У природі існує багато високомолекулярних сполук, які можна поділити на три великі групи: неорганічні, органічні і елементорганічні. До неорганічних полімерів відносять кварц, алмаз, графіт, силікати та ін.. Органічні полімери поділяють на природні ( каучук, целюлоза, крохмаль, вовна, шовк, льон, бавовна), й синтетичні (поліетилен, капрон і т.д.). Серед природних полімерів виділяють групу біополімерів – білкові речовини і нуклеїнові кислоти. Однак все більшого значення набули синтетичні високомолекулярні сполуки, такі як полімери. Синтетичні полімери одержують полімеризацією і поліконденсацією.
Молекули полімерів можуть мати лінійну, розгалужену й зшиту будову. Це позначається на властивостях пластмас, зокрема, зумовлює такі їх властивості, як термопластичність і термореактивнісь.
Термопластичні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження зберігають свої властивості (поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид).
Термореактивні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження втрачають пластичність та деякі інші властивості (фенолформальдегідні смоли).
Властивості полімерів залежать від молекулярної маси, хімічного складу й структури молекул.
Основними представниками полімерних матеріалів є пластмаси, каучуки і волокна.
Пластичні конструкційні матеріали на основі органічних полімерів називають пластмасами. За масштабами виробництва серед полімерів пластмаси посідають перше місце. Основою їх складу є високомолекулярна сполука – полімер.
Полімеризацією етилену і його гомологів добувають поліетилен, поліпропілен та багато інших.
Поліконденсацією формаліну з карболовою кислотою добувають карболіт.
Пластмаси
Щоб надати полімеру потрібних властивостей і перетворити їх на пластмасу у полімерну масу додають наступні компоненти:
- пластифікатори – для надання еластичності і зниження крихкості;
- барвники, які надають матеріалу потрібного забарвлення;
- антистатики для запобігання накопиченню статичної електрики;
- наповнювачі (кварцове і деревне борошно, мелена крейда чи слюда, волокна, азот, повітря, папір) поліпшують механічні властивості й зменшують собівартість.
Пластмаси бувають то легкі як пух, то прозорі, як повітря, то еластичні, то надзвичайно тверді й хімічно стійкі, механічно міцні або хрупкі, нелеткі, гігроскопічні, діелектрики, одні не плавляться, інші – не горять, виявляють високу стійкість до агресивних середовищ, високу витривалість до стирання. Їх пластичність дозволяє виготовляти з них вирооби методами пластичної деформації при підвищеній температурі – гарячого пресування, лиття під тиском.
Пластмаси замінили метал у різних виробах (деталі машин, броня), скло та папір. Біля 80% продукції електротехнічної промисловості випускається з використанням полімерів, 1/5 всіх добутих полімерів використовують у машинобудуванні. Із полімерів виготовляють одяг, взуття, посуд, іграшки, прикраси, використовують в побуті й сільському господарстві. Їх використовують у приладо- і машинобудуванні, радіо- і ектротехніці, телебаченні, житловому будівництві, судно-, авто-, літако- та ракетобудуванні. У наш час створена нова промисловість будівельних матеріалів. Деревні- і стружково-волокнисті матеріали отримують при просочуванні смолами опилків, стружок та інших відходів деревообробної промисловості із наступним пресуванням. Це красиві за зовнішнім виглядом, міцні і дешеві оздоблювальні матеріали, які не поступаються за своїми властивостях дорогим деревним породам. Цінними є склопластики, які готують просочуванням склотканини синтетичними смолами із наступним пресуванням в листовий матеріал високої міцності. Кращі сорти склопластиків переважають за міцністю деякі сорти легованих сталей. Вони легкі, міцні, стійкі проти корозії. Дуже цінними синтетичними полімерами являються пінопласти, які отримують заповненням великої частки їх об’єму повітрям чи азотом. Вони надзвичайно легкі, мають високі тепло-, звуко-, електроізоляційні властивості.
У медицині – пластикові протези різних органів або частин тіла, пластикові мембрани в різних органах, для виготовлення селективних агентів, здатних нести специфічні лікарські препарати в певне місце організму без витрати їх на інші органи. Як тільки людина навчиться синтезувати молекули, подібні ферментам, медицина зможе лікувати різні складні захворювання.
Полівінілхлорид широко використовують для виготовлення лінолеуму, лицювальної плитки, водопровідних труб (значно міцніших за поліетиленові), як ізоляційний матеріал для електричних проводів. Завдяки високому вмісту хлору полівінілхлорид не підтримує горіння (самозатухає), але незезпечний тим, що при високій температурі розкладається з виділенням отруйних газів та діоксину.
Полістирол – для виготовлення посуду, іграшок, лицювальної плитки. Полімери стиролу займають третє місце у світовому виробництві пластмас.
Поліпропілен міцніший за поліетилен. Це тверда, жирна на дотик речовина молочнобілого кольору. Використовується для виробництва деталей машин, труб гарячого водопостачання, деталей різноманітних апаратів, плівок, побутові вироби, волокон, високотривких ізоляційних матеріалів. Стійкість полімеру проти багаторазових вигинів й стирання дає можливість добувати з нього міцні волокна для виготовлення канатів, риболовних сіток, фільтрувальних тканин. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.
Тефлон (F2C–CF2) за особливу стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні у «царській горілці», ні в органічних розчинниках. Стійкий проти холоду й нагрівання, світлостійкий, неотруйний. З нього виготовляють деталі машин й приладів, апаратів, що працюють у хімічно агресивному середовищі, у харчовій та електротехнічній промисловості, для виготовлення протезів судин, які легко затягуються клітинами тіла. З побутових виробів нам знайомі пательні та каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.
Фенолформальдегідні смоли і пластмаси на їх основі належать до найпоширеніших термореактивних пластмас. З них виготовляють ламінат, облицювальні матеріали, лаки, клеї тощо. Із пластмас виробляють панелі й різні деталі для радіоапаратури, корпуси телефонних апаратів, електричні вимикачі-вмикачі, штепсельні розетки, патрони для електроламп та інше.
Лабораторна робота 4. Ознайомлення зі зразками пластмас
Розгляньте видані вам зразки пластмас. З’ясуйте їх зовнішній вигляд, колір, твердість, пластичність, склад та застосування кожного з них.
Результати досліджень оформіть у робочих зошитах у вигляді таблиці:
| Назва | Хімічна формула | Зовнішній вигляд | Властивості | Застосування |
Скло органічне – оптично прозорі пластмаси, одержані на основі органічних полімерів. Застосовують як конструкційний матеріал в авіа-, автомобіле-, суднобудуванні, для виготовлення медичних протезів, лінз, труб, у харчовій промисловості.
Фотохромні матеріали. Спеціалісти вважають, що найперспективніша галузь – це техніка інформації з використанням фотохромних матеріалів. За допомогою фотохромних барвників можливе суперкінофільмування із зменшенням оригіналу у десятки тисяч разів. Цим способом було сфотографовано всі 1245 сторінок Біблії на прозору пластину розміром менше двох квадратних дюймів (1 Дюйм (Inch) = 25,40 мм або 2,54 см). Фотохромні барвники використовують для виготовлення спеціального скла окулярів. Такі окуляри світліють в тіні, або на заході сонця, оберігаючи зір від яскравих спалахів.
