Пластмассы

Изделия из пластмасс

Пластма́ссы — класс материалов, органических полимерных соединений. Являются конструкционными материалами, в основе которых находятся стеклообразные или кристаллические полимеры. При формовании изделий находятся преимущественно в вязкотекучем состоянии, иногда в высокоэластическом состоянии. Различают термореактивные и термопластичные пластмассы. Применяются для изготовления различных изделий в медицине, строительстве, автомобилестроении, текстильной промышленности и электронике.

История возникновения

Развитие пластмасс началось в XIX веке, когда английский изобретатель Александр Паркс, работая с натуральными полимерами в Бирмингеме, создал паркезин, также известный как искусственный бивень. В то время активная охота на слонов для получения их бивней, используемых для производства роскошных изделий, привела к угрозе их исчезновения, что сделало создание синтетической замены особенно важным. Прогресс в области пластмасс продолжился, и в 1907 году благодаря успешным экспериментам бельгийского химика Лео Бакеланда был изобретен первый полностью синтетический пластик — бакелит, который был запатентован всего за день до его шотландского соперника Джеймса Суинберна. Бакелит, полученный из формальдегида и фенола, имел темный коричневый цвет и внешне напоминал дерево. Благодаря простоте производства его можно было выпускать массово.

Состав пластмассы

Основной компонент пластмассы — смола, или полимерный материал. Именно полимеры обеспечивают работу всего изделия как единого целого. Однако смолы в чистом виде не используют по нескольким причинам: Это увеличит затраты на производство пластмассы. Чистые смолы не обеспечивают необходимые физико-химические свойства изделий из этого материала. Для этого нашли решение, в качестве добавок используют: пластификатор, основная роль которого — увеличить пластичность и текучесть пластмасс; краситель, с его помощью получается цветная пластмасса; наполнитель, придает те или иные свойства пластмассе. Например, чтобы изделие из пластмассы обладало механической прочностью и теплостойкостью, то можно добавить в её состав асбест. Добавка обеспечит нужные свойства материала.

Свойства

Свойства пластмасс

Существует три основных вида полиэтилена: низкой плотности, высокой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности. Полиэтилен низкой плотности — ПЭНП, производится посредством радикальной полимеризации, что приводит к образованию ветвистых молекул и низкой кристалличности (менее 40%). ПЭВП, в свою очередь, получается с малым количеством ветвлений и высокой степенью кристалличности (70-80%). Линейный полиэтилен низкой плотности — ЛПЭНП, производится путем сополимеризации этилена с небольшим количеством (0,2-0,3%) пропилена, бутилена и других мономеров. Сополимеризация снижает кристалличность материала и делает его свойства более близкими к ПЭНП. Полипропилен и его блоксополимеры имеют степень кристалличности около 70-75%. Поливинилхлорид обычно является аморфным с кристалличностью 7-10%. Он может применяться в жесткой форме (винипласт), эластичной форме (пластикат с содержанием до 50% пластификаторов) или в виде пластизолей. Полистирол производится радикальной полимеризацией в массе или в эмульсии и обладает стеклообразной и хрупкой структурой. Большинство пластмасс, основанных на полистироле, являются его сополимерами, такими как САН, АБС-пластики и ударопрочный полистирол (УПС). Свойства пластмасс характеризуются диапазоном плотности от 0,85 г/см³ до 1,8 г/см³, низкими значениями электрической и тепловой проводимостей и относительно невысокой механической прочностью. При нагревании, часто в сочетании с предварительным размягчением, пластмассы изменяют форму. Пластмассы устойчивы к воздействию сильных кислот и оснований, не чувствительны к влажности и имеют различное отношение к органическим растворителям в зависимости от химической структуры полимера. Они физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс могут быть изменены с помощью сополимеризации, стереоспецифической полимеризации, комбинирования различных типов пластмасс, введения различных добавок (наполнителей, красителей, пластификаторов, стабилизаторов). Методом Бринелля определяется твёрдость пластмассы под нагрузками от 50 до 250 кгс на шарик диаметром 5 мм. Теплостойкость по Мартенсу и Вика определяется температурой, при которой пластмасса разрушается или деформируется.

Виды пластмасс

Различают следующие виды пластмасс в зависимости от характера перехода полимера из вязкотекучего в стеклообразное состояние и его природы:

• термопластичные пластмассы (термопласты), охлаждаясь возвращаются в исходное состояние, а при нагревании плавятся;
• термореактивные пластмассы (реактопласты) — это пластмассы с линейной структурой в первоначальном состоянии и при изменении условий меняют свою структуру на сетчатую. Реактопласты не способны переходить в вязкотекучее состояние, имеют более высокие рабочие температуры, разрушаются при нагревании и не способны к восстановлению исходных свойств.
• газонаполненные пластмассы обладают низкой плотностью, относятся к вспененным полимерным материалам;
• эластомеры относятся к самым качественным пластмассам, характеризуются высокими эластичными свойствами.

Типы пластмасс

Изделия из эпоксипластов

Разделяют пластмассы по типу своего основного компонента:

1. Фенопласты содержат в основном фенолоформальдегидную смолу. Примером фенопласта является бакелит.

2. Эпоксипласты включают эпоксидную смолу. Примером является эпоксидно-диановая смола.

3. Аминопласты содержат в основе мочевино-формальдегидные смолы. Ниже приведен пример части мочевино-формальдегидной смолы.

Пластмассы также классифицируют по своему поведению при нагревании:

1. Термореактивные пластмассы при нагреве становятся мягкими или частично плавятся, а затем в химической реакции превращаются в твердое, нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы нельзя перерабатывать, так как теряются физико-химические свойства.

2. Термопластичные пластмассы при нагреве также становятся мягкими или плавятся, но при охлаждении они вновь становятся твердыми. Эти пластмассы могут быть использованы повторно, однако их свойства немного изменяются после нагрева.

Способы получения

Реакция поликонденсации фенола и формальдегида в производстве бакелита

Различают два способа получения пластмассы:

• реакцию полимеризации;
• реакцию поликонденсации.

Реакция полимеризации с получением полипропилена

Реакция полимеризации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем соединения друг с другом большого числа низкомолекулярных веществ (мономеров).

Реакция поликонденсации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем взаимодействия мономеров с несколькими функциональными группами, которое сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов реакции (воды, аммиака, солей и других веществ). При полимеризации элементарный состав продукта совпадает с элементарным составом исходных веществ. Кроме того, пластмассы, полученные таким образом, можно разложить обратно на исходные низкомолекулярные вещества. Пластмассы, полученные реакцией поликонденсации, не разлагаются на исходные низкомолекулярные, так как элементарный состав продуктов реакции не совпадает с элементарным составом исходных веществ.

Изделия из бакелита

Применение

У пластмасс, как материала, есть достоинства (легкие, прочные, долговечные) и недостатки (не разлагаются в природе, бывают опасны для здоровья при неправильном использовании). Пластик является одним из самых распространенных материалов в мире и широко используется в разных сферах человеческой деятельности.

Посуда, изготовленная из пластика

К основным областям применения пластмасс можно отнести следующие:

• упаковка: пластик используется для производства пластиковых бутылок, упаковочных пленок, контейнеров и пакетов;
• автомобильная промышленность: пластик используется для производства деталей автомобилей, таких как панели приборов, бамперы, обивка салона и освещение;
• 

  Электроника, изготовленная из пластмассы
  электроника: пластик используется в производстве корпусов для различных электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки, телевизоры.
• медицина: пластик широко применяется для производства медицинского оборудования и инструментов, контейнеров для хранения медицинских препаратов и протезов;
• строительство: пластик используется для производства труб, изоляционных материалов, оконных и дверных профилей;
• текстильная промышленность: пластмассы используются для создания синтетических волокон, таких как полиэстер и нейлон, они чаще всего используются в производстве одежды, текстильных изделий и обуви.

Изделия из пластика применяются в различных сферах промышленности и имеют большое значение не только в повседневной жизни, но и как материалы специального назначения. К примеру, среди наиболее распространенных пластиковых изделий можно выделить:

• бутылки, канистры, контейнеры, цветочные горшки, пластиковые бутылки и крышки;
• детали для автомобилей (крышки, бамперы, молдинги, обивка и др.);
• промышленные фильтры;
• компоненты для медицинского оборудования;
• сантехнические трубы;
• элементы оболочек проводов.

С развитием технологий и исследований в области пластмасс появляются всё новые и инновационные способы использования этого материала. Развитие химической технологии позволяет создавать более экологически чистые и безопасные пластические полимерные материалы, которые могут быть переработаны и повторно использованы, снижая негативное воздействие на окружающую среду.

Примечания

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!