XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Полимеры в нашей жизни
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Одним из главных успехов химии являются полимеры. Это сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул-мономеров.
Люди научились создавать искусственные полимеры, чем значительно расширили возможности строительства, производства и быта. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами, за счет чего они внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, медицину, быт.
Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Главной причиной бурного развития химии полимеров стала потребность в новых недорогих материалах и развитие технического процесса.
Широко внедрившиеся в нашу повседневную жизнь полимерные материалы и изделия из них знакомы всем. Но ведь эра полимеров относительно недавно началась, так что их сегодняшний ассортимент составляет лишь малую толику от совершенно неведомого нам богатства полимерных веществ, которые еще будут открыты в природе и синтезированы в лабораториях.
Актуальность: с развитием полимеров они стали активно внедряться в нашу жизнь и тесно переплетаться с повседневностью, поэтому выбранная тема очень актуальна.
Цель работы: Выявить основные направления в применении полимеров. Обозначить роль полимеров в жизни человека и рассмотреть перспективы их применения.
Задачи:
Изучить структуру полимеров
Дать им классификацию
Ознакомиться со способами получения
Выявить сферы применения.
«Отец» полимеров
Отцом полимеров считается преподаватель органической химии из Швейцарской высшей технической школы Цюриха Герман Штаудингер.
Герман Штаудингер.
Его исследования 1920-х гг. проложили путь для последующей работы, как с естественными, так и с синтетическими полимерами. Он ввел два термина, являющихся ключевыми для понимания полимеров: полимеризация и макромолекула. В 1953 г. Штаудингер получил заслуженную Нобелевскую премию «за его открытия в поле макромолекулярной химии».
Полимеризация — метод создания синтетических полимеров путем комбинирования более маленьких молекул, мономеров, в цепочку, скрепляемую ковалентными связями. Различные химические реакции, например те, что вызваны теплом и давлением, изменяют химические связи, которые скрепляют мономеры. Процесс заставляет молекулы связываться в линейной, разветвленной или пространственной структуре, превращая их в полимеры. Эти цепочки мономеров также называют макромолекулами. Одна макромолекула может состоять из сотен тысяч мономеров.
Типы полимеров
По химическому составу различают:
Органические полимеры:
Природные полимеры
Такие полимеры можно найти в природе. Человек не участвует в производстве таких полимеров. В качестве примера можно привести белки, крахмал, натуральный каучук, хлопок, шерсть и др.
Искусственные полимеры
Чтобы получить такие полимеры, человек проводит химические опыты. Например, чтобы получить модифицированный полимер, который затем будет применён при производстве красок, химики добавляют в раствор стирола в толуоле или ксилоле льняное или касторовое масло и нагревают его.
Пример такого полимера — целлюлоза.
Синтетические полимеры
Произвести такие полимеры можно с помощью химического синтеза (т. е. химическим путём). В синтезе участвуют высокомолекулярные органические продукты. Например, чтобы получить синтетический полимер лавсан нужно поликонденсировать (т. е. провести химический опыт) терефталевую кислоту и этиленгликоль.
Пример — капрон, нейлон, полиэтилен, полипропилен, полистирол, фенолформальдегидные смолы.
элементоорганические;
Содержат атомы других химических элементов, например кремния, алюминия, титана и др. Выделяют:
термостойкие полимеры;
полимеры с высокой электропроводностью и полупроводниковыми свойствами;
вещества с высокой твёрдостью и эластичностью;
биологические активные полимеры и др.
Химики получают такие полимеры при взаимодействии определённых органических веществ с солями или заменяя некоторые атомы углерода в молекулах на другие составляющие. Пример — полисилоксаны, полититаноксаны и др.
неорганические.
Полимеры, молекулы которых построены из неорганических боковых цепей (или неорганических радикалов). Неорганические полимеры можно обнаружить в составе земной коры.
Полимеры могут отличаться составом мономерных звеньев.
Мономерное звено — это составная часть макромолекулы полимера. Различают:
Гомополимеры
Это такие полимеры, у которых одинаковые мономерные звенья. Например: полихлорвинил, поливинилацетат и полистирол.
Гетерополимеры
Это полимеры, которые имеют различные мономерные звенья. Например: сополимер хлористого винила с винилацетатом, сополимер стирола с бутадиеном.
Полимеры могут также подразделяются также на карбоцепные (или гомоцепные) и гетероцепные полимеры.
