классификация полимеров по отношению к нагреванию

Классификация полимеров по отношению к нагреванию

Классифицируются полимеры по различным признакам: составу, форме макромолекул, полярности, отношению к нагреву и т.д.

1. По составу основной цепи

— гомополимеры — полимеры, построенные из одинаковых мономеров:

(целлюлоза, состоящая из остатков β-D-глюкозы);

— сополимеры — полимеры, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев:

(нуклеиновая кислота, гиалуроновая кислота, белки);

— блок-сополимеры, состоящие из нескольких полимерных блоков:

Сополимеры получаются в результате реакций сополимеризации.

2. По строению главной цепи

— гомоцепные

— гетероцепные

Гомоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую из одинаковых атомов. Если она состоит из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными (полиэтилен, полистироли др.).

Гетероцепными называют такие полимеры, главная цепь которых состоит из различных атомов. К гетероцепным полимерам относятся простые эфиры, например, полиэтиленгликоль.

3. По регулярности строения цепи

— регулярные (стереорегулярные и стереонерегулярные) (присоединение мономерных звеньев по схеме «голова к хвосту» («головой» называется часть звена без заместителя, а «хвостом», соответственно, часть звена с заместителем);

— нерегулярные (беспорядочное чередование мономеров различного химического состава).

Однако в большинстве случаев присоединение звеньев идет по типу «голова к хвосту» и при таком строении полимерная цепь довольно регулярна.

4. По форме макромолекулы

— линейные;

— разветвленные;

— пространственные (сшитые)

Линейные и разветвленные цепи полимеров можно превратить в пространственные структуры «сшиванием» с помощью света, радиации или под действием химических реагентов.

5. По химическому составу

По химическому составу полимеры подразделяются на органические, элементоорганические и неорганические.

Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений. Органические полимеры в главной цепи кроме атомов углерода, могут содержать также и другие элементы — кислород, азот, серу и т.д. Органическими полимерами являются смолы и каучуки.

Элементоорганические соединения в природе не встречаются. Этот класс материалов полностью создан искусственно.

Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами (СН₃, С₆Н₅, СН₂). Эти радикалы придают материалу, прочность и эластичность, а неорганические атомы сообщают повышенную теплостойкость. Представителями их являются кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры построены из атомов кремния, алюминия, германия, серы и др. и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические полимеры являются основой керамики, стекол, ситаллов, слюдяных, асбестовых, углеграфитовых и других материалов.

6. По отношению к нагреванию

— термопластические;

— термореактивные

При нагревании термопластических полимеров их свойства постепенно изменяются и при достижении определенной температуры они переходят в вязкотекучее состояние. При охлаждении жидких термопластических полимеров наблюдаются обратные явления. Химическая природа полимера при этом не изменяется, процесс плавления и процесс отвердевания обратим.

К термопластическим полимерам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид.

При нагревании термореактивных полимеров (реактопласты) они приобретают сетчатую структуру. Такие полимеры не восстанавливают свои свойства при нагревании и последующем охлаждении. Примером таких полимеров служат фенолформальдегидные смолы, мочевиноальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. Они содержат обычно различные наполнители.

7. По развитию деформации (при комнатных температурах)

— пластомеры;

— эластомеры

Полимеры, которые легко деформируются при комнатной температуре, называют эластомерами, трудно деформируемые – пластомерами (пластиками).

8. По природе (происхождению)

— природные;

— искусственные;

— синтетические

Полимеры, встречающиеся в природе – органические вещества растительного (хлопок, шелк, натуральный каучук, целлюлоза и др.) и животного (кожа, шерсть и др.) происхождения, а также минеральные вещества (слюда, асбест, естественный графит, природный алмаз, кварц и др.).

Искусственные полимеры получают из природных полимеров путем их химической модификации. Одним из наиболее распространенных природных полимеров, который непрерывно регенерируется в процессе фотосинтеза, является целлюлоза.

Нитроцеллюлоза и ацетатцеллюлоза – продукты химической модификации целлюлозы – искусственные полимеры. Они растворимы в ацетоне, хлороформе и др. растворителях.

Эфиры целлюлозы используют для получения фотопленки и волокон.

Вискозная нить получается растворением природной целлюлозы в сероуглероде со щелочью с последующим ее выделением. Вискозная нить и целлюлоза природная имеют различную кристаллическую структуру, пластмасса целлулоид получается обработкой нитроцеллюлозы камфарой в присутствии спирта.

Синтетические полимеры получают из простых веществ путем химического синтеза. Основным преимуществом синтетических полимеров перед природными являются неограниченные запасы исходного сырья и широкие возможности синтеза полимеров с заранее заданными свойствами. Исходным сырьем для получения синтетических полимеров являются продукты химической переработки нефти, природного газа и каменного угля.

9. По полярности

— полярные;

— неполярные

Неполярные не содержат полярных групп атомов — ПЭ (полиэтилен), ПП (полипропилен) и др.

Источник

Нагрев и деформация полимеров: поведение и физическое состояние пластмасс.

Практически все способы обработки пластика сводятся к вводу энергии, которая в итоге преобразуется в тепло, и прикладыванию определенного давления. Это касается даже процесса сваривания. Поэтому мы можем сделать следующий вывод:

Главными характеристиками, от которых будет зависеть способность полимеров к свариванию и переработке, являются их реакция на нагревание и деформирование.

В зависимости от реакции на термический нагрев все полимеры можно разделить на такие группы:

Термопластичные пластмассы или термопласты. Такие полимеры не изменяют свою структуру при повышении температуры и охлаждении. При нагреве термопласты размягчаются, но остаются химически неизменными. Это свойство термопластов позволяет их легко сваривать или создавать из них изделия различных форм.

Термореактивные пластмассы или реактопласты. Данный тип полимеров под воздействием высоких температур приобретают пространственную структуру и полностью утрачивают способность плавиться. Термореактивные пластики соединяют при помощи так называемой химической сварки.

Особенности подвижности макромолекул полимеров при нагреве

Нагрев пластиков ведет к преобразованию их состояния за счет того, что повышение температуры увеличивает запас средней тепловой энергии макромолекул полимеров, следовательно, подвижность макромолекул повышается. С характеристикой подвижности макромолекул у полимеров связаны определенные особенности, которые мы рассмотрим в данной статье.

Гибкость макромолекул пластика

Молекулы полимеров связаны друг с другом очень сильно, поэтому при нагревании макромолекулы не разъединяются полностью и не могут независимо друг от друга двигаться. Полный разрыв соединений макромолекул пластика по всей длине возможен только при воздействии такого количества энергии, которое больше энергии хим. связей основной цепи. Это значит, что оторвать молекулы полимера друг от друга возможно только при полной деструкции химических связей. Однако, на помощь для перемещения молекул приходит такое их свойство как гибкость макромолекул полимера.

Гибкость молекулы полимера обуславливается ее большой длиной, которая может быть больше поперечника в тысячи раз. Свойство макромолекулы изгибаться можно сравнить с гибкостью длинной нити. Также дополнительная гибкость обеспечивается деформированием валентных углов и увеличением при нагреве межчастичных расстояний. Вращение частиц макромолекулы вокруг простых химических связей без их разрыва требует значительно меньших энергозатрат. Данное вращение называют конформацией.

Из-за теплового движения отдельных звеньев макромолекул полимеров и благодаря их высокой гибкости, относительное перемещение молекул пластика происходит частями.

Гибкость макромолекул измеряется в величине ее частицы, которая при определенных условиях внешнего воздействия ведет себя как отдельная кинетическая единица и двигается независимо от других сегментов.

Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше будет гибкость цепи, а увеличение молекулярных связей наоборот гибкость уменьшает. Если взять две молекулы полимера с равной молекулярной массой, то гибкость будет больше у той, у которой длина сегментов меньше.

Выделяют три состояния аморфных полимеров, которые обуславливаются свойством гибкости молекул:

Стеклообразное состояние. Или проще говоря застывшее. При низких температурах пластик полностью застывает и твердеет. В данном состоянии не наблюдается абсолютно никакой сегментарной подвижности, потому как в молекуле для этого не хватает тепловой энергии. Время пребывания в застывшем состоянии у пластика практически не ограничено.

Высокоэластичное состояние. Данное свойство наблюдается при повышении температуры. Сегменты начинают смещаться и макромолекулы становятся способны принимать различные конформации: от полностью свернутой до выпрямленной. При деформации в высокоэластичном состоянии молекулы полимера могут сильно удлиняться, а при застывании опять вернутся в исходное состояние.

Вязкотекучее состояние. Данное физическое состояние полимера возможно при значительном его нагревании. В данном случае пластик плавится и течет даже при небольшом на него воздействии. При этом состоянии активно двигаются не только сегменты, но и отдельные молекулы целиком.

При постепенном нагреве смена физического состояния полимера происходит в определенном диапазоне температурных значений, но за температуру перехода обычно берут среднюю температуру интервала. Такие переходы очень хорошо видны на термомеханических кривых (график зависимости деформации от температурных показателей).

На термомеханической кривой можно увидеть три участка кривой, которые соответствуют каждому из описанных выше состояний. Посмотреть термомеханическую кривую для аморфного пластика вы можете на иллюстрации ниже.

Как видно на графике, на первом участке с низкой температурой показатель деформации совсем маленький. Тхр – это температура хрупкости полимера. Тс – это температура стеклования, при которой пластик переходит с высокоэластичного состояния в стеклообразное и обратно. После перехода из стеклобразного в высокоэластичное состояние идет так называемое переходное состояние, когда повышение температуры приводит к определенному уровню деформации, сохраняющемуся на всем интервале температур для высокоэластичного состояния. При вязкотекучем состоянии уровень деформации повышается очень резко. Граничная температура для состояний высокоэластичности и вязкотекучести называется Тт – температура текучести. Рост деформации продолжается до достижения температуры разложения полимера.

Термомеханические кривые для различных типов полимерных масс будет отличаться, их вид зависит от степени кристалличности полимера и от молекулярной массы. К примеру, при малых значениях молекулярной массы высокоэластичная область на термомеханической кривой будет практически отсутствовать, а для частично-кристаллических полимеров температура текучести будет выше температуры плавления.

Для переработки полимеров наиболее значимым является интервал температур между текучестью и разложением, ведь от него зависит, насколько чувствительным будет процесс переработки к изменению параметров режима.

Компания Полимернагрев специализируется на изготовлении нагревательных элементов для нагрева пластика для различного промышленного оборудования. У нас вы можете купить такие типы нагревательных элементов для переработки полимеров:

Если у вас остались вопросы по нагреву полимеров, пишите их в форме ниже или отправляйте нам на почтовый ящик, постараемся ответить на все в самые короткие сроки.

Источник

Полимеры

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

…-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-… или (-CH₂—CH₂-)_n

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH₂–CH₂–)_n.

Классификация полимеров

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH₂–CHR–)_n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.

Термореактивные полимеры — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Полимеризация и поликонденсация

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH₂–CH₂–)_n