабильную стержнеобразную конформацию. Эти молекулы выстраиваются бок о бок в волокна, которые стабилизируются за счет межцепочечных водородных связей между тремя гидроксильными группами на каждой мономерной единице. Следовательно, кристалличность высока, и молекулы целлюлозы не перемещаются и не скользят друг относительно друга. Высокая концентрация гидроксильных групп также объясняет легкое водопоглощение, характерное для хлопка.

Натуральный каучук — полностью аморфный полимер. К сожалению, потенциально полезные свойства сырого латексного каучука ограничены температурной зависимостью; однако эти свойства могут быть изменены путем химического изменения. Цис-двойные связи в углеводородной цепи образуют плоские сегменты, которые делают цепь более жесткой, но не выпрямляют ее. Если эти жесткие сегменты полностью удалить гидрогенизацией (катализатор H 2 & Pt), цепи теряют всякую ограниченность, и продукт представляет собой низкоплавкое парафиноподобное полутвердое вещество с низкой температурой плавления.Если вместо этого цепи молекул каучука будут слегка сшиты атомами серы, процесс, названный вулканизацией , который был открыт Чарльзом Гудиером в 1839 году, значительно улучшит желаемые эластомерные свойства резины. При сшивании от 2 до 3% получается полезный мягкий каучук, который больше не страдает проблемами липкости и хрупкости при нагревании и охлаждении. При сшивании от 25 до 35% образуется продукт из твердой твердой резины. На следующем рисунке показан поперечно сшитый разрез аморфного каучука.При нажатии на диаграмму она изменится на отображение соответствующего растянутого участка. Более высокоупорядоченные цепи в растянутой конформации энтропийно нестабильны и возвращаются в свое исходное свернутое состояние, когда им позволяют расслабиться (щелкните второй раз).

При нагревании или охлаждении большинство полимеров претерпевают тепловые превращения, которые позволяют понять их морфологию. Они определяются как переход плавления , T m , и переход стеклования , T g .

T m — температура, при которой кристаллические домены теряют свою структуру или плавятся. По мере увеличения кристалличности увеличивается и T m .
T г — температура, ниже которой аморфные домены теряют структурную подвижность полимерных цепей и становятся жесткими стеклами.

T г часто зависит от истории образца, особенно от предыдущей термообработки, механических манипуляций и отжига.Иногда ее интерпретируют как температуру, при превышении которой значительные участки полимерных цепей могут скользить мимо друг друга в ответ на приложенную силу. Введение относительно больших и жестких заместителей (таких как бензольные кольца) будет мешать этому движению цепи, таким образом увеличивая T g (обратите внимание на полистирол ниже). Введение в полимерную матрицу низкомолекулярных соединений, называемых пластификаторами, увеличивает расстояние между цепями, позволяя цепям двигаться при более низких температурах.с уменьшением Т г . Выделение газов из пластификаторов, используемых для модификации пластиковых деталей салона автомобилей, производит «запах нового автомобиля», к которому мы привыкли.

Значения T м и T г для некоторых распространенных аддитивных полимеров приведены ниже. Обратите внимание, что у целлюлозы нет ни T m , ни T g .

PAN 936 936 Резина

8036 900 90

Полимер

LDPE

HDPE

PP

PVC

PS

T м (ºC)

110 130 175 180 175> 200 330 180 30

T г (ºC)

_ 110 _ 100 _ 8 95 _ 110 105 _ 70

Каучук входит в важную группу полимеров, называемых эластомерами . Эластомеры — это аморфные полимеры, которые обладают способностью растягиваться, а затем возвращаться к своей исходной форме при температурах выше T g . Это свойство важно для таких применений, как прокладки и уплотнительные кольца, поэтому разработка синтетических эластомеров, которые могут работать в суровых или сложных условиях, остается практической целью. При температурах ниже T г эластомеры становятся твердыми стеклообразными твердыми телами и теряют всю эластичность. Трагическим примером этого стала катастрофа космического корабля «Челленджер».Термостойкие и химически стойкие уплотнительные кольца, используемые для герметизации секций твердотопливных ракет, имели, к сожалению, высокий T g , близкий к 0 ºC. Неожиданно низкие температуры утром перед запуском были ниже T g , что позволяло горячим ракетным газам выходить через уплотнения.

4. Регио и стереоизомеризация в макромолекулах

Симметричные мономеры, такие как этилен и тетрафторэтилен, могут соединяться вместе только одним способом. С другой стороны, монозамещенные мономеры могут соединяться вместе двумя организованными способами, описанными на следующей диаграмме, или третьим случайным образом.Большинство мономеров этого типа, в том числе пропилен, винилхлорид, стирол, акрилонитрил и сложные эфиры акриловой кислоты, предпочитают соединяться по принципу «голова к хвосту», время от времени возникая некоторая случайность. Причины такой региоселективности будут обсуждены в разделе синтетических методов.

Если полимерная цепь нарисована зигзагообразно, как показано выше, каждая из групп заместителей (Z) обязательно будет расположена выше или ниже плоскости, определяемой углеродной цепью.Следовательно, мы можем выделить три конфигурационных изомера таких полимеров. Если все заместители находятся на одной стороне цепи, конфигурация называется изотактической . Если заместители чередуются с одной стороны на другую регулярным образом, конфигурация называется синдиотактической . Наконец, случайное расположение групп заместителей обозначается как атактическое . Примеры этих конфигураций показаны здесь.

Многие распространенные и полезные полимеры, такие как полистирол, полиакрилонитрил и поливинилхлорид, являются атактическими при обычном приготовлении.Были разработаны индивидуализированные катализаторы, которые влияют на стереорегулярную полимеризацию полипропилена и некоторых других мономеров, и улучшенные свойства, связанные с повышенной кристалличностью этих продуктов, сделали эту важную область исследований. Сообщалось о следующих значениях T г .

Полимер

T г атактический

T g изотактический

T g

9279

ºC

0 ºC –8 ºC

PMMA

100 ºC 130 ºC 120 ºC

Свойства данного полимера будут значительно различаться в зависимости от тактики. Таким образом, атактический полипропилен бесполезен в качестве твердого строительного материала и используется в основном как компонент клея или как мягкая матрица для композитных материалов. Напротив, изотактический полипропилен представляет собой тугоплавкое твердое вещество (около 170 ºC), из которого можно формовать или обрабатывать конструкционные компоненты.


