პოლიმერული მასალები: ტექნოლოგია, ტიპები, წარმოება და გამოყენება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

პოლიმერული მასალები არის ქიმიური მაღალმოლეკულური ნაერთები, რომლებიც შედგება იმავე სტრუქტურის მრავალი მცირე მოლეკულური მონომერისგან (ერთეულისგან). ხშირად, შემდეგი მონომერული კომპონენტები გამოიყენება პოლიმერების წარმოებისთვის: ეთილენი, ვინილის ქლორიდი, ვინილ დექლორიდი, ვინილის აცეტატი, პროპილენი, მეთილის მეთაკრილატი, ტეტრაფტორეთილენი, სტირონი, შარდოვანა, მელამინი, ფორმალდეჰიდი, ფენოლი. ამ სტატიაში დეტალურად განვიხილავთ რა არის პოლიმერული მასალები, როგორია მათი ქიმიური და ფიზიკური თვისებები, კლასიფიკაცია და ტიპები.

პოლიმერების ტიპები

ამ მასალის მოლეკულების თვისებაა დიდი მოლეკულური წონა, რომელიც შეესაბამება შემდეგ მნიშვნელობას: М>5103. ამ პარამეტრის უფრო დაბალი დონის მქონე ნაერთებს (M=500-5000) ოლიგომერები ეწოდება. დაბალმოლეკულურ ნაერთებში მასა 500-ზე ნაკლებია. პოლიმერული მასალების შემდეგი ტიპები გამოირჩევა: სინთეზური და ბუნებრივი. ამ უკანასკნელში შედის ბუნებრივი კაუჩუკი, მიკა, მატყლი, აზბესტი, ცელულოზა და ა.შ. თუმცა, მთავარი ადგილი უჭირავს სინთეზურ პოლიმერებს, რომლებიც მიიღება დაბალმოლეკულური ნაერთებისგან ქიმიური სინთეზის პროცესის შედეგად. დამოკიდებულიამაღალმოლეკულური მასალების დამზადების მეთოდიდან განასხვავებენ პოლიმერებს, რომლებიც წარმოიქმნება პოლიკონდენსაციის ან დამატების რეაქციის შედეგად.

პოლიმერიზაცია

ეს პროცესი არის დაბალი მოლეკულური წონის კომპონენტების კომბინაცია მაღალმოლეკულურ წონაში გრძელი ჯაჭვების მისაღებად. პოლიმერიზაციის დონე არის „მერების“რაოდენობა მოცემული შემადგენლობის მოლეკულებში. ყველაზე ხშირად, პოლიმერული მასალები შეიცავს მათ ერთეულს ათასიდან ათ ათასამდე. პოლიმერიზაციით მიიღება შემდეგი ხშირად გამოყენებული ნაერთები: პოლიეთილენი, პოლიპროპილენი, პოლივინილქლორიდი, პოლიტეტრაფტორეთილენი, პოლისტირონი, პოლიბუტადიენი და სხვ.

პოლიკონდენსაცია

ეს პროცესი არის ეტაპობრივი რეაქცია, რომელიც შედგება ერთიდაიგივე ტიპის მონომერების დიდი რაოდენობის ან სხვადასხვა ჯგუფის (A და B) წყვილის გაერთიანებაში პოლიკონდენსატორების (მაკრომოლეკულების) ერთდროული წარმოქმნით. ქვეპროდუქტები: მეთილის სპირტი, ნახშირორჟანგი, წყალბადის ქლორიდი, ამიაკი, წყალი და ა.შ. პოლიკონდენსაციის შედეგად წარმოიქმნება სილიკონები, პოლისულფონები, პოლიკარბონატები, ამინოპლასტიკები, ფენოლური პლასტმასები, პოლიესტერები, პოლიამიდები და სხვა პოლიმერული მასალები.

