Полимеры растительного происхождения. Синтетические полимеры

Полимеры представляют собой обширный класс высокомолекулярных соединений, имеющих как органическое, так и искусственное происхождение. Отличительной чертой полимеров является значительная молекулярная масса и особая структура, объединяющая множество повторяющихся элементов путем особой химической связи. Таким образом, полимерный материал состоит из цепочек мономерных звеньев, при этом, структура связей может быть как линейной, так и пространственной. По типу основы (мономера) полимерные материалы классифицируют на органические (на основе атомов углерода) и неорганические (не содержащие углеродных элементов в основной структуре). Неорганические полимеры в природе, чаще всего, представлены в виде минералов (кварц) и не обладают эластичностью — одним из основных свойств органических полимеров, являющихся главным строительным материалом всего живого мира. Говоря о полимерах, практически всегда, подразумевают, именно, органические соединения, поскольку все уникальные свойства данного материала (упругость, легкость переработки, малый вес и эластичность) характерны только для них.

структура органического полимера структура неорганического полимера

Возникновение и развитие рынка промышленных полимеров

Особые свойства, определившие невероятно широкое распространение органических полимеров в животном и растительном биологических царствах, не могли остаться незамеченными человеком. На протяжении веков, многие пытались получить подобные материалы искусственным путем. Но, совершить подобное открытие стало возможным лишь с развитием новой науки — химии. Первые, созданные человеком, полимеры были получены на основе натуральных компонентов (целлюлоза, латекс), и получили название искусственных. Резина, полученная в середине 19 века методом вулканизации природного каучука (латекса), содержащегося в соке деревьев рода гевеи, стала самым ранним представителем искусственных полимеров.

Вторым этапом, стало использование в качестве сырья модифицированных натуральных компонентов. Так, в конце 19 века, был открыт и запатентован целлулоид, произведенный на основе нитроцеллюлозы и камфоры. В начале 20 века, с развитием автомобильной и военной промышленности спрос на новые материалы, обладающие легкостью, эластичностью и высокой прочностью, существенно вырос. Рынок природного каучука расширялся и не мог обеспечить столь значительные промышленные потребности. Эффективным решением становятся синтетические полимеры, получаемые полностью из искусственного сырья. Полученная в начале 20 века, на основе фенола и формальдегида, бекелитовая смола, становится первым синтетическим полимером. Обладая всеми конструкционными характеристиками искусственных полимеров, синтетические материалы имеют перед ними значительное преимущество — низкую себестоимость, что делает их производство крайне выгодным в экономическом плане. Назревающая угроза Второй мировой войны спровоцировала новый виток развития полимерной промышленности. Изобретение, столь популярных в наше время синтетических полимеров — полиметилметакрилата (оргстекла), поливинилхлорида и полистирола, относится, именно, к этому историческому периоду.

В послевоенное время развитие рынка полимеров продолжилось с новой силой, поскольку для восстановления колоссальных разрушений требовались недорогие, быстропроизводимые и легкотранспортируемые материалы. Создаются важные для промышленности синтетические полимеры: полиэтилен, полипропилен, полиамиды, поликарбонаты, полиакрилы, полиэфиры и полиуретаны. Постепенно, синтетические полимеры вытесняют дорогие натуральные и сложные в получении искусственные аналоги и, в итоге — практически полностью завоевывают рынок. В наше время, изделия на основе синтетических полимеров востребованы как никогда ранее. Они используются практически во всех отраслях народного хозяйства РФ. Современные исследования сделали возможным освоение производства новейших типов и модификаций синтетических полимеров (кремнийорганические и металлорганические полимеры, фторопласты), а также — множества композиционных материалов на полимерной основе.

Уникальные свойства синтетических полимеров

Себестоимость синтетических полимеров крайне низка, поскольку сырье для их производства, чаще всего, является побочным продуктом перегонки нефти. Способность полимеров при нагревании переходить в высокоэластичное (иногда — вязкотекучее) состояние позволяет материалу принимать любую форму и равномерно окрашиваться. А относительно малый вес готовых изделий позволяет существенно удешевить их транспортировку, монтаж и эксплуатацию. Новейшие технологии переработки позволяют производить качественные полимерные имитации практически всех натуральных фактур (древесина, камень, холст, минеральные штукатурки и т.д.), а также – создавать новые современные, с оригинальной графикой и орнаментом.

Экологичность промышленных полимеров

Промышленные полимеры, как, впрочем, и любые материалы, не лишены недостатков, и эти недостатки, к сожалению, касаются одного из основных свойств любого строительно-отделочного материала – экологичности. Характерным свойством синтетических полимеров являются их исключительные возможности в части модификации. Путем ввода в материал определенного набора целевых добавок (красителей, стабилизаторов, отвердителей, пластификаторов, антипиренов, антистатиков, антифрикционных и упрочняющих компонентов и т.д.)., можно точно варьировать такие свойства готового изделия, как: вес, прочность, эластичность, теплопроводность, электризуемость и т.д. Именно это, столь ценное в технологическом ракурсе, свойство, является одним из основных факторов токсичности синтетических полимеров, поскольку многие подобные добавки являются веществами повышенной опасности, и, даже, экологически безвредный полимер может содержать значительную долю дополнительных веществ, представляющих угрозу для здоровья человека. В полимер могут вводиться, также, и вполне экологичные добавки, произведенные на основе натуральных компонентов, однако — доля их незначительна, в сравнении с веществами, полученными искусственным путем, к тому же — полимерный материал, содержащий натуральный элемент, чаще всего, также, содержит и значительное количество далеко не экологичных синтетических веществ. Стоит заметить, что, практически, любая синтетическая добавка, по прошествии определенного количества времени, либо же — сразу, начинает испаряться из полимерного изделия в окружающую среду, поэтому, чем более агрессивные компоненты применялись при производстве полимера – тем он более опасен для человека. Ситуация усугубляется тем, что многие отечественные производители, ввиду отсутствия экологического надзора, умышленно, либо, халатно, допускают серьезные технологические нарушения в процессе производства изделий, а также — недостоверно отражают их полный химический состав на упаковке.

В противовес данному суждению существует официально утвержденная во многих странах система допустимых концентраций опасных веществ в изделиях широкого потребления, согласно которой определенные количества токсичных добавок в готовом продукте можно признать безопасными. Однако, практика применения как самих синтетических полимеров, так и целевых добавок, не столь продолжительна, чтобы предоставить в достаточной мере достоверную информацию об их опасности для человека, либо об отсутствии таковой. Вполне очевидно, что относительно новые для организма человека химические компоненты, синтезированные за период, продолжительностью менее ста лет, могут влиять на него только, в той или иной степени, отрицательно. О степени же такого влияния остается судить нам самим, поскольку, учитывая индивидуальные различия организмов людей, а также — малый срок лабораторных наблюдений (если таковой существует), вывод о безопасности синтетических полимеров будет, по-меньшей мере, наивным.

Кроме того, нельзя забывать и о, не менее значительных, глобальных экологических последствиях использования синтетических полимеров — загрязнении окружающей среды. Промышленные полимеры практически не разлагаются, а их сжигание приводит к выбросу в атмосферу высокотоксичных канцерогенов (диоксины, хлор, фосген, винилхлорид). Таким образом, естественная утилизация материалов становится невозможной. При этом, стоит отметить и довольно низкую долговечность большинства бытовых изделий, произведенных из полимеров, что, в конце концов, приводит к повышенному объему мусора, нуждающегося в утилизации. Данный фактор компенсирует еще одно характерное свойство полимеров, часто приводимое производителями в качестве неоспоримого аргумента в пользу их применения – способность к многократной переработке. То есть, изделие, изготовленное из полимерного материала, может проходить несколько циклов перерождения, что должно представляться как большое преимущество. Однако, с другой стороны — более качественное и долговечное изделие из натурального материала, Вам не придется приобретать и выбрасывать так часто. Массовая пропаганда недорогих синтетических изделий усугубляет ситуацию, заставляя нас приобретать откровенно ненужные вещи. При этом, отечественная практика переработки полимеров развита крайне плохо и не способна качественно и безопасно утилизировать огромные количества полимерных отходов. Само понятие экологичности синтетических полимеров довольно долгое время являлась наименее интересной темой для исследований, часто, уступая место более коммерциализированным аспектам их применения. Только в относительно недавнее время, и, к сожалению, пока что, лишь за рубежом — производители всерьез заинтересовались аспектами утилизации полимерных изделий. Были разработаны и внедрены в производство, так называемые, биоразлагаемые модификации полимеров, оказывающие минимальное загрязняющее воздействие на окружающую среду. Однако, их доля в общем количестве материалов, пока еще, остается незначительной.

Классификация синтетических полимеров и изделий на их основе

Типы материалов на полимерной основе

Синтетические полимеры служат основой для производства строительных и отделочных материалов различного типа. Изделия, имеющие в своем составе синтезированные полимерные компоненты можно условно разделить на несколько типов:

1. Жи дкие (текучие) материалы — лаки, краски, герметики, грунтовочные, клеевые и защитные составы. Материалы в жидкой фазе, в которых полимер используется в качестве пленкообразующего, либо — растворителя;

2. Тв ердые материалы — материалы с определенной формой — жесткие (пластики), либо эластичные (резины). В свою очередь, делятся на:

Однородные . Материалы, состоящие из полимера одного типа. Изделия из однородных полимеров имеют низкую стоимость, они просты в изготовлении и, чаще всего, применяются в хозяйственно-бытовой сфере (тара, мелкие аксессуары и упаковка);
Композиционные . Прочные и долговечные композиционные материалы обладают широчайшими возможностями как в конструкционном, так и в эстетическом отношениях. Современные полимерные композиты занимают лидирующие позиции в сферах строительства и отделки. Их применяют для изготовления деталей и корпусов техники, конструкционно-отделочных материалов, мебели и интерьерных аксессуаров. В композитах полимер выступает в качестве связующего (полимерной матрицы), наполнителем (армирующим компонентом) может служить как натуральный, так и синтетический материал (полимер другого типа). Использование наполнителей обеспечивает дополнительную прочность, жесткость и упругость готового изделия, либо удешевляет его себестоимость. По типу наполнителя, полимерные композиты классифицируются на:

Стеклопластики – полимерные материалы, при изготовлении которых в качестве наполнителя используется стекловолокно. Высокопрочные, устойчивые к внешним воздействиям долговечные стеклопластики широко применяются в строительстве в качестве армирующего компонента. Их часто используют для изготовления конструкционно-отделочных материалов (опор, облицовочных панелей, рамных конструкций), а также элементов мебели и корпусов бытовой техники;

Углепластики – композиционные материалы, армированные углеродными волокнами. Прочность и упругость углепластиков не уступает характеристикам конструкционных сплавов, при этом, полимерный композит существенно легче металла. Однако, ввиду высокой технологичности производства — изделия на основе углепластиков имеют достаточно высокую стоимость. Материал, чаще всего, применяется в качестве армирующего компонента при выполнении строительных и восстановительных работ. Из углепластиков производят детали и корпуса бытовых приборов, а также — конструкционно-отделочные элементы повышенной ответственности (декоративные опоры и объемные инсталляции).

Боропластики – композиты, изготавливаемые путем армирования полимерной матрицы волокнами бора (нитями, жгутами или лентами). Из-за высокой стоимости сырья, боропластики являются весьма дорогостоящим материалом и применяются в ответственном строительстве и машиностроении.

Текстолиты – пластики, армированные тканевым материалом, произведенным из натурального или синтетического волокна (шифон, бязь, миткаль, бельтинг, асбестовая ткань, стеклоткань). В качестве строительно-отделочного материала наиболее часто применяются материалы на основе стеклоткани — стеклотекстолиты (стеновые панели, элементы кровли).

Древесно-полимерные композиты – производятся с использованием в качестве наполнителя древесного материала различного типа: шпона (фанера, древесно-слоистые пластики), массива (столярные щиты, брус), волокон, муки, щепы (ДСП, МДФ). Обладая достаточной прочностью и низкой себестоимостью, древесно-полимерные композиты имеют широчайшую сферу использования. Их применяют для производства конструктивов (опор и облицовок), мебели, отделочных материалов (ламината, паркетной доски, декоративных панелей и плиток), интерьерных элементов (окна, двери, столешницы, подоконники, ступени и перила), а также предметов быта и аксессуаров (посуда, вазы, скульптуры и инсталляции).

Бумажно-слоистые пластики – композиты, армированные плотной крафт бумагой. Чаще всего, применяются для производства верхнего (декоративного) слоя отделочных элементов (дверей, окон, столешниц, лестниц), мебели и бытовых аксессуаров.

Порошковые композиты – полимерные материалы, в составе которых присутствуют наполнители в виде порошков органического, реже — искусственного происхождения. Подобные наполнители, очень часто, применяются для существенного снижения себестоимости готового изделия, а также, в некоторых случаях, играют роль красителя. Эффективными порошковыми добавками являются: древесная и кварцевая мука, тальк, карбонат кальция, сажа, каолин, асбест, целлюлоза, скорлупа ореха, пищевые отходы (жмых и шелуха), крахмал. Порошковые композиты применяются для производства корпусов и деталей бытовой техники, предметов быта (хозяйственные изделия, посуда), а также — интерьерных аксессуаров.

3. Газонаполненные материалы — также известные как пенопласты. Легкие пористые изделия, состоящие из полимерной основы и газообразного наполнителя. Применяются, чаще всего, в качестве утеплителя, а также для производства упаковочной продукции.

Классификация полимеров

В процессе производства твердых полимерных материалов используется их способность переходить в высокопластичное и вязкотекучее состояния при нагреве до определенных температур, а также — способность к многократной переработке. Однако, при нагреве, полимеры проявляют различные свойства, и, именно, температурные эффекты лежат в основе принципиального разделения полимеров на два типа:

Термопластичные полимеры (термопласты) – полимеры, способные к многократному переходу в высокопластичное состояние. Таким образом, при повторном нагревании готового изделия, материал вновь размягчается, а затем, остывая, затвердевает в новой форме. Термопласты отличаются мягкостью и гибкостью, они универсальны в использовании. Многие термопластичные полимеры относительно хорошо перерабатываются в России и наносят гораздо меньший ущерб окружающей среде. Отсутствие у термопластов склонности к сшиванию (образованию устойчивых сетчатых молекулярных связей) позволяет использовать для их переработки любой из трех основных технологических методов — формование, литье и экструзию;
Термореактивные полимеры (реактопласты) – полимеры, которые могут быть переработаны в изделие лишь однократно. При повторном нагревании материала происходит деструкция (разрушение) его молекулярной структуры, часто сопровождаемая выделением токсичных веществ. Имея малый вес, реактопласты обладают высокой прочностью, упругостью и термостойкостью, что позволяет весьма эффективно использовать их для производства конструкционных и конструкционно-отделочных материалов. Сшитая структура реактопластов позволяет производить из них не только высокопрочные изделия, но и материалы с повышенной гибкостью и способностью к восстановлению первоначальной формы (резины). В то же время – сетчатая структура полимеров не позволяет использовать в производственном цикле высокие температуры, вследствие чего, большая часть термореактивных пластиков перерабатывается в готовые изделия методом компрессионного формования, либо — литья с подпрессовкой. Экологичная утилизация термореактивных полимеров крайне затруднительна, и на территории России их практически не перерабатывают.

Термопластичные полимеры

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) (ПВД)

Используется для производства порошковых композитов (изоляционные покрытия), а также для изготовления гидроизоляционных пленок, вспененных термоизоляционных материалов, покрытий (линолеум), а также канализационных труб.

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности) (ПНД)

Более жесткий тип полиэтилена. В качестве связующего, применяется для производства наиболее экологичных конструкционных композитов. Является основой для изготовления напорных труб водоснабжения (металлопластиковые трубы), корпусов техники и бытовых принадлежностей.

Чистый полиэтилен, при соблюдении технологических норм производства и правильных условий эксплуатации не токсичен, однако – некоторые типы целевых добавок (сложные эфиры), способны значительно повысить опасность его применения, особенно в условиях воздействия прямых солнечных лучей и высоких температур, некоторые изделия при нагреве выделяют токсичный формальдегид. Изделия на основе полиэтилена успешно перерабатываются, в том числе — на территории РФ.

Полипропилен (ПП)

Используется для изготовления полимерных труб, декоративных молдингов, ковролина и интерьерных аксессуаров, а также – в качестве связующего при производстве композитов. Является безопасным для здоровья человека полимером. По аналогии с полиэтиленом, экологичность готовых изделий в значительной степени зависит от технологии производства и химического состава. Некоторые типы материала могут стать источником опасного для здоровья формальдегида. Изделия из полипропилена эффективно перерабатываются в России.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Служит основой для изготовления множества изделий. В своей универсальности, ПВХ не имеет равных — его используют для производства одежды, обуви, технических деталей, конструкционно-отделочных материалов (кабельная изоляция, линолеум, натяжные пленочные потолки, оконные и дверные профили, искусственная кожа, виниловые обои, декоративные самоклеящиеся пленки, отделочные панели, молдинги, ступени и перила, элементы мебели и т.д.). К сожалению, ПВХ является довольно неэкологичным полимером. Основную угрозу представляют диоксины и фосген, выделяющиеся при сжигании изделий на основе поливинилхлорида. Кроме того, изделия из ПВХ могут стать источником выделения токсичного винилхлорида, а также, ряда опасных веществ применяемых в качестве добавок — фталатов, бисфенола А (БФА), соединений ртути, кадмия и свинца. Изделия из ПВХ успешно перерабатываются за рубежом.

Полистирол (ПС)

Используется в качестве связующего при производстве стеклопластиков, углепластиков и порошковых композитов. В отделке интерьера применяются потолочные плитки и профили из полистирола. Изделия могут выделять ядовитые пары стирола. Особенно опасным материал становится в процессе горения. Изделия на основе полистирола перерабатываются на территории РФ.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ)

Чаще всего, применяется для производства пищевой тары, а также — деталей бытовых приборов. Может оказывать токсическое воздействие при нарушении технологии производства, вследствие избыточного содержания фталатов. Повторное использование полиэтилентерефталата в пищевой индустрии запрещено, из-за значительного возрастания токсичности вторичного сырья. Полиэтилентерефталат успешно перерабатывается на территории РФ.

Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)

Ударопрочные и легкие АБС пластики применяются для производства корпусов бытовых приборов, мебели и санитарной техники. Изделия могут выделять пары стирола. Особо токсичные свойства материал приобретает при нагревании. АБС склонен к деструкции при длительном воздействии прямых солнечных лучей, из-за чего применение материала вне помещений ограничено.

Полиакрилаты

Полимеры на основе акриловой кислоты широко применяются для производства наиболее экологичных синтетических отделочных покрытий (акриловых красок, шпаклевок, лаков и фактур), а также — относительно безопасных герметиков. Полиметилметакрилат используется для производства прозрачных конструкционно-отделочных материалов (оргстекло или плексиглас), а также — сантехнических приборов (акриловые раковины, мойки и ванны). Изделия на основе акрилатов могут приобретать токсичные свойства, вследствие избыточного содержания целевых добавок (фталатов).

Полиамиды

Применяется для изготовления лаков, клеев, синтетического волокна, а также — в качестве связующего при производстве конструкционно-отделочных композитов — стеклопластиков и углепластиков. В интерьере, широко применяются напольные покрытия изготовленные из полиамидного волокна (ковролин). Также, прочные полиамиды используют для производства корпусов и деталей бытовой техники. При соблюдении технологических норм — полиамиды экологически безопасны. Экологичность изделий определяется наличием в составе избыточной концентрации токсичных целевых добавок.

Полиэстер

Служит основой для производства искусственной шерсти, используемой для изготовления покрытий (ковролин) и изоляционных материалов. Мажет вызывать раздражение слизистых оболочек и аллергические реакции.

Поликарбонат

Используется для производства прозрачных конструкционно-отделочных материалов (сотовый поликарбонат). Может представлять опасность для здоровья, вследствие содержания в готовых изделиях токсичного БФА.

Кремнийорганические полимеры (силиконы)

Служат основой для производства смазочных, защитных и герметизирующих веществ. Изделия низкого качества могут выделять вещества, вызывающие аллергические реакции.

Термореактивные полимеры

Фенолформальдегидные смолы

Служат основой для производства практически всех типов полимерных композиционных материалов (древесно-полимерные композиты, стеклопластики, углепластики и порошковые композиты), а также — лаков, красок, герметизирующих и клеевых составов. Пластики, изготовленные на основе фенолформальдегидных смол называют фенопластами. Различные типы фенопластов используют для производства корпусов электрооборудования (розеток, вилок, выключателей и т.д.), деталей бытовой техники, интерьерных аксессуаров, кухонных принадлежностей (ручек и держателей). Изделия на основе фенолформальдегидных смол могут представлять серьезную опасность, вследствие выделения токсичных компонентов (фенола, формальдегида).

Амино-альдегидные смолы

Используются для производства пластиков (аминопластов), а также — эмалей, клеевых составов и лаков. Материалы на основе амино-альдегидных смол широко применяются в качестве строительных и отделочных материалов (слоистые пластики, вспененные пластики, искусственный камень, детали электрооборудования, мебели и бытовых приборов, декоративные отделочные элементы и аксессуары. Могут проявлять токсичность, из-за выделения паров формальдегида.

Эпоксидные смолы

На основе эпоксидных смол производят прочнейшие клеи, лаки, ламинирующие покрытия, затирки для швов, а также, полимерные композиты (слоистые пластики, стеклопластики, стеклотекстолиты, боропластики и углепластики). Эпоксидные соединения могут вызывать аллергические реакции со стороны кожных покровов и органов дыхания.

Полиэфирные смолы

В качестве связующего, применяются для производства стеклопластиков, стеклотекстолитов и углепластиков. На основе полиэфирных смол изготавливают лакокрасочные материалы отделочные панели, искусственный камень (столешницы, подоконники) и санитарную технику (раковины, мойки). Токсичность материалов обусловлена выделением паров стирола, толуола, метилметакрилата.

Полиуретаны

Применяются для производства лаков, клеевых составов,герметизирующих и изоляционных материалов. Широкое распространение в сферах строительства и отделки получил вспененный полиуретан (монтажная пена). Легкий полиуретан, также, применяется для производства декоративных интерьерных элементов (молдинги, цоколи, плинтусы), особой популярностью пользуются изделия, имитирующие массивные античные декоры (колонны, арки, капители, фризы и т.д.). После окончательного затвердевания считается не токсичным, однако, при нарушении технологии производства, может оказывать значительное раздражающее воздействие на кожу и органы дыхания.

Нитроцеллюлоза

Используется для производства лакокрасочных материалов — нитроэмалей и нитролаков, обладающих высокими эстетическими качествами и низкой стоимостью, но, при этом, крайне токсичных, вследствие присутствия в составе растворителей (ацетон, бутилацетат, амилацетат). По причине высокой токсичности, в некоторых странах нитролаки и нитроэмали запрещены к применению.

Полиакрилонитрил

Является основой для производства уплотнителей (резин), а также искусственного (нитронового) волокна, которое широко применяется для изготовления ковровых покрытий и изоляционных материалов. Поскольку акрилонитрил является высокотоксичным веществом — изделия на основе нитронового волокна могут вызывать раздражение слизистых оболочек и аллергические реакции.

Синтетические каучуки

Используются в качестве сырья для получения резин путем вулканизации. Резиновые изделия имеют широкое применение практически во всех сферах народного хозяйства. На их основе производят клевые и герметизирующие составы, изоляционные материалы, защитные покрытия, а также детали отделочного инструмента и бытовой техники. Токсичность промышленных резин обусловлена содержанием в них опасных для здоровья человека целевых добавок, наиболее агрессивными среди которых являются соединения серы и производные фталевой кислоты.

Промышленные полимеры — безусловная реальность

Несмотря на столь противоречивые аспекты интерьерного применения синтетических полимеров, довольно сложно представить себе современный интерьер совершенно без их участия. Даже если Вы сможете полностью избавиться от присутствия синтетических компонентов в элементах интерьерной отделки, бытовых принадлежностях и аксессуарах — то вряд ли Вам удастся найти качественную и функциональную технику, не имеющую деталей и элементов, произведенных на основе синтезированных материалов. Таким образом, использование промышленных полимеров в нашем жилом пространстве — это реальность, оспаривать которую невозможно, но тем не менее очень многое зависит от того — насколько грамотно подойти к выбору изделий для оформления своего интерьера. Сегодня, в зарубежной практике, сформировалась устойчивая тенденция к повышению как общего качества, так и экологичности химического состава и технологического процесса производства и утилизации промышленных полимеров. Важнейшей предпосылкой к этому явилось нежелание потребителей приобретать товары непродолжительного срока службы, которые к тому же крайне небезопасны для использования. Именно это в конечном счете привело к созданию экологических организаций и эколейблов, осуществляющих контроль и сертификацию производства промышленных полимеров. К сожалению, в России, ввиду пока еще малой заинтересованности потребителей в экологичности своего жилища — подход к данным проблемам по-прежнему остается чисто коммерческим. Обращая внимание на качество и долговечность изделия, его химический состав, технологию производства и методы утилизации, каждый из нас помогает изменить сложившуюся ситуацию в лучшую сторону.

Мы живем в пластиковой эпохе, значение полимеров чрезвычайно велико в нашей жизни. В современно мире его эксплуатация обширна — от обыденных полиэтиленовых пакетов до применения его в аэрокосмической индустрии. Считаются наиболее востребованными такие полимеры, как: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, АБС пластики и прочее.

Промышленное производство полимеров проходило следующими способами: методом переработки естественной полимерной органики в искусственные вещества и методом добычи синтетических полимеров из молекулярных более низких органических веществ.

Что такое синтетические полимеры?

Человечество издавна использует натуральные полимерные материалы в своем быту; меха, кожу, шелк, шерсть, известь, хлопок, цемент, и глину. Но изготовление цепных полимеров в широких масштабах началось только 20 веке. В 1906 году, ученый Лео Бакеланд открыл смолу, которая ныне носит название “бакелит” — результативный продукт при сгущении фенола и формальдегидного вещества, которое при увеличении температуры переходило в трехмерное состояние. Еще очень долгого, впоследствии, он выпускался для корпусных обшивок телевизоров, электроприборов, розеток и аккумуляторных коробок, а в современном мире его стали использовать как адгезирующее связующее вещество.

Полимеры - это вещества, с неорганической и органической основой, с аморфным и кристаллическим строением, в состав которых входят соединенные мономерные макромолекулярные звенья.

Синтетический полимер — это искусственный полимерный материал, являющийся альтернативой природному сырью. Его получают лабораторным путем двумя методами: полимеризационным и поликонденсационным.

Производство синтетики

Человечество использует разные методы выработки искусственных полимеров:

своеобразное вытягивание их из органических низкомолекулярных соединений;
переработка естественной органики в неестественные материалы.

В качестве изначального продукта для образования синтетических цепей берут различные материалы, являющиеся конечными результатами от переработки газовых элементов, нефтепродуктов и каменного угля (фенолы, ацетилены, бензолы и этилены). Результат в целом зависит от внешности исходных веществ. По их обозначению дается и название полимеру.

Синтетические полимеры образуются методом синтезирующей реакции. Волокна вырабатывают из расплава, а также из раствора по сухому или мокрому методу.

Применение синтетических волокон набирает крупные обороты в отличие от выпуска искусственных волокон. Объясняется это доступностью первичного сырья и обширностью их свойств и полезных качеств. Это позволяет получать продукты с различными свойствами, в то время как возможности модифицировать свойства искусственных волокон крайне малы и даже иногда отсутствуют.

Переработка полимеров

Важным и очень значимым является вопрос экологичности таких изделий. Срок разложения предметов из пластика составляет более ста лет. Именно поэтому так важна переработка полимеров. Производство изделий из вторичного сырья - один из основных и действенных вариантов решения данной проблемы.

Применение синтетических полимеров

Синтетические полимерные материалы используются человечеством в различных областях, из них изготавливают самые разные предметы, оборудования и приспособления.

Одним из первых материалов, изготовление которого было перенесено на промышленные масштабы, является целлулоид. Он использовался при производстве различных видов материалов. Одним из основных толчков в развитии фабрикации синтетических полимерных материалов стало появление автомобильной промышленности.

Раньше при изготовлении машин использовали только натуральные материалы, что сильно осложняло процесс производства. В настоящее время синтетические полимерные материалы используются не только для внутренней облицовки салона автомобиля, но и для выпуска огромного спектра деталей.

Также их активно применяют в радиоэлектронике и строительстве, поэтому многие предприятия и фирмы вкладывают немалые денежные средства в разработку новых технологий и рецептур для создания полимерных материалов.

Их очень часто используют при фабрикации разных радиодеталей и бытовой техники, это неимоверно помогло при создании различных видов приборов, без которых сложно представить жизнь современного общества.

Строительные материалы из полимера обладают многими исключительными свойствами, например, имеют большую прочность при малом весе, высокую пропускаемость светового излучения, низкую теплопроводность и повышенную огнестойкость.

Все виды полимеров, использующиеся в быту, проходят специальные исследования и тесты для того, чтобы максимально снизить отрицательное влияние на организм человека.

Классификация пластмасс

Органические и неорганические.

Органические высокомолекулярные соединения являются основой в жизни растений (полисахариды, белки, пектиновые вещества, крахмал). Торф, бурый уголь, каменные угли - продукты геологического перевоплощения растительных тканей, целлюлозы и лигнина.

Неорганические ВМС играют большую роль в минеральном мире. Основная часть земной коры состоит из окислов кремния, алюминия и других многовалентных элементов, соединенных в макромолекулы.

По происхождению высокомолекулярные соединения делятся на:

природные, или биополимеры;
синтетические и искусственные.

По отношению к нагреванию (термопластичность).

Термопластичность - свойство тел менять изначальную форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения.

Реактопласты - пластмассы, обладающие высокой термоактивностью, перерабатывающиеся при протекании необратимой химической реакции, которая служит причиной образования нерастворимого вещества (процесс носит название “отверждение”). Самые известные и используемые реактопласты делают на основе: полиэфирных, феноло-формальдегидных и эпоксидных смол.

Термопласты - пластмассы, которые после изготовления предмета сохраняют способность к повторной переработке. Самые популярные термопласты изготавливают на основе поливинилхлорида, полиэтилена и полистирола.

Из-за исключительных физических и химических свойств термопластичных синтетических полимеров, а также экономичности этого материала, его чаще других используют в различных сферах деятельности.

Компания OOO предлагает высококачественные изделия из термопластичных полимеров. Материалы изготавливаются под заказ, даже по чертежам заказчика. Доставляются в виде: прутков, листов, труб.

Преимущества инженерных полимеров от “ Пластмасс Групп ”:

низкий коэффициент трения;
длительный срок службы;
экономичность;
минимизация рабочих шумов, благодаря поглотительной способности изделий;
отсутствие потребности в смазке и постоянном техническом обслуживании;
экологичность;
простота обработки и установки;
высокое качество материала;
устойчивость к коррозионным средам.

Полимерный синтетический рынок очень велик, и на нем многочисленные производители соревнуются между собой, чтобы донести до потребителя качественный и доступный материал. Приходите или приезжайте в компанию “Торговый Дом Пластмасс Групп”, там с радостью помогут вам выбрать нужный материал или изделие.

Особенности

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 гибкостью.

Классификация

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

Органические полимеры.
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.

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, плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Полимеры подразделяют по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полярность звеньев полимера определяется наличием в их составе диполей - молекул с разобщенным распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных звеньях дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются. Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными . Полимеры с неполярными звеньями - неполярными , гидрофобными . Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными . Гомополимеры, каждое звено которых содержит как полярные, так и неполярные крупные группы, предложено называть амфифильными гомополимерами .

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные . 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 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 (см. Химическая эволюция).

Типы

Синтетические полимеры. Искусственные полимерные материалы

Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого появились ранее.

Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях - путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы - целлулоид - был получен ещё в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной плёнки из нитроцеллюлозы.

Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Л. Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу - продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

Благодаря усилиям Генри Форда, перед Первой мировой войной началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата - без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолётостроение в годы войны.

После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое ещё до войны. В 50-х гг. XX в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон - искусственная шерсть из полиакрилонитрила, - замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шёлк). Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов Циглера-Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтиленанизкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны - наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны - элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.

Огнеупорные полимеры

Многие полимеры, такие как полиуретаны, полиэфирные и эпоксидные смолы, склонны к воспламенению, что зачастую недопустимо при практическом применении. Для предотвращения этого применяются различные добавки или используются галогенированные полимеры. Галогенированные ненасыщенные полимеры синтезируют путем включения в конденсацию хлорированных или бромированных мономеров, например, гексахлорэндометилентетрагидрофталевой кислоты (ГХЭМТФК), дибромнеопентилгликоля или тетрабромфталевой кислоты. Главным недостатком таких полимеров является то, что при горении они способны выделять газы, вызывающие коррозию, что может губительно сказаться на располагающейся рядом электронике. Учитывая высокие требования экологической безопасности, особое внимание уделяется галоген-несодержащим компонентам: соединениям фосфора и гидроксидам металлов.

Действие гидроксида алюминия основано на том, что под высокотемпературным воздействием выделяется вода, препятствующая горению. Для достижения эффекта требуется добавлять большие количества гидроксида алюминия: по массе 4 части к одной части ненасыщенных полиэфирных смол.

Пирофосфат аммония действует по другому принципу: он вызывает обугливание, что вместе со стеклообразным слоем пирофосфатов даёт изоляцию пластика от кислорода, ингибируя распространение огня.

Новым перспективным наполнителем являются слоистые алюмосиликаты, производство которых

Применение

Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, 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.

Наука о полимерах

Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х гг. XX столетия, когда была осознана роль полимеров в развитии технического прогресса и жизнедеятельности биологических объектов. Она тесно связана с физикой, физической, коллоидной и органическойхимией и может рассматриваться как одна из базовых основ современной молекулярной биологии, объектами изучения которой являются биополимеры.

Похожая информация.

Полимеры относятся к классу химических соединений, у которых короткие структурные единицы, состоящие из нескольких атомов (мономеров), соединенных в длинные цепочки при помощи различного рода связей. Характерная особенность полимеров – большая молекулярная масса – от нескольких тысяч, до миллионов. Натуральные и созданные позже синтетические полимеры характеризуются следующими свойствами:

эластичность – способность выдерживать сильные деформирующие усилия без разрушения;
прочность;
способность макромолекул (молекулярных цепочек) к определенной ориентации по отношению друг к другу.

Точная классификация подразделяет многочисленное семейство полимеров на органические и неорганические. Наиболее востребованы, имеют большой ассортимент разновидностей с различными свойствами органические соединения, которые основаны на углеродных цепочках.

Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Дальнейшее создание и производство полимерных материалов базировалось на достижениях органической химии.

Особенности

Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.

Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.

Отдельные типы пластиков, наоборот, имеют высокую жесткость и твердость. Стеклотекстолит по прочности мало уступает стали, а такой полимер, как кевлар, даже превосходит ее.

Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.

Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:

Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.

Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.

Применение

Без преувеличения можно сказать, что полимеры нашли применение абсолютно во всех областях деятельности и жизни человека. Синтетические полимеры используются в быту и промышленности как самостоятельные изделия, так и в качестве замены традиционных материалов или в комплексе с ними для получения уникальных характеристик.

Первое применение нашли искусственные полимеры. Самый яркий пример – резина. В настоящее время основная часть резиновых изделий выполняется из синтетического каучука, но имеется несколько областей применения, где до сих пор используется резина из натурального каучука.

Полимеры обладают целым комплексом уникальных качеств, которых нет у традиционных материалов, или использование последних технологически и экономически нецелесообразно. Устойчивость к химическим реакциям в большом диапазоне температур и по отношению к большой группе активных химических соединений способствует большому распространению полимерных материалов в химии и химической промышленности.

Низкая токсичность, химическая устойчивость, отсутствие аллергических реакций позволило синтетическим полимерам найти широкое применение в медицине. Это искусственные органы, производство лекарств – от упаковок, до оболочек медицинских препаратов (таблеток, капсул), шовные материалы, клеи.

Те же самые качества используются и в пищевой промышленности для изготовления посуды, упаковочной тары для готовых продуктов и в процессе их производства. Себестоимость упаковки синтетической тары в несколько раз меньше, чем у картонной, бумажной или из иных натуральных материалов.

В промышленности высокомолекулярные полимерные соединения используются для производства конструкционных материалов, узлов трения, несущих конструкций, лаков и красок.
Благодаря превосходным электроизолирующим свойствам пластики практически полностью вытеснили натуральные материалы в электротехнической промышленности. Изоляция проводов, корпуса приборов, печатные платы изготавливаются на основе полимерных материалов. Жесткие обмоточные провода покрываются слоем синтетических лаков, при малой толщине обладающих высоким сопротивлением и прочностью, а гибкие монтажные проводники имеют оболочку из поливинилхлорида или полиэтилена, окрашенную в различные цвета для удобства обслуживании и ремонта.
На основе синтетических полимеров изготавливаются текстильные материалы большинства известных наименований. Ткани и одежда имеют в своем составе пряжу на основе полиамида, полиэстера, полипропилена. Как альтернатива натуральной шерсти выступает акрил, изделия из которого трудно отличить от натуральных.
Тот же самый полиамид, который служит заменой шелку, в монолитном состоянии имеет прочность, сравнимую со многими металлами. Если учесть, что полиамид, иначе называемый капрон или нейлон, химически инертен, а значит, не подвержен коррозии и имеет низкий коэффициент трения, то замена металлов синтетическими веществами вполне очевидна.
Еще более высокие качества имеют такие промышленные полимеры, как фторопласты – фторорганические соединения. Данные синтетические полимерные материалы имеют один из самых низких коэффициентов трения и самую высокую химическую устойчивость. Эти качества используются при производстве узлов трения, особенно в устройствах, работающих в агрессивной среде.
Когда нельзя произвести полноценную замену металлических конструкций искусственными материалами, выполняют покрытие металлической основы слоем пластика. Технологический процесс покрытия металла слоем пластика осуществляется таким образом, чтобы происходила связь основы и покрытия на молекулярном уровне. Этим достигается высокая прочность соединения.
Промышленные полимеры могут иметь самые различные виды. Используются как термопластичные материалы, так и термореактивные пластики. В первом случае для изготовления деталей и конструкций используется метод литья или прессовки при температуре размягчения полимера, а во втором пластмасса формируется непосредственно в виде готового изделия или полуфабриката с минимальной последующей обработкой.
Среди промышленных синтетических полимеров можно выделить композиционные материалы, в которых наполнителем или армирующей составляющей могут служить самые различные материалы, а связующим веществом выступает полимер.

Наиболее известны такие композиционные материалы:
Стеклопластик – стекловолокно или ткань на его основе, пропитанные эпоксидной полимерной смолой. Данный композит имеет высокую прочность, отличные электроизоляционные свойства, устойчивость к неблагоприятным факторам, высокую огнестойкость.
Углепластик – армирующим элементом здесь выступает углеродное волокно. Прочность и упругость конструкций из углепластиков, наряду с их легкостью (значительно легче металлов) послужили поводом для использования в аэрокосмическом направлении промышленности. Комплекс полезных качеств в этой области имеет более высокий приоритет, чем высокая стоимость, связанная с трудоемкостью получения углеродных волокон.
Текстолит – тканевый слоистый материал, в котором слои ткани пропитаны полимерным материалом. Ткань используется натуральная или искусственная. Самый прочный и надежный вариант – стеклотекстолит, использующий ткань из стеклянного волокна;
Порошковые композиты, имеющие наполнитель из порошкообразных материалов натурального или искусственного происхождения;
Газонаполненные материалы – вспененные полимеры. Это всем известный поролон, пенопласт, пенополиуретан. Газонаполненные материалы обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью и используются в качестве теплоизоляционных материалов. Мягкость, пластичность наряду с прочностью послужили широкому распространению пенопластовых упаковочных материалов для нетяжелой, но требующей бережного обращения техники.

Классификация синтетических полимеров
Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:
Искусственные полимеры, созданные на основе природных органических полимеров (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
Синтетические полимеры, в основе которых синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этилен – полиэтилен).

По химическому составу деление таково:
Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее яркий пример – кремнийорганические композиции.

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:
Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
Разветвленные;
С сеточной структурой.

Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:
Термопластичные, для которых воздействие температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
Термореактивные, необратимо изменяющие свою структуру при нагреве. В большинстве случаев этот процесс происходит без стадии плавления.

Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.
Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).

Полимеры представляют собой особый класс химических соединений, специфика свойств которых обусловлена большой длиной, цепным строением и гибкостью составляющих их макромолекул.

В свою очередь под макромолекулой понимают - совокупность атомов или атомных групп, различных или одинаковых по составу и строению, соединённых химическими связями в линейную или разветвлённую структуру, достаточно высокой молекулярной массы. Наименьшая, многократно повторяющаяся группировка атомов цепи, называется звеном макромолекулы.

В зависимости от наличия в макромолекулах одного или нескольких разл. типов мономерных звеньев различают гомо - и сополимеры , состоящие из одного и минимум из двух (или более) типов звеньев.

Полимеризация – процесс превращения мономера или смеси мономеров в полимер.

Степень полимеризации – число мономерных звеньев в молекуле полимера.

Классификация ВМС

1) по происхождению: а) натуральные (целлюлоза), б) искусственные (полусинтетические), в) синтетические.2) По геометрии скелета макромолекулы полимера

Линейные (А) - основная цепь макромолекул состоящая из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию. Наглядная модель: длинное разорванное в одном месте ожерелье.

Разветвленные (Б,В,Г) полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. (звездообразные(З) , представляют собой совокупность цепей, выходящих из одного центра; гребнеобразные (Г) полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, например полигексадецилакрилат:

(-СН 2 -СН-(СООС 16 Н 33) -) n

Сшитые или сетчатые - макромолекулы, образуют пространственную сетку. Среди сшитых полимеров различают густо- и редкосшитые, резко различающиеся по своим свойствам. К сшитым иногда относят, так называемые, "лестничные "(Е) полимеры, две параллельные цепи которых соединены поперечными связями в каждом звене.

В свою очередь, сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют:

а) статистические - мономерные звенья, расположеные неупорядоченно по цепи; (-А-В-В-А-В-А-А-В-А-В-В-)

б) чередующиеся - со строгим чередованием звеньев в цепи; (А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-)

в) блочные (блок-сополимеры ) - линейные макромолекулы, состоящие из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению; -(А)- n -(B)- m

г) привитые сополимеры, разветвленные макромолекулы которых состоят из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев - основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению. -А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-

Природные и синтетические полимеры

Полимеры делятся на природные (биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы) и синтетические (полиэтилен, полипропилен, фенолформальдегидные смолы).

Биополиме́ры - класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Биополимеры состоят из одинаковых (или разных) звеньев - мономеров. Мономеры белков - аминокислоты, нуклеиновых кислот - нуклеотиды, в полисахаридах - моносахариды.

Выделяют два типа биополимеров - регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды). Смешанные биополимеры - гликопротеиды, липопротеиды, гликолипиды. Биополимеры можно классифицировать по химической структуре:

1. Полиуглеводороды (полиизопрен, (-СН 2 -С(СН 3)=СН-СН 2 -) n , содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (многолетнего травянистого растения рода Одуванчик)

2. Углеводы (полисахариды: целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин, хитозан)

3. Белки (полиамиды, полимеры α-аминокислот).

4. ДНК и РНК.

Синтетические полимеры - это ненатуральные полимерные материалы, произведенные для замены природным материалам. Синтетические полимеры формируются благодаря полимеризации и поликонденсации. Среди синтетических полимеров есть отдельная группа, включающая каучуки и каучукоподобные полимеры. Эти материалы характеризуются удивительной деформативностью и высокоэластичными свойствами, из-за чего им и дали название эластомер. Первый материал был изготовлен из физической модифицированной целлюлозы еще в начале двадцатого века и до сегодняшнего времени из этого же материала производят волокна, пленки, загустители и лаки. Он приобрел название целлулоид, который всем известен как целлюлоза.

Номенклатура ВМС

1) Тривиальная

В качестве примера можно привести политетрафторэтилен, который широко известен под названием тефлон; поли-1,4-бетаглюкон = целлюлоза.

2) Рациональная

Перед названием мономера ставится приставка «поли-», если название мономера включает несколько слов, то оно берется в скобки:

3) Систематическая (предложена ИЮПАК)

Основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ) в соответствии с определенными правилами

Название полимера начинается с приставки «поли-», за которой в скобках следует название СПЗ.

Следовательно, чтобы дать название полимеру, необходимо: идентифицировать СПЗ, ориентировать СПЗ, дать название СПЗ. СПЗ может быть простым или состоять из нескольких подзвеньев. В качестве подзвена выбирается наибольшая группа атомов (или циклов основной цепи), которая может быть названа в соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК для низкомолекулярных органических соединений. Атомы и подзвенья располагаются в СПЗ в порядке убывания старшинства слева направо, путь между подзвеньями должен быть наиболее коротким. Правила старшинства состоят в следующем:

1. Все гетероатомы являются старшими по отношению к углероду. Среди них старшинство определяется положением в периодический системе, оно убывает при движении от правого верхнего угла периодической таблицы к левому нижнему по группам. Ряд старшинства начинается со фтора, старшинство убывает в последовательности: F, Cl, Br, ... , О, S, Se, ... , N, P, As, Sb,...,Fr.

2. Старшинство подзвеньев определяется рядом: гетероциклы > гетероатомы или линейные подзвенья, включающие гетероатомы > карбоциклы > ациклические подзвенья. Наличие любых заместителей не изменяет порядок старшинства подзвеньев. При прочих равных условиях преимуществом обладают те из них, у которых число, характеризующее положение заместителя, является наименьшим.

3. Гетероциклы по старшинству расположены в ряд: азотсодержащие > гетероциклы, содержащие, наряду с азотом, другие гетероатомы, старшинство которых определяется в соответствии с пунктом 1 > системы с наибольшим количеством колец > системы с наибольшим циклом > цикл с наибольшим количеством гетероатомов > системы с наибольшим количество мгетероатомов > системы с наибольшим ассортиментом гетероатомов. При иных равных условиях ненасыщенные циклы имеют преимущество.

4. Среди карбоциклических группировок главенствуют имеющие наибольшее количество циклов, далее идут системы: с наибольшим индивидуальным циклом > с наибольшим количеством общих атомов у всех циклов > с наименьшим числом, характеризующим места соединения циклов, > системы с наибольшей ненасыщенностью.

Если в основной цепи имеются атомы и циклы одного типа, последовательность их расположения определяется алфавитным порядком названия заместителей, например:

В отдельных случаях, наряду с систематической номенклатурой, рекомендованной ИЮПАК, могут быть использованы и другие номенклатуры. Так, для полимера с систематическим названием полиоксиэтилениминометилентиоэтиленамино-1,3-циклогексен может быть применима так называемая заместительная номенклатура. В соответствии с ней СПЗ основной цепи дается название, исходя из аналогичного по количеству и порядку нумерации атомов ациклического углеводорода с соответствующими приставками у гетероатомов «аза», «окса», «тиа» и т.д. Согласно данной номенклатуре полимер будет называться поли-1-окса-6-тиа-4,9-диазанонаметилен-1,3-циклогексен.