Синтез дополнительных полимеров

Все мономеры, из которых получают аддитивные полимеры, представляют собой алкены или функционально замещенные алкены. Наиболее распространенными и термодинамически предпочтительными химическими превращениями алкенов являются реакции присоединения.Известно, что многие из этих реакций присоединения протекают ступенчатым образом с участием реакционноспособных промежуточных продуктов, и это механизм, которому следует большинство полимеризаций. Здесь представлена ​​общая диаграмма, иллюстрирующая эту сборку линейных макромолекул, которая поддерживает название полимеры роста цепи . Поскольку пи-связь в мономере превращается в сигма-связь в полимере, реакция полимеризации обычно экзотермична на 8-20 ккал / моль. Действительно, сообщалось о случаях взрыво-неконтролируемой полимеризации.

Полезно выделить четыре процедуры полимеризации, соответствующие этому общему описанию.

• Радикальная полимеризация Инициатор представляет собой радикал, а место распространения реакционной способности (*) представляет собой углеродный радикал.
• Катионная полимеризация Инициатор представляет собой кислоту, а место распространения реакционной способности (*) представляет собой карбокатион.
• Анионная полимеризация Инициатор является нуклеофилом, а сайт размножения реактивности (*) представляет собой карбанион.
• Координационная каталитическая полимеризация Инициатор представляет собой комплекс переходного металла, а сайт роста реакционной способности (*) представляет собой терминальный каталитический комплекс.


1. Радикальная полимеризация с цепным ростом

Практически все описанные выше мономеры подвержены радикальной полимеризации. Поскольку это может быть вызвано следами кислорода или других незначительных примесей, чистые образцы этих соединений часто «стабилизируются» небольшими количествами ингибиторов радикалов, чтобы избежать нежелательной реакции.Когда желательна радикальная полимеризация, она должна быть начата с использованием радикального инициатора , такого как пероксид или определенные азосоединения. Формулы некоторых распространенных инициаторов и уравнения, показывающие образование радикальных частиц из этих инициаторов, представлены ниже.

Используя небольшие количества инициаторов, можно полимеризовать широкий спектр мономеров. Одним из примеров этой радикальной полимеризации является превращение стирола в полистирол, показанное на следующей диаграмме.Первые два уравнения иллюстрируют процесс инициирования , а последние два уравнения являются примерами распространения цепи . Каждая мономерная единица добавляется к растущей цепи таким образом, чтобы генерировать наиболее стабильный радикал. Поскольку углеродные радикалы стабилизируются заместителями многих видов, предпочтение региоселективности «голова-к-хвосту» в большинстве аддитивных полимеризаций понятно. Поскольку радикалы толерантны ко многим функциональным группам и растворителям (включая воду), радикальная полимеризация широко используется в химической промышленности.

Чтобы увидеть анимированную модель радикальной полимеризации с ростом цепи винилхлорида

В принципе, после начала радикальной полимеризации можно ожидать продолжения бесконтрольной полимеризации с образованием нескольких полимеров с чрезвычайно длинной цепью. На практике образуется большее количество цепей среднего размера, что указывает на то, что должны иметь место реакции обрыва цепи. Наиболее распространенными процессами обрыва являются Радикальная комбинация и Диспропорционирование . Эти реакции иллюстрируются следующими уравнениями. Растущие полимерные цепи окрашены в синий и красный цвет, а атом водорода, переносимый при диспропорционировании, окрашен в зеленый цвет. Обратите внимание, что в обоих типах терминации два реактивных радикальных центра удаляются одновременным превращением в стабильный продукт (продукты). Поскольку концентрация радикальных частиц в реакции полимеризации мала по сравнению с другими реагентами (например, мономерами, растворителями и терминированными цепями), скорость, с которой происходят эти радикально-радикальные реакции обрыва, очень мала, и большинство растущих цепей достигают умеренной длины до обрыва. .

Относительная важность этих обрывов зависит от природы мономера, подвергающегося полимеризации. Для акрилонитрила и стирола основным процессом является комбинация. Однако образование метилметакрилата и винилацетата прекращается главным образом за счет диспропорционирования.

Другая реакция, которая отвлекает радикальную полимеризацию с ростом цепи от производства линейных макромолекул, называется передачей цепи . Как следует из названия, эта реакция перемещает углеродный радикал из одного места в другое посредством межмолекулярного или внутримолекулярного переноса атома водорода (окрашено в зеленый цвет).Эти возможности демонстрируются следующими уравнениями

Реакции передачи цепи особенно распространены при радикальной полимеризации этилена под высоким давлением, которая является методом, используемым для производства LDPE (полиэтилена низкой плотности). 1º-радикал на конце растущей цепи превращается в более стабильный 2º-радикал путем переноса атома водорода. Дальнейшая полимеризация в новом радикальном сайте генерирует радикал боковой цепи, что, в свою очередь, может привести к образованию других боковых цепей за счет реакций передачи цепи.В результате морфология LDPE представляет собой аморфную сеть из сильно разветвленных макромолекул.


2. Катионная полимеризация с ростом цепи

Полимеризация изобутилена (2-метилпропена) следами сильных кислот является примером катионной полимеризации. Полиизобутилен представляет собой мягкое каучуковое твердое вещество, T г = _ 70 ° C, которое используется для внутренних труб. Этот процесс аналогичен радикальной полимеризации, что демонстрируется следующими уравнениями.Рост цепи прекращается, когда концевой карбокатион соединяется с нуклеофилом или теряет протон, давая концевой алкен (как показано здесь).

Мономеры, содержащие катионостабилизирующие группы, такие как алкил, фенил или винил, могут быть полимеризованы катионными процессами. Обычно они инициируются при низкой температуре в растворе хлористого метилена. Сильные кислоты, такие как HClO 4 , или кислоты Льюиса, содержащие следы воды (как показано выше), служат в качестве инициирующих реагентов. При низких температурах реакции передачи цепи при такой полимеризации редки, поэтому получаемые полимеры являются чисто линейными (неразветвленными).


3. Анионная полимеризация с ростом цепи

Обработка холодного раствора стирола в ТГФ 0,001 эквивалентом н-бутиллития вызывает немедленную полимеризацию. Это пример анионной полимеризации, протекание которой описывается следующими уравнениями. Рост цепи может быть остановлен водой или углекислым газом, и передача цепи происходит редко. Только мономеры, имеющие заместители, стабилизирующие анион, такие как фенил, циано или карбонил, являются хорошими субстратами для этого метода полимеризации.Многие из полученных полимеров в значительной степени изотактичны по конфигурации и имеют высокую степень кристалличности.

Разновидности, которые использовались для инициирования анионной полимеризации, включают щелочные металлы, амиды щелочных металлов, алкиллитий и различные источники электронов. Практическое применение анионной полимеризации происходит при использовании суперклея. Этот материал представляет собой метил-2-цианоакрилат, CH 2 = C (CN) CO 2 CH 3 . Под воздействием воды, аминов или других нуклеофилов происходит быстрая полимеризация этого мономера.


4.
Каталитическая полимеризация Циглера-Натта

Эффективная и стереоспецифическая процедура каталитической полимеризации была разработана Карлом Циглером (Германия) и Джулио Натта (Италия) в 1950-х годах. Их открытия впервые позволили синтез неразветвленного высокомолекулярного полиэтилена (HDPE), лабораторный синтез натурального каучука из изопрена и контроль конфигурации полимеров из концевых алкенов, таких как пропен (например, чистые изотактические и синдиотактические полимеры).В случае этилена быстрая полимеризация происходила при атмосферном давлении и температуре от умеренной до низкой, давая более прочный (более кристаллический) продукт (HDPE), чем продукт радикальной полимеризации (LDPE). За это важное открытие эти химики получили Нобелевскую премию по химии 1963 года.

Катализаторы Циглера-Натта получают реакцией определенных галогенидов переходных металлов с металлоорганическими реагентами, такими как реагенты алкилалюминий, литий и цинк. Катализатор, образованный реакцией триэтилалюминия с тетрахлоридом титана, широко изучался, но другие металлы (например,г. V & Zr) также оказались эффективными. На следующей диаграмме представлен один из механизмов этой полезной реакции. Были предложены и другие варианты с изменениями для учета неоднородности или гомогенности катализатора. Полимеризация пропилена под действием титанового катализатора дает изотактический продукт; тогда как катализатор на основе ванадия дает синдиотактический продукт.


Сополимеры

Синтез макромолекул, состоящих из более чем одной повторяющейся мономерной единицы, был исследован как средство управления свойствами получаемого материала.В этом отношении полезно различать несколько способов, которыми различные мономерные звенья могут быть включены в полимерную молекулу. Следующие ниже примеры относятся к двухкомпонентной системе, в которой один мономер обозначен как A , а другой — B .

Статистические сополимеры

Также называемые статистическими сополимерами. Здесь мономерные звенья распределены в полимерной цепи случайным образом, а иногда и неравномерно: ~ ABBAAABAABBBABAABA ~.

Чередующиеся сополимеры

Здесь мономерные звенья распределены регулярным чередованием с почти эквимолярным количеством каждого в цепи: ~ ABABABABABABABAB ~.

Блок-сополимеры

Вместо смешанного распределения мономерных единиц длинная последовательность или блок одного мономера присоединяется к блоку второго мономера: ~ AAAAA-BBBBBBB ~ AAAAAAA ~ BBB ~ BBB ~ BBB ~ .

Привитые сополимеры

Как следует из названия, боковые цепи данного мономера присоединены к основной цепи второго мономера: ~ AAAAAAA (BBBBBBB ~) AAAAAAA (BBBB4 ~) AAA 90

1. Аддитивная сополимеризация

Большинство прямых сополимеризаций эквимолярных смесей различных мономеров дают статистические сополимеры, или, если один мономер намного более реакционноспособен, почти гомополимер этого мономера. Сополимеризация стирола, например, с метилметакрилатом, например, протекает по-разному в зависимости от механизма. Радикальная полимеризация дает статистический сополимер. Однако продуктом катионной полимеризации в основном является полистирол, а анионная полимеризация способствует образованию полиметилметакрилата. В случаях, когда относительная реакционная способность различна, состав сополимера иногда можно контролировать путем непрерывного введения в реакцию смещенной смеси мономеров.
Образование чередующихся сополимеров благоприятно, когда мономеры имеют разные полярные заместители (например, один электроноакцепторный, а другой электронодонорный), и оба имеют одинаковую реакционную способность по отношению к радикалам. Например, сополимеризация стирола и акрилонитрила в значительной степени чередуется.

шины
Некоторые полезные сополимеры

Мономер A

Мономер B

Сополимер

Использует

H 2 C = CHCl H

CC 9020 CC пленки и волокна
H 2 C = CHC 6 H 5 H 2 C = C-CH = CH 2 SBR
стирол-бутадиеновый каучук
36
H 2 C = CHCN H 2 C = C-CH = CH 2 Нитрилкаучук клеи
шланги
H 2 C = C (CH 3 ) 2 H 2 C = C-CH = CH 2 Бутилкаучук внутренние трубы
F 2 C = CF (CF 3 ) H 2 C = CHF Витон Прокладки

Тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, называемый АБС-каучуком, используется для изготовления ударопрочных емкостей, труб и прокладок.


2. Блок-сополимеризация

Было разработано несколько различных методов получения блок-сополимеров, многие из которых используют реакции конденсации (следующий раздел). На этом этапе наше обсуждение будет ограничено применением анионной полимеризации. В описанной выше анионной полимеризации стирола реактивный центр остается на конце цепи до тех пор, пока она не будет погашена. Непогашенный полимер был назван живым полимером , и если добавляется дополнительный стирол или другой подходящий мономер, образуется блок-полимер.Это проиллюстрировано для метилметакрилата на следующей диаграмме.

Конденсационные полимеры

Большое количество важных и полезных полимерных материалов не образуется в результате процессов роста цепей с участием реакционноспособных частиц, таких как радикалы, а происходит вместо этого путем обычных преобразований функциональных групп полифункциональных реагентов. Эти полимеризации часто (но не всегда) происходят с потерей небольшого побочного продукта, такого как вода, и обычно (но не всегда) объединяют два разных компонента в чередующейся структуре. Полиэфир дакрон и полиамид нейлон 66, показанные здесь, являются двумя примерами синтетических полимеров конденсации, также известных как полимеры ступенчатого роста . В отличие от полимеров с цепным ростом, большинство из которых растут за счет образования углерод-углеродных связей, ступенчатые полимеры обычно растут за счет образования углерод-гетероатомных связей (C-O и C-N в дакроне и нейлоне соответственно). Хотя полимеры такого типа можно рассматривать как чередующиеся сополимеры, повторяющееся мономерное звено обычно определяется как комбинированный фрагмент.
Примерами встречающихся в природе конденсационных полимеров являются целлюлоза, полипептидные цепи белков и поли (β-гидроксимасляная кислота), полиэфир, синтезируемый в большом количестве некоторыми почвенными и водными бактериями. Формулы для них будут отображены ниже при нажатии на диаграмму.

1. Характеристики конденсационных полимеров

Конденсационные полимеры образуются медленнее, чем аддитивные полимеры, часто требуют тепла, и их молекулярная масса обычно ниже. Концевые функциональные группы в цепи остаются активными, так что группы более коротких цепей объединяются в более длинные цепи на поздних стадиях полимеризации. Присутствие полярных функциональных групп в цепях часто усиливает притяжение цепей к цепям, особенно если они включают водородные связи и, следовательно, кристалличность и прочность на разрыв. Следующие ниже примеры конденсационных полимеров являются иллюстративными.
Следует отметить, что для промышленного синтеза компоненты карбоновой кислоты могут фактически использоваться в форме производных, таких как простые эфиры.Кроме того, реакции полимеризации нейлона 6 и спандекса не протекают путем удаления воды или других небольших молекул. Тем не менее, очевидно, что полимер образуется в процессе ступенчатого роста.

Разница в T g и T m между первым полиэфиром (полностью алифатическим) и двумя нейлоновыми полиамидами (5-я и 6-я записи) показывает влияние внутрицепочечных водородных связей на кристалличность. Замена гибких алкилиденовых звеньев жесткими бензольными кольцами также делает полимерную цепь более жесткой, что приводит к усилению кристаллического характера, как показано для полиэфиров (позиции 1, 2 и 3) и полиамидов (позиции 5, 6, 7 и 8).Высокие значения T g и T m для аморфного полимера Lexan соответствуют его блестящей прозрачности и жесткости, подобной стеклу. Кевлар и номекс — чрезвычайно прочные и стойкие материалы, которые находят применение в пуленепробиваемых жилетах и ​​огнестойкой одежде.

Многие полимеры, как аддитивные, так и конденсационные, используются в качестве волокон. Основные методы формования синтетических полимеров в волокна — из расплавов или вязких растворов. Полиэфиры, полиамиды и полиолефины обычно получают из расплава при условии, что T m не слишком высок.Полиакрилаты подвергаются термическому разложению и поэтому формуются из раствора в летучем растворителе. Холодная вытяжка — важная физическая обработка, улучшающая прочность и внешний вид этих полимерных волокон. При температурах выше T g волокно толще, чем требуется, может быть принудительно растянуто во много раз своей длины; при этом полимерные цепи распутываются и стремятся выровняться параллельно. Эта процедура холодной вытяжки организует произвольно ориентированные кристаллические домены, а также выравнивает аморфные домены, чтобы они стали более кристаллическими.В этих случаях физически ориентированная морфология стабилизируется и сохраняется в конечном продукте. Это контрастирует с эластомерными полимерами, для которых растянутая или выровненная морфология нестабильна по сравнению с морфологией аморфной случайной спирали.
При нажатии на следующую диаграмму изображение этих изменений будет переключаться из одной крайности в другую. Эту обработку холодной вытяжкой можно также использовать для обработки полимерных пленок (например, майлара и сарана), а также волокон.

Полимеризация ступенчатого роста также используется для получения класса адгезивов и аморфных твердых веществ, называемых эпоксидными смолами. Здесь ковалентное связывание происходит в результате реакции S N 2 между нуклеофилом, обычно амином, и концевым эпоксидом. В следующем примере тот же промежуточный бисфенол A, который используется в качестве мономера для Lexan, служит бифункциональным каркасом, к которому присоединены эпоксидные кольца. Бисфенол А получают путем катализируемой кислотой конденсации ацетона с фенолом.


2.Термореактивные и термопластичные полимеры

Большинство описанных выше полимеров классифицируются как термопласты .Это отражает тот факт, что выше T g им можно придавать форму или прессовать в формы, формовать или отливать из расплавов или растворять в подходящих растворителях для последующего формования. Кевлар и Номекс из-за их высокой температуры плавления и плохой растворимости в большинстве растворителей оказались проблемой, но в конечном итоге она была решена.
Другая группа полимеров, характеризующихся высокой степенью сшивки, сопротивляется деформации и растворению после достижения их окончательной морфологии. Такие полимеры обычно получают в формах, которые позволяют получить желаемый объект.Поскольку эти полимеры, однажды сформированные, не могут быть изменены нагреванием, они называются термореактивными пластинами . Частичные формулы для четырех из них будут показаны ниже при нажатии соответствующей кнопки. Первым экспонатом является бакелит, один из первых полностью синтетических пластиков, получивших коммерческое использование (около 1910 г.).

Природный смолистый полимер, называемый лигнин, имеет сшитую структуру, аналогичную бакелиту. Лигнин — это аморфная матрица, в которой ориентированы целлюлозные волокна древесины.Дерево — это натуральный композитный материал, природный эквивалент композитов из стекловолокна и углеродного волокна. Частичная структура лигнина показана здесь


Эпоха пластмасс

Исторически сложилось так, что многие эпохи характеризовались материалами, которые тогда были важны для человеческого общества (например, каменный век, бронзовый век и железный век). ХХ век приобрел несколько таких ярлыков, включая ядерный век и нефтяной век ; тем не менее, лучшим названием, вероятно, является пластиковая эра .В течение этого периода никакие технологические достижения, кроме подачи электроэнергии в каждый дом, не повлияли на нашу жизнь больше, чем широкое использование синтетических пластиков в нашей одежде, посуде, строительных материалах, автомобилях, упаковке и игрушках, и это лишь некоторые из них. . Разработка материалов, которые мы сейчас называем пластмассами, началась с вискозы в 1891 году, продолжилась бакелитом в 1907 году, полиэтиленом в 1933 году, нейлоном и тефлоном в 1938 году, полипропиленом в 1954 году, кевларом в 1965 году и продолжается.

Многие типы полимеров, которые мы объединяем в пластики, обычно недорогие, легкие, прочные, долговечные и, при желании, гибкие. Пластмассы могут обрабатываться экструзией, литьем под давлением, вакуумным формованием и сжатием, превращаясь в волокна, тонкие листы или предметы определенной формы. Они могут быть окрашены по желанию и усилены стекловолокном или углеродными волокнами, а некоторые могут быть расширены в пенопласт с низкой плотностью. Многие современные клеи предполагают образование пластичного связующего вещества.Пластмассы заменяют все большее количество натуральных веществ. При производстве клавиш пианино и бильярдных шаров пластмассы заменили слоновую кость, что помогло выжить слону. Примечательно, что предприятие по производству синтетического волокна занимает гораздо меньшую площадь земли, чем было бы необходимо для производства такого же количества натуральных волокон, как хлопок, шерсть или шелк. При всех этих преимуществах неудивительно, что многое из того, что вы видите вокруг, сделано из пластика. В самом деле, низкая стоимость, легкий вес, прочность и адаптируемость конструкции пластмасс к различным областям применения привели к значительному годовому росту их производства и использования, который, вероятно, будет продолжаться.Действительно, многие пластмассы используются в одноразовых изделиях, предназначенных только для одноразового использования.

Закон непредвиденных последствий

Успешные решения технологических проектов часто достигаются путем сосредоточения внимания на ограниченном наборе переменных, которые напрямую связаны с желаемым результатом. Однако у природы часто есть способ вознаградить такой успех, выявив неожиданные проблемы, возникшие «вне рамок» определенного проекта. В случае пластмасс их выгодная долговечность и относительно низкая стоимость привели к серьезному загрязнению окружающей среды, поскольку использованные предметы и упаковки случайно выбрасываются и заменяются в бесконечном цикле.Мы видим это каждый день на улицах и полях в наших кварталах, но проблема гораздо серьезнее. Чарльз Мур, американский океанограф, в 1997 году обнаружил огромную массу мусора, оцениваемую почти в 100 миллионов тонн, плавающую в Тихом океане между Сан-Франциско и Гавайями. Названный «Большой тихоокеанский мусорный полигон», этот тушеный мусор состоит в основном (80%) из кусочков и кусков пластика, который превышает планктон в соотношении 6: 1, в регионе, который в два раза больше Техаса. Хотя часть обломков происходит с кораблей в море, по крайней мере 80% приходится на мусор, образующийся на суше.Информация, представленная здесь, и иллюстрация слева взяты из статьи Сьюзан Кейси в BestLife
Циркуляция течений по часовой стрелке, создаваемая глобальной ветровой системой и ограниченная окружающими континентами, образует вихрь или круговорот, сравнимый с большим водоворотом. Каждый крупный океанский бассейн имеет большой круговорот в субтропическом регионе с центром около 30º северной и южной широты. Североатлантический субтропический круговорот известен как Саргассово море. Более крупный субтропический круговорот в северной части Тихого океана, называемый депрессией, представляет собой зону конвергенции, в которой пластик и другие отходы смешиваются вместе.Подобные области есть в южной части Тихого океана, Северной и Южной Атлантике и Индийском океане.

Помимо отвратительного внешнего вида, мусорная свалка представляет собой серьезную проблему для окружающей среды и здоровья. Никто не знает, сколько времени потребуется, чтобы некоторые из этих пластиков разложились или вернулись в составные молекулы. Устойчивые объекты, такие как кольца из шести упаковок и выброшенные сети, служат ловушкой для морских животных. Меньшие пластиковые отходы принимают за пищу морские птицы; и часто обнаруживаются непереваренными в кишечнике мертвых птиц.Нурдлы, гранулы пластика размером с чечевицу, в изобилии встречающиеся там, где производятся и распространяются пластмассы, разносятся ветром по биосфере. Они достаточно легкие, чтобы развевать их, как пыль, и смывать в гавани, ливневые стоки и ручьи. Сбежавшие гранулы и другой пластиковый мусор мигрируют в океанический круговорот в основном с суши. В таких отдаленных местах, как Раротонга, на островах Кука, они обычно смешаны с пляжным песком. Попав в океан, гранулы могут поглощать в миллион раз больше любых органических загрязнителей, обнаруженных в окружающих водах.Морские нянечки легко принимают за икру рыбы существа, которым очень хочется перекусить. Попав внутрь тела большеглазого тунца или королевского лосося, они становятся частью нашей пищевой цепи.

Вторичная переработка и утилизация

Большинство пластмасс рассыпается на все более мелкие фрагменты, когда они подвергаются воздействию солнечного света и элементов. За исключением небольшого количества, которое было сожжено — а это очень небольшое количество — каждый кусок пластика, когда-либо сделанный, все еще существует, если только молекулярная структура материала не предназначена для содействия биоразложению.К сожалению, очистка участка от мусора — нереальный вариант, и, если мы не изменим наши привычки по утилизации и переработке мусора, он, несомненно, станет больше. Одно из разумных решений потребует от производителей по возможности использовать натуральные биоразлагаемые упаковочные материалы, а от потребителей — добросовестно утилизировать свои пластиковые отходы. Таким образом, вместо того, чтобы отправлять весь пластиковый мусор на свалку, часть его может давать энергию путем прямого сгорания, а часть преобразовываться для повторного использования в качестве заменителя первичного пластика. Последний особенно привлекателен, поскольку большинство пластмасс производится из нефти — ресурса, который сокращается, а цена колеблется.
Энергетический потенциал пластиковых отходов относительно значителен и колеблется от 10,2 до 30,7 МДж / кг, что предполагает их применение в качестве источника энергии и стабилизатора температуры в муниципальных мусоросжигательных заводах, тепловых электростанциях и цементных печах. Использование пластиковых отходов в качестве источника топлива могло бы стать эффективным средством снижения требований к захоронению отходов при рекуперации энергии.Однако это зависит от использования соответствующих материалов. Неадекватный контроль горения, особенно для пластмасс, содержащих хлор, фтор и бром, представляет собой риск выделения токсичных загрязнителей.

Пластиковые отходы, используемые в качестве топлива или в качестве источника вторичного пластика, необходимо разделять на разные категории. С этой целью в 1988 году Общество производителей пластмасс (SPI) разработало систему идентификационного кодирования, которая используется во всем мире. Этот код, показанный справа, представляет собой набор символов, размещенных на пластике для определения типа полимера с целью обеспечения эффективного разделения различных типов полимеров для вторичной переработки.Сокращения кода поясняются в следующей таблице.

PETE HDPE V LDPE
полиэтилен
терефталат
высокая плотность
полиэтилен
2 2 полипропилен 2 полиэтилен низкой плотности PS ДРУГОЕ
полипропилен полистирол полиэфиры, акрил
полиамиды, тефлон и т. Д.

Несмотря на использование символа рециркуляции при кодировании пластмасс, потребители не понимают, какие пластики можно легко перерабатывать. В большинстве сообществ по всей территории Соединенных Штатов ПЭТЭ и ПЭВП — единственные пластмассы, собираемые в рамках муниципальных программ утилизации. Однако в некоторых регионах ассортимент собираемых пластмасс расширяется по мере появления рынков. (Лос-Анджелес, например, перерабатывает весь чистый пластик, пронумерованный от 1 до 7). Теоретически большинство пластмасс подлежат переработке, и некоторые типы могут использоваться в сочетании с другими.Однако во многих случаях существует несовместимость между разными типами, что требует их эффективного разделения. Поскольку пластмассы, используемые в данном секторе производства (например, электроника, автомобилестроение и т. Д.), Обычно ограничиваются несколькими типами, эффективная переработка часто лучше всего достигается с помощью целевых потоков отходов.

Пластиковый мусор из большинства домашних хозяйств, даже с некоторым разделением пользователей, представляет собой смесь неопознанных частей. Переработка таких смесей — сложная проблема.Процесс плавания / погружения оказался полезным в качестве первого шага. При помещении в среду промежуточной плотности частицы разной плотности разделяются — частицы с более низкой плотностью плавают, а частицы с более высокой плотностью опускаются. Используются различные разделяющие среды, включая воду или водные растворы известной плотности (спирт, NaCl, CaCl 2 или ZnCl 2 ). Как показано в следующей таблице, плотности обычных пластиков различаются в достаточной степени, чтобы их можно было различать таким образом.Цилиндроконический циклон, показанный справа, обеспечивает непрерывную процедуру подачи, при которой разделяемый материал закачивается в емкость одновременно с разделяющей средой. Некоторые полимеры, такие как полистирол и полиуретан, обычно превращаются в вспененные твердые вещества, которые имеют гораздо более низкую плотность, чем твердый материал.

Плотность типичных пластмасс
PE и PP ABS и SAN
и нейлон
PMM и акрил
и поликарбонаты 055 и поликарбонаты
.90-0,99 1,05-1,09 1,10-1,25 1,3-1,6
PE = полиэтилен и PP = полипропилен
ABS = сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол
SriAN = PMM = полиметилметакрилат
PETE = полиэтилентерефталат
PVC = поливинилхлорид (жесткий)

Одна серьезная проблема при переработке возникает из-за множества добавок, содержащихся в пластиковых отходах. К ним относятся пигменты для окрашивания, твердые волокна в композитах, стабилизаторы и пластификаторы. В случае ПЭТФ (или ПЭТ), который обычно используется для изготовления бутылок, некоторые отходы могут подвергаться механической и термической обработке для производства низкосортных упаковочных материалов и волокон. Чтобы повысить ценность регенерированного ПЭТФ, его можно деполимеризовать перегретым метанолом в диметилтерефталат и этиленгликоль. Затем эти химические вещества очищаются и используются для производства чистого ПЭТФ. Углеводородные полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, могут быть расплавлены и экструдированы в гранулы для повторного использования.Однако наличие красителей или пигментов ограничивает ценность этого продукта.

Биоразлагаемые полимеры

Пластмассы, полученные из природных материалов, таких как целлюлоза, крахмал и гидроксикарбоновые кислоты, легче разлагаются под воздействием кислорода, воды, почвенных организмов и солнечного света, чем большинство полимеров на нефтяной основе. Гликозидные связи в полисахаридах и сложноэфирные группы в сложных полиэфирах представляют собой точки атаки ферментов микроорганизмов, которые способствуют их разложению.Такие биоразлагаемые материалы можно компостировать, расщеплять и возвращать земле в качестве полезных питательных веществ. Однако важно понимать, что правильное компостирование необходимо. Размещение таких материалов на свалке приводит к более медленному анаэробному разложению, в результате которого образуется метан, парниковый газ.

Производные целлюлозы, такие как ацетат целлюлозы, издавна служат для изготовления пленок и волокон. Наиболее полезным ацетатным материалом является диацетат, в котором две трети гидроксильных групп целлюлозы этерифицированы.Волокна ацетата теряют прочность при намокании, поэтому одежду из ацетата необходимо подвергать химической чистке. Другой основной полисахарид, крахмал, менее устойчив, чем целлюлоза, но в гранулированной форме он теперь заменяет полистирол в качестве упаковочного материала.
Два природных полиэфира, которые находят все более широкое применение в качестве замены пластмасс на нефтяной основе, — это полилактид (PLA) и полигидроксиалканоаты (PHA), последние чаще всего в виде сополимеров с полигидроксибутиратом (PHB). Структуры этих полимеров и их предшественников мономеров показаны ниже.

