2.1.   Полімеризаційні  полімери і пластмаси на їхній основі.

2.2.   Поліконденсаційні полімери і пластмаси на їхній основі.

2.3.   Пластмаси на основі модифікованих природних полімерів.

 

Ключові слова: пластмаси, полімеризаційні пластмаси, поліконденсаційні пластмаси, поліетилен, поліпропілен, стирол, феноли, целюлоза, асфальтобітумні смоли, целулоїд

 

 

2.1. Полімеризаційні полімери і пластмаси на їхній основі

До полімеризаційних смол відносять:

–                   поліолефіни (поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен);

–                   вініпласти (полівінілхлорид, вініпласт);

–                   полістирол (звичайний і ударостійкий);

–                   співполімери стиролу з іншими мономерами;

–                   поліакрилати;

–                   фторопласти;

–                   поліформальдегіди.

У процесі виробництва усіх полімеризаційних смол застосовують три методи полімеризації:

–                   блоковий метод (полімеризація чистого мономеру);

–                   полімеризація мономеру в органічних розчинниках;

–                   водоемульсійний метод полімеризації.

У виробництві етиленопластів використовують усі три методи. Найхарактернішим представником етиленопластів є поліетилен, який одержують шляхом полімеризації етилену та його похідних, які є ненасиченими вуглеводнями парафінового ряду і містяться в коксовому газі, в продуктах крекінгу нафти. Спочатку (з 1937 р.) поліетилен одержували у спеціальних автоклавах під тиском у декілька тисяч атмосфер. У наш час розроблено менш енергоємні способи полімеризації майже без підвищення тиску.

Для поліетилену характерні поєднання легкості (щільність 0,93 … 0,96 г/см³), високої міцності (15 … 35 МПа), стійкості до ударних навантажень, достатньої еластичності (відносне видовження на розрив 100 … 800 %), здатності функціонувати в широкому інтервалі температур від –70 °С до +100 °С. Істотним недоліком поліетилену є його старіння під дією атмосферних впливів. Промислові марки поліетилену мають високу молекулярну масу, є масляними на дотик, без запаху і смаку, напівпрозорими або непрозорими в товстому шарі полімерами, піддаються фарбуванню.

Поліетилени є термопластичними – поволі спалахують, горять без кіптяви, знизу полум'я блакитне, вгорі біля кінчиків – яскраво-помаранчеве, запах нагадує запах горіння парафінових свічок.

Усі різновиди поліетилену мають високу хімічну стійкість: не змочуються водою та іншими струмопровідними рідинами, стійкі до дії лугів, кислот, розчинів солей за температур до +70 ⁰С, нафтопродуктів; руйнуються концентрованою нітратною кислотою, а також при нагріванні – сульфатною кислотою, хлором і фтором. За  кімнатної температури не розчиняються в органічних розчинниках.

Відповідно до способів виготовлення розрізняють поліетилен високого тиску (ПВТ) і поліетилен низького тиску (ПНТ). Найдешевшим і найпоширенішим є ПВТ, його виробництво становить близько 75 % загального випуску етиленопластів.

Незважаючи на загальний хімічний склад і будову, поліетилен ВТ і НТ відрізняються за певними властивостями. Поліетилен високого тиску має нижчу молекулярну масу (10 000 … 45 000), нижчий ступінь кристалічності.

ПВТ має високий ступінь розгалуженості макромолекул порівняно з поліетиленом низького тиску, характеризується меншою теплостійкістю (Т_пл=105…110 °С), нижчою щільністю (r = 910 … 911кг/м³) і меншою жорсткістю. Хімічна стійкість ПВТ також дещо нижча, порівняно з ПНТ.

 

 

Таблиця 2.1

Властивості поліетиленів

 

ПВТ – еластичний, може прокатуватися в як найтонші прозорі плівки. ПВТ під час контакту із жирами поволі їх поглинає. В результаті цього жири набувають неприємного запаху і смаку.

Поліетилен низького тиску (молекулярна маса 70 000 … 400 000) характеризується вищою теплостійкістю (Т_пл=120 … 130 °С), жорсткістю і міцністю (до 30 МПа, окремі марки ПНТ до 78,6 МПа). Враховуючи можливу наявність в матеріалі слідів каталізаторів, поліетилен низького тиску не допускається для виготовлення виробів, що контактують з харчовими продуктами. За фізичними властивостями ПНТ – твердий, жорсткий пластик. Плівковий ПНТ має підвищену проникність для багатьох газів, але непроникний для парів води.

Поліетилен практично нешкідливий. Шкідливий вплив спричиняють продукти його розкладу і залишки каталізатора. Тому при контакті з харчовими продуктами рекомендовано використовувати поліетилен низької щільності (поліетилен високого тиску).

Поліетилен добре співполімеризується з вінілацетатом, ізобутиленом.

Поліетилени широко використовують для ізоляції дротів, кабелів, деталей і пристроїв електро-, телефоно- і радіоапаратури. З них виготовляють труби і сполучні деталі до них, санітарно-технічні вироби, місткості для зберігання агресивних рідин, деталі машин і апаратів, гальванічні ванни та інші технічні вироби; високоміцне волокно для технічних цілей, а також теплозвукоізоляційні пінополіетилени.

