Полимеризация клея это: УФ полимеризация

Содержание

УФ полимеризация

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВООБЩЕ И ОБ УФ-ПОЛИМЕРИЗАЦИИ В ЧАСТНОСТИ?

Процесс УФ-полимеризации называют также УФ-отверждением или УФ-сушкой, хотя в данном случае фраза «УФ-сушка» имеет переносное значение, поскольку высыхания (воды, растворителя, жидкости) в данном процессе практически не происходит.

Итак, УФ-полимеризация представляет собой фотохимический процесс, при котором мономеры сшиваются или отверждаются (полимеризуются или перекрещиваются) при воздействии ультрафиолетового излучения. Конкретный мономер будет полимеризоваться при воздействии ультрафиолетового излучения. Этот УФ «отверждаемый» мономер включает фотоинициатор, который поглощает энергию УФ и инициирует реакцию полимеризации в мономере.

В данной статье мы кратко опишем, как происходит процесс полимеризации ультрафиолетового клея (геля, лака, краски) под действием ультрафиолетового облучения с помощью УФ-лампы, а также сделаем краткий обзор других видов полимеризации (отверждения), используемых в технологических процессах.

Что такое ультрафиолет? Каковы свойства и искусственные источники УФ-излучения?

Солнечный свет преломляется в радуге в свои спектральные цвета. Видимый спектр имеет длину волны от 400 нм до 800 нм. Ультрафиолетовое излучение имеет невидимый спектр с длиной волны между 100 нм и 400 нм.

Ультрафиолетовое излучение между 200 нм и 400 нм используется в промышленности и в бытудля запуска реакций, таких как полимеризация, синтез или деградация различных веществ.

Для ультрафиолетовой полимеризации используются ультрафиолетовые лампы и LED диоды, которые имеют излучение в УФ-спектре.

УФ-лампа используется для полимеризации (отверждения) чувствительных к ультрафиолетовому излучению субстратов, таких как клей, лак или краска, избегая выброса опасных веществ в окружающую среду, поскольку данные уф-отверждаемые материалы не содержат растворителей, процесс отверждения УФ-клея, УФ-лака, УФ-краски происходит за счет сшивания молекулярных цепей.

УФ-излучение разрушает углерод-углеродную двойную связь одиночной молекулы (мономер, олигомер). Одиночные молекулы сшиваются с молекулярными цепями. Это сшивание называется полимеризация (УФ-сушка).Подходящие добавки, такие как фотоинициаторы, ускоряют цепную реакцию.

ЧТО ТАКОЕ ХОЛОДНОЕ И ГОРЯЧЕЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ? КАКОВЫ ИХ РАЗНОВИДНОСТИ?

Итак, отвержде́ние как химический процесс — это действие, в результате которого происходит необратимое превращение жидких реакционноспособных олигомеров и (или) мономеров в твердые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры. Процесс отверждения протекает с участием специальных отвердителей или в результате взаимодействия реакционноспособных групп олигомеров между собой под действием тепла, ультрафиолетового света или излучения высокой энергии. Является важной технологической операцией при формовании изделий из реактопластов, герметизации заливочными компаундамии герметиками, получении клеевыхсоединений и лакокрасочных покрытий. Процесс отверждения каучуков принято называть вулканизацией.

На рисунке изображён процесс отверждения под действием излучения с применением инициаторов.

Под действием излучения инициаторы распадаются на радикалы. Образовавшиеся радикалы способствуют вводу в цепную реакцию новых радикалов и взаимодействуют с мономерами и олигомерами с образованием сетчатых структур.

Освободившаяся энергия радикалов обеспечивает соединение макромолекул мономеров и олигомеров.

Отверждение может протекать при обычной и повышенной температуре, и соответственно подразделяться на холодное и горячее отверждение, при повышенном или пониженном давлении, на открытом воздухе или без доступа кислородаО₂. Отверждение полимеровможет протекать по механизму поликонденсации(например, отверждение фенолоформальдегидных смол) или полимеризации(например, отверждение полиэфирных смол). В отдельных случаях в одном процессе могут сочетаться оба механизма (например, отверждение эпоксидных смолангидридами кислот в присутствии катализаторов— третичных аминов).

