Презентация на тему Полимеры

материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической

основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика.

Создателем структурной теории химического строения органических соединений является А.

М. Бутлеров (1826–1886 гг.). Промышленное производство первых пластмасс (фенопластов) – результат работ, проведенных Г. С. Петровым (1907–1914 гг.). С. В. Лебедевым впервые в мире осуществлен промышленный синтез каучука (1932 г.). Н. Н. Семеновым разработана теория цепных реакций и распространена на механизм цепной полимеризации. Успешное развитие химии и физики полимеров связано с именами видных ученых: П. П. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Развитие термостойких полимеров связано с именем К. А. Андрианова.

из одинаковых многократно повторяющихся звеньев — мономеров. Значение полимеров в

жизни современного общества огромно, и теперь не нужно никого убеждать в том, что рост производства и потребления полимеров - одно из генеральных направлений развития народного хозяйства.

электричества, то двадцатый век делается веком атомной энергии и

полимерных материалов».

так и природные полимеры. - полимерная черепица, - акриловые связующие

искусственного камня, - грунтовки, - краски, - шпатлевки, - защитные покрытия, - всевозможные использования ПВХ - пластика, - клееный брус, - гидроизоляции, - герметики, - утеплители, - трубопроводы, - финишные покрытия из винила, полимеров и т.п. Перечислять можно очень долго.

свойств базовых строительных материалов, использующихся для возведения зданий и

сооружений, фундаментов и т.п. 2. Изготовления конструкционных материалов. 3. Изготовления оконных и дверных профилей из ПВХ. 4. Изготовления отделочных материалов. 5. Изготовления различных изделий, требуемых в инженерно-технической эксплуатации помещений (сантехника и т.п.). 6. Изготовления защитных, лакокрасочных и т.п. материалов. 7. Другие применения.

многочисленных элементарных звеньев (мономеров), представляющих собой одинаковую группу атомов

и связанных между собой химическими связями.
Макромолекулы представляют собой длинные цепи из мономеров, что определяет их большую гибкость. Отдельные атомы в мономерах соединены между собой довольно прочными ковалентными химическими связями.
Между макромолекулами полимеров действуют значительно более слабые физические связи. Молекулярная масса их составляет от 5000 до 1000000.

- форме макромолекул,
- фазовому состоянию,
- полярности,
-

отношению к нагреву и т.д.
 
По природе все полимеры можно разделить на две группы:
- природные,
- синтетические.

растительного (хлопок, шелк, натуральный каучук и др.) и животного

(кожа, шерсть и др.) происхождения, а также минеральными веществами (слюда, асбест, естественный графит, природный алмаз и др.).
 Синтетические полимеры получают из простых веществ путем химического синтеза.
Основным преимуществом синтетических полимеров перед природными являются неограниченные запасы исходного сырья и широкие возможности синтеза полимеров с заранее заданными свойствами.

поликонденсационные.
 
Полимеризация – процесс химического соединения большого числа молекул мономера

в одну большую молекулу полимера без изменения элементарного состава мономера.
В процессе полимеризации не происходит выделения побочных продуктов реакции. По элементному составу полимер и мономер идентичны.
Поликонденсация – процесс образования полимера из молекул разных мономеров в результате химических реакций с выделением побочных продуктов реакции.

– показатель, характеризующий степень полимеризации.

элементоорганические,
- неорганические.
 Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений.
Если

основная молекулярная цепь таких соединений образована только углеродными атомами, то они называются карбоцепными полимерами.
В гетероцепных полимерах атомы других элементов, присутствующие в основной цепи, кроме углерода, существенно изменяют свойства полимера.
К неорганическим полимерам относятся силикатные стекла, керамика, слюда, асбест.

(цеповидные),
- разветвленные,
- плоские,
- ленточные (лестничные),
-

пространственные или сетчатые.

или закрученные в спираль цепочки
Разветвленные макромолекулы являясь также линейными,

отличаются наличием боковых ответвлений, что препятствует их плотной упаковке (полиизобутилен).
Макромолекула лестничного полимера состоит из двух цепей, соединенных химическими связями.
Пространственные полимеры образуются при соединении («сшивке») макромолекул между собой в поперечном направлении прочными химическими связями непосредственно или через химические элементы или радикалы.
Редкосетчатые (сетчатые) полимеры теряют способность растворяться и плавиться, они обладают упругостью (мягкие резины).
Густосетчатые (пространственные) полимеры отличаются твердостью, повышенной теплостойкостью, нерастворимостью. К сетчатым полимерам относятся также пластинчатые (паркетные) полимеры

могут находиться в аморфном или кристаллическом состояниях.
В аморфном

состоянии полимер имеет упорядоченное строение только в пределах участков, размеры которых соизмеримы с размерами звеньев цепи макромолекул, т.е. в аморфных полимерах соблюдается ближний порядок.
В кристаллических полимерах соблюдается не только ближний, но и дальний порядок на расстояниях, во много раз превышающих размеры звеньев цепи макромолекул полимера.

полимеры подразделяются на:
- полярные,
- неполярные.

Полярность определяется наличием в

составе полимера диполей – разобщенных центров положительных и отрицательных зарядов.

на:
- термопластичные,
- термореактивные.
 
Некоторые полимеры при нагревании плавно переходят

через вязкопластическое в жидкотекучее состояние. При охлаждении отмечается также плавный переход в твердое состояние.
Нагревание полимера до температур ниже температуры его термической деструкции не вызывает необратимого изменения свойств материала, что позволяет многократно повторять процесс термической обработки линейных полимеров.
Такие структуры макромолекул образуют класс термопластичных полимеров.
Другие полимеры под действием теплоты, минуя жидкое состояние, необратимо переходят в твердое состояние и не могут использоваться повторно. Такое поведение полимеров при нагревании называют термореактивным, а сами полимеры относят к классу термореактивных полимеров.

- стеклообразном (аморфном или кристаллическом),
- высокоэластичном,
- вязкотекучем (жидком).
 
Стеклообразное состояние

(аморфное, кристаллическое) - твердое состояние, имеет фиксированное расположение макромолекул. Атомы звеньев молекул находятся только в колебательном движении у положения равновесия, движение звеньев и перемещение молекул не происходит.
Переход полимера в подобное состояние происходит при определенной температуре Тс, называемой температурой стеклования.

температуры стеклования Тс.
Высокоэластичное состояние характеризуется подвижностью звеньев или

групп звеньев в цепи макромолекул при отсутствии перемещения цепи в целом, даже при небольших нагрузках. Макромолекулы способны только изгибаться.
С увеличением температуры полимер переходит в вязкотекучее, подобное жидкому, состояние, но отличается от него повышенной вязкостью.

(2) и редкосетчатого (3) полимеров
(tc, tk, tт, tx

– температуры стеклования, кристаллизации, начала вязкого течения и начала химического разложения соответственно), I–III – участки стеклообразного, высокоэластического и вязкотекучего состояний

изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических

и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.
Причинами старения являются свет, теплота, кислород, озон и другие немеханические факторы.

в течение нескольких лет.
Тепловое старение происходит при температуре

на 50 °С ниже температуры плавления (разложения) полимера.
Продолжительность испытания определяется временем, необходимым для снижения основных показателей на 50% от исходных.
Сущность старения заключается в сложной цепной реакции, протекающей с образованием свободных радикалов (реже ионов), которая сопровождается деструкцией и структурированием полимера.
Обычно старение является результатом окисления полимера атмосферным кислородом. Если преобладает деструкция, то полимер размягчается, выделяются летучие вещества (например, натуральный каучук).

происходят ионизация и возбуждение, которые сопровождаются разрывом химической связи

и образованием свободных радикалов.
Наиболее важными являются процессы сшивания или деструкции.
 При сшивании увеличивается молекулярная масса, повышаются теплостойкость и механические свойства.
При деструкции, наоборот, молекулярная масса снижается, повышается растворимость, уменьшается прочность.
К структурирующимся полимерам относятся полиэтилен, полипропилен, полисилоксаны, полистирол, фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, поливинил - хлорид, полиамиды, поликарбонат.
Наиболее устойчивы к радиации полимеры, имеющие бензольное кольцо в виде боковой группы (полистирол).
Структура С6Н5-группы имеет большое число энергетических уровней, вследствие чего поглощенная энергия быстро рассеивается по всей молекуле, не вызывая химической реакции.
Деструктурируются политетрафторэтилен, политрифторхлор-этилен ,нитроцеллюлоза, полиметилметакрилат.
Для повышения радиационной стойкости в полимеры вводят антирады (ароматические амины, фенолы, дающие эффект рассеяния энергии).

их свойств, связано с выделением из материала различных добавок

(пластификаторов, стабилизаторов) и про­теканием процессов деструкции.
Например, политетрафторэтилен в вакууме в основном деполимеризуется.
Для резин на основе углеводородных каучуков ускоряются накопление остаточной деформации и релаксации напряжения, что уменьшает работоспособность.
Для ориентированных полимеров (полиамиды, полиэтилен, полипропилен) долговечность в вакууме и на воздухе одинаковы.
Оценка вакуумстойкости дается по газопроницаемости, по газовыделению и времени сохранения конструкционной вакуум-плотности.

пара через уплотнитель (мембраны, диафрагмы, герметичные прокладки).
На газопроницаемость

влияют состав, структура полимера, а также природа газа и температура.
Газопроницаемость меньше у полярных линейных полимеров, а при наличии гибких макромолекул (каучуки) она возрастает.
При введении пластификаторов газопроницаемость растет, а мине­ральные наполнители ее снижают.
На газопроницаемость влияет вид газа: для азота она меньше, чем для кислорода и особенно водорода.

уносом его массы при воздействии горячего газового потока.
В

процессе абляции происходит суммарное воздействие механических сил, теплоты и агрессивных сред потока.
Наряду с химическими превращениями при деструкции полимеров важную роль играют процессы тепло- и массообмена.
Абляционная стойкость определяется устойчивостью материала к механической, термической и термоокислительной деструкции.
На абляционную стойкость влияет также структура полимера. Материалы на основе полимеров линейного строения имеют низкую стойкость (происходит деполимеризация и деструкция).
Температура абляции не превышает 900 °С.
Материалы на основе термостойких полимеров лестничного или сетчатого строения (фенолоформальдегидные, кремнийорганические и др.) имеют более высокую стойкость к абляции. В них протекают процессы структурирования и обезуглероживания (карбонизации).
Температура абляции может достигать 3000 °С.
Для увеличения абляционной стойкости вводят армирующие наполнители. Так, стеклянные волокна оплавляются, при этом расходуется много теплоты.
Теплопроводность пластиков в сотни раз меньше, чем тепло­проводность металлов, поэтому при кратковременном действии высокой температуры внутренние слои материала нагреваются до 200–350 °С и сохраняют механическую прочность.
 

Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием.

На способности полимеров к адгезии

основано их использование в качестве пленкообразующих материалов (клеи, герметики, покрытия), а также при получении наполненных и армированных полимерных материалов. Для создания адгезионного соединения один из материалов должен быть пластичным, текучим (адгезив), а другой может быть твердым (субстрат).
Иногда при соединении одинаковых материалов возникает самослипаемость (аутогезия).
Количественно адгезия оценивается удельной силой разрушения соединения, которая называется адгезионной прочностью.
 
Для объяснения физико-химической сущности адгезионных явлений предложены следующие теории:
- адсорбционная,
- электрическая,
- диффузионная.

на:
- полимеризационные,
- поликонденсационные,
- модифицированные природные.
 
Полимеризационные полимеры получают

в процессе полимеризации мономеров вследствие раскрытия кратных связей (или раскрытия цикла) и соединения элементарных звеньев мономера в длинные цепи.
Поскольку при реакции полимеризации атомы и их группировки не отщепляются, побочные продукты не образуются, химический состав мономера и полимера одинаков.
Поликонденсационные полимеры получают в процессе реакции поликонденсации двух или нескольких низкомолекулярных веществ. При этой реакции наряду с основным продуктом поликонденсации образуются побочные соединения (вода, спирты и другие), а химический состав полимера отлича­ется от химического состава исходных продуктов поликонденсации.
Модифицированные полимеры получают из природных высокомолеку­лярных веществ (целлюлоза, казеин) путем их химической модифи­кации для изменения их первоначальных свойств в заданном направлении. Из ацетилцеллюлозы вырабатывают прочные и водостойкие лаки для окрашивания древесины и металла.

полиизобутилен, поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат (органическое стекло), поливинилацетат и др.

Полиэтилен [-СН2-СН2-]п – продукт полимеризации этилена. Выпускается в виде гранул размером 3 – 4 мм или белого порошка. Технические свойства полиэтилена зависят от молекулярной массы, разветвленности цепи и степени кристалличности. Полиэтилен один из самых легких полимеров – его плотность меньше плотности воды (0,92-0,97 г/см3).
Характеризуется:
- высоким пределом прочности при растяжении (12-32 МПа),
- незначительным водопоглощением (0,03-0,04 %),
- высокой химической стойкостью и морозостойкостью.

Высокие механические свойства поливинилхлорида определили главные области его применения

в строительстве.
Из поливинилхлорида изготовляют гидроизоляционные и отделочные материалы, плинтуса, поручни, оконные и дверные переплеты, линолеум и др.
Ценным свойством поливинилхлорида является стойкость к действию кислот, щелочей, спирта, бензина, смазочных масел. Поэтому его широко применяют для производства труб, используемых в системах водоснабжения, канализации и технологических трубопроводов.
Недостатками поливинилхлорида является резкое понижение прочности при повышении температуры, а также ползучесть при длительном действии нагрузки.

(винилбензола). При обычной температуре полистирол представляет собой твердый прозрачный

материал, похожий на стекло, пропускающий до 90 % видимой части спектра.
Выпускают полистирол в виде гранул (6 - 10 мм), мелкого и крупнозернистого порошка, а также в виде бисера (при суспензионном методе производства) с влажностью до 0,2 %.

Полистирол обладает:
- высокими механическими свойствами (предел прочности на сжатие 80-110 МПа),
- водостоек, хорошо сопротивляется действию концентрированных кислот (кроме азотной и ледяной уксусной кислот),
- противостоит растворам щелочей (с концентрацией до 40 %).
К недостаткам полистирола, ограничивающим его применение, относятся: невысокая теплостойкость, хрупкость, проявляющаяся при ударной нагрузке.
Применяют для изготовления гидроизоляционных пленок, облицовочных плиток, теплоизоляционных материалов, водопроводных труб и др.

значимыми являются:
- фенолформальдегидные,
- карбамидные (мочевиноформальдегидные),
- эпоксидные,

- кремнийорганические полимеры,
- полиуретаны и др.

фенола с формальдегидом. Эти полимеры хорошо совмещаются с на­полнителями

- древесной стружкой, бумагой, тканью, стеклянным волокном, при этом получаются пластики более прочные и менее хрупкие, чем сами полимеры.
Поэтому фенолформальдегидные полимеры широко применяют в качестве связующего, при изготовлении древесностружечных плит, бумажнослоистых пластиков, стеклопластиков и разнообразных изделий из минеральной ваты. Кроме того, они используются для производства клеев, водостойкой фанеры, спиртовых лаков.
Макромолекулы кремнийорганических полимеров состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, а углерод входит лишь в состав групп, обрамляющих главную цепь СН3.
Наличие силоксановой связи придает свойства, присущие силикатным материалам (прочность, твердость, теплостойкость), а углеводородистых радикалов СН3 – органическим полимерам (эластичность и др.).

термическими (температурой размягчения и теплостойкостью,
- температурой стеклования и

те­кучестью),
- механическими (прочностью,
- деформативностью и поверхностной твердостью),
- химическими (атмосферостойкостью и сопротивляемостью деструкции).
 
В целом, наряду с положительными свойствами полимеров:
- малой средней плотностью (около 1 г/см3),
- низкой теплопроводностью,
- водо- и газонепроницаемостью,
- химической стойкостью,
- высоким коэффициентом конструктивного качества,
- практически неограниченной сырьевой базой и др. – они обладают и рядом недостатков.
К ним относятся:
- низкая теплостойкость,
- невысокий модуль упругости,
- значительная ползучесть,
- склонность к старению, что в итоге определяет недостаточную долговечность.

пластмассы.
Кроме того, структурируя полимерное связующее, они улучшают ряд

технических свойств пластмасс:
- прочность,
- твердость,
- термостойкость,
- сопротивляемость усадке и ползучести и др.
 Наполнители в зависимости от химической природы разделяют на:
- органические,
- неорганические;
в зависимости от формы и структуры:
- порошкообразные,
- волокнистые.

Волокнистыми наполнителями служат целлюлозное, асбестовое и стеклянное, а также синтетические (из капрона, нейлона, лавсана и др.) волокна.

и алифатических спиртов, эфиры гликолей и эфиры фосфорной кислоты,

эпоксидированные и хлорированные соединения) позволяет улучшить условия переработки полимерных композиций, снизить их хрупкость.
Добавки-стабилизаторы (антиоксиданты, термо- и светостабилизаторы) способствуют длительному сохранению свойств пластмасс в процессе их эксплуатации.
Отвердители (сшивающие и вулканизующие агенты) обеспечивают процесс отверждения полимеров (формирование их пространственной структуры).
Для получения окрашенных пластмасс используют пигменты.
Стойкость пластмасс против возгорания повышают антипирены.
Создание газонаполненных (ячеистых) пластмасс достигается с помощью порообразователей.
 
Все многообразие пластмасс в зависимости от назначения их в строительстве сводится к группам:
- конструкционным,
- кровельным,
- гидроизоляционным и герметизирующим;
- тепло- и звукоизоляционным;
- отделочным (покрытия полов и стен, лаки, краски, клеи и т.п.) материалам, а также материалам для инженерных коммуникаций.

ИЗДЕЛИЯХ И КОНСТРУКЦИЯХ
НК – натуральный каучук,
СКИ –

каучук синтетический изопреновый,
СКД – каучук бутадиеновый, СКС – каучук бутадиенстирольный,
СКЭП – каучук этиленпропиленовый,
СКФ – каучук фторосодержащий,
БК – бутилкаучук, ХСПЭ – хлорсульфированный полиэтилен

ПВД – полиэтилен высокого давления
PVC или ПВХ – поливинилхлорид
LDPE

или ПНД – полиэтилен низкого давления
PP или ПП – полипропилен
PS или ПС – полистирол
OTHER - Смесь различных пластиков или полимеры, не указанные выше

упаковок (бутылок, банок, коробок и т.д.) для розлива прохладительных

напитков, соков, воды.
Также этот материал можно встретить в упаковках для разного рода порошков, сыпучих пищевых продуктов и т.д.
Самый распространенный вид пластмасс. Хорошо поддается переработке. Считается одним из самых безопасных видов пластмасс.

для изготовления кружек и пакетов для молока и воды,

бутылок для отбеливателей, шампуней, моющих и чистящих средств, пластиковых пакетов. Канистр для моторного и прочих машинных масел и т.д.
Очень хорошо поддается переработке и вторичному использованию. Считается безопасным для пищевого использования.

жидкостей для мытья окон, пищевых растительных масел.
Из него

изготавливаются банки для упаковки сыпучих пищевых продуктов и разного рода пищевых жиров.
Этот пластик используется для производства труб, напольных и настенных покрытий, окон, садовой мебели, для изготовления жалюзи, клеенок, пленок для натяжных потолков, шторок для ванной, различного вида упаковок, пластиковых пакетов и даже игрушек. Этот пластик относится к самому опасному виду пластмасс и практически не поддается переработке.
При сжигании ПВХ выделяет в воздух канцерогенные диоксины (очень опасные яды).
Для придания ПВХ эластичности в него добавляют пластификаторы (фталаты), что может вызывать у людей поражения печени и почек, бесплодие, рак.
В ПВХ может содержаться Бисфенол А и такие тяжелые металлы как кадмий, хром, ртуть, свинец, формальдегид. По возможности откажитесь от использования этого пластика или сократите его потребление.

в производстве полиэтиленовых пакетов, гнущихся пластиковых упаковок и для

производства некоторых пластиковых бутылок.
Хорошо поддается переработке и вторичному использованию, но его переработка низкорентабельна.
Считается безопасными для пищевого использования.

крышки для бутылок, диски, бутылки для сиропа и кетчупа,

стаканчики для йогурта, упаковки для фотопленок.
Употребляется для изготовления игрушек, бутылочек для кормления детей.
Полипропилен быстрее изнашивается и менее морозостоек, чем полиэтилен.
Ученые полагают, что он не представляет опасности для здоровья человека и окружающей среды.
Считается безопасными для пищевого использования.

поддонов для мяса и птицы, контейнеров для яиц, столовых

приборов и чашек, сандвич - панелей, плит теплоизоляции зданий.
Полистирол получают в результате полимеризации стирола, который является канцерогенном.
По возможности откажитесь от использования этого пластика или сократите его потребление.

не указанные выше.
Упаковка маркированная этой цифрой не может

быть переработана и заканчивает свой жизненный цикл на свалке или в печи мусоросжигательного завода.
Часто к этой группе относят пластик, изготавливаемый из поликарбоната PC или ПК.
При нагревании, частом мытье или долгом использовании из таких изделий (пищевые контейнеры и бутылки) может выделяться Бисфенол А, который вызывает гормональные нарушения в человеческом организме.
В тоже время к этому типу пластмасс могут относиться экологичные, разлагающиеся виды пластмасс.