Начнем с истории пластика. Первый образец этого материала вышел в свет в 1862 году в Лондоне на Всемирной выставке, но получен он был еще раньше. В 1855 году английский металлург и изобретатель Александр Паркс получил некое вещество, которое назвал паркезин — в дальнейшем оно получило название целлулоид. Это и был первый пластик, синтезированный из целлюлозы, которую обработали азотной кислотой и растворителем. С тех самых пор началось развитие великого и ужасного пластика.
Что такое пластмасса
Пластмасса — это искусственно созданный материал на основе природных или синтетических полимеров, который может принимать заданную форму под давлением и при нагревании, а затем сохранять ее после охлаждения.
Полимер — это, в свою очередь, высокомолекулярное соединение, которое состоит из большого количества одинаковых или разных повторяющихся мономеров, соединенных между собой. Эти полимеры получают из низкомолекулярных соединений путем полимеризации или поликонденсации.
Чтобы было понятнее, разберем на простом жизненном примере. Мы используем полиэтиленовый пакет, чтобы нам было удобнее донести продукты из магазина домой. Так вот, полиэтилен — это полимер, который состоит из огромного количества молекул этилена (а этилен — это мономер). Однако, просто соединив огромное количество молекул этилена между собой, мы не добьемся тех характеристик, которыми обладает пакет.
Состав пластмассы
Основной компонент пластмассы — смола, или полимерный материал. Именно полимеры обеспечивают работу всего изделия как единого целого. Однако смолы в чистом виде не используют по нескольким причинам:
Это увеличит затраты на производство пластмассы.
Чистые смолы не обеспечивают необходимые физико-химические свойства изделий из этого материала.
Но и для этого нашли решение — например, некоторые добавки. В качестве добавок используют:
пластификатор, основная роль которого — увеличить пластичность и текучесть пластмасс;
краситель, с помощью которого получается цветная пластмасса;
наполнитель, цель которого — придание тех или иных свойств пластмассе. Например, если мы хотим, чтобы изделие из пластмассы обладало механической прочностью и теплостойкостью, то мы можем добавить в ее состав асбест. Добавка обеспечит нужные свойства материала.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
-
Подготовься к ЕГЭ по 3 предметам на 240+ баллов с гарантией.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Виды пластмассы
Как можно заметить, компонентов, из которых делается пластик, много и они сильно различаются. Поэтому, варьируя их число и предназначение, мы можем получить огромное количество разных видов пластика. Рассмотрим основные классификации пластмасс.
По типу основного компонента
По типу основного компонента пластмассы делятся на:
фенопласты. Основной компонент — фенолоформальдегидная смола. Так выглядит представитель фенолоформальдегидной смолы — бакелит:
эпоксипласты. Основной компонент — эпоксидная смола. Представитель эпоксидной смолы — эпоксидно-диановая смола:
аминопласты. Основной компонент — мочевино-формальдегидные смолы. Ниже приведен пример части мочевино-формальдегидной смолы:
По поведению при нагревании
В зависимости от поведения основного компонента пластмассы при нагревании, различают:
термореактивную пластмассу, которая при нагреве до определенной температуры размягчается и частично плавится, а затем в результате химической реакции переходит в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. После нагревания такие пластмассы уже нельзя использовать, они теряют все свои исходные физико-химические свойства;
термопластичную пластмассу, которая при нагреве размягчается или плавится, а при охлаждении твердеет. После нагревания такие пластмассы можно использовать повторно, однако их физико-химические свойства немного ухудшаются.
Способы получения пластмассы
Различают два принципиально разных способа получения пластмассы: реакцию полимеризации и реакцию поликонденсации.
Реакция полимеризации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем соединения друг с другом большого числа низкомолекулярных веществ (мономеров).
Реакция поликонденсации — это процесс образования высокомолекулярного соединения путем взаимодействия мономеров с несколькими функциональными группами, которое сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов реакции (воды, аммиака, соли и других веществ).
При полимеризации элементарный состав продукта совпадает с элементарным составом исходных веществ, к тому же пластмассы, полученные таким способом, можно разложить до исходных низкомолекулярных веществ. С пластмассами, полученными реакцией поликонденсации, такого сделать нельзя, так как элементарный состав продуктов реакции не совпадает с элементарным составом исходных веществ.
В таблице ниже указаны полимеры, полученные путем полимеризации, и исходные вещества, из которых эти материалы образованы.
|
Мономер |
Полимер, который получен из мономера |
||
|---|---|---|---|
|
Структурная формула |
Варианты названия |
Структурная формула |
Варианты названия |
|
CH2=CH2 |
Этилен, этен |
̶(̶CH2—CH2)̶n |
Полиэтилен |
|
|
Пропилен, пропен |
|
Полипропилен |
|
|
Стирол, винилбензол |
|
Полистирол, поливинилбензол |
|
|
Винилхлорид, хлористый винил, хлорэтилен, хлорэтен |
|
Поливинилхлорид (ПВХ) |
|
CF2=CF2 |
Тетрафторэтилен, перфторэтилен |
̶(̶CF2—CF2)̶n |
Тефлон, политетрафторэтилен |
|
|
Изопрен, 2-метилбутадиен-1,3 |
|
Изопреновый каучук (натуральный) |
|
CH2=CH—CH=CH2 |
Бутадиен-1,3, дивинил |
̶(̶CH2—CH=CH—CH2)̶n |
Бутадиеновый каучук, полибутадиен-1,3 |
|
|
Хлоропрен, 2-хлорбутадиен-1,3 |
|
Хлоропреновый каучук |
|
|
Бутадиен-1,3, дивинил и стирол, винилбензол |
|
Бутадиен-стирольный каучук |
Полимеры, которые образованы реакцией поликонденсации:
полиамиды,
полиуретаны,
поликарбонаты,
полиэфиры,
фенолоальдегидные смолы.
Применение пластмассы
У пластмассы есть ряд преимуществ перед другими материалами, поэтому область ее применения практически безгранична. На диаграмме ниже можно оценить масштабы использования изделий из пластика в различных сферах жизни человека.
Ниже мы кратко расскажем о свойствах, способах получения и области применения разных полимеров.
Полиэтиленовые полимеры
Способ получения: полимеризация этилена CH2=CH2.
Свойства: воскообразная масса, сохраняющая хорошую гибкость при температурах до −60 °C. Материал практически абсолютно водостоек и устойчив к агрессивным средам.
Область применения: для изготовления гидроизоляционных пленок и предметов санитарно-технического оборудования.
Полипропиленовые полимеры
Способ получения: полимеризация пропилена CH3—CH=CH2.
Свойства: белый порошок.
Область применения: для изготовления паро- и газонепроницаемых пленок и труб.
Поливинилхлоридные (полихлорвиниловые) полимеры
Способ получения: полимеризация винилхлорида CH2=CHCl.
Свойства: гранулы размером 0,01–0,03 мм и плотностью 1,4 г/см3. Материал обладает большой тепло- и морозостойкостью и диэлектрическими свойствами.
Область применения: для изготовления линолеума, гидро- и газоизоляционных пленок.
Полиизобутиленовые полимеры
Способ получения: полимеризация изобутилена CH2=C(CH3)2 при температуре около 100 °С в присутствии галоидных соединений бора, алюминия или титана.
Свойства: каучукоподобный эластичный материал плотностью 0,91–0,93 г/см3.
Область применения: для изготовления лака и мастик, в качестве компонента гидроизоляционных материалов.
Полистирольные полимеры
Способ применения: полимеризация стирола C6H5CH=CH2.
Свойства: бесцветные гранулы, хорошо окрашиваются в разные цвета, легко формуются, но обладают хрупкостью и невысокой теплостойкостью.
Область применения: для изготовления латексов, эмалей, гидроизоляционных пленок и облицовочных плиток.
Поливинилацетатные полимеры
Способ получения: полимеризация винилацетата и винилового спирта CH2=CH—OH.
Свойства: прозрачный бесцветный полимер, неустойчивый к действию кислот, щелочей, слабо набухает в воде, растворим в спиртах и сложных эфирах.
Область применения: для изготовления лаков, клеев, дисперсий, полимербетонов и растворов, применяемых при внутренней отделке зданий.
Полиакрилатные полимеры
Способ получения: полимеризация производных акриловой CH2=CH—COOH и метакриловой CH2=C(CH3)COOH кислот.
Свойства: бесцветная прозрачная стекловидная масса.
Область применения: для изготовления гидроизоляционных пленок, водонепроницаемых бетонов и растворов.
Фенолоформальдегидные полимеры
Способ получения: взаимодействие фенолов с формальдегидами.
Свойства: отличаются высокой прочностью и теплостойкостью.
Область применения: для изготовления древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, слоистых пластиков, лаков, клеев, мастик.
Аминоформальдегидные полимеры
Способ получения: поликонденсация мочевины или меламина с формальдегидом в определенных, строго контролируемых условиях.
Свойства: бесцветные, изготовляют в виде раствора и сухого полимера.
Область применения: для изготовления теплоизоляционных материалов, слоистых пластиков и клеев.
Полиуретановые полимеры
Способ получения: взаимодействие диизоцианатов с многоатомными, чаще с двухатомными спиртами.
Свойства: высокоплавкие линейные кристаллические полимеры. Отличаются низкой температурой плавления, незначительной гигроскопичностью, высокой атмосферостойкостью. Устойчивы к воздействию кислорода воздуха, озона, кислот и щелочей.
Область применения: для изготовления клеев, применяемых для склеивания каменных материалов.
Узнать больше о химическом составе, свойствах и применении не только пластика, но и других окружающих нас материалов можно на онлайн-курсах по химии в школе Skysmart. На уроках мы даем знания, которые пригодятся не только на экзамене, но и в реальной жизни и в быту.
