Пластмассы, пластики и каучуки

Синтетические высокомолекулярные соединения

Пластмассы (пласти́ческие ма́ссы) или  пла́стики   – представляют собой искусственные материалы, получаемые на основе органических высокомолекулярных веществ, полимеров.

• Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом  в 1855 году. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название —  целлулоид ).

Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов ( жевательной резинки, шеллака ), затем продолжилось с использованием химически модифицированных природных материалов ( резина, нитроцеллюлоза, коллаген, галалит ) и, наконец, пришло к полностью синтетическим молекулам ( бакелит, эпоксидная смола, поливинилхлорид, полиэтилен и другие ).

Поливинилхлорид Полиэтилен

• В состав пластмасс кроме молекул высокомолекулярного соединения для улучшения их физических свойств вводят вещества:

а) стабилизаторы- повышают стойкость к свету, теплу, воздействию кислорода;

б) пластификаторы- улучшают эластичность, морозостойкость и огнестойкость;

в) красители- используют для получения цвета.

В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на:

По виду наполнителя пластмассы делятся на:

По применению пластичности:

• Термопласты — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние; Реактопласты  — в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. 
• Термопласты — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние;
• Реактопласты  — в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. 

• силовые (конструкционные), несиловые (оптические прозрачные).
• силовые (конструкционные), несиловые (оптические прозрачные).

• порошковые (древесная мука), волокнистые (стеклянное волокно), слоистые( бумага+смола), газонаполненные.
• порошковые (древесная мука), волокнистые (стеклянное волокно),
• слоистые( бумага+смола), газонаполненные.

Св-ва пластмасс:

• -малая плотность(0,85—1,8 г/см³)
• -низкие электрическая и тепло проводимости, не очень большая механическая прочность.
• -при нагревании они разлагаются.
• - не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное
• -физиологически почти безвредны.
• - хорошие технологические свойства
• - хорошо льются
• - хорошо обрабатываются
• - хорошо свариваются и отливаются.

Методы обработки:

Литьё/литьё под давлением

Экструзия

Прессование

Виброформование

Вспенивание

Отливка

Сварка

Вакуумная формовка и пр.

Получение:

• Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или  полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа, таких, к примеру, как бензол, этилен, фенол, ацетилен и других мономеров. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен).

Мебельные пластмассы

• Пластик, который используют для производства мебели, получают путем пропитки бумаги термореактивными смолами. Производство бумаги является наиболее энерго- и капиталлоемким этапом во всем процессе производства пластика. Используется 2 типа бумаг: основой пластика является крафт-бумага (плотная и небеленая) и декоративная (для придания пластику рисунка
• Мебельный пластик состоит из нескольких слоёв. Защитный слой — оверлей — практический прозрачный. Изготавливается из бумаги высокого качества, пропитывается меламиноформальдегидной смолой. Следующий слой — декоративный. Затем несколько слоев крафт-бумаги, которая является основой пластика. И последний слой — компенсирующий (крафт-бумага, пропитанная меламиноформальдегидными смолами). Этот слой присутствует только у американского мебельного пластика.
• Готовый мебельный пластик представляет из себя прочные тонированные листы толщиной 1-3 мм. Мебельный пластик широко использовался в XX веке для отделки салонов вагонов метро.

Для обеспечения утилизации одноразовых предметов в 1988 году Обществом Пластмассовой Промышленности была разработана система маркировки для всех видов пластика и идентификационные коды. Маркировка пластика состоит из 3-х стрелок в форме треугольника, внутри которых находится число, обозначающая тип пластика. Часто при маркировке изделий под треугольником указывается буквенная маркировка (в скобках указана маркировка русскими буквами)

Пластиковые отходы и их переработка

• Скопления отходов из пластмасс образуют в Мировом океане под воздействием течений особые мусорные пятна. На данный момент известны пять больших скоплений мусорных пятен — по два в Тихом и Атлантическом океанах, и одно — в Индийском океане. Данные мусорные круговороты в основном состоят из пластиковых отходов, образующихся в результате сбросов из густонаселённых прибрежных зон континентов.
• Пластиковый мусор опасен ещё и тем, что морские животные, зачастую, могут не разглядеть прозрачные частицы, плавающие по поверхности, и токсичные отходы попадают им в желудок, часто становясь причиной летальных исходов.
• Пластиковые отходы должны перерабатываться, поскольку при сжигании пластика выделяются токсичные вещества, а разлагается пластик за 100—200 лет.

Способы переработки пластика:

 •  Пиролиз • Гидролиз • Гликолиз • Метанолиз

• В декабре 2010 года Ян Байенс и его коллеги из университета Уорик предложили новую технологию переработки практически всех пластмассовых отходов. Машина с помощью пиролиза в реакторе с кипящим слоем при температуре около 500° С и без доступа кислорода разлагает куски пластмассового мусора, при этом многие полимеры распадаются на исходные мономеры. Далее смесь разделяется перегонкой. Конечным продуктом переработки являются воск, стирол, терефталевая кислота, метилметакрилат и углерод, которые являются сырьём для лёгкой промышленности. Применение этой технологии позволяет сэкономить средства, отказавшись от захоронения отходов, а с учётом получения сырья (в случае промышленного использования) является быстро окупаемым и коммерчески привлекательным способом утилизировать пластмассовые отходы.

Каучуки  — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся  эластичностью , водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Природный каучук

Высокомолекулярный углеводород  (C 5 H 8 ) n , цис-полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза(многолетнего травянистого растения рода Одуванчик) и других каучуконосных растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур.

Это придает каучуку высокую

эластичность в широком

интервале температур.

Натуральный каучук перерабатывают в  резину . В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натуарльного каучука (резиновый клей). Каучук открыт  де ла Кондамином  в Кито (Эквадор) в 1751 году. Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. В промышленных масштабах натуральный каучук производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме и Таиланде.

Синтетические каучуки

• Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук , производившийся синтезом по методу С. В. Лебедева (получение из этилового спирта бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия).
• В 1932 году в Ярославле запущен завод СК-1, работающий на основе этого метода, который стал первым в мире заводом по производству синтетического каучука в промышленных масштабах .
• В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».
• Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением  катализаторов Циглера — Натта.

• Изопреновые каучуки  — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.

Основные типы синтетических каучуков:

1) Изопреновый 1)

2)Бутадиеновый

3)Бутадиен- метилстирольный 3)

4)Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)

5)Этилен-пропиленовый(этилен-пропиленовый сополимер) 5)

6)Бутадиен-нитрильный(бутадиен-акрилонитрильный сополимер) 6)

7)Хлоропреновый(поли-2-хлорбутадиен) 7)

8)Силоксановый

9)Фторкаучуки 9)

10)Тиоколы

n СН 2 =С(СН 3 )-СН=СН 2  → (-СН 2 -С(СН 3 )=СН-СН 2 -) n

[-CH2CH2-] n -[-CH(CH3)CH2-] m

— [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n  — [-CH 2 -CH(CN)-] m —

  (-H 2 C-CCl=CH-CH 2 -) n

Промышленное применение

• Наиболее массовое применение каучуков — это производство  резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.
• Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло-, звуко-, воздухо- и гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.
• Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.
• В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя.