Полимеры. Свойства. Назначение

Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных единиц (звеньев), которые связаны друг с другом химической связью. Вещества с молекулярной массой ниже 500 а.е.м. называются мономерами, вещества, имеющие промежуточное значение молекулярной массы между мономерами и полимерами – олигомерами. Степень полимеризации – число структурных единиц, содержащихся в одной макромолекуле.

Существуют природные (натуральный каучук, целлюлоза, шелк, шерсть, янтарь) и синтетические полимеры. В строительстве используют синтетические полимеры. Сырьевые материалы: природный газ; «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти;  газообразные продукты переработки нефти (этилен, пропилен);  каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля.

Пластические массы (пластмассы) – материалы, содержащие в качестве важнейшей составной части высокомолекулярные соединения – полимеры и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично утрачивается после отверждения полимера.

Компоненты пластмасс и их назначение 

Связующее (различные полимеры) – связывают все компоненты пластмасс в единый композит, выполняют роль связующей матрицы. Определяют основные свойства полимеров (теплостойкость, химическая стойкость, прочность, деформативность). Обычно являются самым дорогим компонентом пластмасс.  Наполнители – органические и неорганические порошки и волокна – снижают расход полимера, повышают теплостойкость, прочность, снижают деформативность. Порошкообразные наполнители – мел, тальк, известняк, древесная мука, кварцевый песок; волокнистые наполнители – древесное волокно, стекловолокно, асбестовое волокно; листовые наполнители – бумага, х/б ткани, стеклоткань, древесный шпон. Компоненты пластмасс и их назначение  

Пластификаторы – служат для повышения эластичности и снижения хрупкости полимера; Отвердители – вещества, инициирующие реакцию полимеризации и ускоряющие процесс отверждения полимера; Стабилизаторы – способствуют сохранению структуры и свойств пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение; Красители – вводятся для придания пластмассам цвета; Порообразователи – используются для производства ячеистых пластмасс;  Антипирены – повышают стойкость против возгорания.

 Особенности свойств полимерных строительных материалов Положительные:  Низкая средняя плотность  ; Высокая прочность;  Низкая теплопроводность;  Высокая химическая стойкость; Высокая коррозионная стойкость;  Способность окрашиваться в различные цвета;  Низкая истираемость;  Прозрачность некоторых пластмасс;  Технологичность и легкость сварки материалов из пластмасс;  Способность образовывать тонкие пленки в сочетание с высокой адгезией;  Наличие обширной сырьевой базы.

 Отрицательные: Низкая теплостойкость (+70…+200 ª);  Низкая поверхностная твердость;  Высокий коэффициент температурного расширения;  Ползучесть;  Горючесть;  Токсичность;  Сложность утилизации;  Склонность к старению.

Основные способы получения полимеров. Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и др. методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав, Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам. Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса. Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму. Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем. Принципиальное отличие ценной полимеризации от ступенчатой и от поликонденсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.