Компоненты неметаллических материалов и их свойства. Монография

(ПС) [—CH2—CH (C6H5) —] n синтезируют из стирола C8H8 с пероксидными или азоинициаторами при температурах 60—150° С в жидкой фазе (в растворе, суспензии или эмульсии). Расположение бензольных колец по бокам линейной цепи препятствует кристаллизации настолько, что термопластический полимер получается аморфным, прозрачным, жестким и несколько хрупким.

Несмотря на чувствительность к воздействию растворителей и некристаллический характер, полистирол – один из наиболее важных термопластов, благодаря своей прозрачности, легкой формуемости и прекрасным электроизолирующим свойствам. Полистирол широко используется в электрическом оборудовании, предметах обихода, игрушках и особенно как теплоизоляционный пенопласт. В последние годы получен полистирол с более высокой ударопрочностью благодаря добавкам эластических компонентов; новые сорта расширили сферу применения этого полимера.

Полиметилметакрилат

(ПММА) [—CH2—C (COOCH3) (CH3) —] n – аморфный прозрачный термопласт, имеющий важное промышленное значение. Его синтезируют из метилметакрилата C5H8O2 так же, как полистирол получают из стирола. Он тверд (несколько тверже полистирола), абсолютно бесцветен и кристально прозрачен, Tст ок. 100° С. Полиметилметакрилат широко используют для изготовления украшений, оптики и других товаров, где желательно высокое качество.

Поливинилхлорид

(ПВХ) [—CH2—CHCl—] n получают из его мономера, винилхлорида CH2=CHCl при температурах от 20° С до 100° С с пероксидными инициаторами (синтез аналогичен синтезу полистирола). Поливинилхлорид состоит из линейных цепей и является атактическим полимером, а следовательно, аморфным, твердым, жестким, устойчивым к воздействию растворителей термопластом.

Особенно важное свойство поливинилхлорида – огнестойкость, связанная с присутствием хлора в его молекуле (ок. 55%). Хлор придает поливинилхлориду жесткость, полимер размягчается лишь при высоких температурах; по этой причине в некоторых случаях приходится вводить пластификаторы (10—40%), чтобы сделать его более легко формуемым, выдавливаемым и выдуваемым. Поливинилхлорид используется в больших количествах в производстве волокон, пленок, труб, резины, формованных изделий, искусственной кожи и покрытий.

Родственным термопластом является поливинилиденхлорид [—CH2—CCl2—] n. Это кристалличный, высокоплавкий, устойчивый к воздействию растворителей материал, из него изготавливают пленки и грубые ткани.

Полиакрилонитрил

(ПАН) [—CH2—CH (CN) —] n синтезируют из акрилонитрила C3H3N аналогично получению полистирола и поливинилхлорида. Он состоит из линейных цепей, аморфен и имеет такую высокую температуру стеклования, что с трудом поддается формованию. Однако включение других мономеров в цепь полимеров на основе акрилонитрила делает их более пластичными и понижает Tст. Получаемые сополимеры легко обрабатываются и сочетают твердость и прозрачность с высокой устойчивостью к воздействию растворителей. Полиакрилонитрил и сополимеры широко используются в производстве синтетических волокон (орлон, динел, акрилан), пленок, резин, формованных изделий (из акрилонитрил-бутадиен-стирольных смол) и покрытий.

Поливинилацетат

(ПВА) [—CH2—CH (OCOCH3) —] n синтезируют из соответствующего мономера аналогично получению полистирола и поливинилхлорида. Этот относительно дешевый термопласт находит широкое применение. Он аморфен, имеет низкую температуру размягчения, легко растворим и используется главным образом для покрытий и как клей.

Политетрафторэтилен

[—CF2—CF2—] n, более известен как тефлон. Его получают газофазной полимеризацией тетрафторэтилена CF2=CF2. Это высококристалличный, линейный термопласт с очень низкой Tст (ок. —110° С); очень высокая Tпл (ок. 330° С, много выше, чем у большинства пластмасс) позволяет использовать тефлон при относительно высоких температурах. Тефлон инертен по отношению к химическим и физическим воздействиям; это прекрасный электроизолятор, кроме того, он обладает наибольшей стойкостью к растворителям среди известных полимеров. К тефлону ничего не прилипает; у него наименьший коэффициент трения из всех твердых материалов. По этим причинам он широко используется в производстве электронного оборудования, прокладок и подшипников.

Полиоксиметилен

(ПОМ, полиформальдегид) [—CH2—O—] n получают газофазной полимеризацией формальдегида CH2O. Это твердый, жесткий, высококристалличный, линейный термопласт с Tпл ок. 180° С и Tст -85° С. Он не отличается высокой термической и химической стабильностью, но благодаря своей твердости, высокой температуре плавления и стойкости по отношению к органическим растворителям широко применяется для литьевого формования.

