Полимеры термопластичные и термореактивные кратко

Обновлено: 17.05.2024

Полимерные материалы представляют природные или синтетические высокомолекулярные органические соединения, состоящие из огромного количества атомов. Строение молекул полимеров может иметь линейный или объёмный характер.

Полимеры, молекулы которых имеют линейное строение, обладают термопластичностью — размягчаясь при нагревании они вновь затвердевают при охлаждении. Размягчение и отвердевание можно проводить многократно. Многократное нагревание с последующим охлаждением не вносит существенных изменений в свойства материала (полиэтилен, полистирол).

Полимеры, имеющие объёмное строение молекул, обладают термореактивностью — они не могут многократно обратимо расплавляться и затвердевать. При первом нагревании они становятся пластичным и принимают заданную форму, переходя в неплавкое и нерастворимое состояние (фенопласты).

По упругим свойствам полимеры подразделяют на:

Полимерные материалы содержат три группы веществ:

Связующими веществами служат синтетические смолы. В качестве пластификаторов вводят глицерин, камфору и др. вещества, которые повышают эластичность и пластичность полимеров, облегчая их переработку. Наполнители (порошковые, волокнистые) придают полимерным изделиям большую механическую прочность, предотвращают усадку. Кроме этого, в состав вводят пигменты, стабилизаторы, ускорители твердения и др. вещества.

При изготовлении полимерных строительных материалов, изделий и конструкций наибольшее применение находят полиэтилен (плёнки, трубы), полистирол (плиты, лаки), полихлорвинил (линолеум), полиметилметакрилат (органическое стекло).

Благодаря хорошим механическим свойствам, эластичности, электроизоляционным качествам, способности принимать любую форму в процессе переработки полимерные материалы нашли широкое применение во всех областях строительства и в нашей повседневной жизни.

Исходные полимерные материалы

Полимеры в зависимости от метода получения подразделяют на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризационные полимеры получают путём полимеризации. К ним относятся полиэтилен, полистирол.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена из попутного и природного газа. Он стареет под действием солнечной радиации, воздуха, воды. Его плотность 0,945 г/см³, морозостойкость −70 °C термостойкость всего 60-80 °C. По способу получения различают полиэтилен высокого давления (ПВД), низкого давления (ПНД) и на окисно-хромовом катализаторе (П). При нагревании до 80 °C полиэтилен растворяется в бензоле, четырёххлористом углероде. Применяют его для изготовления плёнок отделочных материалов.

Полиизобутилен — каучукоподобный или жидкий эластичный материал, получаемый полимеризацией изобутилена. Он легче полиэтилена, менее прочен, обладает очень малой влаго- и газопроницаемостью, почти не стареет. Применяют его для изготовления гидроизоляционных тканей, защитных покрытий, плёнок, в качестве добавок в асфальтобетонах, вяжущего для клеев и др.

Полистирол — термопластичная смола, продукт полимеризации стирола (винилбензола). Применяют его для изготовления плит, облицовочных плиток, лаков эмалей и др.

Полиметилметакрилат (органическое стекло) — образуется в процессе полимеризации метилового эфира в результате его обработки метакриловой кислотой. В начале образуется метилметакрилат в виде бесцветной, прозрачной жидкости, а затем получают стеклообразный продукт в виде листов, трубок… Они очень стойки к воде, кислотам и щелочам. Применяют их для остекления, изготовления моделей.

Поликонденсационные полимеры получают методом поликонденсации. К ним относятся полиэфирные, акриловые, кремнийорганические и др. смолы, полиэфиры, полиуретановые каучуки.

Строительные материалы

Лекция №28

Виды и свойства полимеров.

Термопластичные и термореактивные пластмассы.

По упругим свойствам полимеры подразделяют на:

Полимерные материалы содержат три группы веществ:

Исходные полимерные материалы

Полимеры в зависимости от метода получения подразделяют на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризационные полимеры получают путём полимеризации. К ним относятся полиэтилен, полистирол.

Реакция полимера на механическое воздействие при повышенных температурах зависит от его строения. Возможна следующая схема классификации полимеров в зависимости от их поведения при высоких температурах:

Все полимеры можно разделить на термопласты (или термопластичные полимеры) и реактопласты (или термореактивные полимеры)
Термопласты размягчаются при повышении температуры литья под давлением и становятся подобными жидкостям, а при охлаждении они твердеют
Этот процесс обратим и может быть повторен несколько раз.

Термопласты - сравнительно мягкие материалы. Большинство линейных гибкоцепных полимеров и полимеров с относительно небольшим содержанием боковых ветвей принадлежат к классу термопластов.

Если говорить о молекулярном уровне, то это означает, что с повышением температуры вторичные связи разрушаются благодаря интенсивным молекулярным движениям. При этом становится возможным относительное перемещение соседних цепей при приложении напряжений. Если же расплавленный термопласт нагреть до слишком высокой температуры, то при литье под давлением начинается необратимая термодеструкция (разрушение он перегрева полимера).

Производство изделий из таких материалов происходит при одновременном воздействии повышенных температур и давления. Примеры обычных распространенных термопластов это полиэтилен, полистирол, полиэтилентерефталат и поливинилхлорид.

Особенности термореактивных полимеров

Термореактивные полимеры — это материалы с сетчатой структурой. Они становятся твердыми непосредственно в процессе их изготовления, остаются в таком состоянии и не размягчаются при нагревании.

В сетчатых полимерах существует сетка ковалентных связей между соседними молекулярными цепями. При нагревании эти связи сохраняются и препятствуют вибрационным или ротационным движениям молекул. Поэтому они остаются твердыми при повышении температуры. Сетка поперечных сшивок - довольно плотная:

От 10 до 50% повторяющихся единиц в цепи связаны поперечными связями
Лишь нагревание до очень высоких температур приводит к разрушению этих связей, и, как следствие, полимер деструктирует
Как правило, реактопласты более жесткие и более прочные материалы по сравнению с термопластами, так что изделия из них лучше сохраняют приданную им форму.

Большинство сшитых и сетчатых полимеров, включая и вулканизованные каучуки, а также эпоксидные и фенольные смолы, а также полиэфиры, относятся к классу реактопластов.

Производственная компания “Эрмий”

197375, Санкт-Петербург, ул.Ново-Никитинская, 5

Письмо директору

Политика конфиденциальности

Данный сайт несет исключительно информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положением ст. 437 Гражданского кодекса РФ.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Строение Часто в его строении можно выделить мономер — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, называют например поливинилхлорид (—СН2—СНСl—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами.

Образование Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат.

Применение Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Классификация полимеров Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения. Неорганические полимеры[источник не указан 109 дней]. Их основу составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест.Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные (частный случай - звездообразные), ленточные, пространственные[Неизвестный термин], плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Термопластичные и термореактивные полимеры Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Природные органические полимеры Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных – высокомолекулярных.

Особенности полимеров Особые механические свойства: эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки); малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло); способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров: высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера; растворение полимера происходит через стадию набухания. Особые химические свойства: способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.). Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством — гибкостью.

Краткое описание документа:

Термопластичные и термореактивные полимеры

•Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим.

•Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Реакция полимерного материала на механическое воздействие при высокой температуре определяется его строением. Исходя из этого, все полимеры подразделяются на термопластичные (термопласты) и сетчатые термореактивные (реактопласты). Описываемый принцип классификации полимеров основан на изменении их поведения в зависимости температуры.

Свойства термопластов

При повышении температуры термопластичные полимеры стремятся к переходу в жидкое состояние, а при охлаждении затвердевают. Процесс размягчения/затвердевания обратим и может повторяться многократно.

Изготовление изделий из термопластичных полимеров (ПЭТ, полистирола, полиэтилентерефталата и ПВХ) происходит при параллельном воздействии высоких температур и давления.

Материалы, принадлежащие к классу термопластов, сравнительно мягкие. К ним относится большинство линейных полимеров гибкоцепного типа и полимеров с небольшим количеством боковых ветвей.

Особенности реактопластов

Термореактивные полимеры имеют сетчатую структуру. Они затвердевают непосредственно в процессе их изготовления. Процесс затвердевания реактопластов необратим. Они остаются в твердом состоянии, несмотря на повторное нагревание. Структура сетчатых полимеров образована ковалентными связями между соседними цепями молекул. Эти связи не разрушаются при нагревании, поскольку не допускают вибрационного или ротационного движения молекул. Это позволяет материалу оставаться твердым при повышении температуры. Поперечные молекулярные сшивки также довольно плотные.

· До половины повторяющихся единиц молекулярной цепи реактопластов связаны между собой поперечными связями.

· Разрушение этих связей возможно лишь путем нагревания до экстремально высоких температур.

· Подавляющее большинство реактопластов превосходит термопласты по жесткости и прочности, материалы лучше сохраняют приданные им формы.

К классу реактопластов относится большинство полимеров сшитого и сетчатого типов, в том числе и вулканизованные каучуки, эпоксидные и фенолсодержащие смолы, а также полиэфирные соединения.

По отношению к нагреванию полимеры делятся на: термопластичные термореактивные.

При нагревании термопластичных полимеров их свойства постепенно изменяются и при достижении определенной температуры они переходят в вязкотекучее состояние. Размягчение происходит преимущественно в результате уменьшения сил межмолекулярного взаимодействия и увеличения кинетической энергии молекул. При охлаждении жидких термопластических полимеров наблюдаются обратные явления. Поскольку химическая природа полимера при этом не изменяется, то процесс плавления и процесс отвердевания можно повторить много раз (циклировать).

Термопластичные полимеры состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями. Энергия разрыва физических связей невелика и составляет от 12 до 30 кДж/моль. При нагревании физические связи исчезают, при охлаждении восстанавливаются. Энергия разрыва химических связей, соединяющих мономерные звенья в цепную макромолекулу, многократно превышает указанные значения, составляя 200-460кДж/моль. Поэтому при нагревании термопластичных полимеров (термопластов) до температуры плавления физические связи исчезают, а химические ковалентные сохраняются и, следовательно, сохраняется неизменным химическое строение полимера. При охлаждении и затвердевании такого расплава физические связи и основные физические свойства термопластичного полимерного вещества восстанавливаются.

Таким образом, термопласты, во-первых,допускают формование изделий из расплава с его последующим охлаждением и затвердеванием и,во-вторых,могут перерабатываться многократно. Это, в свою очередь, позволяет возвращать в производственный цикл отходы производства, брак, изделия, утратившие потребительскую ценность.

К термопластическим полимерам относятся:

полиэтилен
полипропилен
полибутадиен полистирол и др.

При нагревании термореактивных полимеров за счет свободных функциональные группы или непредельных связей соседних макромолекул происходит взаимодействие с образованием химических связей. Полимер приобретает сетчатую структуру отвердевает (переходит в стеклообразное состояние). Такие полимеры не восстанавливают свои свойства при последующем охлаждении.

Термореактивные полимеры состоят из макромолекул, соединенных поперечными ковалентными, то есть химическими связями. Такая сетчатая химическая структура необратима. Нагревание сетчатых полимеров приводит не к расплавлению, а к разрушению пространственной сетки, сопровождающемуся деструкцией. С точки зрения практической физики это означает, что реактопласты допускают лишь однократную переработку в изделия, которые формируются в результате химической реакции отверждения. Технологические и иные отходы производства практически не рециклируются.

Вместе с тем сетчатая молекулярная структура придает полимерам ряд особых свойств, не наблюдаемых у термопластов. Так, густо сетчатые термореактивные полимеры, например, полиэпоксиды, характеризуются повышенными значениями жесткости, модуля упругости, теплостойкости; редко сетчатые реактопласты, основными представителями которых являются резины, обладают высокой деформативностью, стойкостью к истиранию, повышенным коэффициентом трения.

Примером термореактивных полимеровмогут служить:

фенолформальдегидные смолы алкидные смолы мочевиноальдегидные смолы

Особенностью полимеров является их способность испытывать высокоэластические деформации. Различные полимеры проявляют это свойство при разных температурах: так, например, каучук эластичен даже при очень низких температурах ( 600С), полиметилметакрилат (органическое стекло) лишь при температурах выше 800C. Полимеры, которые легко деформируются при комнатной температуре, называют эластомерами, трудно деформируемые пластомерами или пластиками.

Читайте также: