66. Полімери. Фізико-хімічні властивості. Застосування

Склад і будова поліетилену. Молекули етилену здатні вступати в реакцію сполучення між собою, утворюючи довгі ланцюги з високими значеннями молекулярних мас. У результаті реакції утворюється так званий полімер. Процес послідовного сполучення молекул з утворенням високомолекулярної речовини називається полімеризацією (від грец. полі – численний, багато, і мерос – частина). Унаслідок полімеризації етилену утворюється полімер

С Н₂ = СН₂ + СН₂ = СН₂ + СН₂ = СН₂ + ... СН₂ - СН₂ - + - СН₂ - СН₂ - + - СН₂ - СН₂ - СН₂ - + ...

СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂ -...

А бо у скороченому вигляді: nСН₂ + СН₂ (- СН₂ - СН₂ -)_n

Етилен Поліетилен

Реакція відбувається за підвищених тиску і температури та за наявності каталізатора. Вихідні низькомолекулярні речовини називаються мономерами (від грец. моно – один) . Етилен – мономер у реакції полімеризації. У струк-турі полімеру можна визначити фрагменти, що повторюються по всій довжи-ні ланцюга, у поліетилені це групи - СН₂ - СН₂ -. Такі групи атомів, що по-вторюються і становлять основу хімічної будови полімерного ланцюга, називаються мономерними ланками. Число n, що показує, скільки молекул мономера сполучається, утворюючи полімери, називається ступенем полімеризації. Мономерна ланка

nСН₂ + СН₂ (- СН₂ - СН₂ -)_n Етилен Поліетилен

Ступінь полімеризації

У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру.

Властивості поліетилену. На дотик поліетилен ніби масний, нагадує твердий парафін. Причина цього – подібність складу й хімічної будови цих речовин: парафін належить до вищих вуглеводів (С₁₈- С₃₅), у його структурі, як і в структурі поліетилену, повторюються групи - СН₂ -. Поліетилен у масі – тверда речовина білого кольору, але легко забарвлюється в різні кольори, не тоне у воді. Плавиться у межах 102-105^оС або 125 - 137 ^оС, залежно від способу добування полімеру.

Процес плавлення полімерів має свої особливості, зумовлені взаємодією між молекулами, що мають значну довжину. У процесі нагрівання в розплав-лений стан переходять насамперед коротші молекули, потім – довші, звідси широкий інтервал температур плавлення, а не точка плавлення, як у низько-молекулярних речовин.

У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після тверднення полімеру. Така властивість називається термо-пластичністю. Поліетилен - доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім’яти, але важко розірвати. Поліетилен не проводить електричного струму. Він стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину перманганату калію і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою.

Щоб надавати полімеру потрібних експлуатаційних властивостей, тобто перетворити його на пластмасу, матеріал, з якого можна виготовляти різні вироби, в полімерну масу добавляють спеціальні речовини. Наприклад, завдяки пластифікаторам твердий полімер перетворюється на еластичний матеріал. Щоб зробити пластичну масу поруватою, до неї додають речовини, в результаті розкладання яких виділяються гази; таким чином виготовляють пінопласти. Для підвищення термо-, світло- і хімічної стійкості добавляють протиокисники (антиоксиданти), для забарвлення – пігменти, щоб запобігти наелектризованості – антистатики; у пластмаси вводять також наповнювачі – кварц, крейду, волокна тощо. Завдяки різним добавкам з того самого полімеру можна виробляти різні за властивостями матеріали, а з них виготовляти різні вироби, наприклад деталі конструкцій і взуття. Пластмаси належать до найважливіших сучасних матеріалів, що застосовуються в техніці, сільському господарстві, побуті. Це зумовлено тим, що вони мають властивості, завдяки яким їх використання є економічно вигідним. До них належать: низька густина (легкість), хімічна стійкість, низька теплопровідність, легкість забарвлювання, високі оптичні якості, а також можливість змінювати ці властивості в широких межах через зміну структури полімерів. Величезні переваги пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхіності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси – високій продуктивності виробництва.

Експлуатаційні недоліки пластмас пов’язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, напр., обмежується його низькою температурою плавлення.