Неорганические полимеры

Органические полимеры

Органические полимеры — это разнообразные материалы, обычно получаемые из доступного и дешевого сырья; на их основе получают пластические массы (пластмассы) — сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств, а также синтетические волокна.
К ним также относятся: полимеризационные смолы, полиэтилен (высокого, среднего и низкого давления), полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиакрилаты, каучуки, конденсационные смолы, фенолоформальдегидные смолы, полиэфирные смолы, полиэтилентерефталат, полиамидные смолы, капрон, этант, анид и т.д..

Полимеры фосфора

Существует много модификаций фосфора: белый, красный, черный, коричневый, фиолетовый. Красный – НП мелкокристаллического строения. Получается нагревом белого фосфора без доступа воздуха при температуре 2500 ˚С. Черный фосфор получен П. Бриджменом при следующих условиях: давление 200000 атмосфер при температуре 200 °C.

Фосфорнитридхлориды – соединения фосфора с азотом и хлором. Свойства этих веществ меняются с ростом массы. А именно уменьшается их растворимость в органических веществах. Когда молекулярная масса полимера достигает нескольких тысяч единиц, образуется каучукоподобное вещество. Это единственный достаточно термостойкий безуглеродный каучук. Он разрушается только при температуре свыше 350 °C.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Неорганические полимеры: примеры и применение

Специфика НП заключается в образовании полимерных кристаллических тел с регулярной трехмерной структурой макромолекул. Наличие жесткого каркаса химических связей предоставляет таким соединениям значительную твердость.

Указанное свойство позволяет использовать в качестве абразивных материалов неорганические полимеры. Применение этих материалов нашло широчайшее применение в промышленности.

Исключительная химическая и термическая стойкость НП является также ценным свойством. Например, армирующие волокна, изготовленные из органических полимеров, устойчивы на воздухе до температуры 150-220 ˚С. Между тем борное волокно и его производные остаются устойчивыми до температуры 650 ˚С. Именно поэтому неорганические полимеры являются перспективными для создания новых химически и термостойких материалов.

Практическое значение также имеют НП, которые одновременно являются и приближающимися по свойствам к органическим, и сохраняющими свои специфические свойства. К таким относят фосфаты, полифосфазены, силикаты, полимерные оксиды серы с различными боковыми группами.

Классификация

Органические и неорганические полимеры активно исследуются, определяются их новые характеристики, поэтому четкой классификации этих материалов еще не выработано. Впрочем, можно выделить определенные группы полимеров.

В зависимости от структуры:

• линейные;
• плоские;
• разветвленные;
• полимерные сетки;
• трехмерные и другие.

В зависимости от атомов главной цепи, образующих полимер:

• гомоцепные типа (-M-)n – состоят из одного вида атомов;
• гетероцепные типа (-M-L-)n – состоят из различных видов атомов.

В зависимости от происхождения:

• природные;
• искусственные.

Для отнесения к неорганическим полимерам веществ, которые в твердом состоянии представляют собой макромолекулы, необходимо также наличие в них определенной анизотропии пространственного строения и соответствующих свойств.

Классификация

Органические и неорганические полимеры активно исследуются, определяются их новые характеристики, поэтому четкой классификации этих материалов еще не выработано. Впрочем, можно выделить определенные группы полимеров.

В зависимости от структуры:

• линейные-
• плоские-
• разветвленные-
• полимерные сетки-
• трехмерные и другие.

В зависимости от атомов главной цепи, образующих полимер:

• гомоцепные типа (-M-)n — состоят из одного вида атомов-
• гетероцепные типа (-M-L-)n — состоят из различных видов атомов.

В зависимости от происхождения:

• природные-
• искусственные.

Для отнесения к неорганическим полимерам веществ, которые в твердом состоянии представляют собой макромолекулы, необходимо также наличие в них определенной анизотропии пространственного строения и соответствующих свойств.

Классификация

Органические и неорганические полимеры активно исследуются, определяются их новые характеристики, поэтому четкой классификации этих материалов еще не выработано. Впрочем, можно выделить определенные группы полимеров.

В зависимости от структуры:

• линейные;
• плоские;
• разветвленные;
• полимерные сетки;
• трехмерные и другие.

В зависимости от атомов главной цепи, образующих полимер:

• гомоцепные типа (-M-)n – состоят из одного вида атомов;
• гетероцепные типа (-M-L-)n – состоят из различных видов атомов.

В зависимости от происхождения:

Для отнесения к неорганическим полимерам веществ, которые в твердом состоянии представляют собой макромолекулы, необходимо также наличие в них определенной анизотропии пространственного строения и соответствующих свойств.

Особенности устройства и сфера применения гидравлических тележек.

Это устройство представляет собой П-образную тележку, у которой функцию кузова выполняют двузубые вилы с колесами. А на соединении этих «зубов» находится гидравлический подъемный механизм и рукоятка. Рукоятка же играет роль рычага при подъеме и руля — при перевозке. Вилочная конструкция устройства обуславливает его основную функцию – перевозку грузов, лежащих на поддонах. Благодаря безопасному и простому исполнению эти агрегаты могут использоваться людьми, не имеющими специальных навыков и знаний.

В СССР, такие тележки появились в 60 годах 20 века. Основным поставщиком была финская компания Rocla, давшая агрегату удобное название – рохля.

Благодаря возможности выбора из нескольких видов, сфера применения гидравлических тележек обширна:

1. Стандартный образец характеризуется, как безотказный и удобный помощник грузчика. Применяется в складских помещениях, на просторах супермаркетов и просто на улице. Обычно имеют грузоподъемность до 2 тонн.
2. Компактные рохли можно использовать в кузове грузовика или внутри вагона. Кроме того, они оптимально подойдут для небольшого магазина или склада. Причем малые габариты таких тележек не предполагают снижения грузоподъемности.
3. Экземпляр с встроенными весами позволяет взвешивать груз прямо там, где он лежит, без лишних погрузо-разгрузочных мероприятий. Этот вариант удобен для применения в пунктах приема металла или макулатуры. А показания измерительного устройства выводятся на дисплей, расположенный на рукояти.
4. Ножничный вариант – это, скорее, компактный мобильный грузовой лифт, чем тележка. Такой подъемник незаменим в узком проходе между стеллажами, а также при необходимости снятия или подъема груза в кузов автомобиля. Однако для безопасного применения ножничной рохли необходимо выбирать ровное горизонтальное основание и своевременно использовать тормозное устройство.
5. Устройства с повышенной грузоподъемностью способны заменить автопогрузчик там, где его использование затруднено или невозможно. Такие рохли с легкостью выдерживают вес до 5 тонн, не подвергая опасности оператора или его помощника.
6. Гидравлические тележки с удлиненными вилами применяются для работы сразу с двумя поддонами, если груз имеет соответствующий вес. Кроме того, они незаменимы для транспортировки по складу крупногабаритных товаров.
7. Низко профильные рохли и агрегаты с широкими вилами используют для работы с нестандартным грузом, поддонами европейского и американского образца.
8. Тележки специального назначения могут иметь повышенную маневренность благодаря наличию дополнительных колес.

Кроме того, бывают рохли с вилами нестандартной формы – для перевозки тяжелых рулонов или негабаритных грузов. Еще один вид специальных тележек имеет усиленную конструкцию из материалов, инертных к воздействию химических веществ и других агрессивных контактов.

Все разновидности этих агрегатов имеют общие достоинства:

• простоту устройства и эксплуатации,
• надежность и безопасность при соблюдении установленных правил,
• компактность и мобильность,
• повышение КПД работы грузчика.

Чтобы выбрать необходимый экземпляр, следует уточнить для себя сферу его применения, виды перевозимых грузов и прочие условия эксплуатации.

Линейные макромолекулы

Любая классификация полимеров достаточно условна, и каждая имеет свои недостатки, так как не может отобразить все характеристики данной группы веществ. Тем не менее она помогает каким-то образом их систематизировать. Классификация полимеров по форме макромолекул представляет их в виде следующих трех групп:

• линейные;
• разветвленные;
• пространственные, которые еще называются сетчатыми.

Длинные, изогнутые или спиралеобразные цепочки линейных ВМС придают веществам некоторые уникальные свойства:

• за счет появления межмолекулярных связей образуют прочные волокна;
• они способны к большим и длительным, но в то же время обратимым деформациям;
• важным свойством является их гибкость;
• при растворении эти вещества образуют растворы с высокой вязкостью.

Сополимеры

Полимеры, изготовленные из разных мономеров или химически связанных молекул разных полимеров, называют сополимерами. Например, ударопрочный полистирол является сополимером полистирол−полибутадиен.

