Полімери у хімічній промисловості. Виготовлення та використання плстмас

ЗМІСТ

 

ВСТУП 3

1. ЗНАЧЕННЯ ХІМІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА ДЛЯ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА  4
2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПОЛІМЕРИ  6
3. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПЛАСТМАСИ 8
4. КЛАСИФІКАЦІЯ ПЛАСТМАС ЗА ПОХОДЖЕННЯМ  10
5. МЕТОДИ ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ З ПЛАСТИЧНИХ МАС 12

ВИСНОВОК 15

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 16

 

ВСТУП

 

Полімери – це своєрідні хімічні сполуки з високої молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа повторюваних угруповань (мономерних ланок). Атоми, що входять до складу макромолекул, з'єднані один з одним силами головних і (чи) координаційних валентностей.

Пластмаса – це матеріал на основі полімерів. Вона  широко застосовується у виробництві вікон, ПВХ, а також у більшості предметів побуту й народного господарства.

Ця тема є актуальною  для багатьох вчених, які займаються дослідженням полімерів, тому що полімери це крім поліетиленових пакетів, гуми, тканин, паперу, ще й молекули ДНК, в яких є генетична інформація і під керуванням яких працює жива клітина; молекули білків, шкіри, волосся, нігтів і багато іншого.

Метою є визначенням  основних характеристик полімерів, зокрема целюлози та пластмас, подання  основних методів виробництва пластмас, як одного з основних матеріалів промисловості  та їх класифікація.

Для досягнення поставленої  мети, доцільно виконати такі завдання:

1. визначення значення хімічного виробництва;
2. розкриття загальних відомостей про полімери;
3. розгляд пластмаси, як матеріалу, виготовленого на основі полімеру;
4. ознайомлення з методами виробництва пластмас.

 

1. ЗНАЧЕННЯ ХІМІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА ДЛЯ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА

 

Коли не існувало хімічної промисловості, люди користувалися  лише тими матеріалами, якими обдарувала їх природа, тобто: пісок, камінь, дерево, вода, повітря. І хоча не усвідомлено люди використовували хімічні реакції декілька тисячоліть (горіння палива, виплавка металів тощо) хімія, як наука почала розвиватися лише в 17 столітті, але розвиток її був дуже повільним. У 20 столітті розвиток хімічної промисловості набрав великих обертів, особливо починаючи з 50-тих років. Все сучасне хімічне виробництво утворене у другій половині 20-го століття. В наш час ще продовжується його бурхливий розвиток.

Хімічна промисловість  дала людству тисячі нових речовин, які в природі не існують, і з допомогою яких людство отримало нові конструкційні матеріали. І це стало поштовхом для розвитку усіх інших галузей виробництва.

Без хімії ми б не мали сучасного автомобільного і авіаційного транспорту (шини, паливо), будівництва (нові будівельні матеріали), легкої промисловості (тканини), фармакології (ліки), побутових виробів (парфуми, миючі засоби) тощо.

Сировиною для  хімічної промисловості є продукція  гірничодобувної промисловості, а також сировина біологічного походження (рослини, тварини).

Умовно всю  хімічну промисловість, як і хімію, можна поділити на дві

великі частини:

- хімічна промисловість  на базі неорганічної сировини;

- хімічна промисловість  на базі органічної сировини.

Деякі галузі хімічного  виробництва настільки розвинулись, що набули статуту самостійних галузей, наприклад: паливна та нафтопереробна галузі, гумотехнічна галузь, виробництво синтетичних волокон, виробництво мінеральних добрив та інші.

У кожній з цих  галузей існує своя сировина, своя техніка і своя технологія, які дуже відрізняються. Отже, у промисловості існують десятки тисяч різноманітних технологій, які неможливо навіть перелічити в нашому курсі. Тому наше завдання полягатиме лише в тому, щоб ознайомити майбутнього менеджера з основними продуктами, що їх виробляє хімічна промисловість, і шляхами їх подальшого використання у виробництві, або у побуті. І лише в деяких випадках ми познайомимось з технологією виготовлення найбільш поширених продуктів хімічної промисловості. На завершення лише скажемо, що сучасна хімічна промисловість продовжує розвиватись у напрямках: збільшення кількості, підвищення якості та розширення асортименту виробів. [2, стор. 87]

Класифікація  продуктів хімічного виробництва

Згідно з  класифікатором продукти хімічної промисловості  поділяються на 7 класів, кожний клас – на підкласи. Усього налічується 52 підкласи.

Перелічимо  лише класи:

1 Продукція  неорганічної хімії і гірничо-хімічна  сировина (мінерали і первісні продукти їх переробки).

2 Полімери (пластмаси,  синтетичні каучуки, хімічні волокна).

3 Лакофарбові матеріали і продукти.

4 Синтетичні  барвники і органічні напівпродукти.

5 Продукти органічного  синтезу (нафтопродукти, продукти  коксо- і

лісохімії).

6 Хімічні реактиви  і особливо чисті речовини.

7 Медикаменти  і хіміко-фармацевтична продукція.

Розглянемо  детальніше 2 клас полімерів.

 

2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ  ПРО ПОЛІМЕРИ

 

Продукти з’єднання однакових  молекул у вигляді повторюваних ланок називаються полімерами. Отже полімери складаються з макромолекул, до яких входять від двох до декількох тисяч простих молекул.

Залежно від побудови макромолекул полімери поділяються на лінійні, розгалужені і просторові.

У лінійних ланцюг макромолекули  розташований у вигляді лінії. Вони гарно розтопляються і розчиняються.

У розгалужених полімерів  є декілька ланцюгів, розташованих у одній площині. Вони погано розтоплюються і розчиняються.

У просторових полімерів  ланцюги молекул розростаються  у різні боки, утворюючи певний об’єм. Вони не розтоплюються і не розчиняються (гума).

Залежно від  поведінки при нагріванні полімери поділяються на термопластичні і термореактивні.

Термопластичні  полімери мають лінійну або розгалужену  структуру. Вони можуть багаторазово розтоплюватись і затвердівати без зміни своїх властивостей. Термореактивні полімери при нагріванні не розтоплюються, змінюють свою структуру і властивості.

За походженням  полімери діляться на природні – полісахариди (целюлоза, крохмаль, білки, натуральний каучук) і синтетичні (смоли, пластмаси, волокна, каучуки, лаки).

Синтетичні  полімери отримують полімеризацією або поліконденсацією. [1, стор. 56].

Полімеризація – процес утворення під високим тиском високомолекулярних з’єднань із ненасичених низькомолекулярних речовин (мономерів) шляхом приєднання, при якому не утворюється ніяких побічних продуктів. При цьому елементи складу полімерів і мономерів однакові.

Поліконденсація – процес утворення високомолекулярних з’єднань шляхом знищення елементів складу з відділенням деяких низькомолекулярних продуктів (води, водню, хлору). При цьому елементи складу полімерів і мономерів відрізняються.

На відміну від полімеризації поліконденсація є ступінчатим процесом, у якому послідовно приєднуються одна молекула до іншої.

За агрегатним станом полімери можуть бути рідинними (розчини, емульсії, в’язкі маси) і твердими (гранули, порошки, куски).

Деякі властивості полімерів, наприклад розчинність, здатність до грузлого плину, стабільність, дуже чуттєві до дії невеликих кількостей чи домішок добавок, що реагують з макромолекулами. Так, щоб перетворити лінійний полімер з розчинного в цілком нерозчинний, досить утворити на одну макромолекулу 1-2 поперечні зв'язки.

Найважливіші характеристики полімерів - хімічний склад, молекулярна  маса і молекулярно-масовий розподіл, ступінь розгалуженості і гнучкості  макромолекул, стереорегулярність і  інші. Властивості полімерів істотно залежать від цих характеристик. [3, стр. 203]

Виробництво полімерів  є високоавтоматизованим, безлюдним  і безвідходним, тобто повністю відповідає сучасним вимогам до виробництва. За об’ємами виробництва полімерів перші місця посідають США, Японія, Німеччина.

Полімери широко застосовують як вихідний матеріал при  виготовленні пластичних мас, плівок, волокон, каучуків, клеїв, лаків і та ін.

 

3. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПЛАСТМАСИ

 

Пластичні маси (пластики) – це матеріали, які вміщують у якості основного компонента полімер, котрий при певних температурі і тиску набуває пластичності, а потім затвердіває, зберігаючи форму при експлуатації.

В одних випадках пластмаси  складаються тільки з полімеру, в  інших – містять складні композиції, в яких окрім полімеру є наповнювачі. При цьому основою завжди є полімер, властивості якого зумовлюють технологію виготовлення деталі в цілому. Наповнювачі лише надають виробу певних властивостей: колір, міцність, твердість, тепопроводність і т.ін.

Широке застосування пластичних мас визначається їх позитивними властивостями:

- низька густина (0,9 –  1,2 г/см3);

- висока демпферна здатність (звукоізоляція);

- висока стійкість до  агресивних середовищ;

- високі діелектричні  властивості (діелектрики);

- низька теплопровідність (теплоізолятори);

- високі антифрикційні  властивості (низький коефіцієнт  тертя);

- можливість зміни властивостей  у широкому діапазоні (за рахунок наповнювачів);

- простота формоутворення  складних за формою заготовок  при порівняно низьких температурах;

- відмінна оброблюваність різанням.

У багатьох випадках пластмаси  можуть замінити метали, але прогнози 50-х років про те, що пластмаси майже повністю витіснять метали, не збулися через їх недоліки:

- невисока міцність, зокрема  контактна;

- обмеженість розмірів  деталей;

- невисокий температурний  режим експлуатації (до 60-100єC);

- порівняно висока вартість  багатьох із них.

Пластмаси застосовують у  машинобудуванні, приладобудуванні, електро  і радіотехніці, промисловості, засобах зв’язку, у капітальному будівництві, в легкій, харчовій, хімічній промисловості, у сільському господарстві і в побуті.

Безліч факторів, що впливають, на виробництво пластмасових виробів  і недолік відомостей приводить  до безпорадності в усуненні дефектів одержуваних виробів із пластмаси  із прес-форми. При цьому проби й окремі міри, рідко приводять до мети. Для можливості систематичного виявлення, пояснення й усунення дефектів на пластмасових виробах, є гарна конструкція прес-форми, а також правильна установка параметрів машини й технологічних параметрів переробки.

Основну підтримку в усуненні дефектів можуть зробити різні техніки  систематизації. Істотним є те, що потрібно не лікувати симптоми, а досліджувати безпосередню причину.

В основі процесів переробки  пластмас перебувають фізичні й  фізико-хімічні процеси структуроутворення й формування:

1. нагрівання, плавлення,  скловання й охолодження;

2. зміна обсягу й  розмірів при впливі температури  й тиску;

3. деформування, що супроводжується розвитком пластичної (необоротної) і високо-еластичної деформації й орієнтацією макромолекулярних ланцюгів;

4. релаксаціонні процеси;

5. формування надмолекулярної  структури, кристалізація полімерів  (що кристалізується);

6. деструкція полімерів.

Ці процеси можуть проходити одночасно й взаємозалежно. Переважної буде тільки один процес на певній стадії. [4, стор. 196]

 

 

4. КЛАСИФІКАЦІЯ ПЛАСТМАС

 

Загальна кількість  видів пластмас – декілька сотень найменувань. За походженням вони поділяються на полімеризаційні і поліконденсаційні. Найбільш дешеві і найбільш поширені пластмаси, отримані полімеризацією. Серед них найбільше поширення набули термопласти: поліетилен, полівінілхлорид, полістирол.

Поліетилен – виробляють із етилену при високому (100 МПа) тиску. Це самий дешевий серед пластмас матеріал. Має достатню міцність, високі діелектричні властивості і хімічну стійкість. Використовують при виготовленні труб, антикорозійних покрить, пакувальної плівки, тари, деталей у машинобудуванні, радіотехніці і електротехніці.

Полівінілхлорид – виробляють із хлористого вінілу. Це високоміцний, хімічно стійкий конструкційний матеріал, але не самий дешевий. Посідає перше місце серед пластмас по виробництву.

Полістирол – виробляють із стеролу. За властивостями та галузями використання посідає середнє місце між поліетиленом і полівілхлоридом.

Пластмаси, які  отримують поліконденсацією, більш  дорогі, але вироби з них мають більш естетичний вигляд. Найбільше поширення набули фенопласт, амінопласт, поліаміди, поліуретан та ін. Їх випускають у вигляді прес-порошків, текстолітів, склотекстолітів, слоїстих пластиків. Широкого поширення вони набули при витопленні побутової техніки, - корпуси фенів, електробритв, авторучок, телефонних апаратів, корпусів телевізорів, мікрокалькуляторів, фотоапаратів та ін.

За призначенням пластмаси поділяють на три великі групи:

- пластмаси  загального призначення, застосовувані  при виготовленні технічних і  побутових виробів, до яких  не ставляться особливо високі  вимоги щодо міцності, електропровідності, хімічної стійкості тощо;

- конструкційні  пластмаси (машинобудівні), які в  свою чергу поділяються на  три підгрупи: