Пластмасса это полезное ископаемое или нет

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Как правило, пластмасса — это смесь нескольких веществ, полимер является составляющей частью пластмасс. Именно он связывает все компоненты пластмассы в единое, более или менее однородное целое. Поэтому полимер называют связующим. Кроме связующего полимера в пластмассы добавляют присадки разного назначения: наполнители, красители, вещества, улучшающие механические свойства, термостойкость и устойчивость к старению.Первые пластмассы получали на основе природных полимеров — производных целлюлозы, каучука и т. д. Потом в качестве связующих стали применять и синтетические полимеры — фенолформальдегидные смолы, полиэфиры и т. д.

Полиэтилен  $(-CH_2-CH_2-)_n$  –  продукт  полимеризации бесцветного газа – этилена. Полиэтилен – один из самых легких материалов – имеет высокую эластичность, отличные электроизоляционные свойства, химически стоек, водонепроницаем, морозостоек до –$70^circ C$, пластичен, недорог,   технологичен.   Недостатки   –   склонность   к   старению   и невысокая теплостойкость (до +$70^circ C$). Для защиты от старения в полиэтилен вводятся стабилизаторы (2-3% сажи). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких  труб,  уплотнительных деталей.  Применяется  для  покрытия металлов с целью защиты их от коррозии. Занимает первое место в общем объеме мирового производства пластмасс.

Полипропилен (-$CH_2-CH(СН_3)-)_n$  производится из пропилена. По свойствам аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до +$150^circ C$), имеет более высокую прочность, меньше склонен к старению. Применяется для изготовления деталей в автомобилестроении, химическом машиностроении, пленки, волокон, труб для горячей воды, электроизоляционных деталей

Полистирол (-$CH_2-CH(C_6H_5)-)_n$ – продукт полимеризации стирола, твердый, жесткий, прозрачный полимер. Имеет очень хорошие электроизоляционные свойства. Химически стоек, водостоек, хорошо обрабатывается механически, более стоек к воздействию радиации по сравнению с другими термопластами. Его недостатки – низкая теплостойкость (до +$65^circ C$), склонность к старению и растрескиванию. Используется в электротехнической, радиотехнической и химической промышленности. Разновидностью полистирола является пенополистирол (вспененный полистирол или пенопласт), который используется для производства теплоизоляционных и звукоизолирующих строительных материалов, одноразовой посуды, обеспечивающей теплоизоляцию.

Фторопласты – производные этилена, в которых все атомы водорода заменены атомами атомами фтора, имеют наибольшую термическую и   химическую   стойкость   из   всех   термопластичных полимеров. Фторопласт-4 $(-CF_2-CF_2-)_n$,    называемый    также тетрафторэтилен  или тефлон, имеет высокую плотность (2,2 $textrm{г/см$^3$}$), водостоек, не горит, не растворяется в обычных растворителях, обладает электроизоляционными и антифрикционными свойствами (имеют низкий коэффициент трения). По химической    стойкости    превосходит    все    известные материалы. Выдерживает температуру от −269 до +$260^circ C$. Существенным недостатком является трудность переработки в изделия и опасность выделения высокотоксичных веществ при термической утилизации. Применяется для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах, при высокой температуре, для антифрикционных покрытий на металлах, прокладок, электроизоляции, а также посуды с антипригарным покрытием.

Полиуретаны — высокомолекулярные соединения, содержащие уретановую группу -$NH-COO$-. По свойствам они близки к полиамидам, но  обладают  более  высокой  стойкостью  к  действию  воды  и окислителей, а также превосходят их по диэлектрическим свойствам. Они характеризуются эластичностью, морозостойкостью до –$70^circ C$, применяются для     изготовления     пленок, волокон, изоляции, полиуретановых каучуков, элементов декора, матрасов, обуви и т.д. Полиуретановая пена широко используется для теплоизоляции зданий.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТМАСС

Основные способы получения пластмасс — реакции полимеризации и поликонденсации (Смотри «Высокомолекулярные соединения»).

Реакции полимеризации:

Реакция полимеризации — это химический процесс соединения (сшивание) множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы ) полимера.

полистирол

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м3) и термическую стойкость (до $105^0C$). Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40°C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей). Для улучшения свойств полистирола его модифицируют путём смешивания с другими различными полимерами — подвергают сшиванию, таким образом получая сополимеры стирола. Наиболее широкое применение (более 60% производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. 

Полистирол получают разными методами: эмульсионным, суспензионным и некоторыми другими. Эмульсионный метод в настоящее время не применяется в производстве. Поэтому рассмотрим подробнее суспензионный метод получения полистирола. 

Суспензионный метод полимеризации производится в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. На первой стадии из стирола и воды  готовят суспензию с добавлением стабилизаторов (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроокиси магния) и инициаторов полимеризации (пероксид водорода или персульфат калия), для получения сополимеров  добавляют реагенты-мономеры: акрилонитрил, метилметакрилат, бутадиен и др.  

1 — аппарат для приготовления мономерной фазы; 2 — реактор; 3 — аппарат для приготовления  водной фазы; 4 — сито; 5 — промежуточный сборник; 6 — центрифуга; 7 — сушилка

Процесс полимеризации проводится при постепенном повышении температуры (до $130^0C$) под давлением. Результатом является — получение суспензии из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения сополимеров стирола. Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола.

ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА (ПОЛИХЛОРВИНИЛА)

Это бесцветная, прозрачная термопластичная пластмасса. Отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. Не горит на воздухе и обладает малой морозостойкостью (−$15^0C$C).

При добавке к нему пластификатора можно получить очень пластичный материал — пластикат. Из жесткого ПВХ — винипласта — изготавливают листы, трубы, прутки, а из пластиката — пленку, шланги и другие изделия. Из ПВХ изготавливаются также вспененные материалы (пенопласты).

Поливинилхлорид получают из хлорэтилена (винилхлорида) реакцией полимеризации:

Реакция протекает по  механизму свободнорадикального присоединения. Степень полимеризация и степень кристаллизации в значительной мере зависят от температуры процесса. 

Одним из способов промышленного получения поливинилхлорида является суспензионный метод. 

Винилхлорид, содержащий инициаторы процесса (например, ацилпероксиды, диазосоединения), интенсивно перемешивают в водной среде с добавлением защитного коллоида (например, поливинилового спирта). Смесь нагревают до $45-65^0C$ (в зависимости от требуемой молекулярной массы поливинилхлорида). Поливинилхлорид образуется в виде капель, которые застывают при охлаждении. После падения давления в реакторе  удаляют непрореагировавший мономер, поливинилхлорид отфильтровывают, сушат в токе горячего воздуха, просеивают через сита и расфасовывают. Полимеризацию проводят в реакторах большого объема (до 200 куб м). Современные  производства полностью автоматизированы.  

РЕАКЦИИ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ:

ПОЛУЧЕНИЕ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ

Взаимодействие фенола с формальдегидом протекает по следующей  схеме:

Роль реакционноспособных функциональных групп в этих соединениях играют:

• в феноле – бензольное кольцо с локализацией отрицательного зарядов в орто- и пара-положениях  (легче идет замещение в двух орто-положениях);

• в формальдегиде – карбонильная группа С=О, способная к реакции присоединению.

Это определяет возможность образования цепных макромолекул. Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария).

Фенолоформальдегидные полимеры применяются в виде прессовочных композиций с различными наполнителями, а также в производстве лаков и клея.

ПОЛУЧЕНИЕ ЭПОКСИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Реакцию поликонденсации проводят с избытком эпихлоргидрина (хлорметилоксирана):

Вместо бисфенола могут использоваться  гликоли, глицерин, резорцин и их производные.

Полученные эпоксидные смолы представляют собой высоковязкие жидкости или твердые тела с высокими температурами плавления. Эпоксидные смолы могут далее отверждаться добавками аминов, полисульфидов, полиамидов.

Эпоксидные смолы находят весьма широкое и разнообразное применение благодаря своей химической устойчивости и хорошей адгезии. Эпоксидные смолы являются конструкционными клеями. После полного отверждения эпоксидные смолы – это прочные материалы, что позволяет их использовать для покрытия полов в промышленных зданиях, в качестве герметизирующих композиций и застывающих клеев.