Bahan polimer: teknologi, jenis, pengeluaran dan aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Bahan polimer ialah sebatian kimia bermolekul tinggi yang terdiri daripada banyak monomer molekul kecil (unit) daripada struktur yang sama. Selalunya, komponen monomerik berikut digunakan untuk pembuatan polimer: etilena, vinil klorida, vinil deklorida, vinil asetat, propilena, metil metakrilat, tetrafluoroetilena, stirena, urea, melamin, formaldehid, fenol. Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan secara terperinci apakah bahan polimer, apakah sifat kimia dan fizikalnya, klasifikasi dan jenisnya.

Jenis polimer

Ciri molekul bahan ini ialah berat molekul yang besar, yang sepadan dengan nilai berikut: М>5103. Sebatian dengan paras yang lebih rendah daripada parameter ini (M=500-5000) dipanggil oligomer. Dalam sebatian berat molekul rendah, jisimnya kurang daripada 500. Jenis bahan polimer berikut dibezakan: sintetik dan semula jadi. Yang terakhir termasuk getah asli, mika, bulu, asbestos, selulosa, dll. Walau bagaimanapun, tempat utama diduduki oleh polimer sintetik, yang diperoleh hasil daripada proses sintesis kimia daripada sebatian berat molekul rendah. bergantungdaripada kaedah pembuatan bahan bermolekul tinggi, polimer dibezakan, yang dihasilkan sama ada melalui polikondensasi atau dengan tindak balas penambahan.

Pempolimeran

Proses ini ialah gabungan komponen berat molekul rendah menjadi berat molekul tinggi untuk mendapatkan rantai panjang. Tahap pempolimeran ialah bilangan "mers" dalam molekul komposisi tertentu. Selalunya, bahan polimer mengandungi dari seribu hingga sepuluh ribu unit mereka. Sebatian yang biasa digunakan berikut diperoleh melalui pempolimeran: polietilena, polipropilena, polivinil klorida, politetrafluoroetilena, polistirena, polibutadiena, dsb.

Polikondensasi

Proses ini ialah tindak balas berperingkat, yang terdiri daripada menggabungkan sama ada sejumlah besar monomer daripada jenis yang sama, atau sepasang kumpulan berbeza (A dan B) ke dalam polikapasitor (makromolekul) dengan pembentukan serentak yang berikut hasil sampingan: metil alkohol, karbon dioksida, hidrogen klorida, ammonia, air, dll. Polikondensasi menghasilkan silikon, polisulfon, polikarbonat, plastik amino, plastik fenolik, poliester, poliamida dan bahan polimer lain.

Polyaddition

Proses ini difahamkan sebagai pembentukan polimer hasil daripada tindak balas penambahan berbilang komponen monomerik yang mengandungi gabungan tindak balas menghadkan kepada monomer kumpulan tak tepu (kitaran aktif atau ikatan berganda). Tidak seperti polikondensasi, tindak balas politambah berterusan tanpa sebarang hasil sampingan. Proses terpenting teknologi ini ialah pengawetan resin epoksi dan penghasilan poliuretana.

Pengkelasan polimer

Komposisi semua bahan polimer dibahagikan kepada unsur tak organik, organik dan organo. Yang pertama (kaca silikat, mika, asbestos, seramik, dll.) tidak mengandungi karbon atom. Ia berasaskan oksida aluminium, magnesium, silikon, dsb. Polimer organik merupakan kelas yang paling luas, ia mengandungi atom karbon, hidrogen, nitrogen, sulfur, halogen dan oksigen. Bahan polimer organoelemen adalah sebatian yang dalam rantai utama mempunyai, sebagai tambahan kepada yang disenaraikan, atom silikon, aluminium, titanium dan unsur lain yang boleh bergabung dengan radikal organik. Gabungan sedemikian tidak berlaku secara semula jadi. Ini adalah polimer sintetik secara eksklusif. Wakil ciri kumpulan ini ialah sebatian berasaskan organosilikon, rantai utamanya dibina daripada atom oksigen dan silikon.

Untuk mendapatkan polimer dengan sifat yang diperlukan, teknologi selalunya tidak menggunakan bahan “tulen”, tetapi gabungannya dengan komponen organik atau bukan organik. Contoh yang baik ialah bahan binaan polimer: logam-plastik, plastik, gentian kaca, konkrit polimer.

Struktur polimer

Keanehan sifat bahan-bahan ini adalah disebabkan oleh strukturnya, yang, seterusnya, dibahagikan kepada jenis berikut: bercabang linear, linear, spatialdengan kumpulan molekul yang besar dan struktur geometri yang sangat spesifik, serta tangga. Mari kita pertimbangkan secara ringkas setiap satu daripada mereka.

Bahan polimer dengan struktur bercabang linear, sebagai tambahan kepada rantai molekul utama, mempunyai cabang sampingan. Polimer ini termasuk polipropilena dan poliisobutilena.

Bahan dengan struktur linear mempunyai rantai zigzag atau lingkaran yang panjang. Makromolekul mereka terutamanya dicirikan oleh pengulangan tapak dalam satu kumpulan struktur pautan atau unit kimia rantai. Polimer dengan struktur linear dibezakan oleh kehadiran makromolekul yang sangat panjang dengan perbezaan yang ketara dalam sifat ikatan di sepanjang rantai dan di antara mereka. Ini merujuk kepada ikatan antara molekul dan kimia. Makromolekul bahan tersebut sangat fleksibel. Dan sifat ini adalah asas rantai polimer, yang membawa kepada ciri-ciri baharu secara kualitatif: keanjalan yang tinggi, serta ketiadaan kerapuhan dalam keadaan sembuh.

Dan sekarang mari kita ketahui apakah bahan polimer dengan struktur spatial. Bahan-bahan ini terbentuk, apabila makromolekul digabungkan antara satu sama lain, ikatan kimia yang kuat dalam arah melintang. Akibatnya, struktur mesh diperolehi, yang mempunyai asas tidak seragam atau spatial mesh. Polimer jenis ini mempunyai rintangan haba dan ketegaran yang lebih besar daripada yang linear. Bahan ini adalah asas kepada banyak bahan bukan logam berstruktur.

Molekul bahan polimer dengan struktur tangga terdiri daripada sepasang rantai yang disambungkan oleh ikatan kimia. Ini termasukpolimer organosilikon, yang dicirikan oleh peningkatan ketegaran, rintangan haba, di samping itu, mereka tidak berinteraksi dengan pelarut organik.

Komposisi fasa polimer

Bahan ini ialah sistem yang terdiri daripada kawasan amorf dan hablur. Yang pertama daripada mereka membantu mengurangkan kekakuan, menjadikan polimer elastik, iaitu, mampu ubah bentuk boleh balik yang besar. Fasa kristal membantu meningkatkan kekuatan, kekerasan, modulus elastik dan parameter lain, sambil mengurangkan fleksibiliti molekul bahan. Nisbah isipadu semua kawasan tersebut kepada jumlah isipadu dipanggil tahap penghabluran, di mana tahap maksimum (sehingga 80%) mempunyai polipropilena, fluoroplast, polietilena berketumpatan tinggi. Polivinil klorida, polietilena berketumpatan rendah mempunyai tahap penghabluran yang lebih rendah.

Bergantung pada cara bahan polimer berkelakuan apabila dipanaskan, ia biasanya dibahagikan kepada termoset dan termoplastik.

Polimer Termoset

Bahan ini terutamanya mempunyai struktur linear. Apabila dipanaskan, mereka melembutkan, tetapi akibat tindak balas kimia yang berlaku di dalamnya, struktur berubah menjadi ruang, dan bahan itu berubah menjadi pepejal. Pada masa hadapan, kualiti ini dikekalkan. Bahan komposit polimer dibina berdasarkan prinsip ini. Pemanasan seterusnya mereka tidak melembutkan bahan, tetapi hanya membawa kepada penguraiannya. Campuran termoset siap tidak larut atau cair, oleh itutidak dibenarkan mengitar semula. Bahan jenis ini termasuk silikon epoksi, fenol-formaldehid dan resin lain.

Polimer Termoplastik

Bahan-bahan ini, apabila dipanaskan, mula-mula lembut dan kemudian cair, dan kemudian mengeras apabila disejukkan. Polimer termoplastik tidak mengalami perubahan kimia semasa rawatan ini. Ini menjadikan proses itu boleh diterbalikkan sepenuhnya. Bahan jenis ini mempunyai struktur makromolekul bercabang linear atau linear, di antaranya daya-daya kecil bertindak dan langsung tiada ikatan kimia. Ini termasuk polietilena, poliamida, polistirena, dsb. Teknologi bahan polimer jenis termoplastik menyediakan pengeluarannya melalui pengacuan suntikan dalam acuan yang disejukkan air, menekan, penyemperitan, meniup dan kaedah lain.

Sifat kimia

Polymer boleh berada dalam keadaan berikut: pepejal, cecair, amorfus, fasa kristal, serta ubah bentuk yang sangat kenyal, likat dan berkaca. Penggunaan meluas bahan polimer adalah disebabkan oleh rintangan yang tinggi terhadap pelbagai media yang agresif, seperti asid dan alkali pekat. Mereka tidak tertakluk kepada kakisan elektrokimia. Di samping itu, dengan peningkatan berat molekulnya, keterlarutan bahan dalam pelarut organik berkurangan. Dan polimer, yang mempunyai struktur tiga dimensi, secara amnya tidak terjejas oleh cecair yang disebutkan.

Sifat fizikal

Kebanyakan polimer adalah penebat, di samping itu, ia adalah bahan bukan magnet. Daripada semua bahan struktur yang digunakan, hanya mereka yang mempunyai kekonduksian haba yang paling rendah dan kapasiti haba tertinggi, serta pengecutan haba (kira-kira dua puluh kali lebih banyak daripada logam). Sebab kehilangan ketat pelbagai pemasangan pengedap dalam keadaan suhu rendah adalah apa yang dipanggil peralihan kaca getah, serta perbezaan ketara antara pekali pengembangan logam dan getah dalam keadaan vitrified.

Sifat mekanikal

Bahan polimer mempunyai pelbagai ciri mekanikal, yang sangat bergantung pada strukturnya. Sebagai tambahan kepada parameter ini, pelbagai faktor luaran boleh mempunyai pengaruh yang besar terhadap sifat mekanikal bahan. Ini termasuk: suhu, kekerapan, tempoh atau kadar pemuatan, jenis keadaan tegasan, tekanan, sifat persekitaran, rawatan haba, dsb. Ciri sifat mekanikal bahan polimer ialah kekuatannya yang agak tinggi pada ketegaran yang sangat rendah (berbanding kepada logam).

Polymer biasanya dibahagikan kepada pepejal, modulus keanjalan yang sepadan dengan E=1–10 GPa (gentian, filem, plastik), dan bahan kenyal yang sangat lembut, modulus keanjalannya ialah E=1– 10 MPa (getah). Corak dan mekanisme pemusnahan kedua-duanya adalah berbeza.

Bahan polimer dicirikan oleh sifat anisotropi yang jelas, serta penurunan kekuatan, perkembangan rayapan di bawah beban jangka panjang. Bersama-sama dengan ini merekamempunyai rintangan keletihan yang agak tinggi. Berbanding dengan logam, mereka berbeza dalam pergantungan yang lebih tajam sifat mekanikal pada suhu. Salah satu ciri utama bahan polimer ialah kebolehubah bentuk (pliability). Menurut parameter ini, dalam julat suhu yang luas, adalah lazim untuk menilai sifat operasi dan teknologi utamanya.

Bahan lantai polimer

Sekarang mari kita pertimbangkan salah satu pilihan untuk aplikasi praktikal polimer, mendedahkan rangkaian penuh bahan ini. Bahan-bahan ini digunakan secara meluas dalam kerja-kerja pembinaan dan pembaikan dan kemasan, khususnya dalam lantai. Populariti yang besar dijelaskan oleh ciri-ciri bahan yang dipersoalkan: ia tahan terhadap lelasan, mempunyai kekonduksian terma yang rendah, mempunyai sedikit penyerapan air, agak kuat dan keras, dan mempunyai kualiti cat dan varnis yang tinggi. Pengeluaran bahan polimer boleh dibahagikan secara syarat kepada tiga kumpulan: linoleum (digulung), produk jubin dan campuran untuk pemasangan lantai lancar. Mari kita lihat satu per satu sekarang.

Linoleum dibuat berdasarkan pelbagai jenis pengisi dan polimer. Ia juga mungkin termasuk pemplastik, alat bantu pemprosesan dan pigmen. Bergantung pada jenis bahan polimer, poliester (glyphthalic), polivinil klorida, getah, colloxylin dan salutan lain dibezakan. Di samping itu, mengikut struktur, mereka dibahagikan kepada tidak berasas dan dengan asas penebat bunyi dan haba, satu lapisan dan berbilang lapisan, dengan licin, lembut.dan permukaan beralun, serta tunggal dan berbilang warna.

Bahan berjubin yang dibuat berdasarkan komponen polimer mempunyai lelasan, rintangan kimia dan ketahanan yang sangat rendah. Bergantung pada jenis bahan mentah, jenis produk polimer ini dibahagikan kepada kumarone-polivinil klorida, kumaron, polivinil klorida, getah, fenolit, jubin bitumen, serta papan serpai dan papan gentian.

Bahan untuk lantai lancar adalah yang paling mudah dan bersih untuk digunakan, ia mempunyai kekuatan tinggi. Campuran ini biasanya dibahagikan kepada simen polimer, konkrit polimer dan polivinil asetat.