Микропластик и наноматериалы в Тихом океане

6

К термопластам относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и АБС-полимеры.

Пространство  между термопластами и реактопластами, как и между натуральными и  синтетическими продуктами, заполнено  сплошным спектром пластмасс, изготовленных  «по специальным заказам». Они  имеют порой необычные комбинации свойств. Так, разработаны термопласты  с обратимым образованием сшитых молекул. При температуре обработки  они могут быть термопластичными, а при температуре применения готового изделия, которая лежит  намного ниже, они становятся термореактивными.

Рассмотрим основные методы переработки пластических масс в готовые изделия.

Основные методы переработки термопластов – литье  под давлением, экструзия, вакуумформование, пневмоформование; реактопластов –  прессование и литье под давлением.

Литье под давлением  – способ получения отливок в  форме, в которую расплавленная  пластмасса поступает под давлением, а после затвердевания в результате остывания или отверждения приобретает  конфигурацию внутри полости формы. Этот метод применяется главным  образом для получения сложных  изделий с высокой точностью.

Экструзия –  это способ изготовления профилированных  изделий большой длины. Заключается  в непрерывном выдавливании размягченной пластмассы через отверстие определенного  сечения. Применяется в производстве труб, пленок, при наложении электрической  изоляции на провода.

Вакуумформование  – метод производства изделий  из листовых термопластов.  
 

7

Изделие требуемой  конфигурации получают за счет

разности давлений, возникающей вследствие разрежения в полости формы, над которой  закреплен лист. Применяется, например, в производстве емкостей, деталей  холодильников, корпусов приборов.

Пневмоформование  – это, как и вакуумформование, способ изготовления изделий из листовых термопластов. Изделие оформляется  под действием сжатого воздуха  на лист, закрепленный над полостью формы. Применяется, например, в производстве ванн, раковин, деталей остекления самолетов.

Прессование –  это способ производства изделий  из пластмасс в пресс-формах, заключающийся в размягчении материала при нагревании и фиксации формы изделия в результате выдержки под давлением. При прямом (компрессионном) прессовании материал нагревают в пресс-форме, при литьевом (трансферном) прессовании – в камере, из которой продавливается в пресс-форму по так называемым литниковым каналам.

Рассмотрим подробнее  два метода переработки пластмасс  – горячее прессование и литье  под давлением.

При горячем  прессовании смесь полимера с  добавками засыпают в горячую  пресс-форму. Пресс-форма (см. рис.) состоит из неподвижной подставки, форма которой соответствует форме прессуемых изделий и подвижного поршня – пуансона. После загрузки смеси пресс-форму закрывают и давят на смесь пуансоном, который постепенно входит в подставку. Благодаря нагреванию смесь становится пластичной и под действием давления заполняет все каналы в пресс-форме. Если формуется реактопласт, то нагретая масса через некоторое время затвердевает, и готовое изделие вынимают из пресс-формы. Если же формуется термопласт, то пресс-форму надо охлаждать, иначе изделие растечется и потеряет нужные очертания. Это замедляет и удорожает процесс формования. Поэтому термопласты перерабатывают литьем под давлением. Здесь пластмасса размягчается при нагревании в отдельной

8

камере, а затем  уже с помощью насоса под давлением  подается в холодную пресс-форму. Пластмасса заполняет ее и, охладившись, быстро затвердевает. Горячее прессование  и литье под давлением позволяют  изготовлять детали различной формы. 

2.2 Получение

     Производство  синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации  или полиприсоединения низкомолекулярных  исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При  этом образуются высокомолекулярные связи  с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен). 

2.6 Механическая обработка

     Пластические  массы, по сравнению с металлами, обладают повышенной упругой деформацией, вследствие чего при обработке пластмасс  применяют более высокие давления, чем при обработке металлов. Применять  какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых случаях при  окончательной обработке допускают  применение минерального масла. Охлаждать  изделие и инструмент следует  струей воздуха.

Пластические  массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке пластмасс  режущими инструментами надо применить  высокие скорости резания и уменьшать  подачу. Износ инструмента при  обработке пластмасс значительно  больше, чем при обработке металлов, почему необходимо применять инструмент из высокоуглеродистой или быстрорежущей  стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь  для этого мелкозернистыми кругами.

9

Пластмасса может  быть обработана на токарном станке, может  фрезероваться. Для распиливания может  применяться ленточные пилы, дисковые пилы и карборундовые круги.

 

2.7 Применение пластмасс.

     Около двух третей всего мирового производства пластмасс составляют массовые продукты: полиэтилен, поливинилхлорид и полистирол. Основные области их применения –  это строительство, упаковка, машиностроение, электротехника, транспорт. Причиной их широкого распространения служат главным  образом относительно низкая цена и  легкость переработки и лишь во вторую очередь свойства, которые во многом уступают свойствам более дорогих  специальных веществ. В оставшейся трети преобладают полиэфирные  смолы, полиуретаны, поливинилацетат, аминопласты, фенопласты, полиакрилаты и полиметакрилаты. Так называемые специальные пластмассы, например, полиформальдегид, поликарбонаты, фторполимеры, силиконы, полиамиды и эпоксидные смолы, все вместе составляют около 2%.

Пластмассы в  строительстве.

     Пластмассы  в строительстве могут принести огромную пользу, если их правильно  использовать. Прозрачные цветные стекла из ударопрочного поливинилхлорида или бесшовно облицованные поливинилхлоридом  деревянные профили не только красивы, но и устойчивы к действию агрессивной  промышленной атмосферы и совершенно не нуждаются в уходе. Краска не выцветает, окна не разрушаются, рамы не разбухают  и не желтеют. В некоторых странах  изготавливают доски из вспененного  сополимерацетата (этиленпропиленового  каучука с полистиролом) и других пластиков. Поскольку они устойчивы к атмосферным воздействиям, их можно применять не только в интерьерах, но и для наружных строительных деталей (например, как ворота для гаражей, для

10

облицовки балконов и т.п.). Трудновоспламеняющееся, погодоустойчивое акриловое стекло (акрилглас) годится  для изготовления световых панелей  и куполов. Ими можно застеклять большие поверхности, срок службы которых  продолжителен.

Все большее  значение приобретают пластмассы в  строительстве трубопроводов, поскольку  в этом случае не возникает проблем  коррозии. Усиленные стекловолокном трубопроводы пригодны для доставки газов под давлением 15 бар и  для транспортировки химических веществ, способных вызвать коррозию. Для этих целей применяют поливинилхлорид, полиэфиры, полибутилен, полиэтилен и  полипропилен.

     В качестве уплотнителей швов между бетонными  деталями в строительстве можно  использовать полиуретаны, силиконы, акрилаты, комбинации эпоксидных соединений (их часто называют эпоксидными смолами, хотя термин «смолы» несколько устарел), все большее значение приобретают  для этих целей термопласты. Ими  можно не только уплотнять швы  на фасадах зданий из стали и легких металлов, но и «склеивать» мосты, а также скреплять части сооружений, полностью находящихся под водой (например, в плавательных бассейнах). Хорошие перспективы для использования  в этой области имеют эпоксидные смолы. Они характеризуются наличием так называемых эпоксигрупп и гидроксильных групп. Присутствие этих групп придает эпоксидным соединениям ценные для использования в строительстве свойства. Эпоксидные смолы прочно сцепляются с поверхностью бетона и устойчивы к атмосферным воздействиям. Их можно наносить на влажные поверхности бетона, так как эпоксидные..

11

Заключение

В настоящее  время пластмассы получили широчайшей распространение. Причиной такого распространения  являются их низкая цена и легкость переработки, а также свойства, которые  в некоторых случаях уникальны. Пластмассы применяют в электротехнике, авиастроении, ракетной и космической  технике, машиностроении, производстве мебели, легкой и пищевой промышленности, в медицине и строительстве, –  в общем, пластмассы используются практически  во всех отраслях народного хозяйства. Пожалуй, единственная область, где  использование пластмасс пока ограничено – это техника высоких температур. Но в скором времени они проникнут  и сюда: уже получены пластмассы, выдерживающие температуры 2000–2500°C. Развитие химических технологий, помогающих создавать вещества с заданными свойствами, позволяет сказать, что пластмассы один из важнейших материалов будущего. 

Наноматериалы.

2.1 Общие свойства

     Фуллерены, как новая форма существования  углерода в природе наряду с давно  известными алмазом и графитом, были открыты в 1985 г. при попытках астрофизиков объяснить спектры межзвездной  пыли. Оказалось, что атомы углерода могут образовать высокосимметричную молекулу С60. Такая молекула состоит  из 60 атомов углерода, расположенных  на сфере с диаметром приблизительно в один нанометр и напоминает футбольный мяч (рис. 6). В соответствии с теоремой Л. Эйлера, атомы углерода образуют 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников.                                                                    12

     Молекула  названа в честь архитектора  Р. Фуллера, построившего дом из пятиугольников и шестиугольников. Первоначально  С60 получали в небольших количествах, а затем, в 1990г., была открыта технология их крупномасштабного производства.

         Фуллериты. Молекулы С60 , в свою  очередь, могут образовать кристалл  фуллерит с гранецентрированной  кубической решеткой и достаточно  слабыми межмолекулярными связями . В этом кристалле имеются октаэдрические и тетраэдри-ческие полости, в которых могут находиться посторонние атомы. Если октаэдрические полости заполнены ионами щелочных металлов (¦ = К (калий), Rb (рубидий), Cs (цезий)), то при температурах ниже комнатной структура этих веществ перестраивается и образуется новый полимерный материал ¦1С60 . Если заполнить также и тетраэдрические полости, то образуется сверхпроводящий материал ¦зС60 с критической температурой 20-40 К. Изучение сверхпроводящих фуллери-тов проводится, в частности, в Институте им. Макса Планка в Штутгарте. Существуют фуллериты и с другими присадками, дающими материалу уникальные свойства. Например, С60-этилен имеет ферромагнитные свойства. Высокая активность в новой области химии привела к тому, что уже к 1997 г. насчитывалось более 9000 фуллереновых соединений.

         Углеродные нанотрубки. Из углерода  можно получить молекулы с  гигантским числом атомов. Такая  молекула, например С=1000000, может представлять собой однослойную трубку с диаметром около нанометра и длиной в несколько десятков микрон (рис. 7). На поверхности трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников. Концы трубки закрыты с помощью шести правильных пятиугольников. Следует отметить роль числа сторон правильных многоугольников в формировании двухмерных поверхностей, состоящих из

13 

Рис. 7. Нехиральные  нанотрубки: а - С(n', n) - металл;

Ь-С(n, 0):mod (n, 3) = 0 - полуметалл

mod (n, 3)!= 0 - полупроводник.

Рис. 8. Изогнутая  трубка

атомов углерода, в трехмерном пространстве. Правильные шестиугольники являются ячейкой в  плоском графитовом листе, который  можно свернуть в трубки различной  хиральности (m, n)3 . Правильные пятиугольники (семиугольники) являются локальными дефектами в графитовом листе, позволяющими получить его положительную (отрицательную) кривизну. Таким образом, комбинации правильных пяти-, шести- и семиугольников позволяют получать разнообразные формы углеродных поверхностей в трехмерном пространстве (рис. 8). Геометрия этих наноконструкций определяет их уникальные физические и химические свойства и, следовательно, возможность существования принципиально новых материалов и технологий их производства.