Властивості та застосування полімерів
Де використовуються пластмаси?

Що таке полімери?

Полімери — це особливий вид хімічних речовин, які характеризуються високою молекулярною масою . Крім того, вони мають специфічну структуру: вони складаються з повторюваних одиниць, які називаються мерами . Висока молекулярна маса означає, що від’єднання або приєднання окремого мера істотно не змінює хімічні та фізичні властивості сполуки. Це важлива відмінність від олігомерів (речовин, що складаються з невеликої кількості мерів) – у їхньому випадку така зміна може призвести до іншої точки плавлення, наприклад. Полімери пов’язані в основному з пластмасами . Однак насправді ця група сполук набагато ширша. Крім синтетичних полімерів , які є будівельними блоками пластмас, існують також природні полімери , які поширені в природі. Вони є одними з основних компонентів живих організмів.

Хімічні властивості полімерів

Кожен полімер може мати свої індивідуальні властивості. Проте можна виділити кілька загальних для всіх хімічних властивостей полімерів . Це такі:

• Стійкість до хімічних речовин. Наприклад, пластик, який використовується для упаковки , не реагує з хімічними речовинами, що містяться в ньому.
• Електро- і теплоізоляція. Полімери є хорошими ізоляторами. Саме з них виготовляють матеріали, які використовуються для захисних шарів на кабелях або для електричних розеток. Їх властивості, пов’язані з термостійкістю, дозволяють використовувати ці матеріали в домашньому господарстві, наприклад, у ручках для каструль.
• Висока міцність при легкій вазі . Деякі пластики навіть здатні плавати.
• Легко обробляється . Полімери можна обробляти різними способами – з них можна формувати тонкі шари (наприклад, текстильні волокна) і тверді основні структури. Їх можна легко сформувати в певну форму.

Як виробляють полімери?

Виробництво полімерів може здійснюватися за допомогою одного з двох методів: полімеризації та поліконденсації. У першому процесі відбувається ланцюгова реакція, під час якої мономери зв’язуються один з одним. Це не супроводжується утворенням будь-яких побічних продуктів. Щоб полімеризація відбулася, необхідно використовувати ініціатор – речовину, яка ініціює реакцію, в якій вона витрачається. Зв’язувальні мономери спочатку можуть перебувати у твердій, рідкій або газоподібній фазі. Пластмаси, отримані в результаті полімеризації, включають:

• поліетилен LDPE і HDPE ,
• полівінілхлорид (PCV) ,
• поліпропілен (ПП) ,
• полістирол (ПС).

Поліконденсація виробляє макромолекулу, тобто полімер, плюс, як побічний продукт, іншу речовину, таку як вода, аміак або хлористий водень . Завдяки цій реакції полімерний ланцюг зростає поетапно. Серед найпопулярніших пластмас, отриманих методом поліконденсації, можна виділити:

• поліаміди,
• фенолоальдегідні смоли,
• епоксидні смоли,
• певні поліефіри .

На наступних етапах виробництва пластмаси часто необхідні різні види добавок, наприклад стабілізатори або модифікатори. З їх допомогою можна виготовляти матеріали зі специфічними властивостями. Широкий асортимент добавок для пластмас можна знайти в портфоліо PCC Group, яке доступне на порталі продуктів .

Які бувають види полімерів?

Усі полімери можна розділити за декількома критеріями, наприклад, за походженням, структурою та формою та розташуванням їхніх молекул. За походженням полімери бувають:

• синтетичні , тобто виробляються повністю шляхом хімічного синтезу з мономерів;
• природні , тобто виробляються живими організмами; вони включають, наприклад, целюлозу , білки або нуклеїнові кислоти;
• природні, але модифіковані хімічними реакціями, наприклад, ацетат целюлози або модифікований крохмаль є модифікованими полімерами .

Різні типи полімерів також можна розрізнити на основі їх ланцюгової структури. Існують, серед інших, лінійні, розгалужені, драбинчасті або зшиті полімери. Крім того, полімерні молекули можуть мати незвичайні форми, схожі на ланки ланцюга або дерево. Інша класифікація базується на кількості різних мерів в одному ланцюзі. Якщо ланцюг утворений з одного типу мерів, це гомополімер . Якщо їх два або більше, такі сполуки називають сополімерами . Більшість полімерів є органічними сполуками. Однак існує досить велика група неорганічних полімерів , тобто полімерів, які не містять сполук вуглецю. До них відносяться полісульфіди, полісилоксани або поліфосфазени. За іншими ознаками будови можна виділити наступні види полімерів:

• поліолефіни , що складаються тільки з вуглецю і водню і містять довгі вуглецеві ланцюги; до цієї групи входять поліетилен, полістирол, поліпропілен та інші;
• вінілові полімери , які також містять довгі вуглецеві ланцюги, але утворюються шляхом розриву зв’язків між атомами вуглецю; прикладом цієї групи є полівінілхлорид;
• поліефіри : полімери, що містять ефірні зв’язки;
• поліаміди : полімери з амідними зв’язками (−NH−C(O)−);
• поліуретани : полімери, що містять уретанові зв’язки (−NH−C(O)−O−);
• поліефіри : полімери зі складноефірними зв’язками (−C(O)−O−);
• полікарбонати : полімери з карбонатними зв’язками (−O−C(O)−O−).

Важливою особливістю, що впливає на застосування полімерів, є їх молекулярне розташування. Деякі речовини можуть бути аморфними, без будь-якої структури чи порядку. Зазвичай вони прозорі і тому можуть використовуватися, наприклад, у виробництві упаковки або контактних лінз. В інших типах полімерів атоми розташовані у вигляді візерунків, утворюючи кристалічні структури. Такі матеріали непрозорі. Кристалічність деяких полімерів можна певною мірою контролювати, що змінює їхні властивості, наприклад, шляхом підвищення їх міцності, жорсткості та хімічної стійкості.

Полімери – приклади застосування пластмас у промисловості та будівництві

Вище вже були названі найбільш поширені полімери (поліестер, поліамід або поліетилен). Тепер настав час упорядкувати інформацію та показати, для чого використовуються різні види полімерів. Сьогодні практично немає жодної галузі, в якій не використовувалися б полімери. Вони використовуються в медицині, електроніці, косметиці і, ймовірно, вони також є у вашому домі. Але найчастіше вони використовуються в промисловості та будівництві. Ось вибрані приклади застосування полімерів у цих галузях:

• фенопласти – пластмаси на основі смол, що утворюються в результаті полімеризації фенолу і формальдегіду, які використовуються для виготовлення рукояток інструментів, накладок гальм і зчеплення, як добавка до лаків, клеїв, зв’язуючих речовин;
• епоксидні смоли – термореактивні пластмаси, що використовуються, наприклад, у виробництві ламінатів, металевих клеїв, антикорозійних та ізоляційних лаків;
• поліетилен – складова частина різноманітних пакувальних матеріалів: плівок, коробок для молока, одноразових пакетів;
• поліпропілен – популярний компонент електропроводки, медичного обладнання, технічних тканин, підлогових покриттів, труб, іграшок;
• полівінілхлорид – використовується, серед іншого, у виробництві панелей для підлоги, труб і шлангів, а також як інгредієнт клеїв і лаків;
• поліамід – використовується у виробництві нейлонових волокон, а також шестерень, напірних труб та інших деталей машин, пакувальних плівок, підлогових покриттів;
• полікарбонат – завдяки високій міцності підходить для виготовлення прозорого скління: в будівлях, що охороняються, літаках, космічних шоломах або болідах Формули-1;
• поліуретан – використовується для створення піни, яка використовується в меблевій, автомобільній та текстильній промисловості, а також у будівельній галузі для герметизації.

Читайте також: класифікація пластмас за призначенням