პოლიდამატება

ეს პროცესი გაგებულია, როგორც პოლიმერების წარმოქმნა მონომერული კომპონენტების მრავალჯერადი დამატების რეაქციების შედეგად, რომლებიც შეიცავს უჯერი ჯგუფების მონომერების შეზღუდულ რეაქციის კომბინაციებს (აქტიური ციკლები ან ორმაგი ბმები). პოლიკონდენსაციისგან განსხვავებით, პოლიდამატების რეაქცია მიმდინარეობს ყოველგვარი გვერდითი პროდუქტების გარეშე.ამ ტექნოლოგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესია ეპოქსიდური ფისების დამუშავება და პოლიურეთანის წარმოება.

პოლიმერების კლასიფიკაცია

ყველა პოლიმერული მასალის შემადგენლობა იყოფა არაორგანულ, ორგანულ და ორგანულ ელემენტებად. პირველი მათგანი (სილიკატური მინა, მიკა, აზბესტი, კერამიკა და ა.შ.) არ შეიცავს ატომურ ნახშირბადს. ისინი დაფუძნებულია ალუმინის, მაგნიუმის, სილიციუმის და ა.შ ოქსიდებზე. ორგანული პოლიმერები წარმოადგენს ყველაზე ფართო კლასს, ისინი შეიცავს ნახშირბადის, წყალბადის, აზოტის, გოგირდის, ჰალოგენის და ჟანგბადის ატომებს. ორგანოელემენტური პოლიმერული მასალები არის ნაერთები, რომლებსაც ძირითად ჯაჭვებში, ჩამოთვლილთა გარდა, აქვთ სილიციუმის, ალუმინის, ტიტანის და სხვა ელემენტების ატომები, რომლებსაც შეუძლიათ გაერთიანდეს ორგანულ რადიკალებთან. ასეთი კომბინაციები ბუნებაში არ ხდება. ეს არის ექსკლუზიურად სინთეზური პოლიმერები. ამ ჯგუფის დამახასიათებელი წარმომადგენლები არიან სილიციუმის ორგანული ნაერთები, რომელთა ძირითადი ჯაჭვი აგებულია ჟანგბადისა და სილიციუმის ატომებისგან.

საჭირო თვისებების მქონე პოლიმერების მისაღებად, ტექნოლოგია ხშირად იყენებს არა "სუფთა" ნივთიერებებს, არამედ მათ კომბინაციებს ორგანულ ან არაორგანულ კომპონენტებთან. კარგი მაგალითია პოლიმერული სამშენებლო მასალები: მეტალოპლასტმასი, პლასტმასი, მინაბოჭკოვანი, პოლიმერული ბეტონი.

პოლიმერების სტრუქტურა

ამ მასალების თვისებების თავისებურება განპირობებულია მათი აგებულებით, რომელიც, თავის მხრივ, იყოფა შემდეგ ტიპებად: წრფივი განშტოება, ხაზოვანი, სივრცითი.დიდი მოლეკულური ჯგუფებით და ძალიან სპეციფიკური გეომეტრიული სტრუქტურებით, ასევე კიბეებით. მოკლედ განვიხილოთ თითოეული მათგანი.

წრფივი განშტოებული სტრუქტურის მქონე პოლიმერულ მასალებს, მოლეკულების ძირითადი ჯაჭვის გარდა, აქვთ გვერდითი ტოტები. ამ პოლიმერებს მიეკუთვნება პოლიპროპილენი და პოლიიზობუტილენი.

ხაზოვანი სტრუქტურის მქონე მასალებს აქვთ გრძელი ზიგზაგისებური ან სპირალური ჯაჭვები. მათი მაკრომოლეკულები უპირველეს ყოვლისა ხასიათდება უბნების გამეორებით ჯაჭვის რგოლის ან ქიმიური ერთეულის ერთ სტრუქტურულ ჯგუფში. ხაზოვანი სტრუქტურის მქონე პოლიმერები გამოირჩევიან ძალიან გრძელი მაკრომოლეკულების არსებობით, ჯაჭვის გასწვრივ და მათ შორის ობლიგაციების ბუნებაში მნიშვნელოვანი განსხვავებებით. ეს ეხება ინტერმოლეკულურ და ქიმიურ ობლიგაციებს. ასეთი მასალების მაკრომოლეკულები ძალიან მოქნილია. და ეს თვისება წარმოადგენს პოლიმერული ჯაჭვების საფუძველს, რაც იწვევს თვისობრივად ახალ მახასიათებლებს: მაღალ ელასტიურობას, ასევე მსხვრევადობის არარსებობას დამუშავებულ მდგომარეობაში.

და ახლა გავარკვიოთ რა არის სივრცითი სტრუქტურის მქონე პოლიმერული მასალები. მაკრომოლეკულების ერთმანეთთან შერწყმისას ეს ნივთიერებები ქმნიან ძლიერ ქიმიურ ბმებს განივი მიმართულებით. შედეგად მიიღება ბადისებრი სტრუქტურა, რომელსაც აქვს ბადის არაერთგვაროვანი ან სივრცითი საფუძველი. ამ ტიპის პოლიმერებს აქვთ უფრო დიდი სითბოს წინააღმდეგობა და სიმტკიცე, ვიდრე ხაზოვანი. ეს მასალები მრავალი სტრუქტურული არალითონური ნივთიერების საფუძველია.

პოლიმერული მასალების მოლეკულები კიბეების სტრუქტურით შედგება წყვილი ჯაჭვისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ქიმიური კავშირით. Ესენი მოიცავსსილიციუმის ორგანული პოლიმერები, რომლებსაც ახასიათებთ გაზრდილი სიმტკიცე, სითბოს წინააღმდეგობა, გარდა ამისა, ისინი არ ურთიერთქმედებენ ორგანულ გამხსნელებთან.

პოლიმერების ფაზური შემადგენლობა

ეს მასალები არის სისტემები, რომლებიც შედგება ამორფული და კრისტალური რეგიონებისგან. პირველი მათგანი ხელს უწყობს სიხისტის შემცირებას, ხდის პოლიმერს ელასტიურს, ანუ შეუძლია დიდი შექცევადი დეფორმაციები. კრისტალური ფაზა ხელს უწყობს მათი სიძლიერის, სიხისტის, ელასტიურობის მოდულის და სხვა პარამეტრების გაზრდას, ამასთან ამცირებს ნივთიერების მოლეკულურ მოქნილობას. ყველა ასეთი უბნის მოცულობის თანაფარდობას მთლიან მოცულობასთან ეწოდება კრისტალიზაციის ხარისხი, სადაც მაქსიმალურ დონეს (80%-მდე) აქვს პოლიპროპილენი, ფტორპლასტები, მაღალი სიმკვრივის პოლიეთილენები. პოლივინილ ქლორიდებს, დაბალი სიმკვრივის პოლიეთილენებს აქვთ კრისტალიზაციის დაბალი ხარისხი.

დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ იქცევიან პოლიმერული მასალები გაცხელებისას, ისინი ჩვეულებრივ იყოფა თერმომყარებად და თერმოპლასტიკებად.

თერმომყარი პოლიმერები

ამ მასალებს ძირითადად აქვთ ხაზოვანი სტრუქტურა. გაცხელებისას ისინი რბილდებიან, მაგრამ მათში მომხდარი ქიმიური რეაქციების შედეგად სტრუქტურა იცვლება სივრცით და ნივთიერება იქცევა მყარად. მომავალში ეს ხარისხი შენარჩუნებულია. პოლიმერული კომპოზიციური მასალები აგებულია ამ პრინციპით. მათი შემდგომი გათბობა არ რბილებს ნივთიერებას, არამედ მხოლოდ იწვევს მის დაშლას. მზა თერმორეზირებული ნარევი არ იშლება ან დნება, შესაბამისადდაუშვებელია მისი გადამუშავება. ამ ტიპის მასალაში შედის ეპოქსიდური სილიკონი, ფენოლ-ფორმალდეჰიდი და სხვა ფისები.

თერმოპლასტიკური პოლიმერები

ეს მასალები გაცხელებისას ჯერ რბილდება და შემდეგ დნება, შემდეგ კი გაცივებისას მაგრდება. თერმოპლასტიკური პოლიმერები არ განიცდიან ქიმიურ ცვლილებებს ამ დამუშავების დროს. ეს პროცესს სრულიად შექცევადს ხდის. ამ ტიპის ნივთიერებებს აქვთ მაკრომოლეკულების ხაზოვანი განშტოება ან ხაზოვანი სტრუქტურა, რომელთა შორის მოქმედებს მცირე ძალები და აბსოლუტურად არ არსებობს ქიმიური ბმები. ესენია: პოლიეთილენები, პოლიამიდები, პოლისტიროლები და ა.შ. თერმოპლასტიკური ტიპის პოლიმერული მასალების ტექნოლოგია ითვალისწინებს მათ წარმოებას წყალგაცივებულ ფორმებში ინექციური ჩამოსხმის გზით, დაჭერით, ექსტრუზიით, აფეთქებით და სხვა მეთოდებით.

ქიმიური თვისებები

პოლიმერები შეიძლება იყოს შემდეგ მდგომარეობებში: მყარი, თხევადი, ამორფული, კრისტალური ფაზა, ასევე ძლიერ ელასტიური, ბლანტი და მინის დეფორმაცია. პოლიმერული მასალების ფართო გამოყენება განპირობებულია მათი მაღალი გამძლეობით სხვადასხვა აგრესიული საშუალებების მიმართ, როგორიცაა კონცენტრირებული მჟავები და ტუტეები. ისინი არ ექვემდებარება ელექტროქიმიურ კოროზიას. გარდა ამისა, მათი მოლეკულური წონის მატებასთან ერთად, მცირდება მასალის ხსნადობა ორგანულ გამხსნელებში. და პოლიმერებზე, რომლებსაც აქვთ სამგანზომილებიანი სტრუქტურა, ძირითადად არ ზემოქმედებენ აღნიშნული სითხეები.

ფიზიკური თვისებები

პოლიმერების უმეტესობა არის იზოლატორი, გარდა ამისა, ისინი არამაგნიტური მასალებია. გამოყენებული ყველა სტრუქტურული მასალისგან მხოლოდ მათ აქვთ ყველაზე დაბალი თერმული კონდუქტომეტრული და უმაღლესი სითბოს სიმძლავრე, ასევე თერმული შეკუმშვა (დაახლოებით ოცჯერ მეტი, ვიდრე ლითონისა). დაბალ ტემპერატურულ პირობებში სხვადასხვა დალუქვის შეკრების სიმჭიდროვის დაკარგვის მიზეზი არის რეზინის ე.წ.

მექანიკური თვისებები

პოლიმერულ მასალებს აქვთ მექანიკური მახასიათებლების ფართო სპექტრი, რაც დიდად არის დამოკიდებული მათ სტრუქტურაზე. ამ პარამეტრის გარდა, სხვადასხვა გარე ფაქტორებს შეუძლიათ დიდი გავლენა იქონიონ ნივთიერების მექანიკურ თვისებებზე. ესენია: ტემპერატურა, სიხშირე, დატვირთვის ხანგრძლივობა ან სიჩქარე, დაძაბულობის მდგომარეობა, წნევა, გარემოს ბუნება, თერმული დამუშავება და ა.შ. ლითონებს).

პოლიმერები ჩვეულებრივ იყოფა მყარებად, რომელთა დრეკადობის მოდული შეესაბამება E=1–10 GPa (ბოჭკოები, ფირები, პლასტმასი) და რბილ, მაღალ ელასტიურ ნივთიერებებად, რომელთა ელასტიურობის მოდული არის E=1–. 10 მპა (რეზინი). ორივეს განადგურების ნიმუშები და მექანიზმი განსხვავებულია.

პოლიმერულ მასალებს ახასიათებთ თვისებების გამოხატული ანიზოტროპია, ასევე სიძლიერის დაქვეითება, ცოცვის განვითარება ხანგრძლივი დატვირთვით. ამასთან ერთად ისინიაქვთ შედარებით მაღალი დაღლილობის წინააღმდეგობა. ლითონებთან შედარებით, ისინი განსხვავდებიან ტემპერატურაზე მექანიკური თვისებების უფრო მკვეთრი დამოკიდებულებით. პოლიმერული მასალების ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელია დეფორმირებადობა (მოქნილობა). ამ პარამეტრის მიხედვით, ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში, ჩვეულებრივია მათი ძირითადი საოპერაციო და ტექნოლოგიური თვისებების შეფასება.

პოლიმერული იატაკის მასალები

ახლა განვიხილოთ პოლიმერების პრაქტიკული გამოყენების ერთ-ერთი ვარიანტი, რომელიც გამოავლენს ამ მასალების სრულ ასორტიმენტს. ეს ნივთიერებები ფართოდ გამოიყენება სამშენებლო და სარემონტო და დასრულების სამუშაოებში, კერძოდ იატაკზე. უზარმაზარი პოპულარობა აიხსნება განსახილველი ნივთიერებების მახასიათებლებით: ისინი მდგრადია აბრაზიას, აქვთ დაბალი თბოგამტარობა, აქვთ წყლის მცირე შთანთქმა, საკმაოდ მტკიცე და ხისტია და აქვთ საღებავისა და ლაქის მაღალი თვისებები. პოლიმერული მასალების წარმოება პირობითად შეიძლება დაიყოს სამ ჯგუფად: ლინოლეუმები (გაგორებული), კრამიტის პროდუქტები და ნარევები უნაკერო იატაკის დასამონტაჟებლად. მოდით, ახლავე გადავხედოთ თითოეულს.

ლინოლეუმი მზადდება სხვადასხვა ტიპის შემავსებლისა და პოლიმერის საფუძველზე. მათ ასევე შეიძლება მოიცავდეს პლასტიზატორები, დამუშავების დამხმარე საშუალებები და პიგმენტები. პოლიმერული მასალის სახეობიდან გამომდინარე გამოირჩევა პოლიესტერი (გლიფტალიკი), პოლივინილ ქლორიდი, რეზინი, კოლოქსილინი და სხვა საფარები. გარდა ამისა, სტრუქტურის მიხედვით, ისინი იყოფა უსაფუძვლო და ხმის და თბოსაიზოლაციო ფუძით, ერთფენიანი და მრავალშრიანი, გლუვი, ფხვიერი.და გოფრირებული ზედაპირი, ასევე ერთი და მრავალფერიანი.

პოლიმერული კომპონენტების საფუძველზე დამზადებულ კრამიტის მასალებს აქვთ ძალიან დაბალი აბრაზიულობა, ქიმიური წინააღმდეგობა და გამძლეობა. ნედლეულის სახეობიდან გამომდინარე, ამ ტიპის პოლიმერული პროდუქცია იყოფა კუმარონ-პოლივინილქლორიდად, კუმარონად, პოლივინილქლორიდად, რეზინად, ფენოლიტით, ბიტუმიანი ფილებით, აგრეთვე ჩიპური და ბოჭკოვანი დაფა..

უკერო იატაკის მასალები ყველაზე მოსახერხებელი და ჰიგიენურია გამოსაყენებლად, მათ აქვთ მაღალი სიმტკიცე. ეს ნარევები ჩვეულებრივ იყოფა პოლიმერცემენტად, პოლიმერბეტონად და პოლივინილაცეტატად.