PLA на самом деле представляет собой полимер молочной кислоты, но димерный лактид используется в качестве предшественника, чтобы избежать образования воды при прямой полиэтерификации. Бактериальное брожение используется для производства молочной кислоты из кукурузного крахмала или тростникового сахара. После димеризации до лактида осуществляется полимеризация с раскрытием цикла очищенного лактида с использованием соединений двухвалентного олова в качестве катализаторов. PLA, как и большинство термопластов, можно перерабатывать в волокна и пленки. В ситуациях, когда требуется высокий уровень ударной вязкости, вязкость PLA в его первоначальном состоянии часто бывает недостаточной. Смеси PLA с полимерами, такими как ABS, обладают хорошей стабильностью формы и визуальной прозрачностью, что делает их полезными для упаковочных приложений низкого уровня. Материалы PLA в настоящее время используются в ряде биомедицинских приложений, таких как швы, стенты, диализные среды и устройства для доставки лекарств. Однако одним из недостатков полилактидов для биомедицинского применения является их хрупкость.
Молочная кислота имеет хиральный центр, причем (S) (+) — энантиомер является распространенной природной формой (L-молочная кислота). Из-за хиральной природы молочной кислоты существует несколько различных форм полилактида. Поли-L-лактид (PLLA) является продуктом полимеризации (S, S) -лактида. PLLA имеет кристалличность около 37%, температуру стеклования от 50 до 80 ºC и температуру плавления от 173 до 178 ºC. Температура плавления PLLA может быть увеличена на 40-50 ºC, а температура тепловой деформации может быть увеличена примерно с 60 ºC до 190 ºC путем физического смешивания полимера с PDLA (поли-D-лактидом). PDLA и PLLA образуют очень регулярный стереокомплекс с повышенной кристалличностью.

PHA (полигидроксиалканоаты) синтезируются такими микроорганизмами, как Alcaligenes eutrophus , которые выращиваются в подходящей среде и питаются соответствующими питательными веществами, чтобы быстро размножаться. Как только популяция увеличивается, изменяется состав питательных веществ, заставляя микроорганизм синтезировать PHA. Собранные количества PHA из организма могут достигать 80% от сухого веса организма.Самая простая и наиболее часто встречающаяся форма PHA — это поли (R-3-гидроксибутират), PHB или P (3HB)). Чистый ПОБ, состоящий из от 1000 до 30000 единиц гидроксикислоты, относительно хрупкий и жесткий. В зависимости от микроорганизмов, многие из которых созданы для этой цели с помощью генной инженерии, и условий культивирования могут быть получены гомо- или сополиэфиры с различными гидроксиалкановыми кислотами. Такие сополимеры могут иметь улучшенные физические свойства по сравнению с гомо Р (3НВ). В настоящее время эти PHA стоят примерно в два раза дороже пластмасс на нефтяной основе.Также была создана искусственная трава, которая выращивает PHA внутри своих листьев и стеблей, что дает возможность избежать некоторых затрат, связанных с крупномасштабной бактериальной ферментацией.
В отличие от P (3HB), полимер 4-гидроксибутирата, P (4HB), эластичен и гибок с более высокой прочностью на разрыв. Сополимеры P (3HB) и P (4HB) синтезированы Comamonas acidovarans . Молекулярный вес остается примерно таким же (400 000-700 000 Да), но термические свойства коррелируют с соотношением этих мономерных звеньев.MP уменьшается с 179 до 130 (или ниже) с увеличением 4HB, а при увеличении 4HB от 0% до 100% Tg уменьшается с 4 до -46. 4-гидроксибутират (4HB) производится из 1,4-бутандиола такими микроорганизмами, как Aeromonas hydrophila , Escherichia coli или Pseudomonas putida . Затем ферментационный бульон, содержащий 4HB, был использован для производства гомополимера P (4HB), а также сополимеров с P (3HB), [P (3HB-4HB)]. В следующей таблице перечислены некоторые свойства этих гомополимеров и сополимеров.

40836
Свойства некоторых полимеров
Полимер T м ºC T г ºC% Кристалличность Прочность на растяжение
Предел прочности
P (3HB) 179 4 P (4HB) 53 -47 53 100
сополимер
3HB-20% 3HV
145 -1 50 со-полимер 32-908 Полимер
3HB-7% 3HD
133-8> 50 17
изотактический полипропилен 176 0> 50 4014-100 10
3HV = 3-гидроксивалерат, 3HD = 3-гидроксидеканоат

Остается открытым вопрос, является ли это более энергоэффективно и экономически выгодно использовать биоразлагаемый пластик или переработать пластик на нефтяной основе. Однако нет никаких сомнений в том, что биоразлагаемые материалы приводят к меньшему загрязнению окружающей среды, если их выбрасывают в случайном порядке после использования, как это часто бывает.

Полимерные продукты, используемые в пищевых продуктах и ​​водоснабжении

От морских глубин до продуктивных полей — полимерные продукты и решения помогают герметизировать, увлажнять и защищать в воде и пищевых продуктах. Вот несколько примеров того, что происходит на практике.

В пищевой промышленности полимеры всегда под рукой.При обработке полей для выращивания сельскохозяйственных культур шины защищают почву от ненужных повреждений. После сбора урожая и обработки, уплотнения, миллионы которых устанавливаются во всех системах пищевой промышленности, помогают предотвратить заражение даже при сложном и сложном производстве молочных продуктов. То же самое и с высокотехнологичными шлангами, которые регулярно используются производителями вин для всех лучших винтажей.

Наконец, в конце производственного процесса грузовики, оснащенные системами демпфирования, доставляют эти предметы первой необходимости потребителям по всему миру.

Что касается продуктов, связанных с водой, каучук имеет жизненно важное значение в некоторых критических областях применения. Уплотнители широко используются при очистке и транспортировке питьевой воды. Они варьируются от больших прокладок, используемых на очистных сооружениях и инфраструктуре, до крошечных, но не менее важных уплотнительных колец, используемых в смесителях в домах. В глобальном масштабе по мере повышения уровня моря защита земель вызывает растущую озабоченность. Технологии, используемые для систем защиты от наводнений в странах, подверженных наводнениям, таких как Нидерланды, передаются проектам по всему миру.В этом типе применения резиновые изделия помогают гидроизолировать фундамент и отводить водотоки.

Перегруженные дороги также становятся все более серьезной проблемой, особенно вокруг мегаполисов. Из-за небольшого количества земли, куда можно было бы направить движение, подземные автомобильные туннели становятся все длиннее и больше. Прокладки являются их неотъемлемой частью, предотвращая попадание воды в подземные артерии.

Полимеры также присутствуют в широком спектре применений в морской воде, таких как системы швартовки, которые защищают суда при швартовке в гавани.Подводные изделия из резины и полимеров способствуют безопасности персонала и оборудования, задействованного в разведке нефти и газа. Одним из примеров являются продукты подавления VIV, которые защищают трубопроводы от разрушительных вихревых вибраций, вызываемых подводными течениями.

Лук, наполненный водой
Складные контейнеры для хранения воды от британской компании Trelleborg, Dunlop GRG, могут поставляться в двух форматах: в форме подушки или в форме лука. Резервуар в форме подушки идеально подходит для воды и других водных растворов и имеет стандартный диапазон емкости от 3700 до 75000 литров, в то время как резервуары для лука специально разработаны для хранения питьевой и непитьевой воды и имеют диапазон емкости от 3780 до 11350 литров. литров.Резервуар для лука выпускается в трех конфигурациях — с открытым верхом, откидным верхом, чтобы не допустить загрязнения, и верхом на молнии, который предотвращает как загрязнение, так и испарение. Оба формата легко сворачиваются и транспортируются, а также могут быть заказаны по индивидуальному заказу с учетом конкретной вместимости. Насосы, шланги и комплекты для распределения воды являются частью решения, что делает емкости для воды подходящими как для военных властей, так и для агентств по оказанию помощи.

Переработка пищевых продуктов
На перерабатывающем предприятии, перерабатывающем молочные продукты или другие виды пищевых продуктов, используются тысячи отрезков трубопроводов, и на каждом стыке имеется муфта, уплотненная зажимными прокладками и уплотнительными кольцами.Неэффективное уплотнение часто приводит к остановке производства для технического обслуживания или даже к незапланированной замене деталей. Тщательное согласование материала уплотнения с технологической средой и агрессивными химическими веществами, используемыми в режимах очистки, увеличивает срок службы уплотнений и прокладок. Это повышает эффективность производства и снижает общие затраты производителя. От высокоэффективных эластомерных смесей EPDM до современных материалов, таких как Resifluor и перфторэластомер Isolast, Trelleborg Sealing Solutions предлагает подходящий уплотнительный материал для различных условий эксплуатации.

Мега-ворота блокируют наводнение
В рамках одного из крупнейших в мире проектов по предотвращению наводнений, проекта «Дельта» в Нидерландах, барьер от штормовых нагонов Maeslantkering защищает землю от силы воды. Массивная конструкция состоит из двух полых «ворот» с 248 метровыми крыльями, построенных Треллеборгом Баккером. Длина стрелы каждой калитки составляет 237 метров от шарового шарнира до кончика.

Когда ворота складываются в два стыка, каждый поддерживается 14 пружинными эластомерными опорами.В случае штормового прилива доки наполняются водой, а пустотелые ворота начинают плавать и поворачиваются наружу, пока не встретятся. Поскольку полости ворот наполняются водой, ворота опускаются и перекрывают водяной проем шириной 360 метров. После того, как паводок прошел, вода откачивается, и конструкция снова начинает плавать. После того, как опасность паводка миновала, ворота возвращаются в свои доки. Во время сильного шторма в ноябре 2007 года барьер штормовых нагонов был впервые закрыт.Шлагбаум будет закрываться только в очень плохую погоду — вероятно, раз в 10 лет.

Пробка для воды
Пропитанная полиэфирная ткань и каучук на основе этиленпропилендиенового мономера (EPDM) являются полезными ингредиентами при креплении труб. Немецкая компания Trelleborg Epros, лидер на рынке запчастей для трубопроводных систем и санации канализационных сетей, приобретенная Trelleborg в начале 2007 года, специализируется на бестраншейном ремонте. Trelleborg Epros поставляет системы и материалы (полиэфирные войлоки, химически стойкое стекловолокно) и смолы для гражданских подрядчиков, чтобы они могли ремонтировать канализационные и ливневые трубы, не выкапывая их.

Ассортимент надувных и проточных заглушек для труб, таких как система DrainStopper, подходит для остановки потоков и для перепуска при проверке труб на предмет утечек. Гибкий и захватывающий материал заглушек может безопасно герметизировать любой материал трубы, а все надувные заглушки можно легко ввести через люки. Редуктор давления подключен к источнику воздуха через воздушный шланг, на котором установлен привод. Другой воздушный шланг соединяет систему с расширительной пробкой, которая затем вставляется в трубу и надувается.

Для получения дополнительной информации посетите www.trelleborg.com.

Теперь можно спрогнозировать срок службы полимерных продуктов.

Новейшее оборудование для определения характеристик компании FORCE Technology применяется для оценки состояния полимерных продуктов. Таким образом можно избежать критических поломок материалов с катастрофическими последствиями.

Новейшее оборудование для определения характеристик полимеров

FORCE Technology — это система гель-проникающей хроматографии GPC.

Система GPC основана на аналитическом методе, который может применяться для определения молекулярной массы и распределения молекулярной массы в полимерах, резине и композиционных материалах, а также других высокомолекулярных материалах, таких как краски и покрытия.

По этой методике небольшой образец материала растворяется в подходящем растворителе, который затем вводится в систему колонок, разделяя растворенные молекулы (полимерные цепи, пластификаторы, технологические добавки и т. Д.) в соответствии с размером, который затем будет обнаружен одним или несколькими детекторами (показатель преломления, вязкость или светорассеяние) относительно того, какой компонент или параметр должен быть определен. Таким образом можно охарактеризовать компоненты полимерного материала и сам полимер.

Этот метод используется в т.ч. нефтяная промышленность

«Мы тепло приветствуем новое оборудование», — говорит специалист по полимерам Афшин Ганбари-Сиахкали, National Oilwell Varco. «Мы воспользуемся экспертизой в связи с оценкой срока службы полимерных материалов в трубах для нефтяной промышленности».

В том числе производит гибкие трубы для нефтедобычи. Таким образом, важно знать срок службы, так как поломки материалов очень критичны и могут иметь катастрофические последствия.

Прогноз срока службы в конкретной ситуации использования

В частности, когда мы говорим о разложившихся, состарившихся или даже сломанных полимерных продуктах, уменьшенная (или увеличенная) молекулярная масса поможет нам оценить, какому воздействию подвергался полимер и насколько он разложился.Именно так можно прогнозировать срок службы в конкретном приложении.

Многие области бизнеса получат выгоду от технологии GPC. Медицинская промышленность, энергетика и приборостроение применяют полимеры, где важен срок службы, а отказы и повреждения критичны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *