Пластические массы. 
Органическая химия

Пластическими массами (пластмассами) называются материалы на основе природных или синтетических высокомолекулярных соединений, способные под воздействием высокой температуры и давления переходить в пластическое состояние, а также принимать и сохранять любую заданную форму.

Широкое производство пластмасс началось всего 50— 60 лет назад. В настоящее время они приобрели громадное значение в технике и в быту. Пластмассы успешно заменяют металлы, дерево, стекло. Они стали незаменимыми материалами в машиностроении, в электрои радиотехнике, в авиаи судостроении, в химической промышленности, в сельском хозяйстве и во многих других отраслях.

Пластмассы могут сочетать прочность стали с легкостью дерева и прозрачностью стекла, не имея недостатков, присущих этим материалам. Пластмассы легко поддаются механической обработке, не гниют, стойки к действию сильных кислот, щелочей и других агрессивных сред.

Широко используются пленочные материалы при выращивании овощей, ягод, плодов и цветов в защищенном грунте; при изготовлении тары и контейнеров для хранения и транспортировки сельскохозяйственных продуктов, удобрений, пестицидов. Уже производятся пленочные газообменные мембраны для хранения продуктов в регулируемой газовой среде, специальные пленки для консервации кормов, светоотражающие пленки для мульчирования почвы.

Химия поставляет сельскому хозяйству трубы и шланги любых типов, посуду и емкости, детали машин и механизмов, сетки, шпагат, ленты, стеклопластики и т. д.

Основой в пластмассах является высокомолекулярное соединение (полимер), природное (пеки, асфальты) или синтетическое. В настоящее время наибольшее значение имеют синтетические полимеры, получаемые полимеризацией или поликонденсацией.

При полимеризации происходит соединение одинаковых молекул (мономеров) без выделения простых веществ. Образующийся полимер имеет молекулярную массу, равную сумме молекулярных масс реагирующих молекул. Если в образовании полимера участвует два или несколько мономеров, то такая полимеризация называется совместной полимеризацией или сополимеризациеи.

При поликонденсации соединение мономеров и образование полимера происходит в результате взаимодействия функциональных групп и сопровождается выделением таких простых веществ, как Н₂0, НС1, NH₃ и т. д., следовательно, молекулярная масса полимера не равна сумме молекулярных масс мономеров (см. гл. 17, разд. 15).

Высокомолекулярные соединения представляют собой вязкие жидкости или твердые вещества, обычно размягчающиеся при нагревании. Их классифицируют и различают по химической природе мономера, например поливинилхлоридные, фенол оформальдегидные, меламиноформальдегидные и т. д.

Некоторые пластмассы, например полиэтилен, полиамиды, почти полностью состоят из полимера, в других содержание высокомолекулярных соединений не превышает 20—60%, а остальное составляют наполнители (древесная мука, стеклянное волокно, асбест и др.). Назначение наполнителей — изменение свойств пластмасс в желаемом направлении: придание им механической прочности, твердости, огнестойкости и других свойств.

Введение

наполнителей широко используется при изготовлении пластмасс из фенолоформальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных и некоторых других полимеров, а также в производстве резины, где наполнителем служит сажа.

В пластмассы добавляют так называемые пластификате ры — вещества, придающие полимеру пластичность. Увеличивая количество пластификатора, можно получать гибкие, довольно эластичные материалы, напоминающие резину.

Часто в пластмассы вводят так называемые стабилизаторы — вещества, предохраняющие высокомолекулярное соединение от разложения в процессе переработки и от действия теплоты и света в процессе эксплуатации, а также красители, придающие изделиям желаемую окраску.

Рассмотрим несколько важнейших полимерных материалов.

Поливинилхлорид. Его получают полимеризацией винилхлорида СН₂=СНС1 под действием света или при нагревании (см. гл. 12, разд. 7).

Благодаря дешевизне, доступности, устойчивости к агрессивным средам пластмассы из поливинилхлорида широко используются в технике и быту. Пластифицированный поливинилхлорид широко применяется для изоляции кабелей и проводов связи, для производства искусственной кожи, линолеума, пленочных материалов и т. д. Путем переработки поливинилхлорида без применения пластификаторов получают твердую пластическую массу — винипласт. Он легко сваривается и поддается механической обработке. Винипласт применяется для изготовления устойчивых к коррозии вентиляционных и канализационных труб, трубопроводов, насосов.

. Его полу Полиметилметакрилат чают полимеризацией метилметакрилата (см. гл. 17, разд. 16). Он обладает очень важным свойством — прозрачностью, в том числе и для УФ-излучения. Изделия из этого полимера (органическое стекло) легко формуются при 100 °C и склеиваются. Во многих случаях он с успехом заменяет обычное силикатное стекло. Единственным недостатком полиметилметакрилата является сравнительная мягкость.

Фторсодержащие полимеры. Фторсодержащие полимеры обладают непревзойденной стойкостью к химическим и температурным воздействиям (см. гл. 12, разд. 7).

Пластические массы на основе политетрафторэтилена получили название фторопласта 4 (в США — тефлон). Они отличаются высокой термостойкостью (от -183 до +300 °С). На фторопласт-4 не действуют горячая дымящая азотная кислота, концентрированная серная кислота, расплавленный гидроксид натрия. Лишь расплавленный металлический натрий постепенно разрушает его.

Фторопласт-4 незаменим при изготовлении ответственных деталей приборов и аппаратуры, работающих в жестких условиях, в том числе электроизоляционных материалов, арматуры, применяемой в химическом машиностроении, специальных пленок и др.

Недостатком фторопласта-4 является сложность его переработки в изделия, для чего требуются специальные приемы, поскольку материал нерастворим ни в одном из растворителей, не имеет определенной температуры плавления и даже в размягченном состоянии обладает низкой текучестью.

Политрифторхлорэтилен, или фторопласт-3, несколько уступает фторопласту-4 по устойчивости к термическим и химическим воздействиям, но легче перерабатывается в изделия.

Сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида CH₂=CF₂, содержащий более 50% фтора по массе, обладает хорошими эластическими свойствами и относится к группе так называемых фторкаучуков. Применяется в тех случаях, когда изделия из каучука должны выдерживать высокие температуры или действие химически агрессивных веществ.

Кремнийсодержащие полимеры. В последние годы большое значение приобрели и кремнийсодержащие полимерные вещества:

Введение

кремния в молекулу полимера значительно повышает его термостойкость. Полиалкилсилоксаны широко применяются в производстве термостойких смазок и резин.

Широкое применение для специальных целей получили полимеры, содержащие самые разнообразные гетероциклы в основной полимерной цепи. Полимеры этого класса (в основном это полиамиды) могут обладать набором практически любых свойств: термостойкостью, негорючестью, химической стойкостью и т. п.