Карбоцепные полимеры
Главные цепи макромолекул таких полимеров включают только атомы углерода. Например: каучук.
Гетероцепные полимеры
Главные цепи макромолекул таких полимеров включают не только атомы углерода, но ещё и атомы кислорода, азота и серы. Например: простые эфиры (например, полиэтиленгликоль), сложные эфиры (глифталевые смолы, полипептиды (белки) и др.).
Полимеры также могут подразделяться в зависимости от расположения мономерных цепей в пространстве. Различают:
стереорегулярные (полимеры с линейной структурой);
нестереорегулярные (или атактические).
Строение макромолекул полимеров может быть различным. Таким образом, есть полимеры:
линейные;
разветвлённые;
лестничные;
трёхмерные сшитые (сетчатые, пространственные).
Полимеры можно получить разными способами:
если полимер получают с помощью поликонденсации, то такой полимер называют поликонденсационным (или реактопластами);
если с помощью полимеризации — речь идёт о полимеризационном полимере.
В зависимости от реакции полимера на нагревание выделяют:
термопластичные (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол);
термореактивные полимеры (полиэфиры, эпоксидные, меламиновые и фенольные смолы).
Свойства полимеров
предотвращают передачу тепла (являются теплоизоляторами);
обладают большой эластичностью;
обладают высокой стойкостью в агрессивной химической среде;
являются диэлектриками (субстанциями, которые плохо проводят электрический ток, т. е. не пропускают его через себя).
Полимеры на практике обозначают сокращенными аббривиатурами:
Термопласты и их сокращенные обозначения
АБС – привитой сополимер акрилонитрила, стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком.
АЦ – ацетат целлюлозы.
ЛПЭНП – линейный полиэтилен низкой плотности.
МС – сополимер стирола с метилметакрилатом.
МСН – сополимер стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом.
ПАН – полиакрилонитрил.
ПА – полиамиды.
ПАК – полиамидокислота.
ПАР – полиарилаты.
ПАС – полиалкилсульфон.
ПБТ – полибутилентерефталат.
ПВА – поливинилацетат.
ПВС – поливиниловый спирт.
ПВФ, фторопласт-1 – поливинилфторид.
ПВХ – поливинилхлорид.
ПВДФ, фторопласт-2 – поливинилиденфторид.
ПВДХ – поливинилиденхлорид.
ПИ – полиимиды.
ПК – поликарбонаты.
ПММА – полиметилметакрилат.
ПО – полиолефины.
ПП – полипропилен.
ПС – полистирол.
ППС – пенополистирол.
ПСФ – полисульфон.
ПТП – пентапласт.
Эластомеры и их сокращенные обозначения
БК – статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
ДСТ-30 – термоэластопласт с 30% блоков стирола.
СКДЛ – цис-полиизобутиленовый (литиевый катализатор).
СКИ – цис-полиизопреновый.
СКЭП – сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
СКЭПТ – сополимер этилена, пропилена и 1-2% несопряженного диена.
Применение полимеров
Сложно переоценить значение полимеров с точки зрения их практического применения. В современном мире практически не найдется ни одной сферы жизни человека и общества, науки и бизнеса где не применялся бы хотя бы один вид полимеров.
Наиболее активное применение полимерные материалы получили в производстве автомобилей, машин и оборудования; в авиационной и аэрокосмической индустриях; в индустрии разработки и создания медицинских аппаратов и инвентаря. Остановимся на некоторых из направлений практического использования полимерных материалов более подробно.
Применение полимеров в автомобильной индустрии
Надежность работы современного автомобиля, долговечность и комфорт его эксплуатации, а также (что важно) безопасность передвижения могут быть обеспечены только при условии применения полимерных материалов — пластмасс, резин, лаков и красок и прочее.
Из пластмасс изготовляют кузова и кабины автомобилей и их отдельные крупногабаритные детали, разнообразные малогабаритные детали конструкционного и декоративного назначения, теплоизоляционные и звукоизоляционные детали и др.
К важнейшим и наиболее материалоемким резиновым изделиям для автомобилестроения относятся шины. Большое значение в этой отрасли промышленности имеют также многочисленные резино-технические изделия, от качества которых во многом зависит надежность работы автомобиля.
Лакокрасочные материалы применяемые для грунтования и окончательной отделки металлических поверхностей, должны образовывать покрытия, которые надежно защищают металл от коррозии (см. Защитные лакокрасочные покрытия), обладают высокой твердостью, эластичностью, ударопрочностью, термо- и износостойкостью.
Применение полимеров в авиастроении
Еще одним масштабным направлением практического применения широкой гаммы полимерных материалов является индустрия разработки, производства и эксплуатации летательных аппаратов.
Целесообразность применения полимеров в указанном направлении обусловлено их легкостью, вариабельностью состава и строения и следовательно, широким диапазоном технических свойств. Тенденция к расширению границ применения полимерных материалов характерна также и для производства ракет и космических аппаратов.
Основные полимеры и сегменты использования:
Реактопласты;
Термопласты;
Пенопласты и сотопласты;
Резина;
Герметики и клеи;
Лакокрасочные материалы.
Применение полимеров в медицине
Благодаря широкой гамме свойств и физико-химических характеристик получаемых изделий полимеры и материалы на их основе получили огромное применение в медицине.
Применение полимерных материалов с целью изготовления изделий и техники медицинского назначения позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и прочее.
Особое внимание следует уделить вопросу применения полимерных материалов в фармакологии. Роль данной категории материалов в фармакологическом аспекте, пока относительно невелика. В лечебной практике их используют мало. К веществам, вводимым в организм, тем более к таким, которые должны в растворенном виде попасть в кровь, лимфу, межклеточные и клеточные полости и могут достигнуть любой части тела, любого его рецептора, предъявляются, естественно, очень жесткие требования.
Также отдельно следует остановиться и на вопросе практического использования полимерных материалов в таком медицинском сегменте, как – хирургия. Учитывая свойства получаемых изделий полимерные материалы получили активное применение сразу в нескольких сегментах современной хирургии:
Восстановительная хирургия;
Сердечно-сосудистая хирургия;
Хирургия внутренних органов и тканей;
Травматология и ортопедия;
Применение полимеров в функциональных узлах хирургических аппаратов.
В заключении отметим, что полимеры в медицинском аспекте применяются также в вопросе создания кровезаменителей и плазмозаменителей.
Применение полимеров в пищевой промышленности
Пожалуй самым известным для массового потребителя является вопрос использования полимеров для нужд пищевой промышленности.
Следует отметить, что полимеры в пищевой промышленности должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания. Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химическиеи токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий.
К числу наиболее крупных потребителей полимерных материалов в пищевой промышленности выступают “пищевое машиностроение” и производство тары и упаковки для хранения и транспортировки продуктов питания. При этом, в последнем случае, полимеры могут выступать и как основной материал (например, пластиковые бутылки), так и в качестве вспомогательных элементов и добавок, призванных (например) уберечь металлический контейнер от коррозии.
Применение полимеров в судостроении
Благодаря использованию полимерных материалов значительно улучшаются технические и эксплуатационные характеристики судов, повышаются их надежность и долговечность, сокращается продолжительность и снижается трудоемкость постройки.
Современная судостроительная промышленность — один из крупнейших потребителей синтетических полимерных материалов, причем области их применения очень разнообразны, а перспективы использования практически неограниченны. Полимеры применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций, в производстве деталей судовых механизмов, приборов и аппаратуры, для окраски судов, отделки помещений и их тепло-, звуко- и виброизоляции, а также прочие полезные свойства.
Применение полимеров в строительстве
Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно разнообразны. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко- и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие:
несущие и ограждающие конструкции;
теплоизоляция;
гидроизоляция;
полы и напольные покрытия;
инженерные коммуникации;
клеи, пены;
модифицирующие добавки.
Будущее полимеров
Исследователи экспериментируют с различными типами полимеров, нацеливаясь на развитие медицины и улучшение продуктов, которые мы уже используем. Например, укрепленные углеволокном полимерные соединения должны сделать автомобили легче (что означает снижение потребления топлива) и безопаснее.
Полимеры также используются для развития голограмм. Ученые из Университета Пенсильвании создали голограмму на гибком полимерном материале, в который были включены золотые наностержни. Новое устройство может поддерживать несколько изображений вместо одного.
«Это важный шаг, ведь теперь можно записывать несколько голографических изображений и менять их, просто растягивая полимер», — говорит ведущий автор исследования, профессор из Университета Пенсильвании Ритеш Агаруол.
Искусственная кожа, сделанная из силикона (который, к слову, тоже полимер), может стать будущим в отрасли борьбы со старением. Кремы на основе полимеров должны помочь в подтягивании кожи, а значит, прощайте, морщины и мешки под глазами. Кроме того, искусственная кожа должна помочь людям с заболеваниями кожи, например с экземой, а также может быть использована для защиты от солнца.
Самые распространенные полимеры:
Каучук
Каучуки - полимеры сопряженных диеновых соединений. Число мономерных звеньев в молекуле такого полимера может достигать нескольких десятков тысяч.
Промышленность производит много видов синтетических каучуков. Каучуки служат примером эластичных полимеров, обладающих способностью в широком температурном интервале подвергаться значительным обратимым деформациям. Каучуки широко применяются в различных отраслях хозяйства: в производстве автомобильных шин, различных резинотехнических изделий, обуви и т.д. Каучуки, как правило, не токсичны. На основе синтетических и натурального невулканизированного каучуков изготавливают лейкопластыри. Каучуки используются в производстве эластичных зондов, катетеров, хирургических перчаток и других изделий медицинского назначения.
До 30-х гг. прошлого столетия использовали натуральный каучук, выделенный из млечного сока (латекса) тропического растения гевеи и других каучуконосов. Ни один синтетический каучук не мог заменить натуральный. Изучение натурального каучука показало, что это полимер изопрена, в котором все элементарные звенья имеют цис-конфигурацию:
Трас-изомер так же является природным полимером и известен под названием "гуттаперча". В отличии от натурального каучука, гуттаперча не обладает эластичностью:
Синтетические каучуки
Синтетический каучук в промышленном масштабе впервые был получен в 1931 году в СССР по способу С.В.Лебедева. На полузаводской установке было получено 260 кг синтетического каучука из дивинила, а в 1932 году впервые в мире осуществлен его промышленный синтез. В Германии каучук был синтезирован в 1936-1937 годах, а в США – в 1942 году.
Важнейшими мономерами для синтетического каучука служат преимущественно такие сопряженные диеновые углеводороды, как дивинил, изопрен, хлоропрен:
Сырьем для получения исходных продуктов синтеза каучуков являются природный н-бутан (для получения бутадиена) и 2-метилбутан (для синтеза изопрена):
Кроме того, для получения бутадиена используется этиловый спирт (синтез Лебедева):
1,3-бутадиен (дивинил)
Пластмасса
Пластмассами (пластические массы или пластики) называют материалы, изготовляемые на основе полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения.
Как правило, пластмасса — это смесь нескольких веществ, полимер является составляющей частью пластмасс. Именно он связывает все компоненты пластмассы в единое, более или менее однородное целое. Поэтому полимер называют связующим. Кроме связующего полимера в пластмассы добавляют присадки разного назначения: наполнители, красители, вещества, улучшающие механические свойства, термостойкость и устойчивость к старению.Первые пластмассы получали на основе природных полимеров — производных целлюлозы, каучука и т. д. Потом в качестве связующих стали применять и синтетические полимеры — фенолформальдегидные смолы, полиэфиры и т. д.
Полиэтилен (−CH2−CH2−)n – продукт полимеризации бесцветного газа – этилена. Полиэтилен – один из самых легких материалов – имеет высокую эластичность, отличные электроизоляционные свойства, химически стоек, водонепроницаем, морозостоек до –70∘C, пластичен, недорог, технологичен. Недостатки – склонность к старению и невысокая теплостойкость (до +70∘C). Для защиты от старения в полиэтилен вводятся стабилизаторы (2-3% сажи). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких труб, уплотнительных деталей. Применяется для покрытия металлов с целью защиты их от коррозии. Занимает первое место в общем объеме мирового производства пластмасс.
Полипропилен (-СНCH2−CH(СН3)−)n производится из пропилена. По свойствам аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до +150∘C), имеет более высокую прочность, меньше склонен к старению. Применяется для изготовления деталей в автомобилестроении, химическом машиностроении, пленки, волокон, труб для горячей воды, электроизоляционных деталей
Полистирол (-CH2−CH(C6H5)−)n – продукт полимеризации стирола, твердый, жесткий, прозрачный полимер. Имеет очень хорошие электроизоляционные свойства. Химически стоек, водостоек, хорошо обрабатывается механически, более стоек к воздействию радиации по сравнению с другими термопластами. Его недостатки – низкая теплостойкость (до +65∘C), склонность к старению и растрескиванию. Используется в электротехнической, радиотехнической и химической промышленности. Разновидностью полистирола является пенополистирол (вспененный полистирол или пенопласт), который используется для производства теплоизоляционных и звукоизолирующих строительных материалов, одноразовой посуды, обеспечивающей теплоизоляцию.
Фторопласты – производные этилена, в которых все атомы водорода заменены атомами фтора, имеют наибольшую термическую и химическую стойкость из всех термопластичных полимеров. Фторопласт-4 (−CF2−CF2−)n, называемый также тетрафторэтилен или тефлон, имеет высокую плотность (2,2 г/смг/см3), водостоек, не горит, не растворяется в обычных растворителях, обладает электроизоляционными и антифрикционными свойствами (имеют низкий коэффициент трения). По химической стойкости превосходит все известные материалы. Выдерживает температуру от −269 до +260∘C. Существенным недостатком является трудность переработки в изделия и опасность выделения высокотоксичных веществ при термической утилизации. Применяется для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах, при высокой температуре, для антифрикционных покрытий на металлах, прокладок, электроизоляции, а также посуды с антипригарным покрытием.
Полиуретаны — высокомолекулярные соединения, содержащие уретановую группу -NH−COO-. По свойствам они близки к полиамидам, но обладают более высокой стойкостью к действию воды и окислителей, а также превосходят их по диэлектрическим свойствам. Они характеризуются эластичностью, морозостойкостью до –70∘C, применяются для изготовления пленок, волокон, изоляции, полиуретановых каучуков, элементов декора, матрасов, обуви и т.д. Полиуретановая пена широко
Янтарь
С химической точки зрения янтарь – аморфный полимер, имеющий формулу C10H16O+(H2S). Плотность немного выше, чем у воды: 1,07 - 1,09 и максимально 1,3 г/см³. Твердость по шкале Мооса 2 -2,5.
Окраска янтаря очень разнообразна: от практически белого до зеленого и даже синего цветов со всевозможными оттенками. Причиной разнообразия являются примеси посторонних веществ в составе смолы. В ультрафиолете янтарь светится голубовато-белым и желто-зеленым светом. Как и другие биогенные образования, янтарь постепенно стареет, то есть окисляется на воздухе, что приводит к хрупкости и потемнению окраски.
Крахмал
Крахмал в виде микроскопических зерен образуется в зеленых частях растении из углекислоты воздуха и влаги под влиянием света и уносится вместе с соками растения в клубни и зерна, где и отлагается как запасное питательное вещество.
Физические свойства крахмала. Крахмальные зерна разных растений имеют различную форму и величину. Крахмал не растворяется в холодной воде, спирте и эфире. В горячей воде зерна крахмала набухают, увеличиваясь в объеме в сотни раз, затем теряют форму и образуют вязкий и клейкий раствор. Температура растворения крахмала в воде называется температурою клейстеризации. Для картофельного крахмала она равна 60°, для маисового (кукурузного) 70°, пшеничного и рисового -- 80°.
Крахмал очень гигроскопичен, он притягивает влагу з окружающего воздуха содержит обычно 10--20% влаги. Плотность крахмала 1,620-1,650 г/см3. С раствором йода крахмальный клейстер дает интенсивно синее окрашивание, исчезающей при кипячении и вновь появляющееся при охлаждении (качественная реакция на крахмал). Химические свойства крахмала. Крахмал, так же как и целлюлоза, является природным полимером -- полиcaxapидом, принадлежащим к классу углеводов и отвечающим молекулярной формуле (С6К10О5)п. Но структурным звеном молекулярной цепи крахмала будет остаток б-глюкозы, а целлюлозы -- в-глюкозы. Поэтому в крахмале каждые два остатка б-глюкозы образуют остаток дисахарида мальтоза, а в целлюлозе -- каждые два остатка в-глюкозы образуют остаток дисахарида целлюлозы. Мальтоза изомер целлюлозы.
Крахмал содержит две фракции полисахаридов: амилозу и амилопектин. Амилоза имеет линейное строение молекул, закрученных в клубочки. Ее коэффициент полимеризации достигает 1000. Амилозой богат картофельный крахмал
Целлюлоза
Целлюлоза, или клетчатка (от латинского слова «целлула» -- клетка), широко распространена в природе. Целлюлоза -- это прочное волокнистое вещество органического происхождения, из которого состоит опорная ткань всех растений (растительных клеток).
Целлюлозные волокна отличаются белизной, гибкостью, прочностью, упруго-эластичностью, т.е. способностью обратимо деформироваться без разрушения даже при больших механических напряжениях, нерастворимостью в воде и органических растворителях, неплавкостью.
Целлюлоза выдерживает нагрев до 150° без разрушения; при более высокой температуре наблюдается деполимеризация целлюлозы и связанная с этим потеря прочности, а при 270° и выше начинается термическое разложение с выделением продуктов распада: уксусной кислоты, метилового спирта, кетонов, в остатке -- деготь и уголь.
Каждое растительное волокно, например хлопковое, льняное, древесное и др. это одна клетка, оболочка которой состоит в основном из целлюлозы. Внутри волокна имеется канал -- капилляр, доступный для проникновения воздуха и влаги. Технические волокна целлюлозы имеют длину в среднем 2,5--3 мм (ель, сосна, береза, тополь) и 20--25 мм (лен, хлопок, пенька) при диаметре 25 мкм.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
Для достижения поставленной цели мы побывали в Центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий в лаборатории прогрессивных полимеров, который находится в КБГУ им. Х. М. Бербекова.
Кабардино-Балкарский государственный университет имени Х. М. Бербекова (КБГУ)—классический университет, крупнейший вуз Кабардино-Балкарии и один из крупнейших вузов Северного Кавказа, расположенный в Нальчике, столице Кабардино-Балкарии. Был основан 5 апреля 1957 года.
С 1996 года носит имя первого ректора, Хатуты Мутовича Бербекова. Полное название — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет имени Х.М. Бербекова». Широко используется аббревиатура «КБГУ».
Для начала мы ознакомились с представленным оборудованием. Там представлены:
Дифференциальный сканирующий калориметр DSC 4000.
Позволяет определять характер протекающих процессов при нагревании и охлаждении и характеризовать свойства испытуемого материала, такие как температура стеклования, плавления, кристаллизации.
Двухшнековый экструдер с раскрывающимся рабочим цилиндром и боковым дозатором PSHJ-20
. Машина для размягчения (пластикации) материалов и придания им формы путём продавливания через экструзионную головку. Используется для получения главным образом изделия из термопластичных полимерных материалов, для получения гранул, также для переработки резиновых смесей.
. Камера для определения воспламеняемости ЕD01
Установка предназначена для испытания материалов на возгораемость с целью определения характеристики воспламенения материалов.
Установка для ударных испытаний по Изоду и по Шарпи GT-7045.
Используется для определения ударной вязкости термопластов, а также армированных композитных слоистых и прочих пластиков по Шарпи и Изоду. Копер комплектуется маятниками различной конфигурации, с разной энергией и скоростью удара.
Далее мы изучили основные направления деятельности лаборатории и практическое применение полимерных продуктов в жизни.
В лаборатории активно разрабатываются многие полимеры,среди которых: полиэфирэфиркетон, полиэфиркетонекетон,полифениленсульфон, полиэфсульфон, полисульфон. Все материалы применимы на практике, и мы рассмотрели сферы и отрасли ,в которых используются синтезированные полимеры.
Полиэфиэфиркетон (ПЭЭК) (зарубежный аналог – PEEK Victrex)
Применяется для изделий с повышенной прочностью и жесткостью, а также для изделий с повышенной эластичностью. Марка химически устойчива к агрессивным средам, пригодна для стерилизации в медицинском применении и для контакта с пищей.
Свойства:
Может длительное время работать при максимальной температуре 250 градусов,
Показывает высокую стойкость к негативным химическим воздействиям и гидролизу,
Стойкий к износам и может использоваться в агрессивной среде без деформаций длительный отрезок времени,
Полиэфирэфиркетон - прекрасный диэлектрик, что значительно расширяет сферы его применения,
При повышении температуры, в пределах допустимой нормы, не изменяет свои основные свойства,
Практически не возгорается и стойко реагирует на излучения рентгеновских и гамма-лучей,
С течением времени не растрескивается и не теряет внешний вид.
Применение
|
Запорная арматура из ПЭЭКдля судостроения, химическойи нефтегазовой отраслей, авиастроения, автомобилестроения. |
Зажимы и крепежи |
|||
|
Импланты |
Болты, гайки, шурупы. |
|||
Эти изделия отличаются легкостью и огромной прочностью, поэтому они прекрасно подходят для крепежей космических и авиационных аппаратов.
Полифениленсульфон (ПФСн)
(зарубежные аналоги - Ultrason P (BASF), Radel R (Solvay)).
Помимо высокой механической прочности и стабильности характеристик в широком диапазоне температур, полифениленсульфон имеет повышенную устойчивость к ударным нагрузкам. Коэффициент рассеивания низкий, и материал слабо поглощает влагу. Стоек к ГСМ, жирам, спиртам и слабым кислотным и щелочным растворам. Особую ценность полимеру ПФСн придает устойчивость к гидролизу и горячему пару.
Материал имеет хорошие электроизоляционные свойства, стоек к высокочастотному электромагнитному облучению (в том числе к рентгеновскому), но при этом обладает хорошей проницаемостью для излучения в микроволновом диапазоне.
Огнестойкость – высокая, при возгорании происходит самозатухание пламени.
Применение
|
Высокопрочные ручки для бытовых и медицинских инструментов |
Контейнер для стерелизации |
Кронштейны |
Полисульфон (ПСФ)– прозрачный аморфный материал. Допускает кратковременный нагрев до 200 °С. Температура длительной эксплуатации до 160 оС, выдерживает охлаждение до -100 оС. Температура стеклования: 190-195 оС. Обладает высокой жесткостью и стойкостью к ударным нагрузкам (ниже чем у поликарбоната). Имеет высокую химическую стойкость и стойкость к гидролизу. Может работать в кипящей воде под нагрузкой. Имеет отличные диэлектрические свойства в широком диапазоне температур и частот.Нетоксичен. Не имеет запаха. Биологически инертен.
Применение
|
Диализаторы |
Вертикальный поплавковый выключатель |
Полиэфсульфон (ПЭС) - аморфный материал. Температура длительной эксплуатации: до 180 - >200 оС. Выдерживает охлаждение до -100 оС. Температура стеклования: 230 оС. Стойкость к ударным нагрузкам, механические и диэлектрические свойства лучше, чем у других высокотеплостойких полимеров (полифениленсульфид, полисульфон). Имеет хорошую стойкость к воде и пару, но может растрескиваться при кипячении. Обладает хорошей стойкостью к гамма-радиации. Имеет склонность к растрескиванию под действием химических сред. Водопоглощение значительно больше, чем у ПСФ. Прозрачен. Хорошо стерилизуется.
Применение:
|
Шприцевые фильтры |
Забрало для пожарного шлема |
Масляный насос с масляным поршнем |
Проект по переработке масок
Пандемия и обильное использование масок натолкнуло работников центра на создание проекта по переработки использованных средств защиты.
Стадии переработки:
Необходимо нарезать маски на тонкие полоски.
Пропустив через экструдер, получаем гранулят
Полученный гранулят универсален. Подходит для создания нитей 3D печати.
Полученный полимер на испытаниях проявил себя хорошо. Показал неплохие результаты в испытаниях на упругость, ударопрочность и т.д. Проект по переработке масок очень перспективный, ведь полипропилен, из которого производят маски, разлагается около 500 лет, и это наносит большой вред экологии, а в связи с пандемией использование масок возросло в несколько раз. В лаборатории маскам дают вторую жизнь, освобождая нашу планету от тягостей, которые возникли бы, если они были выброшены.
Галерея
Заключение
Изучив данную тему, мы пришли к следующему выводу: значение полимеров в нашей жизни очень велико, они оказывают большое влияние на нашу жизнь. Невозможно выделить одну сферу их использования. Они находят место во всех отраслях: медицине, быту, машиностроении, судостроении и даже в ракетной промышленности. Полимеры значительно облегчают жизнь, ведь часто заменяют полезные ископаемые, которые использовались в качестве сырья раньше. Они позволяют сохранить экологию Земли в хорошем состоянии, предотвратить истощение недр. Это все позволяет нам понять: за полимерами будущее, поэтому стоит развивать эту отрасль и по возможности инвестировать туда средства.
Литература:
Структура и свойства полимерных строительных материалов
Автор: Аскадский А. А.
Изд-во МИСИ-МГСУ: М.
Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений
Автор: Свиридов Евгений Борисович
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова
Российский технологический журнал
"Московский технологический университет". МИРЭА: М
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://lensgo.ru/about/articles/polimery/
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://e-plastic.ru/specialistam/polimernie-materiali/polimery-obshie-svedeniya/
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://sciencepop.ru/chto-takoe-polimery/