Гетероцепные термопласты

Они включают природные (полипептиды, белки) и синтетическиекислородсодержащие (сложные полиэфиры) и азотсодержащие полимеры (полиамиды, полиуретаны, но только не карбоцепной полиакриламид).

Сложные полиэфиры двухатомных фенолов называют полиарилатами, из которых наибольший практический интерес представляют полимеры ароматических дикарбоновых кислот, характеризующиеся исключительно высокой тепло-, термо- и агрессивостойкостью. Полигидрохинонтерефталат не плавится до 500^оС, а температура размягчения полигидрохинонизофталата достигает 320^оС. Свойства полиарилатов во многом определяются химическим строением бисфенола, введение в его молекулу алкильных заместителей в орто-положение к гидроксильной группе приводит к «внутренней пластификации» полимера на его основе. Полимеры бисфенолов (фенолфталеина), центральный атом которых входит в состав ёмкой боковой циклической группировки, аморфны и сочетают высокую теплостойкость с хорошей растворимостью в органических растворителях. К сложным полиэфирам относятся также полиариленсульфоны и полиэфирсульфоны – аморфные термопласты белого цвета с температурой стеклования 250-410^оС и ММ 3-320 тыс, содержащие в основной цепи атомы серы и группы-SO₂. Они стабильны при нагревании на воздухе до 400^оС и не изменяются при многократном плавлении при 300-400^оС, растворяются в полярных ароматических и хлорированных углеводородах. Поликарбонаты, широко применяющиеся в промышленности, являются частным случаем полиарилатов и представляют собой полиэфиры угольной кислоты и двухатомных фенолов общей формулы: [-О-Ar-СН₂-Ar-O-CO-O-Ar-CH₂-Ar-]_n. Однако пока наиболее востребован полиэтилентерефталат - продукт поликонденсации терефталевой кислоты с этиленгликолем: ([-СН₂-СН₂-О-ОС-Ar-СО-О-]_n).

Полиамиды наиболее многочисленны и содержат в основной цепи амидную группу (-СО-NН-), а наиболее востребованы из них продукты поликонденсации диамина и дикарбоновой кислоты или полимеризации лактама аминокислоты. При введении наполнителей (стекловолокно и стеклоткань), пластификаторов и стабилизаторов облегчается их переработка, придаются им новые свойства и расширяются области их практического использования. Стеклонаполненные пластмассы способны заменять цветные металлы и реактопласты. Волокна получают формованием из расплава в атмосфере инертного газа или раствора линейных полиамидов с ММ 15-30 тыс, а применяют в производстве шинного корда и РТИ. Рабочая температура их эксплуатации от минус 80 до 150^оС, термическое разложение начинается при 300-320^оС, а из ароматических полиамидов – при 350-600^оС. Полиамидные пленки гибки и прозрачны, устойчивы к действию щелочей, органических растворителей и масел, непроницаемы для бактерий. Их сваривают теплом, ультразвуком и токами высокой частоты. склеивают растворами полиамидов, подвергают металлизации, а прочность повышают армированием тканями, повышением слойности или дублированием с алюминиевой фольгой. Пленки применяют для упаковки масел и жиров, колбас и сосисок, замороженного мяса и рыбы, способных выдерживать их варку и стерилизацию. Из них готовят ёмкости, чехлы и тенты, искусственную кожу и обмотку трубо-проводов. Недостатки - низкая устойчивость к кислотам и УФ- облучению.

