Mga polymer na materyales: teknolohiya, mga uri, produksyon at aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Ang mga polymeric na materyales ay mga kemikal na high-molecular compound na binubuo ng maraming maliliit na molekular na monomer (mga yunit) ng parehong istraktura. Kadalasan, ang mga sumusunod na monomeric na bahagi ay ginagamit para sa paggawa ng mga polimer: ethylene, vinyl chloride, vinyl dechloride, vinyl acetate, propylene, methyl methacrylate, tetrafluoroethylene, styrene, urea, melamine, formaldehyde, phenol. Sa artikulong ito, isasaalang-alang namin nang detalyado kung ano ang mga polymeric na materyales, ano ang kanilang mga kemikal at pisikal na katangian, pag-uuri at mga uri.

Mga uri ng polimer

Ang isang tampok ng mga molekula ng materyal na ito ay isang malaking molekular na timbang, na tumutugma sa sumusunod na halaga: М>5103. Ang mga compound na may mas mababang antas ng parameter na ito (M=500-5000) ay tinatawag na oligomer. Sa mababang molekular na timbang na mga compound, ang masa ay mas mababa sa 500. Ang mga sumusunod na uri ng polymeric na materyales ay nakikilala: gawa ng tao at natural. Ang huli ay kinabibilangan ng natural na goma, mika, lana, asbestos, selulusa, atbp. Gayunpaman, ang pangunahing lugar ay inookupahan ng mga sintetikong polimer, na nakuha bilang resulta ng proseso ng synthesis ng kemikal mula sa mga low-molecular-weight compound. dependemula sa paraan ng paggawa ng mga high-molecular na materyales, ang mga polymer ay nakikilala, na nilikha alinman sa pamamagitan ng polycondensation o sa pamamagitan ng isang karagdagan na reaksyon.

Polymerization

Ang prosesong ito ay isang kumbinasyon ng mga bahaging mababa ang molecular weight sa mataas na molecular weight upang makakuha ng mahabang chain. Ang antas ng polymerization ay ang bilang ng mga "mers" sa mga molekula ng isang partikular na komposisyon. Kadalasan, ang mga polymeric na materyales ay naglalaman ng mula sa isang libo hanggang sampung libo ng kanilang mga yunit. Ang mga sumusunod na karaniwang ginagamit na compound ay nakukuha sa pamamagitan ng polymerization: polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polybutadiene, atbp.

Polycondensation

Ang prosesong ito ay sunud-sunod na reaksyon, na binubuo sa pagsasama-sama ng alinman sa isang malaking bilang ng mga monomer ng parehong uri, o isang pares ng magkakaibang grupo (A at B) sa mga polycapacitor (macromolecules) na may sabay-sabay na pagbuo ng mga sumusunod mga by-product: methyl alcohol, carbon dioxide, hydrogen chloride, ammonia, tubig, atbp. Ang polycondensation ay gumagawa ng mga silicones, polysulfones, polycarbonates, amino plastics, phenolic plastics, polyesters, polyamides at iba pang polymeric na materyales.

Polyaddition

Ang prosesong ito ay nauunawaan bilang ang pagbuo ng mga polymer bilang resulta ng mga reaksyon ng maramihang pagdaragdag ng mga monomeric na sangkap na naglalaman ng paglilimita sa mga kumbinasyon ng reaksyon sa mga monomer ng mga unsaturated na grupo (mga aktibong siklo o dobleng bono). Hindi tulad ng polycondensation, ang reaksyon ng polyaddition ay nagpapatuloy nang walang anumang mga by-product. Ang pinakamahalagang proseso ng teknolohiyang ito ay ang pagpapagaling ng mga epoxy resin at ang paggawa ng polyurethanes.

Pag-uuri ng mga polimer

Ang komposisyon ng lahat ng polymeric na materyales ay nahahati sa inorganic, organic at organoelement. Ang una sa kanila (silicate glass, mica, asbestos, ceramics, atbp.) ay hindi naglalaman ng atomic carbon. Ang mga ito ay batay sa mga oksido ng aluminyo, magnesiyo, silikon, atbp. Ang mga organikong polimer ay bumubuo sa pinakamalawak na klase, naglalaman ang mga ito ng carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur, halogen at oxygen atoms. Ang mga organoelement polymeric na materyales ay mga compound na sa mga pangunahing kadena ay may, bilang karagdagan sa mga nakalista, mga atomo ng silikon, aluminyo, titanium at iba pang mga elemento na maaaring pagsamahin sa mga organikong radikal. Ang ganitong mga kumbinasyon ay hindi nangyayari sa kalikasan. Ang mga ito ay eksklusibong sintetikong polimer. Ang mga katangiang kinatawan ng pangkat na ito ay mga organosilicon-based compound, na ang pangunahing chain ay binuo mula sa oxygen at silicon atoms.

Upang makakuha ng mga polymer na may mga kinakailangang katangian, ang teknolohiya ay kadalasang gumagamit ng hindi "purong" substance, ngunit ang mga kumbinasyon ng mga ito sa mga organic o inorganic na bahagi. Ang isang magandang halimbawa ay polymer building materials: metal-plastic, plastic, fiberglass, polymer concrete.

Istruktura ng mga polimer

Ang kakaiba ng mga katangian ng mga materyales na ito ay dahil sa kanilang istraktura, na, naman, ay nahahati sa mga sumusunod na uri: linear-branched, linear, spatialna may malalaking pangkat ng molekular at napaka tiyak na mga istrukturang geometriko, pati na rin ang hagdanan. Isaalang-alang natin sandali ang bawat isa sa kanila.

Ang mga polymeric na materyales na may linearly branched na istraktura, bilang karagdagan sa pangunahing kadena ng mga molekula, ay may mga sanga sa gilid. Kasama sa mga polymer na ito ang polypropylene at polyisobutylene.

Ang mga materyal na may linear na istraktura ay may mahabang zigzag o spiral chain. Ang kanilang mga macromolecule ay pangunahing nailalarawan sa pamamagitan ng pag-uulit ng mga site sa isang istrukturang grupo ng isang link o kemikal na yunit ng kadena. Ang mga polimer na may isang linear na istraktura ay nakikilala sa pamamagitan ng pagkakaroon ng napakahabang macromolecule na may makabuluhang pagkakaiba sa likas na katangian ng mga bono sa kahabaan ng kadena at sa pagitan nila. Ito ay tumutukoy sa intermolecular at chemical bond. Ang mga macromolecule ng naturang mga materyales ay napaka-flexible. At ang ari-arian na ito ay ang batayan ng mga polymer chain, na humahantong sa qualitatively na mga bagong katangian: mataas na elasticity, pati na rin ang kawalan ng brittleness sa cured state.

At ngayon alamin natin kung ano ang mga polymeric na materyales na may spatial na istraktura. Ang mga sangkap na ito ay bumubuo, kapag ang mga macromolecule ay pinagsama sa isa't isa, malakas na mga bono ng kemikal sa nakahalang direksyon. Bilang isang resulta, ang isang istraktura ng mesh ay nakuha, na may isang hindi pare-pareho o spatial na batayan ng mesh. Ang mga polymer ng ganitong uri ay may mas mataas na paglaban sa init at tigas kaysa sa mga linear. Ang mga materyales na ito ay ang batayan ng maraming istrukturang di-metal na sangkap.

Ang mga molekula ng polymer na materyales na may istraktura ng hagdan ay binubuo ng isang pares ng mga chain na pinagdugtong ng isang chemical bond. Kabilang dito angorganosilicon polymers, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng tumaas na tigas, paglaban sa init, bilang karagdagan, hindi sila nakikipag-ugnayan sa mga organikong solvent.

Phase composition ng polymers

Ang mga materyales na ito ay mga system na binubuo ng mga amorphous at crystalline na rehiyon. Ang una sa kanila ay nakakatulong upang mabawasan ang kawalang-kilos, ginagawang nababanat ang polimer, iyon ay, may kakayahang malalaking reversible deformation. Ang crystalline phase ay nakakatulong upang mapataas ang kanilang lakas, tigas, elastic modulus, at iba pang mga parameter, habang binabawasan ang molecular flexibility ng substance. Ang ratio ng dami ng lahat ng naturang mga lugar sa kabuuang dami ay tinatawag na antas ng pagkikristal, kung saan ang pinakamataas na antas (hanggang sa 80%) ay may polypropylenes, fluoroplasts, high-density polyethylenes. Ang polyvinyl chlorides, low density polyethylenes ay may mas mababang antas ng crystallization.

Depende sa kung paano kumikilos ang mga polymer na materyales kapag pinainit, kadalasang nahahati ang mga ito sa thermosetting at thermoplastic.

Thermoset polymers

Ang mga materyales na ito ay pangunahing may linear na istraktura. Kapag pinainit, lumalambot sila, ngunit bilang isang resulta ng mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa kanila, ang istraktura ay nagbabago sa isang spatial, at ang sangkap ay nagiging solid. Sa hinaharap, ang kalidad na ito ay pinananatili. Ang mga polymer composite na materyales ay itinayo sa prinsipyong ito. Ang kanilang kasunod na pag-init ay hindi pinapalambot ang sangkap, ngunit humahantong lamang sa agnas nito. Ang natapos na thermoset mixture ay hindi natutunaw o natutunaw, samakatuwidbawal itong i-recycle. Kasama sa ganitong uri ng materyal ang epoxy silicone, phenol-formaldehyde at iba pang resins.

Thermoplastic polymers

Ang mga materyales na ito, kapag pinainit, unang lumambot at pagkatapos ay natutunaw, at pagkatapos ay tumigas kapag pinalamig. Ang mga thermoplastic polymer ay hindi sumasailalim sa mga pagbabago sa kemikal sa panahon ng paggamot na ito. Ginagawa nitong ganap na mababalik ang proseso. Ang mga sangkap ng ganitong uri ay may linear-branched o linear na istraktura ng mga macromolecule, kung saan kumikilos ang maliliit na pwersa at walang mga kemikal na bono. Kabilang dito ang polyethylenes, polyamides, polystyrenes, atbp. Ang teknolohiya ng thermoplastic-type na polymeric na materyales ay nagbibigay para sa kanilang produksyon sa pamamagitan ng injection molding sa water-cooled molds, pressing, extrusion, blowing, at iba pang pamamaraan.

Mga katangian ng kemikal

Polymer ay maaaring nasa mga sumusunod na estado: solid, likido, amorphous, crystalline phase, pati na rin ang mataas na elastic, viscous at malasalamin na deformation. Ang malawakang paggamit ng mga polymeric na materyales ay dahil sa kanilang mataas na pagtutol sa iba't ibang agresibong media, tulad ng mga puro acids at alkalis. Hindi sila napapailalim sa electrochemical corrosion. Bilang karagdagan, na may pagtaas sa kanilang molekular na timbang, ang solubility ng materyal sa mga organikong solvent ay bumababa. At ang mga polymer, na may three-dimensional na istraktura, ay karaniwang hindi apektado ng mga likidong nabanggit.

Mga pisikal na katangian

Karamihan sa mga polymer ay mga insulator, bilang karagdagan, ang mga ito ay mga non-magnetic na materyales. Sa lahat ng mga materyales sa istruktura na ginamit, sila lamang ang may pinakamababang thermal conductivity at ang pinakamataas na kapasidad ng init, pati na rin ang thermal shrinkage (mga dalawampung beses na higit pa kaysa sa metal). Ang dahilan ng pagkawala ng higpit ng iba't ibang sealing assemblies sa ilalim ng mababang temperatura ay ang tinatawag na glass transition ng goma, pati na rin ang matalim na pagkakaiba sa pagitan ng mga coefficient ng pagpapalawak ng mga metal at rubber sa vitrified state.

Mga katangiang mekanikal

Ang mga polymeric na materyales ay may malawak na hanay ng mga mekanikal na katangian, na lubos na nakadepende sa kanilang istraktura. Bilang karagdagan sa parameter na ito, ang iba't ibang mga panlabas na kadahilanan ay maaaring magkaroon ng malaking impluwensya sa mga mekanikal na katangian ng isang sangkap. Kabilang dito ang: temperatura, dalas, tagal o rate ng pag-load, uri ng estado ng stress, presyon, kalikasan ng kapaligiran, paggamot sa init, atbp. Ang isang tampok ng mga mekanikal na katangian ng mga polymeric na materyales ay ang kanilang medyo mataas na lakas sa napakababang tigas (kumpara sa sa mga metal).

Ang mga polymer ay karaniwang nahahati sa mga solid, ang elastic modulus na tumutugma sa E=1–10 GPa (fibers, films, plastics), at soft highly elastic substance, ang elastic modulus na kung saan ay E=1– 10 MPa (goma). Magkaiba ang pattern at mekanismo ng pagkasira ng dalawa.

Ang mga polymeric na materyales ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang binibigkas na anisotropy ng mga katangian, pati na rin ang pagbaba ng lakas, ang pagbuo ng kilabot sa ilalim ng pangmatagalang pag-load. Kasama nila itomay medyo mataas na paglaban sa pagkapagod. Kung ikukumpara sa mga metal, naiiba sila sa isang mas matalas na pag-asa ng mga mekanikal na katangian sa temperatura. Ang isa sa mga pangunahing katangian ng mga polymeric na materyales ay ang deformability (pliability). Ayon sa parameter na ito, sa isang malawak na hanay ng temperatura, kaugalian na suriin ang kanilang pangunahing pagpapatakbo at mga teknolohikal na katangian.

Polymer flooring materials

Ngayon isaalang-alang natin ang isa sa mga opsyon para sa praktikal na aplikasyon ng mga polymer, na nagpapakita ng buong hanay ng mga materyales na ito. Ang mga sangkap na ito ay malawakang ginagamit sa pagtatayo at pagkukumpuni at pagtatapos, lalo na sa sahig. Ang malaking katanyagan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga katangian ng mga sangkap na pinag-uusapan: ang mga ito ay lumalaban sa abrasion, may mababang thermal conductivity, may kaunting pagsipsip ng tubig, medyo malakas at matigas, at may mataas na kalidad ng pintura at barnisan. Ang produksyon ng mga polymeric na materyales ay maaaring kondisyon na nahahati sa tatlong grupo: linoleums (rolled), mga produkto ng tile at mixtures para sa pag-install ng mga walang tahi na sahig. Tingnan natin ang bawat isa ngayon.

Ang mga linoleum ay ginawa batay sa iba't ibang uri ng mga filler at polymer. Maaari rin silang magsama ng mga plasticizer, mga pantulong sa pagproseso at mga pigment. Depende sa uri ng polymer material, polyester (glyphthalic), polyvinyl chloride, goma, colloxylin at iba pang mga coatings ay nakikilala. Bilang karagdagan, ayon sa istraktura, nahahati sila sa walang batayan at may isang sound at heat insulating base, single-layer at multi-layer, na may makinis, fleecyat corrugated surface, pati na rin ang single at multi-color.

Ang mga naka-tile na materyales na ginawa batay sa mga bahagi ng polymer ay may napakababang abrasion, paglaban sa kemikal at tibay. Depende sa uri ng hilaw na materyal, ang ganitong uri ng mga produktong polymer ay nahahati sa coumarone-polyvinyl chloride, coumarone, polyvinyl chloride, rubber, phenolite, bituminous tile, pati na rin ang chipboard at fiberboard.

Ang mga materyales para sa walang tahi na sahig ay ang pinakakombenyente at kalinisan gamitin, mayroon silang mataas na lakas. Ang mga mixture na ito ay karaniwang nahahati sa polymer cement, polymer concrete at polyvinyl acetate.