Сополимеры различаются по строению, технологии изготовления и получаемым свойствам. На 2014 год созданы технологии:

• статистические сополимеры, образованные цепочками, содержащими химические группы различной природы, получают путём полимеризации смеси нескольких исходных мономеров;
• чередующиеся сополимеры характеризуются цепочками, в которых чередуются радикалы разных мономеров;
• привитые сополимеры образуются путём прикрепления цепочек молекул второго мономера сбоку к макромолекулам, образованным из основного мономера;
• гребнеобразными сополимерами называют привитые сополимеры с очень длинными боковыми цепочками;
• блок-сополимеры построены из достаточно протяжённых цепочек (блоков) одного мономера, соединённых по концам с достаточно протяжёнными цепочками другого мономера.

Свойства сополимеров

Гребнеобразные сополимеры можно составить из материалов с разными свойствами, что даёт такому сополимеру принципиально новые свойства, например, жидкокристаллические.

В блок-сополимерах, составленных из компонент с разными свойствами, возникают суперрешетки, построенные из выделившихся в отдельную фазу блоков различной химической природы. Размеры блоков зависят от соотношения исходных мономеров. Так, хрупкому полистиролу добавляют устойчивость к растяжению до 40 % путём сополимеризации с 5−10 % полибутадиена, и получается ударопрочный полистирол, а при 19 % полистирола в полибутадиене материал демонстрирует каучукоподобное поведение.

Полимеры фосфора

Существует много модификаций фосфора: белый, красный, черный, коричневый, фиолетовый. Красный – НП мелкокристаллического строения. Получается нагревом белого фосфора без доступа воздуха при температуре 2500 ˚С. Черный фосфор получен П. Бриджменом при следующих условиях: давление 200000 атмосфер при температуре 200 °C.

Фосфорнитридхлориды – соединения фосфора с азотом и хлором. Свойства этих веществ меняются с ростом массы. А именно уменьшается их растворимость в органических веществах. Когда молекулярная масса полимера достигает нескольких тысяч единиц, образуется каучукоподобное вещество. Это единственный достаточно термостойкий безуглеродный каучук. Он разрушается только при температуре свыше 350 °C.

Преимущества полимерных труб

Именно больше число преимуществ делает труб из полимерных материалов популярными. Выделим основные:

1. Устойчивость к коррозии. Полимеры не вступают в реакцию с кислородом, стенка не зарастает ржавчиной и не разрушается. Благодаря этому транспортируемая жидкость не изменяет свойства.
2. Устойчивость к развитию биологически активных сред – грибки, плесени, гнили не размножаются на стенках труб из полимерных материалов, так как те не производят питательную среду за счет отсутствия реакции с органикой.
3. Постоянные гидравлические характеристики и пропускная способность. Полимерные трубы не разлагаются под действием окислов и микроорганизмов, просвет не зарастает. Плюс, по мере использования нарастает гладкость стенки, что позволяет увеличить пропускную способность уже после монтажа.
4. Санитарная безопасность  — не вступают в контакт с перекачиваемой средой, не ржавеют, не гниют.
5. Химическая стойкость. Полимеры устойчивы к большинству агрессивных жидкостей, абразивам. Наличие взвесей не сказывается на толщине стенки, не вызывает преждевременный износ.
6. Долговечность. Оцененный срок службы трубы из полимерных материалов составляет не менее 50 лет. Это срок может быть больше, если труба будет эксплуатироваться при температуре до 20 градусов без промерзания грунта и прямого воздействия тепла.  
7. Экологическая безопасность. Не оказывают влияния на окружающую среду, не выделяют токсинов, могут использоваться без ограничения.

К минусам стоит отнести ограничения по температуре и давлению. Зато этот материал пластичен, может принимать любые формы, а сама трубная продукция может быть использована повторно как вторсырье (не более 25% для нескольких категорий труб и только для технических целей).

Боразон

Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит – сверхтвердые неорганические полимеры. Примеры их применения: изготовление шлифовальных кругов, абразивных материалов, обработка металлов. Это химически инертные вещества на основе бора. По твердости ближе прочих материалов к алмазам. В частности, боразон оставляет царапины на алмазе, последний тоже оставляет царапины на кристаллах боразона.

Впрочем, эти НП имеют несколько преимуществ перед натуральными алмазами: у них большая термостойкость (выдерживают температуру до 2000 °C, алмаз же разрушается при показателях в пределах 700-800 °C) и высокая устойчивость к механическим нагрузкам (они не такие хрупкие). Боразон был получен при температуре 1350 °C и давлении 62000 атмосфер Робертом Венторфом в 1957 году. Аналогичные материалы ленинградскими учеными были получены в 1963 году.

Классификация полимеров

Есть довольно большое количество показателей, по которым синтетические полимерные материалы могут классифицироваться. При этом классификация затрагивает и основные эксплуатационные качества. Именно поэтому рассмотрим разновидности полимерных материалов подробнее.

Классификация проводится по агрегатному состоянию:

1. Твердые. Практически все люди знакомы с полимерами, так как они используются при изготовлении корпусов бытовой техники и других предметов быты. Другое название этого материала – пластмасса. В твердой форме полимерный материал обладает достаточно высокой прочностью и пластичностью.
2. Эластичные материалы. Высокая эластичность структуры получила применение при производстве резины, поролона, силикона и других подобных материалов. Большая часть встречается в строительстве в качестве изоляции, что также связано с основными эксплуатационными качествами.
3. Жидкости. На основе полимеров производится достаточно большое количество самых различных жидких веществ, большая часть которых также применима в строительстве. Примером назовем краски, лаки, герметики и многое другое.

Различные виды полимерных материалов обладают разными эксплуатационными качествами. Именно поэтому следует рассматривать их особенности. Есть в продаже полимеры, которые до соединения находятся в жидком состоянии, но после вступления в реакцию становятся твердыми.

Классификация полимеров по происхождению:

1. Искусственные вещества, характеризующиеся высокомолекулярной массой.
2. Биополимеры, которые еще называют природными.
3. Синтетические.

Большее распространение получили полимерные материалы синтетического происхождения, так как за счет смешивания самых различных веществ достигаются исключительные эксплуатационные качества. Искусственные полимеры сегодня встречаются практически в каждом доме.

Классификация синтетических материалов проводится также по особенностям молекулярной сетки:

1. Линейные.
2. Разветвленные.
3. Пространственные.

Варианты структуры полимеров

Классификация проводится и по природе гетероатома:

1. В главную цепь может входить атом кислорода. Подобное строение цепочки позволяет получить сложные и простые полиэфиры и перекиси.
2. ВМС, которые характеризуются наличием атома серы в основной цепочке. За счет подобного строения получают политиоэфиры.
3. Можно встретить и соединения, в главной цепочке которых есть атомы фосфора.
4. В главную цепочку могут входить и атомы кислорода и с азотом. Наиболее распространенным примером подобного строения можно назвать полиуретаны.
5. Полиамины и полиамиды – яркие представители полимерных материалов, которые в своей главной цепочке имеют атомы азота.

Кроме этого выделяют две большие группы полимерных материалов:

1. Карбоцепные – вариант, который имеет основную цепочку макромолекулы ВМС с одним атомом углерода.
2. Гетероцепные – структура, которая кроме атома углерода имеет и атомы других веществ.

Существует просто огромное количество разновидностей карбоцепных полимеров:

1. Высокомолекулярные соединения, которые называют тефлоном.
2. Полимерные спирты.
3. Структуры с насыщенными главными цепочками.
4. Цепочки с насыщенными основными связями, которые представлены полиэтиленом и полипропиленом. Отметим, что сегодня подобные разновидности полимеров получили просто огромное распространение, их применяют при производстве строительных материалов и других вещей.
5. ВМС, которые получаются на основе переработки спиртов.
6. Вещества, полученные при переработке карбоновой кислоты.
7. Вещества, полученные на основе нитрилов.
8. Материалы, которые были получены на основе ароматических углеводородов. Самым распространенным представителем этой группы является полистирол. Он получил широкое применение по причине высоких изоляционных качеств. Сегодня полистирол используют для изоляции жилых и нежилых помещений, транспортных средств и другой техники.

Полимеры

Вся приведенная выше информация определяет то, что существует просто огромное количество разновидностей полимерных материалов. Этот момент также определяет их широкое распространение, применение практически во всех отраслях промышленности и сферах деятельности человека.

Классификация по пространственному строению

По пространственному строению полимеры делятся на:

• Стереорегулярные (или изотактические). Изотактический полимер – полимер, в котором заместители расположены в пространстве по одну сторону от основной полимерной цепи. Стереорегулярность полимера определяет высокие прочностные свойства;
• Синдиотактические. Синдиотактический полимер – полимер, в котором заместители расположены по одну и другую сторону от основной полимерной цепи периодически;
• Нестереорегулярные (или атактические). Атактический полимер – полимер, в котором заместители расположены беспорядочно (по одну и по другую сторону от основной полимерной цепи). Представляет собой более мягкий материал, напоминающий каучук.

Видео: монтаж сухой стяжки пола

Классификация

Полимеры дифференцируют по составу звеньев на:

• органические;
• элементоорганические;
• неорганические.

Первые служат основой большинства пластмасс.

Вещества второго типа включают в звеньях углеводородные (органические) и неорганические фрагменты.

По строению их дифференцируют на:

• варианты, в которых атомы разных элементов находятся в обрамлении органических групп;
• вещества, где углеродные атомы чередуются с прочими;
• материалы с углеродными цепями в обрамлении элементоорганических групп.

Все представленные типы имеют основные цепи.

Наиболее часто встречающимися среди неорганических полимеров являются алюмосиликаты и силикаты. Это основные минеральные вещества коры планеты.

На основе происхождения полимеры классифицируют на:

• природные;
• синтетические (синтезируемые);
• модифицированные (измененные варианты первой группы).

Последние подразделяют по способу получения на:

• поликонденсационные;
• полимеризационные.

Классификация органических полимеров

Поликонденсацией называют процесс формирования макромолекул из содержащих более одной функциональной группы молекул мономера с выделением NH₃, воды и прочих веществ.

Под полимеризацией понимают процесс формирования из мономера макромолекул с кратными связями.

Классификация по макромолекулярному строению включает:

• разветвленные;
• линейные;
• трехмерные сшитые;
• лестничные.

По реакции на термическое воздействие полимеры дифференцируют на:

• термореактивные;
• термопластичные.

Вещества первого типа представлены пространственными вариантами с жестким каркасом. При нагреве с ними происходит деструкция, некоторые загораются. Это обусловлено равной прочностью внутренних связей и связей цепей. Вследствие этого термическое воздействие ведет к разрыву как цепей, так и структуры, следовательно, происходит необратимое разрушение.

Термопластичные варианты представлены линейными полимерами, обратимо размягчаемыми при нагреве и отверждаемыми при охлаждении. Их свойства после этого сохраняются. Пластичность данных веществ обусловлена разрывом при умеренном нагреве межмолекулярных и водородных связей цепей.

Наконец, по особенностям строения органические полимеры подразделяют на несколько классов.

1. Слабо- и неполярные термопласты. Представлены вариантами с симметричной молекулярной структурой или со слабополярными связями.
2. Полярные термопласты. К данному типу относят вещества с несимметричной молекулярной структурой и собственными дипольными моментами. Иногда их называют низкочастотными диэлектриками. Ввиду полярности они хорошо притягивают влагу. Также большинство из них способны смачиваться. Данные вещества отличаются от предыдущего класса также меньшим электросопротивлением. При этом многие из полярных термопластов характеризуются высокими показателями эластичности, химической стойкости, механической прочности. Дополнительная обработка позволяет превратить данные соединения в гибкие резинообразные материалы.
3. Термореактивные полимеры. Как упоминалось выше, это вещества с пространственной системой ковалентных связей. Они отличаются от термопластичных вариантов твердостью, нагревоустойчивостью и хрупкостью, большим модулем упругости и меньшим коэффициентом линейного расширения. К тому же такие полимеры не подвержены воздействию обычных растворителей. Они служат основой для многих веществ.
4. Слоистые пластмассы. Представлены слоистыми материалами из пропитанных смолой листов бумаги, стеклоткани, древесного шпона, ткани и др. Такие полимеры характеризуются наибольшей анизотропией характеристик и прочностью. Но они малопригодны для создания предметов сложной конфигурации. Применяются в радио-, электротехнике, приборостроении.
5. Металлопласты. Это полимеры, включающие металлические наполнители в виде волокон, порошков, тканей. Данные добавки служат для придания специфических свойств: магнитных, улучшения демпфирования, электро- и теплопроводности, поглощения и отражения радиоволн.

1.2.1 Классификация полимеров по происхождению

1) природные
полимеры,
которые также называют – натуральными,
естественными, биополимерами. Эти
полимеры образуются в процессе
жизнедеятельности растительных и
животных организмов. Примеры полимеров
данного класса: целлюлоза, крахмал,
натуральный каучук, белки, хитин, пектин,
дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК),
рибонуклеиновые кислоты (РНК) и др.

2) искусственные
полимеры
получают химическим преобразованием
природных полимеров. Примеры: эфиры
целлюлозы (ацетаты целлюлозы, нитраты
целлюлозы и др.), вискоза, хлоркаучук и
др.

3) синтетические
полимеры,
представляющие собой продукт полимеризации
или поликонденсации мономеров, полученных
путем химической переработки нефти,
природного газа, угля. Примеры полимеров
данного класса: полиэтилен, полипропилен,
полистирол, поливинилхлорид, полиамиды
(капрон, найлон и др.), полиэфиры
(полиэтилентерефталат, глифталевые
смолы и др.), полиуретаны, фенолоформальдегидные
смолы и др.