Полиуретаны имеют в основной цепи уретановые группы –HN-CO-O, которые даже в небольшом количестве при одновременном присутствии амидных, мочевинных и эфирных групп определяют их основные свойства. Различают полиуретаны, полученные из одного диизоцианата и одного гликоля (гомополиуретаны), из двух диизоцианатов и одного гликоля или одного диизоцианата и двух гликолей (сополиуретаны) или из диизоцианатов и простых или сложных олигоэфиров (блокполиуретаны). Линейные кристаллизующиеся полиуретаны применяют как жесткие термопласты с небольшим влагопоглощением, сшитые - основа резин, волокон, клеев и герметиков. Нити из полиэфируретанмочевины с температурой плавления 230^оС (спандекс, США), похожие на резиновые, перерабатывают в чистом виде или в смеси с натуральными и другими волокнами, которые используют для их оплётки (стержневая пряжа) с целью защиты их от света и регулирования степени их эластичности. Пряжа для трикотажа состоит из 5-20% полиуретанового и 80-95% нерастяжимых волокон. Ткани с обратимым удлинением 20-25% используют для рубашек, блузок, дамских костюмов и плащей, 40-50% - для спортивных и купальных костюмов и дамских колготок.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) идет на производство плёнок, волокон и литьевых изделий (посуда, детали, оборудование). Это твердый полимер белого цвета с ММ 20-40 тыс, при быстром охлаждении становится прозрачным, кристаллизуется выше 80^оС, устойчив к воде и ароматическим растворителям. Он термостоек в расплавленном состоянии, деструкция начинается выше 300^оС с разрыва эфирных связей. Хороший диэлектрик, не обугливающийся при контакте с искрой и электродугой, устойчив к действию потока протонов, световых, рентгеновских и γ-излучений и не изменяется при ультрафиолетовом облучении в течение 300 часов. Пленки ПЭТ прочнее алюминиевой фольги и плёнок из ацетата целлюлозы в 2,5 раза, плёнок из полиэтилена в 10 раз и политетрафторэтилена – в 12 раз. Они не изменяют свойств при хранении и после выдержки в воде, тепло- и морозостойки, имеют низкую газо- и паропроницаемость, стойки к жирам и маслам, легко поддаются металлизации. Изоляция кабелей ПЭТ устойчива к морской воде, почве и атмосферным воздействиям, при охлаждении до -50^оС увеличивает прочность на 40% и не становится хрупкой. Волокно превосходит по термостойкости все известные, кроме фторволокна, при 180^оС снижает свою прочность на 50%, но полностью восстанавливает её при охлаждении до комнатной температуры. После 500 и 1000 ч выдержки волокна при 180^оС сохраняется соответственно 29 и 25,5% его прочности, а гидратцеллюлозные и полиамидные волокна в этих условиях разрушаются. Волокно загорается с трудом, гаснет в отсутствие источника огня, после 600 часов пребывания на солнце сохраняет 40% прочности, устойчиво к действию микроорганизмов, моли и плесени.

ПЭТ-волокно (лавсан) применяют в чистом виде и в смеси с другими волокнами. Техническую нить используют в производстве транспортёрных лент, приводных ремней, верёвок, канатов, парусов, рыболовных сетей и тралов, брезентов, бензомаслостойких шлангов, рукавов высокого давления, электоризоляционных и фильтровальных материалов. Моноволокно идёт на изготовление шинного корда, сеток для бумагоделательных машин (взамен бронзовых), щёток для зерноочистительных машин, струн для скрипок, роялей и ракеток. Тонковолокнистая нить идёт на обмотку электропроводов малого сечения и в медицине (синтетические кровеносные сосуды и хирургические нити), нить средней прочности - на изготовление трикотажа, различных тканей, занавесей и высокообъёмной пряжи. Штапельное волокно применяют с добавлением 45% шерсти, 33% хлопка или 50% льна. Толстое волокно используют для производства искусственного меха и ковров, а нетканые изделия из волокна – для электроизоляции. Для улучшения свойств волокна полимер подвергают химической модификации в условиях синтеза путём добавки к сырью других дикарбоновых кислот или их эфиров, оксикислот, разветвлённых диолов, замещённых аминов или соединений с карбоксильны-ми или сульфогруппами. Например, 4-10% диметилизофталата (лавсан-И) или 1,5-2% диметилового эфира 5-оксиизофталевой кислоты повышают усадку волокна, 8% диметиладипината - на 20% увеличивают его накрашиваемость, а 2-4% калиевой соли диметилового эфира изофталевой кислоты – сродство его к основным красителям и усадку. Недостаток этих волокон - пониженная термостойкость и прочность, а волокно с 3-4% диметилового эфира адипиновойилигексагидротерефталевойкислоты (лавсан С) по прочности и динамическим свойствам превосходит лавсан.

Поликарбонаты – высокоплавкие ароматические полимеры белого цвета, их степень кристалличности (10-40%) и температуры плавления и стеклования зависят от строения исходного дифенола. Полимеры устойчивы к действию водных растворов кислот, солей и окислителей, обладают высокой прочностью, стабильностью размеров при переработке, хорошими диэлектрическими свойствами и низкой гигроскопичностью. Они устойчивы к действию микроорганизмов, ультрафиолетового света и излучений высоких энергий, деструкция начинается выше 330^оС. Плёнки и волокна формуются из растворов в метиленхлориде или из расплава. Волокна из раствора, по механическим свойствам уступают волокнам из расплава. Волокно устойчиво к ударным нагрузкам, истиранию и действию γ-радиации, имеет высокую эластичность и низкую диэлектрическую проницаемость, что позволяет использовать его в электротехнике и других специальных областях техники. Шинный корд на основе поликарбонатных нитей отличается высокой усталостной и разрывной прочностью, обеспечивает хорошую стабильность размеров покрышек и повышенную теплостойкость. При 240-300^оС из поликарбонатов экструдируют стержни, листы, профилированные изделия, трубы и шланги, а литьём под давлением – изделия для электротехники, кинескопов телевизоров и сотовых телефонов.