Полиоксиэтилен

(ПОЭ, полиэтиленоксид) [—CH2—CH2—O—] n получают каталитической полимеризацией этиленоксида C2H4O. Это мягкий, кристаллический, линейный термопласт с Tпл ок. 70° С. Полиоксиэтилен легко растворим в воде и поэтому широко используется как загуститель в клеях для текстиля, в лосьонах и шампунях.

Полиамиды

больше известны как найлоны. Их получение обсуждалось выше при описании поликонденсации. Создатель найлона американский химик У. Карозерс предложил числовые обозначения для полиамидов, в которых первая цифра соответствует числу углеродных атомов в диамине, а вторая – числу углеродных атомов в дикарбоновой кислоте. Эти цифры определяют структуру углеродной цепи и положение амидных групп.

Самые важные представители этого класса линейных термопластов – найлон-6 (поликапролактам, получаемый из e-капролактама; в Узбекистане его называют капроном), найлон-6,6 и найлон-6,10. Все они – твердые, прочные, высококристалличные и высокоплавкие материалы с высокой устойчивостью к воздействию растворителей, химически инертные. Наиболее важными для получения синтетических волокон являются найлон-6 (капрон) и найлон-6,6. Некоторые их количества используются также для производства пленок и формованных изделий, хотя здесь предпочтительнее найлон-6,10 благодаря его более низкой точке плавления (ок. 200° С) и меньшей склонности поглощать влагу. Получен также полиамид, состоящий из изофталевой кислоты и мета-фенилендиамина. Это очень твердый и прочный линейный термопласт с температурой плавления ок. 400° С, используемый для производства таких специальных изделий, как парашюты, буксирные канаты и ремни безопасности на транспорте.

Поли-пара-фенилентерефталамид, ароматический найлон (арамил), является продуктом поликонденсации пара-фенилендиамина и терефталевой кислоты:

Он выпускается компанией «Дюпон» под названием «кевлар». Этот кристаллический термопласт с исключительно высокой Tпл (выше 500° С) используется для изготовления крученых волокон, усиливающих такие реактопласты, как эпоксидные смолы (бисмалеимиды). Композитные материалы этого типа перспективны для применения в конструкциях авиакосмической промышленности.

Полиэфиры

получают из органических кислот и спиртов, обычно полифункциональных мономеров; линейные полиэфиры – из двухосновных кислот и гликолей. Наиболее важный линейный полиэфир – полиэтилентерефталат (или полиэтиленгликольтерефталат) с высокой СП – получается по реакции терефталевой кислоты с этиленгликолем в присутствии катализатора при повышенной температуре в вакууме:

Продукт представляет собой белый высококристалличный материал, плавящийся ок. 260° С, очень устойчивый по отношению ко всем обычным органическим растворителям даже при нагревании. Из него производятся прочные волокна (терилен, дакрон) и жесткие, прозрачные пленки (майлар) экструзией расплава с последующей ориентацией вытягиванием. Очень тонкий, прочный майлар с магнитным покрытием применяют для изготовления пленки для аудио- и видеомагнитофонов.

Поликарбонаты

– еще одна группа линейных полиэфиров, получаемых в промышленных масштабах. Их производят реакцией фосгена COCl2 c бифункциональными фенолами. Поликарбонат лексан синтезируют согласно следующей схеме:

Это белый, в основном аморфный, очень прочный и жесткий материал с хорошей термостойкостью до 150° С. Путем литьевого формования из него делают пластины, стержни, шестерни и другие предметы сложной конфигурации, которые успешно заменяют литые металлические детали.

Полисилоксаны

Растет спрос на термопластические материалы с достаточно высокой жесткостью (более 14 000 МПа) и высокой температурой размягчения (выше 500° С), чтобы заменить металлы в производстве двигателей, а также космических кораблей, самолетов, автомобилей, железнодорожных вагонов и судов. От новых материалов требуется легкость (низкая плотность), относительная простота обработки и повышенная коррозионная стойкость. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют линейные макромолекулы со многими ароматическими звеньями в цепи. Примерами могут служить:

К таким конструкционным пластикам относятся также линейные ароматические полиэфиры и полиимиды.

1.5. Реактопластические материалы

Феноло-формальдегидные смолы – одни из первых термореактивных смол, которые все еще находят широкое применение. Они представляют собой пластмассы, образующиеся при реакции фенола с формальдегидом и другими альдегидами, как описано выше при общем обсуждении реактопластов, получаемых поликонденсацией. Эти первые полностью синтетические пластмассы предложил под названием «бакелит» Л. Бакеланд (1909). Поликонденсация, проводимая в воде, сначала ведет к водорастворимому или диспергированному в воде промежуточному веществу, используемому для пропитки дерева, бумаги, картона или ткани. На следующей стадии получают смолообразную массу, которую можно превратить в тонкий сухой порошок и затем придать ему окончательную конфигурацию с помощью сшивок, что достигается прямым прессованием при нагревании под давлением.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.