СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ И ПЛАСТМАССЫ

КАУЧУКИ

Каучуки – ВМС, проявляющие при н.у. высокоэластичные и отчасти пластичные свойства.

Каучуки относятся к карбоцепным ВМС.

1. Натуральный каучук (НК) – является стереорегулярным цис-полимером

n CH₂=C – CH =CH₂ → …- СН₂ СН₂ – СН₂ СН₂ –

| \ / \ /

СН₃ С = С С = С

/ \ / \

СН₃ Н СН₃ Н

n = 2000…5000

М = 35000…300000

НК отличается высокой реакционной способностью, легко реагирует с серой, образуя резину или эбонит, окисляется, хорошо растворяется в неполярных растворителях (бензин, бензол, толуол), обладает высокой прочностью при растяжении, морозостойкостью, хорошей эластичностью и износостойкостью. Недостаток – неустойчив к действию масел.

Используется для изготовления изделий бытового, спортивного и медицинского назначения.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ

2.Бутадиеновый каучук (дивиниловый)

Представляет собой полимер на основе бутадиена-1,3.

n CH₂=CН – CH =CH₂ → … - СН₂ СН₂ –

\ /

С = С ← (СКД)

/ \

Н Н n

Или (- СН₂ - СН -)n

| каучук не регулярного строения (СКБ)

CH = CH₂

СКБ: благодаря наличию двойной связи в боковой цепи присоединяет серу быстрее, чем НК. Поэтому вулканизация происходит быстрее и при более мягких условиях, но не достаточно морозоустойчив, имеет малую износостойкость.

СКД: М(СКД) ≈ 3М(СКБ), обладает хорошей морозостойкостью, износостойкостью, используется для производства шин.

3.Изопреновый каучук (СКИ) – аналог натурального, имеет то же строение, обладает хорошей водостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами.

4. Полихлоропреновый каучук.

n CH₂=C – CH =CH₂ → (- СН₂ – C = СН – СН₂ -)n

| |

Сl Cl

М = 150000…300000

Благодаря присутствию хлора, каучук отличается высокой стойкостью к действию химреактивов, света и тепла, практически не горит, обладает высокой клеящей способностью, поэтому используется для изготовления клеев.

Недостатки: высокая плотность, недостаточная морозостойкость.

5. Бутадиенстирольный каучук (СКС) – представляет собой сополимер бутадиена-1,3 и стирола.

nCH₂=CН – CH =CH₂ + nСН₂=СН→ (-СН₂ –CН =СН –СН₂ – СН₂ – СН-)n

| |

C₆Н₅ C₆Н₅

М(СКС) = 150000-300000

При увеличении в каучуке стирола, его износостойкость повышается, но существенно снижается эластичность и морозоустойчивость. При содержании стирола 70-80%, он представляет собой жесткий пластик. СКС имеет повышенную стойкость к тепловому и естественному старению, но низкую прочность при растяжении.

6. Бутадиен-нитрильный каучук (СКН) – сополимер бутадиена-1,3 и нитрилоакриловой кислоты

nCH₂=CН – CH =CH₂ + nСН₂=СН→ (-СН₂ –CН =СН –СН₂ – СН₂ – СН-)n

| |

CN CN

Обладает высокой способностью к набуханию, устойчив к действию масел, даже при нагревании. Неустойчив к действию эфиров.

 

РЕЗИНА –

высокоэластичный, прочный материал, менее пластичный, чем каучук.

Представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Способ переработки каучука называется вулканизацией. Вулканизацию проводят при нагревании под давлением.

В производстве резины используются следующие ингредиенты: вулканизирующее вещество, активаторы, ускорители вулканизации, антиокислители, наполнители, пластификаторы

Вулканизирующим веществом является сера (но могут быть и другие). За счет неё происходит сшивание молекул каучука по месту двойных связей с образованием пространственной структуры.

n CH₂=CН – CH =CH₂ + m S → - СН₂ – CH - СН – СН₂ -

| S

|

S

|

-СН₂ – CH - СН – СН₂ -

|

S m

Ускорители вулканизации – снижают время вулканизации и расход основного сырья (MgO, PbO).

Активаторы – облегчают протекание реакций взаимодействия всех компонентов резиновой смеси.

Антиокислители (стабилизаторы) – вводят в резину для предупреждения её старения.

Наполнители - улучшают физические свойства резины: прочность, износостойкость, сопротивление к истиранию. Их использование сокращает расход каучука и снижает стоимость резины.

Наполнители: сажа, мел барит (BaSO₄), гипс (СаSO₄·Н₂О), тальк (3MgO·4SO₄·2H₂O), оксид кремния (SiO₂).

Пластификаторы – вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку, способствуют увеличению содержания наполнителя.

Пластификаторы: мазут, гудрон, парафин, канифоль, стеариновая и олеиновая кислоты.

 

СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫИ ПЛАСТМАССЫ

Пластические массы – это материалы, основным компонентом которых являются ВСМ и которые обладают пластичностью.

Пластичность – свойство материала принимать и сохранять форму, придаваемую ему при изготовлении.

Пластмассы при н.у. находятся в твердом состоянии, но под действием высоких температур и давления способны переходить в пластическое состояние и принимать любую заданную форму, а при охлаждении снова застывать и сохранять эту форму.

В состав пластмасс входят синтетические смолы, наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и др. компоненты.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛПСТМАСС

• Малая плотность: 0,9 – 22 г/см³
• Механическая прочность (некоторые пластмассы прочнее стали)
• Химическая устойчивость
• Хорошие диэлектрические свойства
• Способность пропускать ультрафиолет

НЕДОСТАТКИ

· Ограниченная теплостойкость (80˚ - 200˚)

· Низкая морозостойкость

· Старение под действием атмосферных условий и длительных нагрузок.

Синтетические смолы – это ВМС, находящиеся при н.у. в пластическом состоянии. Они используются для изготовления пластмасс, синтетических волокон, лаков, клеев. В зависимости от способов получения ВМС различают полимеризационные и поликонденсационные синтетические смолы.

ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫЕ СМОЛЫ

Карбоцепные материалы

1. Полиэтилен (- СН₂ – СН₂ -)n

Получают путем полимеризации этилена в присутствии катализаторов и инициаторов. (В отличие от катализаторов, инициаторы входят в состав полученных продуктов).

В зависимости от условий получения различают: полиэтилен низкого давления (ПНД), высокого давления (ПВД), среднего давления (ПСД).

ПНД – имеет линейную структуру

ПВД – нерегулярного строения

Если n = 50 - 70, полиэтилен представляет собой жидкость, которую используют в качестве смазочного масла.

n >1000 – возрастает вязкость

М(ПНД) = 3000 – 12000, t_пл = 125 -130˚С

М(ПВД) = 25000-30000, ρ = 0,91 – 0,92 г/см³

Полиэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами, морозостойкостью, химической устойчивостью. Сопротивлением на разрыв. Свойства ПВД лучше, чем ПНД.

Недостаток: склонность к старению, при пониженной температуре приобретает жесткость и хрупкость. В полиэтилене нельзя хранить масло, жир, т.к. он жиропроницаемый и пропускает УФ лучи.

2. Полипропилен (- СН₂ – СН -)n

|

CH₃

Получают полимеризацией пропилена. В зависимости от условий получения полипропилен может быть вязким или твердым.

М ≈ 300000 ρ = 0,9 г/см³ t_пл = 160 -170˚С

Свойства: прочный, термопластичный, легкий, водостойкий, химически стойкий, с хорошими диэлектрическими свойствами. В отличие от полиэтилена, не придает продуктам никакого запаха.

Недостаток: стареет еще быстрее, чем полиэтилен.

3. Полиизобутилен СН₃

|

(- СН₂ – С -)n

|

CH₃

Низкомолекулярный полиизобутилен – вязкая жидкость, высокомолекулярный – используется как заменитель каучука. По свойствам занимает промежуточное положение между пластмассой и каучуком.

Недостаток: текучесть при низкой температуре.

4. Полистирол (—CH₂—CH—)n

Одна из самых распространённых пластмасс

М ≈ 20000 ρ = 1,05 г/см³

Является твердым, упругим, термопластичным материалом с хорошими диэлектрическими свойствами. Легко окрашивается, водостоек, не разлагается щелочами и слабыми кислотами.

Недостаток: хрупкость, легкое старение.

5. Поливинилхлорид (- СН₂ – СН -)n

|

Cl

ПВХ имеет линейное строение.

ρ = 1,34 – 1,4 г/см³ t_{размягчения} = 75˚С t_пл = 180˚С

ПВХ – прочный нерастворимый в воде материал, химически устойчив, стоек к истиранию, используется в химической промышленности для изготовления различных установок (реакторов, ёмкостей). Легко стареет.

6. Политетрафторэтилен (тефлон) (- СF₂ – СF₂ -)n

ρ = 2,3 г/см³ t_пл = 320˚С t = -70˚С – сохраняет свойства

Бело-серый, тяжелый, является гидрофобным материалом, очень пластичный, поэтому из тефлона получают самые тонкие пленки, обладает высокой химической стойкостью (он не горит и выдерживает действие кипящей «царской водки»).

Недостаток – текучесть, даже при малых нагрузках.

7. Поливинилацетат (ПВА) - (- CH₂ - СН –)n

| О – С – СН₃

||

О

ПВА – твердый, устойчив на свету, растворим в органических растворителях, набухает в воде, имеет низкую термоемкость t_{размягчения} = 40˚С. Используется в производстве клея, лака, масляных красок.

8. Поливиниловый спирт - образуется при гидролизе ПВА

(- CH₂ - СН –)n + n H₂O → (- СН₂ – СН -)n

| |

О – С – СН₃ ОH

||

О

ПВС растворим в воде, но устойчив к действию органических растворителей и масел. Плёнки обладают высокой газонепроницаемостью. Используется в производстве клея и волокна вилон.

9. Полиметилметакрилат (ПММ) – органическое стекло – продукт полимеризации сложного эфира метилметакриловой кислоты

O CH₃

∕∕ |

n CH₂ = C – C - O – CH₃ → (- СН₂ – С -)n

|

COO – CH₃

ПММА – прозрачная термопластичная масса, стойкая к действию кислот и щелочей. t_{размягчения} = 60˚С ρ = 1,2 г/см³

Значительно прочнее обычного стекла, пропускает УФ, легко поддается механической обработке.

Недостатки: невысокая теплостойкость, растрескивание поверхности.

10.Полиакрилонитрил - (- СН₂ – СН -)n

|

CN

Применяется в производстве волокна нитрона и каучука.

 

Гетероцепные полимеры (полиуретаны)

Широко применяется для производства кожи, обуви и др.

- N – C – O –

| || уретановая группа

H O

Получается при реакции диазоцианов с многоатомными спиртами

n O=C=N – R₁– N=C=O + HO–R₂–OH →(-C– N–R₁– N– C –O–R₂– O -)n

|| | | ||

O H H O

t _пл.= 180˚С до 80˚С эластичен ρ = 1,2 г/см³

 

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ СМОЛЫ

В основном относятся к термореактивным полимерам, т.к. образуют пространственную структуру.

1. Фенолформальдегидные смолы (фенопласты)

Получаются поликонденсацией фенола и формальдегида

ОН + О=СН₂ → (ОН CH₂ -)n

В щелочной среде при избытке формальдегида получаются т.н. резольные смолы. В кислой среде при избытке фенола образуются новолачные смолы. Резольные смолы способны образовывать пространственную структуру, при этом они перестают плавиться, растворяться, приобретают высокую теплостойкость. Используются для производства текстолита, клея БФ.

Новолачные смолы имеют линейную структуру.

Пластмассы на основе формальдегидных смол имеют высокую механическую термостойкость, поэтому используются для изготовления радиотехнических изделий.

2. Карбамидные смолы - получают полимеризацией мочевины и формальдегида.

О=С (NH₂)₂ + 2 CH₂O → (-CH₂ CH₂-)n

| |

-N – C – N -

||

O

Пластмассы на основе аминопластов светостойки, окрашиваются в любые цвета, гигиеничны, поэтому применяются для изготовления изделий бытовой техники.

3. Полиамиды (капрон)

Получают полимеризацией ε-аминокапроновой кислоты.

(- NH – (CH₂)₅ – C -)n

||

O

Энант – получают поликонденсацией аминоэнантовой кислоты

Н₂N – (CH₂)₆ – COOH

Найлон – получают поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамида:

НО – (С – (СН₂)₄ – С – NH – (CH₂)₆ – NH)_n-H

|| ||

O O

Полиамиды термопластичны, t_пл.≈ 200˚С, используется для производства волокна и клея, чувствительны к действию кислот, окисляются при нагревании.

4. Полиэфирные смолы (лавсан)

Полиэтилентерефталат – продукт поликонденсации метилового эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля

n HO – CH₂ – CH₂ – OH + n H₃C – O – CO – C₆H₄ – CO – O – CH₃ →

 

HO-(-CH₂ – CH₂ – O – CO – C₆H₄ – CO – O-)_n-CH₃ + n CH₃OH

5. Эпоксидные смолы - образуются при поликонденсации сложных эфиров фенолов и эпихлоргидрина в щелочной среде.

O O

/ \ / \

H₂C– CH – CH₂ – Cl + HO – R – OH + H₂C– CH – CH₂ – Cl →

- CH₂ – CH – CH₂ – O – R – O – H₂C– CH – CH₂ – Cl + HCl

‌| ‌|

OH OH

HO – R – OH

 

 

Эпоксидные смолы имеют пространственную структуру, бывают жидкими и твердыми, причем жидкие при добавлении эпихлоргидрина можно превратить в твердое состояние, обладают хорошей адгезией, хорошие механические свойства, влаго- и химостойкие, поэтому используется для производства стеклопластиков.

 

 

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

Волокна – гибкие протяжённые тела с очень малыми поперечными размерами, составляющими доли миллиметров.

Классификация:

Органические волокна

I. Натуральные II. Химические

1.Целлюлозные 2. Белковые 1. Искусственные 2.Синтетические

(растительные) (животные) Гидратцеллюлозные 1)Гетероцепные

Лен, хлопок Шелк, шерсть Ацетатцеллюлозные Капрон, лавсан

2)Карбоцепные

Нитрон, хлорин, винол

 

МЕТОДЫОПРЕДЕЛЕНИЯ ВМС

1. Методы определения пластмасс

Наименование	Внешние Признаки	Горение	Отношение к хим. реактивам
цвет	прочие	характер	запах	ацетон	бензол
1. Полиэтилен	Белый, возможно окрашен	Твердый, в тонких листах гибкий, эластичный, прозрачный	Горит, окрошивает пламя в синеватый цвет, разм. И капает при горении	Горящ-его парафина	Не растворим	Не растворим
2. Полистирол	Бесцветный или яркий	Прозрачный или полупрозрачный. При падении издает металлический звук	Горит желтым коптящим пламенем, размягчается, вытягивается нитями	Сладковатый, удушливый	Набухает	Растворяется-
3. Поливинилхлорид	разный	нет	Окрашивает пламя в зеленоватый цвет, при вынесении из пламени гаснет	Соляной кислоты	Не растворяется	Не растворяется
4. Фторопласт	Не прозрачный	На ощупь жирный	Не горит	нет	Не раств.	Не раств.
5. Органическое стекло	Бесцветный или яркий	Поверхность легко царапается, блестящая	Горит медленно, потрескивая, размягчается	Цветочный или фруктовой эссенции	Набухает,	Растворяется
6. Фенолформальдегидные пластмассы	Черный или коричневый	Твердый не эластичный	При вынесении из пламени не горит	Запах фенола	Не растворяется	Не растворяется
7. Аминопласты	Яркие цвета	Твердый, не эластичный	Обугливается и дает белый налет по краям, не размягчается, при вынесении из пламени не горит	Формальдегида, аммиака	Не растворяется	Не растворяется