Широке застосування одержали плівки з поліетилену технічного і побутового призначення. Їх використовують для пакування харчових та інших продуктів, захисту від корозії машин, нафто- і газопроводів, будівництва теплиць та оранжерей, місткостей для силосу і добрив; облицювання і внутрішнього обкладання тари, для виготовлення плащів, серветок, скатертин, сумок, липких (склеювальних) стрічок.

Якщо поліетиленова плівка армується скловолокном або склотканиною, то з неї виробляють захисний одяг, мішки, сумки.

Значну частину поліетилену повторно переробляють на посуд, іграшки, галантерейні вироби, корпуси човнів, пляжне взуття.

Поліпропілен. Поліпропілен одержують газофазним або суспензійним методами полімеризації пропілену в присутності металовмісних каталізаторів. Одержуваний у промисловості поліпропілен відзначається високим ступенем кристалічності — 73 … 75 %. Поліпропілен є твердим, жорстким, блискучим, забарвленим або не забарвленим (безбарвний або кремового кольору), напівпрозорим, а в тонких плівках — прозорим пластиком із високими показниками фізико-механічних властивостей. Це один із найлегших (щільність 0,90 … 0,93 г/см³), але твердий пластик. Порівняно з поліетиленом жорсткіший, міцніший на розтягування і згин, має вищі показники теплостійкості (до +140 ⁰С), але меншу морозостійкість (витримує інтервал від –5 °С до –25 °С).

Поліпропілен плавиться за температури від 162 ^ºС до 172 °С, вироби з нього зберігають свою форму без механічного впливу до 150 °С (тобто їх можна стерилізувати у киплячій воді). Однак поліпропілен і вироби з нього мають низьку стабільність до дії ультрафіолетових променів, піддаючись фотоокисній деструкції (під впливом сонячних променів стає крихким).

Поліпропілен має хороші діелектричні властивості, стійкий до води, масел, жирів, агресивних середовищ, органічних розчинників. Розчиняється в концентрованій азотній і сірчаній кислотах, в умовах нагріву до 80 °С і вище розчиняється у бензолах, толуолі. Поліпропілен пропускає водяні пари, що робить його незамінним для упаковки, яка «дихає», продуктів харчування (хліба, зелені, бакалії), а також у будівництві для гідровітроізоляції.

Чистий поліпропілен фізіологічно нешкідливий. Вогняна проба така ж як у поліетилену.

Переробляється методом екструзії з роздуванням. З поліпропілену виготовляють деталі машин, автомобілів і мотоциклів, телефонів, холодильників, акумулятори, банки, іграшки, побутовий посуд, місткості для зберігання хімічних речовин. Ефективним є застосування поліпропілену під час виготовлення трубопроводів для подачі гарячої води, хімічних рідинних речовин, мінеральних масел, а також легких і міцних волокон, технічних тканин і канатів.

 

 

Таблиця 2.2

Властивості поліпропілену та полістиролу

 

З поліпропілену випускають плівки, основними перевагами яких є:

–                   широкий діапазон термозварювання;

–                   високі фізико-механічні властивості, що дають змогу випускати тонші, порівняно з іншими полімерними матеріалами, плівки;

–                   оптична прозорість, блиск;

–                   можливість стерилізації продуктів у плівці та застосування плівки в низькотемпературних холодильниках;

–                   можливість нанесення на плівку металу, полімерів тощо;

–                   виробництво рельєфної пакувальної стрічки (для пакування книжок, газет, журналів та погонажних і штучних виробів з деревини та інших матеріалів);

–                   виробництво пляшок для розливу стерилізованого молока з подовженим терміном зберігання та натуральних соків (стерилізація відбувається за температури +120 °С).

Вініпласти. Представником вініпластів є полівінілхлорид (ПВХ), який одержують шляхом полімеризації хлористого вінілу. Найбільше практичне застосування має суспензійний полівінілхлорид, частка якого в загальному обсязі виробництва ПВХ становить 75…80 %.

ПВХ – це аморфний полімер із невеликою молекулярною масою, низьким ступенем кристалічності (пересічно 10 %, лише за особливих умов отримання і обробки може бути одержаний ПВХ із вищим ступенем кристалічності).

Полівінілхлорид є другим (після поліетилену) найпоширенішим пластиком, на його частку припадає до 20 % загального світового випуску пластмас.

Основними підвидами ПВХ є: хлорований – перхлорвініл; співполімери з вінілхлоридом – саран; співполімери з вінілацетатом – вініліт; співполімери з етиленом, пропіленом, стиролом та ін.

Полівінілхлорид – білого кольору, термопластичний полімер із щільністю 1,34…1,43 г/см³. Відзначається низькою теплостійкістю (до +70 ⁰С), низькою термостабільністю і морозостійкістю (до -15 вініпласти та -70 ⁰С пластикати).  За температури +60 … 70 °С він розм'якшується, вище 140 °С – розкладається з виділенням хлористого водню.

Внаслідок високого вмісту хлору (до 56 %) займається важко, горить у джерелі полум'я, знизу полум'я зеленувате, виділяє кіптяву, поза джерелом полум'ям ПВХ самозатухає (гасне). За наявності пластифікаторів спалахує легше і горить кіптявим полум'ям.

ПВХ має високі показники хімічної стійкості: стійкий до дії води, кислот (у тому числі й мінеральних), лугів, нафтопродуктів, масел і спиртів. Розчиняється ПВХ у хлорованих вуглеводнях, суміші ацетону і бензолу. ПВХ хороший діелектрик.

Пластмаси на основі ПВХ напівпрозорі або непрозорі, легко забарвлюються, легко обробляються і зварюються, мають високу стійкість до тертя, а, отже,  є зносостійкими.

Пластичні маси на основі полівінілхлориду випускають двох типів:

–                   непластифіковані жорсткі – вініпласти;

–                   пластифіковані м'які – пластикати ПВХ.

Вініпласти – одержують з додаванням у смолу ПВХ стабілізаторів, барвників і мастил, іноді вводять наповнювачі, модифікатори (активні добавки для зміни рівня властивостей). Вініпласт є жорстким, має гладку поверхню, слабкий блиск, це твердий і механічно міцний пластик. Проте, у зв'язку з холодоплинністю для деталей машин, що працюють в умовах тривалих навантажень, не застосовується. Матеріал характеризується високою жорсткістю, достатньою міцністю та стійкістю до стирання. Вініпласти випускають у вигляді листів, плівок, труб і конструкційних деталей. Їх широко використовують у хімічному виробництві для виготовлення ємностей, трубопроводів та їх частин, муфт і шлангів, плівок, стрічок, галантерейних виробів, систем водопостачання, каналізації та вентиляції, тари.

Пластикат ПВХ – це композиція на основі полівінілхлориду з добавкою пластифікаторів (дібутилфталата, діоктилфталата та ін.), а також наповнювачів, стабілізаторів, барвників та інших компонентів. Зі збільшенням кількості пластифікаторів морозостійкість  та еластичність збільшуються, міцність та діелектричні властивості зменшуються.

Пластифіковані ПВХ (пластикати) випускають у вигляді плівок і паст. До смоли ПВХ додають до 90 % пластифікатора, стабілізатори, пігменти. Полімерні пасти містять три частки пластифікатора на кожні дві масові частки чистого полімеру.

Пластикат ПВХ (м'який) за кімнатної температури еластичний, гнучкий пластик різної міцності та твердості.  Пластикат ПВХ використовують для пакування товарів, виготовлення плащів, скатертин, обкладинок, штучних шкір, лінолеуму, взуття, іграшок, надувних меблів, для ізоляції дротів, кабелів, виготовлення труб, шлангів.

Сильнопластифікований ПВХ представлений пастами, а також формувальними (формопласт) і заливальними (гідропласт) складами. Пасти ПВХ є дисперсіями ПВХ у пластифікаторах. Їх випускають звичайної в'язкості (пластизолі) та зниженої в'язкості з додаванням розчинників (органозолі).

Хлорований ПВХ (перхлорвініл) на вигляд нагадує суспензійний ПВХ, він містить до 66 % хлору і зберігає більшість властивостей ПВХ, але має підвищену адгезію, добре розчиняється у багатьох органічних розчинниках за температури до 85 °С.

Співполімери ПВХ за розчинністю, термостабільністю, адгезією перевершують ПВХ.

Полівінілхлоридні плівки використовуються для звичайного і термоусадочного пакування товарів народного споживання, для виготовлення дощових плащів-накидок, засобів індивідуального захисту при роботі з радіоактивними речовинами, гідроізоляції і скління будівельних споруд, теплиць, консервації машин і механізмів.

Дублені з тканинами ПВХ-пластикати замінюють брезент під час укриття транспортних засобів та інших споруд.

Полівінілхлоридні пасти використовуються у процесі виробництва штучної шкіри, клейонки (інакше – церати), лінолеуму, водостійких тканин, рукавичок, чобіт, іграшок, м'ячів та інших виробів.

Піно- і поропласти із вмістом ПВХ і його співполімерів можуть бути жорсткими, напівжорсткими і м'якими. Їх застосовують для термоізоляції транспортних засобів, звукоізоляції, виготовлення плавучих засобів, амортизаційних сидінь.

Перхлорвініл використовують для отримання лаків, емалей, клеїв, текстильного волокна (хлорин) для виробництва фільтрувальних і негорючих драпувальних тканин, нетканих матеріалів.

Фторопласти. Представниками фторопластів є поліфторетилени, які отримують шляхом реакції полімеризації фторвмісних етиленів: полівінілфториду (фторлон-1), полівініліденфториду (фторлон-2), політрифторхлоретилену (фторлон-3), політетрафторетилену (фторлон-4); технічна назва цих полімерів – фторопласти.

Фторопласти мають виняткову хімічну і термічну стійкість, але підвищена вартість мономерів і складна процедура полімеризації обмежують випуск і застосування цих полімерів.

Найбільше значення у товарному виробництві має політетрафторетилен (фторопласт-4 на основі фторлону-4), на його частку припадає до 90 % загального споживання фторопластів.

Фторопласти – це тверді, молочно-білі, непрозорі (у тонких шарах – прозорі) пластики високої щільності (2,14 … 2,43 г/см³). Полімер не змочується водою, не розчиняється у жодному з органічних розчинників, стійкий до всіх кислот, лугів, окислювачів та інших агресивних середовищ, у тому числі й до «царської горілки» (суміш нітратної та хлоридної кислот у співвідношенні 1:3) та флуоридної кислоти.

Поверхня слизька, масляниста на дотик, коефіцієнт тертя 0,004. Пластик має високу температуру плавлення +320…327 °С, не горить, зберігає свої властивості в широкому інтервалі температур від –270 °С до +250 °С. За температури +327 °С перетворюється на матеріал з високою в'язкістю, що утруднює його вторинну переробку. Фторопласти переробляють у гідравлічних пресах з тонкодисперсних пігулок за високих температур й тисках в 300…400 атм. з подальшим спіканням деталей за температури +327 °С.

Покриття з фторопластів мають низький коефіцієнт тертя, стійкі до абразивного зношування та ударів. Ці покриття сприяють відведенню теплоти через металічну поверхню, суттєво зменшують теплову напруженість вузла тертя і, крім того, забезпечують більш надійну роботу при низьких температурах. Антифрикційні покриття з фторопластів підвищують термін експлуатації підшипників і кульових опор автомобілів за рахунок зниження температури нагріву і тертя. Коефіцієнт тертя поверхонь становить 0,004…0,007, що дозволяє в аварійних ситуаціях експлуатувати вузли тертя без змащення.

Концентровані латекси фторопластів застосовують для антикорозійного і антиадгезійного покриттів поверхонь обладнання  (ротори центрифуг, деталі фільтрів, змішувачі, ємнісне обладнання і т. ін.), як ізоляційний матеріал в електро-, радіоприладах і пристроях комп'ютерної техніки.

На основі фторопласту-3 (який виготовляють із фторлону-3) розроблено струмопровідний матеріал, використовуваний для контактних щіток, змінних напівпровідних резисторів.

Фторопластові (тефлонові) покриття використовують при виготовленні антипригарного посуду, а також для захисту виробів і конструкцій від корозії. У медицині фторопласт-4 застосовується для виготовлення протезів (серцевих клапанів, кровоносних судин, суглобів та ін.).

Поліакрилати (акрилопласти). У виробництві товарів широкого споживання знайшли широке застосування поліметилметакрилати, які одержані шляхом полімеризації метилового ефіру метакрилової кислоти. Меншим попитом на ринку користуються вироби з поліакрилонітрилу – іншого представника поліакрилатів.

Поліметилметакрилат — це безбарвний твердий пластик, достатньо легкий (щільність – 1,19 г/см³), легко забарвлюється, має високі показники прозорості (пропускає до 93 % видимих і до 87 % ультрафіолетових променів сонячного спектра).

Пластик відзначається високою механічною міцністю, стійкістю до старіння, електроізоляційною здатністю, проте внаслідок невисокої твердості поверхня порівняно легко може бути подряпана.

Він фізіологічно нешкідливий, має непогані показники атмосферо- і хімічної стійкості (стійкий до води, спиртів, розчинників і мінеральних масел, розчинів лугів і кислот), але розчиняється в ацетоні, хлорованих вуглецях.

Термічні властивості невисокі: спалахує поволі, горить яскравим синім полум'ям без кіптяви, з характерним потріскуванням, виділяє солодкий квітково-плодовий запах.

Поліметилметакрилати випускаються у вигляді листового пластика, гранул, емульсій та розчинів. Світове виробництво становить близько 10 % усього випуску пластмас.

Різновиди поліметилметакрилату широко застосовують для скління літаків, автомобілів, виготовлення посуду, ґудзиків, ювелірної галантереї, шкільного і канцелярського приладдя, деталей освітлювальної та медичної апаратури. З нього виготовляють розсіювачі світла для світильників, він добре імітує кришталь; ліхтарі, підфарники і відбивачі автотранспорту, світлофільтри, призми, лінзи, рекламне устаткування.

На основі дисперсій і розчинів готують лаки для обробки тканин, паперу, шкір і металів, а також клеї.

Самоотверджувані акрилопласти використовують для виготовлення зубних протезів, кришталиків очей.

Співполімер метилметакрилату – дакрил, за зовнішнім виглядом подібний до органічного скла, але відрізняється від нього більшою твердістю і вищою температурою плавлення (160 °С), фізіологічно не шкідливий і тому може застосовуватись для виготовлення посуду для гарячої їжі.

Поліакрилонітрил – лінійний полімер білого кольору, у тонких шарах напівпрозорий полімер щільністю 1,15 г/см³, важко кристалізується. Матеріал має високу механічну міцність, хімічно і термічно стійкий (температура розм’якшення полімеру 220…230 °С). Поліакрилонітрил стійкий до води, органічних розчинників, впливу кислот і лугів середньої концентрації, розчиняється в полярних розчинниках. Основна частина поліакрилонітрила використовується для виготовлення вовноподібного волокна, що не мнеться – нітрону.

Стиропласти. Ці пластмаси одержують шляхом реакції полімеризації стиролу. Промисловість виробляє три різновиди: полістирол литий, удароміцний і пінополістирол.

Удароміцний полістирол одержують шляхом полімеризації розчину бутадієнового або бутадієн-стирольного каучуку в стиролі; пінополістирол – із введенням пороутворювачів.

Світове виробництво полістиролів становить близько 20 % і займає третє місце після поліетилену і вінілпластів.

Литий полістирол (загального призначення) – це твердий, легкий (щільність – 1,05 г/см³), блискучий, жорсткий, безбарвний (проте легко забарвлюється) прозорий пластик, без смаку і запаху; падаючи на тверду поверхню, видає металевий звук (звук удару металу об тверду поверхню).

Має високу водостійкість і стійкість до лугів, розчинів кислот, спиртів, простих ефірів. Однак розчиняється в ароматичних і хлорованих вуглеводнях, складних ефірах.

Полістирол – хороший діелектрик, легко переробляється всіма способами переробки термопластів.

Високомолекулярний полістирол нешкідливий, проте, якщо вміст мономеру перевищує 0,1 %, легко дифундує в розчини і може викликати харчові отруєння.

Недоліки: мала ударна міцність, низька теплостійкість (85…90 °С), схильність до старіння під впливом ультрафіолетових променів, легко займистість: легко і швидко займається, горить з сильною кіптявою, розм'якшується, витягується в довгі тонкі нитки, що швидко тверднуть на повітрі.

Удароміцний полістирол непрозорий, може мати будь-який колір, порівняно з литим полістиролом має кращі показники міцності на удар і згин, але за показником теплостійкості та твердості поступається йому.

Пінополістирол – цей пластик має закриті пори, дуже легкий, білого кольору, жорсткий, прекрасний тепло- та звукоізолятор.

Литі стиропласти широко застосовуються для виготовлення шкільно-письмового, креслярського приладдя; побутового посуду, іграшок, освітлювальної апаратури, фотоприладдя, галантерейних і декоративних виробів, корпусів і панелей побутової електронної апаратури. Оскільки у пластмасі наявний залишковий стирол, який є токсичним, тому з полістиролу деяких марок виготовляють посуд тільки для сипучих продуктів, не використовують його для зберігання рідких харчових продуктів.

Плівки полістиролу використовують для пакування та електроізоляції, пінополістирол – для звуко- та теплоізоляції у капітальному будівництві, суднобудуванні й авіатехніці.

Удароміцний полістирол використовується у виробництві внутрішніх холодильних шаф у побутових холодильниках, корпусах радіо-, теле-, фотоапаратури, комп'ютерної техніки, деталей машин і устаткування текстильної та харчової промисловості, виготовлення облицювальних кахлів.

Співполімери полістиролу (ударотривкий АБС-пластик) мають, порівняно зі звичайним полістиролом, більшу механічну міцність, стійкість до ударних дій, термо- і хімічну стійкість. Співполімерні стиропласти використовують для виготовлення коліс, приладових щитів автомобілів, валіз, шоломів, санітарно-технічного устаткування і т.д.

 

2.2. Поліконденсаційні полімери та пластмаси на їхній основі

Поліконденсаційні полімери і пластмаси займають 25 % світового виробництва пластмас. Всі поліконденсаційні пластмаси гетероланцюгові, за винятком фенопластів, які є карболанцюговими полімерами. Експлуатаційні властивості поліконденсаційних пластиків є більш привабливими для виробників і споживачів. Вони перевершують полімеризаційні пластики за теплостійкістю, механічною міцністю, хоча поступаються їм за хімічною стійкістю. Поліаміди – термопластичні полімери, інші види поліконденсаційних пластмас можуть бути як термореактивними, так і термопластичними.

Пластмаси на основі поліконденсаційних смол включають:

–          фенопласти;

–          амінопласти;

–          поліаміди;

–          поліефіри (поліетилентерефталат і полікарбонати);

–          поліепоксиди;

–          поліуретани;

–          кремнійорганічні пластики.

Фенолформальдегідні смоли  (ФФС) – високомолекулярні сполуки, які одержують поліконденсацією фенолу з формальдегідом в присутності кислот (НСl та інших) або лугів (NН₄ОН) в якості каталізаторів. На першій стадії утворюються лінійні продукти поліконденсації, потім розгалужені та просторовосшиті структури. При надлишку фенолу в реакційній суміші одержують новолачні (ідітольні) смоли, а при надлишку формальдегіду – резольні (бакелітові). Фенолоформальдегідні смоли мають високу теплостійкість і термостійкість (до 120 °С), міцність, високі діелектричні властивості, стійкі до дії кислот, лугів, розчинників, води. Із феноформальдегідних смол отримують цінну пластичну масу – фенопласти. Фенопласти одержують конденсацією фенолу з формальдегідом.

Новолачні смоли розчиняються у спирті, ацетоні, розчинах лугів, стійкі до води, слабих кислот, мають низьку механічну міцність, крихкі. Використовують їх для виготовлення лаків, фарб, клеїв, абразивних інструментів.

Резольні смоли виготовляють з наповнювачами у вигляді прес-порошків, шаруватих і волокнистих пластиків.

Основними видами фенопластів є бакеліт, карболіт, резит. Це «найстаріші» й порівняно дешеві у виробництві пластики. Їх промисловий випуск розпочато ще в 1903 р. ФФС є твердими, жорсткими, але порівняно крихкими пластиками (карболіт –ясно-жовтого кольору, бакеліт – коричневого кольору, резит – чорного кольору), їх щільність – 1,2 … 1,27 г/см³. Вони містять певну кількість вільного фенолу та формальдегіду, які можуть дифундувати в рідинні середовища і спричиняти шкідливий фізичний вплив на організм. Фенол, окрім цього, знижує світлостійкість, окислюючись на повітрі, він спричиняє почервоніння виробів. Тому фенопласти забарвлюють у чорний або коричневий колір. Фенопласти стійкі до слабких кислот, набухають у воді, руйнуються під впливом лугів. Фенопласти не горять, у полум’ї обвуглюються, виділяють запах фенолу.

Новолачні смоли розчиняються у спирті, ацетоні, розчинах лугів, але не розчиняються в маслах, ароматичних розчинниках, які використовують для отримання лаків. З метою посилити здатність розчинятися в маслах та лаковому бензині ФФС модифікують, поєднуючи їх з іншими смолами (зокрема, полівінілхлоридом).

ФФС із наповнювачами (гетинакс, текстоліт, склоліт, склотекстоліт, древоліт, асболіт) мають підвищені експлуатаційні властивості: хімічну стійкість, механічну міцність, високий питомий електричний опір, високу стійкість до старіння. Вони випускаються у вигляді прес-порошків, волокнистих і шаруватих пластиків.

Шаруваті пластики на основі ФФС мають підвищену твердість, ударну в'язкість, корисні діелектричні властивості, підвищену теплостійкість (від 140 °С до 280 °С), вони не горять, не розм'якшуються, хоча внаслідок нагріву понад 250 … 270 °С починають обвуглюватися з виділенням задушливого запаху фенолу.

Новолачні смоли застосовують для виготовлення спиртових (ідитольних) лаків, політур, масляних емалей, ізоляційних твердих мастик, як зв'язувальні речовини у виробництві абразивних інструментів.

Резольні фенольно-формальдегідні смоли мають хімічну стійкість до води, кислот, масел, органічних розчинників, але недостатньо стійкі до дії лугів, мають високу механічну міцність, твердість, хороші діелектричні властивості, стійкість до ударів та старіння, підвищену теплостійкість (140 … 280 °С).

Резольні смоли використовуються переважно у вигляді прес-порошків, шаруватих і волокнистих матеріалів, з яких виготовляють деталі радіоапаратури, електроприладів, електротехніки, машин і механізмів, гальмівні колодки, антифрикційні вироби.

Резольні смоли в суміші з полівінілбутиралем набувають високих адгезійних властивостей і використовуються для виробництва універсальних клеїв БФ.

Амінопласти. Аміноформальдегідні смоли одержують поліконденсацією формальдегіду із мочевиною і меламіном. Механізм реакцій з утвердження цих смол подібний до механізму зшивання феноло-формальдегідних смол. Пластмаси на основі аміноформальдегідних смол називають амінопластами. Вони мають високу тепло-, термо-, вологостійкість, але показники цих властивостей трохи нижчі, ніж у фенопластів.

Амінопласти одержують поліконденсацією амінів або мелаліту з формальдегідом. На вигляд це тверді, жорсткі, напівпрозорі або непрозорі полімери, білі або пофарбовані в яскраві кольори. Мають високу стійкість до води, нафтопродуктів, органічних розчинників, але не стійкі до гарячої води і розчинів кислот. Амінопласти не горять, в полум’ї обвуглюються, виділяючи при цьому різкий запах аміаку. Сечовиноформальдегідні смоли під час дії на них гарячої води виділяють фізіологічно шкідливий формальдегід, тому їх не використовують для виготовлення посуду для гарячої їжі, лише для виробництва посуду для сипучих і холодних продуктів.

Амінопласти використовують також для виготовлення галантерейних товарів (шкатулок, пряжок, ґудзиків), для виготовлення деталей електроосвітлювального устаткування (абажури, ковпаки), посудо-господарських товарів, товарів культурно-побутового призначення, електронастановних виробів (вимикачі, розетки), корпусів і деталей телефонної та радіоапаратури, деревинношаруватих і паперошаруватих пластиків, для оздоблення вагонів, літаків, для одержання протиусадкового і малозминального оздоблення тканин, просочення паперу, для підвищення вогне- і гідростійкості.  

Меламіноформальдегідні смоли (мелаліт) відзначаються високою теплостійкістю (160 … 240 °С), більшою твердістю, міцністю, хімічною стійкістю і нешкідливістю. Мелаліт використовують для виробництва посуду для гарячої їжі.

Поліефіри – полімери, макромолекули яких містять складний (-СОО-) або простий (-О-) ефірний зв’язок. Поліефірні смоли одержують поліконденсацією багатоатомних спиртів з багатоосновними кислотами. Вони поділяються на прості та складні. Найбільш поширені естери, основними видами яких є поліетилентерефталат, полікарбонати, алкідні смоли та ненасичені поліефіри.

Поліетилентерефталат (лавсан) одержують поліконденсацією терефталевої кислоти й двохатомного спирту етиленгліколю. На вигляд це твердий прозорий полімер від білого до світло-кремового кольору. Має високу механічну міцність, гарні термічні властивості, високу стійкість до стирання і світла. Здатний до експлуатації за температур від –20 °С до 175 °С, плавиться за температури 265 °С.

Поліетилентерефталат належить до класу полімерів, що кристалізуються. Максимальний ступінь кристалічності неорієнтованого поліетилентерефталату досягає 45 %, в орієнтованого матеріалу (у вигляді волокон і плівок) може становити навіть 60 %. Поліетилентерефталат відрізняється досить високою температурою плавлення (255 … 265 °С), значною щільністю (1,3-1,4 г/см³), а також діелектричними властивостями, що зберігаються практично незмінними в присутності вологи. Матеріал хімічно стійкий: за кімнатної температури нерозчинний в більшості органічних розчинників, органічних кислотах, жирах і воді, граничне водопоглинання матеріалу не перевищує 1 %. Полімер важко забарвлюється, має низьку гігроскопічність.

Використовують поліетилентерефталат у вигляді волокна, яке має назву «лавсан». Лавсан застосовують у виробництві тканин, трикотажу, штучного хутра, штучної і синтетичної  шкіри, рибальських сіток і канатів. Плівки з поліетилентерефталату використовують для фото- і кіноплівок, для електроізоляції, ялинкових прикрас, а також для упакування харчових продуктів, медичних препаратів і хімічних реактивів. Прозорі плівки застосовуються як покриття для парників та промислових споруд. З лавсану отримують вовноподібні волокна і нитки, які не зминаються.

Полікарбонат одержують поліконденсацією похідних вугільної кислоти і дифенолів. З вигляду це твердий, жорсткий, прозорий, безбарвний або зафарбований у яскраві кольори пластик, щільністю 1,2 г/см³. Має високу хімічну та термічну стійкість, виключну морозостійкість (до -100 °С), механічну міцність, стійкість до ударів, робочий діапазон температур від     -70 °С до 135 °С, плавиться за температури 220 … 270 °С.

Полікарбонат загоряється важко, горить тільки у полум’ї, сильно коптить, виділяє солодкуватий квітковий запах. Полікарбонати наділені високими діелектричними властивостями, оптичною прозорістю, мають низьку гігроскопічність, стійкі до атмосферних впливів. Вони стійкі до стирання, нешкідливі, мають стабільні розміри і форми.

Застосовують полікарбонати для виготовлення електро-, світло- та радіоапаратури, корпусів холодильників, магнітофонів, труб, кранів, насосів, болтів. Фізіологічна нешкідливість полікарбонатів дає змогу широко застосовувати їх у медичній промисловості для виготовлення корпусів бормашин, міцних зубних протезів стабільних розмірів, медичного посуду, посуду для гарячої їжі, пакувальної та транспортної тари. З полікарбонату виготовляють також екрани телевізорів, захисні екрани, деталі телефонних апаратів, автомобілів, годинників, холодильників, електроприладів, радіоапаратури.

Алкідні смоли одержують поліконденсацією фталевої кислоти або її ангідриду з багатоатомними спиртами (гліцерином або пентаеритритом). У першому випадку смоли називають гліфталевими, у другому – пентафталевими. Це тверді, але дуже крихкі, безбарвні блискучі пластики. Для зниження крихкості та підвищення розчинності їх модифікують маслами. Алкідні смоли хімічно-, світло-, атмосферостійкі, фізіологічно нешкідливі пластики. Розчини алкідних полімерів мають хороші плівкоутворювальні та адгезійні властивості, утворюють тверді покриття, стійкі до впливів різних факторів (світло, волога, хімічні реагенти, тертя). Внаслідок цього їх застосовують як плівкоутворювачів при отриманні оліфи, лаків, емалей, клеїв, лінолеуму, як сполучні речовини.

Ненасичені поліефіри одержують поліконденсацією багатоатомних спиртів з ненасиченими або насиченим дикарбоновими кислотами або їх ангідридами. Це прозорі пластики, безбарвні або зафарбовані в яскраві кольори. Залежно від вихідних мономерів і умов проведення реакції можуть бути одержані тверді або м’які, жорсткі або еластичні полімери, з різними горючістю, термо-, водо- і атмосферостійкістю. Ненасичені поліефіри стійкі до дії води, масел, кислот, але не стійкі до дії лугів. Механічна міцність їх залежить від виду наповнювача. Особливо міцні матеріали отримують при використанні скловолокна та склотканини. У виробництві товарів народного споживання їх використовують у вигляді склопластиків (з наповнювачем зі скловолокна або склотканин) для виготовлення корпусів човнів, катерів, кораблів, деталей літаків і вертольотів, покрівельних будівельних матеріалів, виробництва меблів, лаків, фарб.

Поліамідні смоли. Поліамідні полімери в основному ланцюзі містять амідні групи (-NH-CO-), а в загальному вигляді можуть бути представлені формулою (-R-NH-CO-R1-), де радикалами є метиленові групи. Основними видами поліамідів є капрон, анід і енант. Одержують поліаміди переважно реакцією поліконденсації диамінів і дікарбонових кислот або їх етерів. Це тверді, прозорі або напівпрозорі, жорсткі, рогоподібні пластики від білого до кремового кольору, оліїсті на дотик, з щільністю 1,04 … 1,14 г/см³. Мають високу механічну міцність, морозостійкість, високі діелектричні властивості та температуру плавлення (200 °С), стійкість до ударів, до стирання, до дії води, хоч і здатні її поглинати у кількості до 10 %, мають низький коефіцієнт тертя.

Механічні властивості різних видів поліамідів близькі один до одного, однак найбільшу еластичність має анід, він же і більш стійкий до багаторазових навантажень. Поліаміди також стійкі до дії ефірів, бензину, жирів, розведених лугів, але розчиняються в фенолах і мінеральних кислотах, під дією окислювачів швидко руйнуються. Поліаміди термопластичні, плавляться за температури 180 … 200 °С, легко витягаючись в нитки. Спалахують важко.

Недоліком поліамідів є порівняно низька стійкість до термо- і фотоокислювання, яке призводить до руйнування амідних зв’язків макромолекул, що зменшує міцність та еластичність матеріалу, зумовлює появу крихкості, а також погіршення діелектричних властивостей при поглинанні вологи.

З поліамідів найчастіше використовують у виробництві товарів народного споживання капрон. Капрон горить повільно, у полум’ї розм’якшується, плавиться, виділяє запах горілих овочів. Капрон має низький коефіцієнт тертя і тому використовується для деталей різних механізмів. Використовують капрон та інші види поліамідів у вигляді волокон для виробництва тканин, трикотажу, штучного хутра, штучної шкіри, для господарчих товарів, каблуків для взуття, фурнітури для одягу.

Із ненаповнених і наповнених поліамідів виготовляють товари господарського призначення (віконні петлі, лійки, вішаки), сантехнічні вироби, галантерейні вироби (застібки-блискавки, ґудзики, одежні кнопки). Поліаміди використовують для виготовлення труб, ізоляційної оболонки кабелів, безшумних шестірень, деталей вузлів тертя. Здатність поліамідів до витягування в нитки з одержанням орієнтованих систем високої міцності дає змогу виготовляти з них міцні синтетичні волокна (капрон, найлон, анід), тканини, трикотажні та неткані полотна, основи для автомобільних шин, шнурів, канатів, рибальських сіток тощо.

Поліуретани – це полімери, макромолекули яких мають уретанову групу. Одержують їх поліконденсацією багатоатомних спиртів і диізоціанатів. Поліуретани можуть бути твердими і м’якими, жорсткими й еластичними, непрозорими і прозорими. Можуть зафарбуватись у різні кольори, мають високу стійкість до удару, до стирання, механічну міцність, високі діелектричні властивості. Загораються повільно, горять яскравим полум’ям, виділяють гострий запах мигдалю. Продукти їхнього розкладу отруйні. Поліуретани використовують у виробництві волокон, плівок, штучних шкір, клеїв, лаків, фарб, підошов і каблуків взуття, деталей радіо- й електроприладів. Поліуретани (поролон) використовують для виготовлення меблів, взуття, одягу, іграшок, галантерейних виробів.

Поліепоксидні полімери – це рідкі або тверді жовтуватого кольору смоли, що мають високу адгезію, розчинні в органічних розчинниках, стійкі до води. Затверджені епоксидні смоли мають високу міцність, адгезійну здатність, вологостійкість, достатню теплостійкість (120…140 °С), хорошу хімічну стійкість, діелектричні властивості.

Епоксидні смоли використовують як основу для лакофарбових матеріалів, клеїв, у якості зв’язуючого для виготовлення армованих пластиків, абразивних і фрикційних матеріалів, герметиків, пінопластів та інших матеріалів, виробів.

Кремнійорганічні смоли характеризуються наявністю в структурі основного ланцюга атомів кремнію та кисню, так званого силоксанового зв’язку, а бокові ланцюги являють собою вуглеводневі радикали. Ці смоли мають високу термостійкість, витримують робочі температури до 250 °С (ненаповнені смоли) і навіть до 400 °С (наповнені мінеральними наповнювачами композиції). У кремнійорганічних смол наявні гідрофобні (водовідштовхувальні) властивості.

Рідкі кремнійорганічні смоли застосовують як високотемпературні змазки і водовідштовхувальні просочення тканин, що не погіршують їх повітро-, паропроникність, для просочень деревини з метою підвищення її стійкості до дії вологи і зниження пожежонебезпеки.

 

2.3. Пластмаси на основі модифікованих природних полімерів

У виробництві пластмас із природних полімерів використовують целюлозу. Целюлозу модифікують азотною кислотою (при цьому одержують нітроцелюлозу) або оцтовою кислотою (при цьому одержують ацетилцелюлозу). Естери  целюлози, отримані спиртовим розчином камфори, пластифікують, додаючи наповнювачі, барвники, і одержують целулоїд або ацетилцелулоїд.

Целулоїд – це твердий, прозорий, напівпрозорий або непрозорий пластик, безбарвний або забарвлений у яскраві кольори, гнучкий та еластичний, стійкий до дії води, не стійкий до дії кислот, лугів і світла. Під дією світла жовтіє, втрачає прозорість, стає крихким.  Целулоїд недостатньо морозостійкий, під дією світла і тепла здатний самозагоратися. Горить дуже швидко, яскравим полум’ям, виділяє запах горілого паперу і камфори. Використовують целулоїд для виготовлення галантерейних виробів, креслярських приладів, оздоблення акордеонів і баянів.

Ацетолоїд, порівняно з целулоїдом, більш світло- і вогнетривкий, має більшу механічну і термічну стійкість. Ацетолоїд не горить, у полум’ї іскрить. Використовується для виготовлення кіно- і фотоплівки, для пакування, для ізоляції електродеталей, для одержання штучних волокон.

Останнім часом усе ширше використовуються синтетичні високомолекулярні матеріали на основі полімерів, які містять атоми кремнію. Представниками є силікони та силоксани, головним ланцюгом яких є неорганічна макромолекула, навколо якої розташовані органічні радикали.

 

Питання для самоконтролю

 

1.   За якими ознаками класифікують пластмаси?

2.   У чому полягає відмінність між термопластичними та термореактивними пластмасами?

3.   За якими ознаками можна визначити вид пластмаси?

4.   Які види пластмас товарів для дітей?

5.   Які види пластмас використовують для виготовлення протезів?

6.   Вкажіть види термореактивних пластмас.

7.   Вкажіть види термопластичних пластмас.

8.   Чому для виготовлення монтажного електричного обладнання переважно використовують фенопласти?

9.   Які переваги кремнійорганічних смол?

10. Чому полістирол не використовують для виготовлення виробів, які контактують з гарячою водою?