Конспект Полимеры

Основы технологии полимеров

Полимеры могут быть получены в результате реакции полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – последовательное добавление звеньев в полимерную цепь за счет разрыва кратных связей мономера. Промежуточные продукты не образуются.

Схема процесса: nМ→(М)n

По характеру активных центров:

  • Радикальная
  • Ионная

По стабильности промежуточных частиц:

  • Ступенчатая (частицы стабильны, долгоживущие)
  • Цепная (частицы не устойчивы)

Промышленные способы полимеризации:

  • в среде мономера (газофазная, в массе)
  • в растворе
  • в эмульсии или латексная
  • в суспензии или бисерная, гранульная или жемчужная

Поликонденсация – реакция образования высокомолекулярных веществ в результате конденсации многих молекул, сопровождающаяся выделением простых веществ.

  • Схема процесса Мх+Му→М(х+ у)
  • Несамопроизвольный процесс, требует затрат энергии.
  • Масса образующегося полимера меньше массы исходных веществ.

Промышленные способы поликонденсации:

  • В расплаве
  • В растворе
  • В эмульсии
  • В твердой фазе
  • Межфазная

Характеристики полимеров

Полимеры по структуре макромолекул:

  • Линейные – мономеры, соединенные ковалентными связями в длинную цепь.
  • Разветвленные – в основной цепи имеются боковые ответвления (короче основной цепи) за счет свободных валентностей.
  • Пространственные – цепи связаны силами основных валентностей с помощью поперечных мостиков из атомов или групп атомов.

Полимеры по отношению к нагреванию:

  • Термопластичные – свойства обратимо изменяются при нагревании (линейные).
  • Термореактивные – не переходят в пластическое состояние при нагревании, на окончательной стадии формирования снижается способность к растворению и набуханию (пространственные).

Степень полимеризации – число мономерных звеньев в молекуле полимера.

Свойства полимеров

Свойства полимеров определяются химическим строением, ориентацией макромолекул, размерами макромолекул, частоты сетки в полимере и других факторов.

Прочность

Прочность зависит от следующих факторов:

  • Степень ориентации макромолекул – чем выше степень ориентации макромолекул, тем выше прочность. В направлении ориентации макромолекул разрывное напряжение больше (прочность выше), так как распрямленные цепи менее гибкие.
  • Кристаллизация – прочность увеличивается, если в процессе ориентации аморфный полимер кристаллизуется.
  • Упаковка – чем плотнее упаковка, тем выше прочность.
  • Межцепное взаимодействие – чем сильнее взаимодействие, тем выше прочность.

Пластичность

Для увеличения пластичности полимеров применяют пластификаторы, которые уменьшают вязкость, увеличивают гибкость молекул.

Пластичность тем выше, чем:

  • ниже степень полимеризации
  • выше температура
  • чем больше введено в полимер пластификатора

Растворимость и набухаемость

Набухание – сорбция низкомолекулярного вещества полимером, сопровождающаяся увеличением его массы, объема, изменением структуры.

Растворение и набухание определяются следующими факторами:

  • Химическая природа полимера и растворителя
  • Гибкость полимерной цепи (чем выше гибкость, тем выше растворимость)
  • Молекулярная масса полимера (с увеличением массы, уменьшается растворимость)
  • Плотность упаковки (чем плотнее упаковка, тем хуже растворимость)
  • Температура (с повышением температуры растворимость может улучшаться или ухудшаться)
  • Фазовое состояние полимера (для разрушения кристаллической решетки требуется большая энергия)
  • Неоднородность химического состава полимера
  • Частота пространственной сетки (чем выше, тем хуже растворимость)

Характеристика мономеров

Мономеры реакций полимеризации – содержат кратные связи или раскрывающиеся циклические группировки (лактамы, имины).

Мономеры реакций поликонденсации – содержат стабильные валентнонасыщенные функциональные группы.

Функциональность мономеров

  • Определяется числом одинарных связей, которые затрачиваются на образование молекулы полимера.
  • Зависит от природы, числа реакционноспособных центров, особенностей строения
  • Функциональность определяет строение полимера

Виды функциональности:

  • Молекулярная или структурная функциональность
  • Реализуемая функциональность

Фенолоформальдегидные смолы

Феноло-альдегидные полимеры – отвержденные олигомерные продукты поликонденсации фенолов (фенол, крезолы, ксиленолы, гидрохинон) с альдегидами (формальдегид, фурфурол), получаемые в водной среде в присутствии кислотных и щелочных катализаторов (состав полимеров зависит от pH среды).

Поликонденсация проходит через стадию оксиметилирования в орто- и пара- положении фенольного ядра:

полимеры

В щелочной среде при избытке формальдегида получают резолы – твердые или жидкие термореактивные полимеры:

полимеры

Поликонденсация:

полимеры

  • Хорошо растворимы в метаноле, этаноле, ацетоне, фенолах, щелочах.
  • Нерастворимы в ароматических и парафиновых углеводородах, галогенпроизводных углеводородов.
  • При комнатной температуре способны переходить в неплавкое нерастворимое состояние.
  • Содержат свободный фенол, что снижает температуру плавления.

В кислой среде при избытке фенола получают новолаки – твердые термопластичные полимеры:

полимеры

Поликонденсация:

полимеры

  • Хорошо растворимы в метаноле, этаноле, ацетоне, фенолах, щелочах.
  • Нерастворимы в ароматических и парафиновых углеводородах, галогенпроизводных углеводородов.
  • Не отверждаются при длительном хранении и нагревании до 180.

Технологический процесс производства фенолоформальдегидных смол:

  • Дозировка сырья
  • Поликонденсация
  • Сушка олигомера
  • Охлаждение и измельчение готового продукта

Свойства:

  • механическая устойчивость
  • прочность
  • коррозионная стойкость
  • высокие электроизоляционные свойства

Сополимеризация, сополимеры

Сополимеры – полимеры, в состав которых входят мономеры различного характера.

Виды сополимеров:

  • Регулярные (мономеры распределены периодично)
  • Нерегулярные (мономеры распределены беспорядочно)
  • Блок-сополимеры (линейный полимер, цепь которого состоит из гомополимерных блоков)
  • Привитые (боковые ответвления отличаются по строению от основной цепи)

Сополимеризация – реакция полимеризации, в которой участвуют различные виды мономеров.

Композиционные материалы

Композиционный материал – это любой материал со структурой, состоящей минимум из двух фаз.

Свойства:

  • легкость
  • высокая удельная прочность
  • высокая усталостная прочность
  • высокая жёсткость
  • высокая износостойкость

Общий технологический процесс получения:

  • Подготовка армирующего наполнителя
  • Приготовление полимерного связующего
  • Совмещение матрицы с арматурой
  • Формообразование детали
  • Отверждение связующего
  • Механическая обработка

Технологии: прессовка, формообразование намоткой, вакуумное формование.

Примеры композиционных материалов:

  • Текстолит
  • Биметалл
  • Стеклопластик

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *