Карбоцепные термопласты

Полиолефиновые термопласты образуют наиболее многочисленную группу синтетических органических пластмасс, которые отличаются от них малой плотностью (легче воды), и большой устойчивостью к действию кислот и щелочей. От них отличаются по этим свойствам близкие к ним по структуре полигалогенолефиновые производные.

Полиэтилен высокого давления является продуктом радикальной полимеризации этилена, имеет наименьшую прочность и твердость, но самые высокие электрические свойства, обладает высокой гибкостью и ударной вязкостью. Существуют сорта гранулированного полиэтилена для определенных способов его переработки (выдувание пленок, прессование), и разных областей применения (трубы, бутылки, электроизоляционные материалы). Перерабатываемость его оценивают показателем текучести расплава. Для ручной заделки швов применяется полиэтилен с небольшой вязкостью и высоким показателем текучести расплава, близкий к полиэтиленовым воскам, а для покрытий шприцеванием – более вязкий. Поскольку дисперсные наполнители снижают прочность полиэтилена, его поставляют, как правило, без добавок. При наполнении коротким (до 3 мм) стекловолокном в количествах до 20 мас.ч. повышается прочность полиэтилена при растяжении в 2,5 раза, и он становится ударопрочным.

Полиэтилен высокой плотности – продукт полимеризации этилена на катализаторах Циглера-Натта, перерабатывается аналогично, но при более высокой температуре. При выдувании пленок главным затруднением является высокая скорость кристаллизации, что делает пленки хрупкими и мало прозрачными. Полиэтилен высокой плотности не пригоден для изготовления бутылей шприцеванием, но подходит для производства жестких и прочных сосудов большой вместимости и труб при малом увеличении толщины стенок. Бумага с полиэтиленовым покрытием широко применяется для упаковки в виде многослойных и обычных мешков. Полиэтилены - биологически неразлагаемые термопласты и уверенно вытесняются полипропиленом.

Полипропилен - продукт полимеризации пропилена на катализаторах Циглера-Натта с регулярным строением макромолекул изотактической структуры и степенью кристалличности около 60%, характеризуется высокой температурой размягчения и самой низкой плотностью из всех известных пластмасс. Он превосходит полиэтилены по прочности и твердости, аналогичен им по термостойкости и устойчивости к агрессивным воздействиям. За последние десять лет производство полипропилена выросло в пять раз, а наибольшая его часть используется для литья, далее следует изготовление волокон и нитей. Литьём под давлением получают разнообразные предметы домашнего обихода, сосуды и другие промышленные изделия. Благодаря высокой твердости и прочности служит дешевым заменителем металлов, дерева или стекла (книжные шкафы, вакуумные сосуды, детали насосов, трубы), а также полиэтилена и полистирола. Волокна и нити из его расплава не тонут в воде и не адсорбируют влагу, поэтому сохраняют свой вес в мокром состоянии. Полипропилен обладает всеми необходимыми свойствами для применения в качестве тары и упаковки. Пленка имеет преимущество перед полиэтиленовой по стойкости к нагреванию и действию химических реагентов. Она может быть подвергнута стерилизации выше 100°С, что определяет целесообразность использования в пищевой и фармацевтическом промышленности. Ее достоинствами являются также превосходная гибкость, глянцевитость поверхности, прозрачность, незначительная паропронинаемость, нетоксичность, сравнительно легкая свариваемость и хорошая сопротивляемость усталостной коррозии. Из полипропилена изготовляют корпуса насосов, работающих в агрессивных средах, шестерни, колпаки, трубопроводы и арматуру, а по ударостойкости при высоких рабочих температурах он может конкурировать с поливинилхлоридом. Применение полипропилена в машиностроении обусловлено низким коэффициентом трения и высокой износоустойчивостью.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ)– линейный на 90% кристаллический полимер белого цвета с прочностью при растяжении 14-35 МПа и относительным удлинением 250-500%, отличающийся от полиэтилена значительно более высокой плотностью (2150-2240 кг/м³) и температурой плавления (327^оС). Из известных полимеров он наиболее химически стоек, не горит и не растворяется ни в одном растворителе, устойчив к действию любых кислот, щелочей, окислителей и других агрессивных сред, устойчив к деструкции до 415^оС, из-за высокой вязкости расплава перерабатывается методами порошковой металлургии. ПТФЭ применяют для электроизоляции трансформаторов и различных устройств, работающих в коррозионных средах при высоких и низких температурах, как биологически инертный материал для изготовления протезов органов человека, в подшипниках, способных работать без смазки и практически в любых агрессивных средах. В машиностроении особенно перспективно применение износостойких композиций ПТФЭ с бронзой, графитом, коксом и стекловолокном.

Политрифторхлорэтилен ([-CF₂-CFCl-]_n) легко кристаллизующийся термопласт белого цвета плотностью более 2090 кг/м³ и прочностью при растяжении 35-40 МПа, содержит изотактические и синдиотактические структуры, конформация макромолекул - спираль с 17 звеньями на одном витке. Полимер негорюч, химически инертен, имеет низкую влаго- и газопроницаемость, устойчив при нагревании на воздухе до 250^оС, работоспособен в интервале температур от 195^оС ниже нуля до 130-190^оС. Из порошка и гранул полимера изготовляют пленки, ленты, трубки, армированные шланги, стержни, контргайки, бутылки, лабораторную посуду, шприцы и смотровые стекла. Важная область применения полимера – прокладки для фланцев, уплотнительные кольца, втулки и мембраны, способные работать в агрессивных средах, при высоких давлениях и любых температурах. Полимер применяют также для изоляции и обмотки проводов и трансформаторов, работающих в условиях тропиков или в агрессивных средах.

Поливиниловые термопласты включают полимеры и сополимеры винилхлорида, винилацетата, винилиденхлорида, стирола, акрилонитрила, метилметакрилата и др. Высокая чистота суспензионных полимеров обеспечивает их прозрачность и хорошие диэлектрические свойства. Поливинилхлорид (ПВХ) - наиболее массовый и универсальный по числу способов переработки и способности совмещаться с пластификаторами. Основным требованием к пластификаторам для него является нелетучесть, определяющая длительность их пребывания в изделии.

Жесткий ПВХ (винипласт) - это белый аморфный порошок с средней ММ 45-110 тыс, содержанием хлора 56% и температурой плавления 160^оС, устойчивый к воздействию бензина и минеральных масел и хорошо растворяющийся в ацетоне и хлорированных углеводородах. Пластикат перерабатывают шприцеванием, каландрованием и литьем под давлением, а применяют для покрытия полов, в производстве профильно-погонажных изделий для отделки зданий, труб, мебели, волокон и пленок. Способность труб выдерживать давления гарантируется не менее чем на 50 лет. Важное достоинство изделий - легкостьмонтажа с помощью простейшей сварки или клеящих растворов. Волокна и нити получают сухим или мокрым методом формования из 30% растворов в смесях ацетона с сероуглеродом или бензолом (1:1) или экструзией. Они не горят, устойчивы к микроорганизмам и используются для изготовления ковров, искусственной кожи, пушистых трикотажных изделий, мягкой обивки, спецодежды и технического войлока. Пленку применяют при облицовке плавательных бассейнов и резервуаров, изготовлении водонепроницаемых бинтов и ленточной изоляции для труб.

Пластикат составляет более 70% выпуска ПВХ и успешно вытесняет резину. Пластификаторы почти в два раза дороже полимера, поэтому до 40% заменяются мягчителями, ограниченно совмещающимися с ПВХ (нефтяные ароматизированные фракции, хлорпарафины). В качестве первичного пластификатора вводят диоктилфталаты, а все другие - ограниченно как вторичные. Дибутилфталат улучшает совместимость с мягчителями, но не более 10 мас.ч. из-за высокой летучести, а трикрезилфосфат как антипирен вводят в невоспламеняющиеся изделия не более 15 мас.ч, так как снижает их гибкость при низких температурах. Диэфиры (диоктиладипинат, диоктил-себацинат) в количестве до 30 мас ч сохраняют гибкость материалов до -60^оС, но экстрагируются маслами. Полиэфиры (полипропиленадипинаты и другие с ММ 3000-8000) и эпоксидированные масла относят к высокомолекулярным пластификаторам и применяют в производстве изоляции кабелей, защитной одежды, бензиновых рукавов и упаковочной фольги.

Наполнители вводят в количестве 160-350 мас ч, а в смеси для плиток – до 800 мас ч на 100 мас ч полимера для снижения стоимости изделий. В электроизоляционные материалы вводят 10-20 мас ч кальцинированной глины, талька, слюды или карбоната кальция, а в смеси для шприцевания или каландрования и пасты - до 40 мас ч карбоната кальция или доломита. Используют также до 7 мас ч свинцовых белил для стабилизации полимера от деструкции, до 10 мас ч трехоксида сурьмы для уменьшения горючести, рутилтитандиоксид для окрашивания изделий в белый цвет, пигменты и красители. Пленки и пластины прозрачны и могут быть окрашены в любой цвет и иметь любой узор - декоративный или имитирующий кожу, поэтому широко применяются для отделки салона автомобиля. Водоотталкивающая пленка используется для занавесей в душевых, чехлов, портьер и обивки мебели, из нее шьют детские брюки и водонепроницаемые подкладки, а множество мелких отверстий придает ей способность «дышать».

Хлорированный ПВХ – аморфный полимер с 64-66% хлора, температу-рой стеклования 78-115^оС и текучести 175-190^оС, из него готовят лаки, формуют волокна и делают трубы. Поливинилиденхлорид ([-СН₂-ССl₂-]_n) – линейный полимер белого цвета со степенью кристалличности 40-50% и температурой размягчения 185-200^оС, дегидрохлорируется быстрее ПВХ. Трудности его переработки и стабилизации ограничивают применение, поэтому чаще применяют сополимеры винилиденхлорида с винилхлоридом (аморфные - с 5-60% и кристаллические - с 70-95%). В кристаллические сополимеры вводят пластификаторы, а для повышения эластичности - БНК. Они мало горючи, устойчивы к агрессивным средам и используются для производства жестких изделий методами прессования и литья под давлением. Экструзией производят волокна, трубы и прозрачные пленки для упаковки пищевых продуктов и нанесения на различные поверхности. Светостойкие и прочные волокна получают также из сополимеров с акрилонитрилом.

Поливинилацетат – аморфный прозрачный полимер без вкуса и запаха с Т_с 28^оС – почти весь преврашают в поливиниловый спирт, который идет на производство волокон и прочных пленок (поливинилбутираль, поливинилкеталь и др.). Условиями сушки регулируют водостойкость волокон вплоть до водорастворимых, которые вводят в бумажную массу и получают бумагу и картон для очистки воздуха, фильтрации топлив и масел. Полиметилметакрилат – аморфный атактический полимер, безвреден и стоек к биологическим средам, переходит в высокоэластическое состояние и легко формуется выше 120^оС, деполимеризуется выше 200^оС, поставляется в виде листового органического стекла и гранул. Применяют как конструкционный материал в лазерной технике, автомобилестроении (задние фонари, подфарники, отражатели) и приборостроении (линзы, призмы). В составе самоотверждающихся пластмасс (55-60% полимера и 35-40% мономера, инициатор и краситель) используют для зубных протезов, штампов, литейных моделей и абразивного инструмента.

Полистирол - прозрачный, хрупкий, аморфный, линейный полимер с ММ около 120 тыс, плотностью 1050 кг/м³ и температурой стеклования 93^оС, легко формующийся методами литья под давлением и экструзии в изделия, которые свариваются и склеиваются растворителями. Применяется как конструкционный и декоративный материал для изготовления предметов широкого потребления – посуды, игрушек, осветительной арматуры, мебели, панелей приборов, а также пленки для упаковки и нитей для электротехники. Сополимеры стирола с акрилонитрилом (САН) – твердые прозрачные материалы с 5-30% акрилонитрила, перерабатывающиеся теми же способами и имеющие повышенную теплостойкость, прочность и стойкость к действию растворителей. Из них готовят автомобильные маслобензостойкие температуростойкие детали, посуду и предметы домашнего обихода. Сополимеры стирола с α-метилстиролом (САМ) благодаря высокой деформационной теплостойкости под нагрузкой используют для экструзии электроизоляционной пленки. Получают также сополимеры стирола с дивинилбензолом и чередующиеся сополимеры с малеиновым ангидридом. Ударопрочный полистирол - продукт полимеризации стирольного раствора полибутадиена или СКС двухфазной структуры, хорощо окрашивается и перерабатывается в листы, пленки, трубы, полые и профильные изделия, обрабатывается механическими способами, лакируется и металлизируется. Применяется для изготовления корпусов и деталей телевизоров, пылесосов, электробритв, холодильников, бутылей, авторучек мебели и конторского оборудования, деталей машин и оборудования. Пленка используется для упаковки пищевых продуктов и лекарственных препаратов.

АБС-пластики – продукты эмульсионной сополимеризации по режиму получения полистирола (5-25% бутадиенового или бутадиен-стирольного каучука в виде латекса и стирола с 15-30% акрилонитрила), в которых матрица и привитые цепи являются сополимером стирола с акрилонитрилом. Реже получают путем смешения латексов бутадиен-нитрильного каучука и сополимера стирола с акрилонитрилом. Превосходят ударопрочный полистирол по прочности при изгибе, жесткости и устойчивости к динамическим нагрузкам, действию влаги, растворителей, масел, кислот и щелочей. Применяют для изготовления крупных деталей автомобилей, машин и приборов. Из АБС-пластиков готовят облицовочные плитки, сантехническое оборудование, трубы, и другие материалы для строительной индустрии. Смешением АБС-пластика с ПВХ готовят ударопрочные композиции. Производят также АБС-пластики, содержащие 15-30% стекловолокна, а также АСА-пластики - с бутадиен-нитрильным и акрилатным каучуками и метилметакрилатом.

Полиакрилонитрил – трудно кристаллизующийся линейный полимер белого цвета с плотностью 1140 кг/м³ и температурой стеклования 86-96^оС, растворяется только в высокополярных растворителях, применяется для получения прочных термостойких волокон методом прядения из раствора в диметилформамиде. Для достижения высокой степени ориентации волокна при вытяжке берут полимер анионной полимеризации с узким ММР. При термическом воздействии в волокне формируются из нитрильных групп циклические структуры, что приводит к интенсивному окрашиванию в оранжево-коричневый и далее в черный цвет («черный орлон»), потере растворимости и приобретению полупроводниковых свойств и очень высокой термостойкости (в огне накаляется докрасна, но не горит). Полиакрилонитрил растворяется при 120^оС в 50% растворе серной кислоты, превращаясь в полиакриловую кислоту, из которой получают пленки, хорошо окрашивающиеся красителями. Волокна из сополимеров акрилонитрила с виниловыми мономерами более гидрофильны и эластичны и хорошо окрашиваются в любой цвет, размягчаются при температурах выше 180^оС и по своим свойствам близки к шерсти, при этом устойчивы к действию сильных кислот, щелочей и растворителей, применяемых для стирки и чистки.