Отвердители процесса

В роли отвердителей выступают полифункциональные соединения, такие как диамины, полиамины, фенолы, гликоли, ангидридыи пр. К отвердителям относят также радикальные инициаторы — органические пероксиды, диазосоединения, и катализаторыионной полимеризации — третичные амины, кислоты Льюисаи другие. Часто инициаторы отверждения сочетают с ускорителями, например с нафтенатомкобальта. В молекулах некоторых отвердителей (таких как производные триэтаноламина) могут содержаться как реакционноспособные, так и катализирующие группы.

Количество отвердителя в композиции зависит от количества функциональных групп в олигомере и в самом отвердителе. Количество инициатора или катализатора зависит от активности данных групп и обычно составляет 0,1-5 %. Для замедления отверждения используют ингибиторыполимеризации.

ХОЛОДНОЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ

Ультрафиолетовое отверждение (UV Cure) — это фотохимически индуцированная полимеризация при помощи ультрафиолетового излучения. В УФ-отверждаемых веществах содержатся фотоинициаторы. При попадании на них световой энергии УФ-излучения фотоинициаторы распадаются на свободные радикалы с высокой энергией. В процессе перемещения радикалы сталкиваются с олигомерами и мономерами, соединяясь с ними. При отверждении образуется матрица, сшитая из полимерных цепей.

Радиационное отверждение. Под действием облучения происходит сополимеризация олигомеров и мономеров. Радиационное отверждение композиций идет только под лучом, без организации дополнительных условий (температура, давление, вакуум и т.д.). При этом отсутствует необходимость введения инициаторов, так как взаимодействующие группы образуются за счет разрыва цепей основных полимеров. Этот процесс хорошо управляем, источник облучения может быть расположен как непосредственно в линии формирования изделий, так и отделен. Основными преимуществами радиационного отверждения являются: высокая энергетическая эффективность, снижение или полное исключение испаренияпродуктов, высокая производительность процесса, комнатная температура отверждения.

Ультразвуковое отверждение основано на передаче механических колебаний от ультразвукового преобразователя к клею, находящемуся на поверхности раздела между соединяемыми деталями. Он дает хорошие результаты, когда в конструкции используется порошкообразный или плёночный клей. Тепло, выделенное в результате поглощения ультразвуковой энергии, расплавляет или отверждает клей.

Выделяемое в процессе ультразвукового воздействия тепло имеет локальный характер и возникает в точке приложения. Благодаря этому качеству для соединения уже отвержденных композиций широко применяется ультразвуковая сварка. Расплавляя и повторно отверждая твердые и мягкие пластмассы, полукристаллические пластмассы и металлы, данная технология позволяет быстро упаковывать опасные вещества без использования клеящих компонентов и высоких температур. Ультразвуковая обработка может применяется и как катализатор при горячем отверждении. Так воздействие ультразвука на эпоксидный клей горячего отверждения перед нанесением его на склеиваемые детали существенно сокращает время его приготовления при одновременном повышении прочности клеевых соединений. На примере склеивания материалов клеями холодного отверждения установлено, что в результате ультразвуковой обработки улучшается смачиваемость поверхности наполнителя смолой. Частицы наполнителя равномернее распределяются в объёме полимера, наблюдается ускорение процесса отверждения, улучшается растекание клея на поверхности детали за счет уменьшения исходной вязкости, снижается угол смачивания для всех исследуемых материалов.

ГОРЯЧЕЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ
Электронно-лучевое отверждение (EB Cure), как и УФ-отверждение, позволяет добиваться 100% отверждения красок, лаков и адгезионных составов. Образование межмолекулярных связей и отверждение под потоком электронных лучей аналогично УФ-отверждению, но для запуска процесса достаточно энергии электронови не требуются инициаторы. Нагреваемыеэлектричествомвольфрамовые нити в вакуумной камере генерируют поток электронов. Электроны разогнавшись до высокой скорости, попадают на отверждаемый материал. Энергия электронов зависит от напряжения, определяющего глубину их проникновения в материал и максимальную толщину отверждаемого или высушиваемого материала.

Данный тип отверждения пока узко специализирован и применяется при печати, ламинировании и при производстве гибкой упаковки, покрываемой поверх традиционных красок стойким к истиранию глянцевым лаком.Инфракрасное (терморадиационное) отверждение (IR cure) основано на способности материала пропускать инфракрасные лучи определенной длины. При поглощении лучей подложкой она нагревается. Часть энергии отражается от поверхности, часть поглощается подложкой, а остальная переносится на материал. Прямой перенос энергии сразу инициирует реакцию отверждения. Преимущество отверждения ИК-облучением заключается в возможности переноса большого количества энергии за очень короткий промежуток времени.

Хотя ИК-камеры способны отверждать покрытия намного быстрее, чем прочие установки, на результат сильно влияют размеры, формы и массы изделий. Для эффективного отверждения важно равномерное попадание ИК-излучения на все участки отверждаемой поверхности. Расстояние от поверхности до источника излучения также существенно влияет на процесс отверждения покрытия. Если у отверждаемой заготовки присутствуют геометрические области, скрытые или сильно удаленные от источника излучения, то в дополнении к терморадиационному методу рекомендуется применять конвекционный.

Искусственными источниками инфракрасных волн являются лампы накаливания, металлические и керамические плиты, спирали, газовые горелки и др. При использовании длинноволнового инфракрасного излучения источник излучения нагревается до максимальной температуры +750 С°, при отверждении средневолновым устройством— источник энергии достигает температуры +750 ÷ +1450 С°. При коротковолновой ИК-сушке (например, в покрасочных камерах) нагрев изделия происходит излучением, которое проникает сквозь слой ЛКП и поглощается поверхностью подложки на 90%. Источник излучения может достигать максимальной температуры +3000 С°, что способствует беспрепятственному выходу летучих продуктов из пленки. Благодаря этому процесс формирования лакокрасочного покрытия существенно ускоряется.

Высокочастотное (радиочастотное) отверждение основано на поглощении энергии материалом субстрата при помещении его в переменное электрическое поле с частотой (10…15)·106 ГГц. Целесообразность использования высокочастотного нагрева отмечена при производстве стеклопластиков, древесностружечных плит, намоточных и профильных изделий, а также заливочных компаундов. Так, например, отверждение стеклопластиков на основе эпоксидно-фенольных связующих может быть осуществлено за несколько минут, а эпоксидные заливочные компаунды достигают стабильных свойств за 30-60 мин. Наиболее высокая степень отверждения 96,8% получена после воздействия поляТВЧв течение 105 с. на композицию клея ВК-9, содержащего в качестве отвердителя и пластификатора олигоамид ПО-300. При высокочастотном отверждении заливочных эпоксидные или акрилатных композиции непосредственно в металлических формах снижается их вязкость, ускоряется миграция воздушных включений к поверхности материала, достигается более полное отверждение. Степень отверждения эпоксидных композиций при использовании традиционного метода не превышает 86-87 %, а при обработке в поле ТВЧ она достигает 97-98 %.

Индукционное отверждение предполагает нахождение изделия вмагнитном полеи его нагревание с помощью возникающих внутривихревых токов. В результате этого тепло вырабатывается непосредственно внутри изделия. Тем самым полимеризация покрытия происходит всегда по направлению изнутри наружу. Если изделие выполнено не изэлектропроводящих материалов, то данный тип отверждение может использоваться только при нанесении на него отверждаемых материалов, содержащих в качестве наполнителя металлические порошки.

Конвекционное отверждение — не самостоятельный способ, а дополнительное условие качественного протекания процесса. Если при горячем отверждении весь слой отверждаемого вещества должен быть максимально быстро нагрет до необходимой температуры для его однородного распределения, минимизации вязкости и без ухудшения растекаемости, то необходимо обеспечить конвекциютепла в его структуре. При медленном нагревании внутри слоя материала (например, краски или лака) начинается процесс отверждения ещё до того, как произошло его достаточное растекание по поверхности изделия, в результате чего отвержденная поверхность получается неровной. Постоянство температуры горячейсушкии контроль температуры в процессе нагрева обеспечивают получение равномерного покрытия и предотвращают перегрев.

Конвекционное отверждение осуществляется за счет движения потока нагретого воздуха на изделия. Для нагревания воздуха в конвекционных сушилках могут использоваться все известные источники энергии. Обычно это электрические тэны, газовые или дизельные горелки, паровые радиаторы. Для перемещения тепла по объёму камеры применяются вентиляторы.

Термины

Активатор	Активаторы наносятся на поверхность для повышения скорости полимеризации клея.
NSF	NSF – один из наиболее уважаемых и признанных сертификационных органов, занимающихся продуктами питания, водой, воздухом внутри помещения и окружающей средой.
Цианоакрилат	Цианоакрилаты – это однокомпонентные клеи очень быстрой полимеризации, известные как моментальные клеи. Они изготавливаются из различных цианоакрилатных мономеров (таких как метилы, этилы и т. п.), не содержат растворителей и являются однокомпонентными продуктами. Цианоакрилатные клеи полимеризуются в минимальном зазоре между двумя поверхностями. Влага, сконцентрированная на этих поверхностях, вызывает начало процесса полимеризации, который практически мгновенно распространяется к центру клеевого шва.
Прочность фиксации	Предел прочности на разрыв склеенных материалов — 0,1 Н/мм². Время фиксации – это время достижения прочности фиксации.
Эластичность	Соединение двух или более элементов, испытывающих изгибающие нагрузки. Клей воспринимает усилие изгиба до момента максимального удлинения при разрыве клея. Удлинение при разрыве измеряют в процентах и сравнивают разницу по одному измерению (например, по длине) полимеризованного клея в его первоначальной форме (без изгиба) и при изгибе. Обратите внимание: эластичный цианоакрилат для гибких соединений отличается от цианоакрилата для жестких соединений.
Гель	Вязкая смесь, образующаяся при дисперсии жидкости в твердом веществе. В результате возникает коллоидная или полужидкая консистенция.
Термическое старение	Испытание, в ходе которого компоненты или материалы подвергаются воздействию повышенных температур для определения изменений их характеристик с целью прогнозирования срока службы. Прочность измеряется при комнатной температуре после некоторого периода воздействия повышенной температуры.
Прочность в нагретом состоянии	Прочность, измеренная при повышенной температуре.
Ударная нагрузка	Динамическая нагрузка: например, резкий и сильный удар.
Моментальный клей	Термин “моментальный клей” часто используют для цианоакрилатов – группы клеев с исключительно быстрой скоростью полимеризации.
Слабый блюм эффект / пониженное выделение паров	Блюм эффект – это белесый налет, видимый вокруг поверхности склеенной области. Налет может возникать при испарении цианоакрилатного мономера и его осаждении на деталь из-за слишком медленной полимеризации. Это скорее эстетическая, чем техническая проблема. Ее следует избегать в областях применения, важных с косметической точки зрения. Пониженное выделение паров повышает комфорт пользователя.
Диапазон рабочих температур	Стандартный диапазон температур, в котором клей может эффективно работать при непрерывном использовании.
Отслаивающая нагрузка	Устойчивость клея к усилиям, воздействующим на одну или обе склеиваемые детали под углом к поверхности склеивания. Стандартные испытания отслаивающей нагрузки выполняются под углом 90° или 180°
Праймер	Покрытие, наносимое на поверхность перед нанесением клея для усиления адгезии клея к материалу (особенно на сложных для склеивания поверхностях).
Срок хранения	Период времени, в течение которого упакованный клей можно хранить при указанных температурных условиях с сохранением рабочих характеристик.
Динамическая нагрузка	Динамическая нагрузка определяется как внезапное и быстрое приложение усилия к конструкции.
Повышенная жесткость	Чтобы изменить или улучшить свойства цианоакрилатных клеев, их могут усиливать резиной для повышения сопротивления к ударам, отслаиванию и динамическим нагрузкам при повышенных температурах, а также устойчивости к влажным и/или химически активным средам.
Фреттинг-коррозия	Коррозия при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды. Фреттинг-коррозии подвержены болтовые соединения, посадочные поверхности подшипников качения, листовые рессоры, шестерни, муфты и т.д. Она возникает вследствие непрерывного разрушения защитной оксидной плёнки в точках подвижного контакта. Пути предупреждения: увеличение жёсткости соединений и площади контакта, использование материалов с высокой адгезией оксидных плёнок, упрочнение контактных поверхностей деталей азотированием (реже цементацией), ионной имплантацией (ионным легированием) азота, нанесением тонких (до 10..30 мкм) твердых пленок на основе нитридов титана, циркония.
Вязкость	Свойство жидкости, препятствующее ее текучести при воздействии внешней силы. Жидкости с низкой вязкостью обладают высокой текучестью; жидкости с высокой вязкостью обладают меньшей текучестью.
Силиконы	Продукты, обычно отверждаемые посредством реакции с молекулами воды окружающей среды, хотя имеются продукты, способные отверждаться под воздействием УФ света, либо двухкомпонентные. Силиконы различаются выделяемыми в момент отверждения под воздействием влаги побочными продуктами (например, уксусная кислота, спирт и нейтральное выделение). Отвержденный силикон является очень эластичным материалом с хорошими адгезивными свойствами ко многим поверхностям. Силиконы имеют прекрасные характеристики устойчивости к воздействию окружающей среды, но в сильных растворителях могут набухать.

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ И СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СКЛЕИВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОЦЕСС СКЛЕИВАНИЯ | Лако-красочные материалы

Природа склеиваемого материала и состояние его поверхности оказывают существенное влияние на выбор клея, процесс склеивания и свойства клеевого соединения. Ниже рассмотрены очень коротко некоторые особенности склеивания металлов, пластических масс, целлюлозы, стекла и других материалов. Подробно об этом рассказано в соответствующих разделах.

Применение клеев для склеивания металлов сильно возросло, и за последние годы опубликовано много работ, посвященных вопросам склеивания металлов и прочности клеевых соединений [35, 45].

Прочность клеевых соединений металлов зависит от их природы, атомного объема, вида и способа обработки поверхности. В некоторых случаях склеиваемые металлы оказывают ингибирующее действие на процесс отверждения полимериаационных клеев, а следовательно, снижается прочность клеевого соединения. Так, установлено [46], что при склеивании меди, свинца, латуни и бронзы сильно замедляется полимеризация диметилвинилэтинилкарбино — ла. Удовлетворительная прочность клеевых соединений достигалась только в случае предварительной полимеризации клея.

Существенное влияние на качество клеевых соединений металлов оказывает механическая обработка поверхности (обдувка песком, обработка шкурой и т. д.). Не менее значительно и влияние таких методов обработки, как, например, обезжиривание ацетоном: при склеивании эпоксидным клеем Аральдит I такая обработка позволяет повысить прочность соединения при равномерном отрыве с 500—600 до 800—1000 кгс/см2.

Описаны термические методы очистки поверхности металлов путем отжига изделий в атмосфере водорода, окислительно-восстановительный отжиг, являющийся наиболее качественным и производительным [35, 47]. 17

В ряде случаев обезжиривание и другие упомянутые выше способы обработки склеиваемых поверхностей металлов не обеспечивают максимальной прочности клеевого соединения. Более эффективны методы химической обработки Поверхности. Так, алюминиевые сплавы обрабатывают электрохимическим методом в кислотных ваннах или в растворах, содержащих окислители, что приводит к образованию окисной пленки на поверхности металла. Кроме того, при такой обработке увеличивается поверхность контакта клея со склеиваемым материалом.

Характер и условия образования окисной пленки на поверхности металла могут существенным образом влиять на качество клеевого соединения. Окисные пленки некоторых металлов являются весьма непрочными, в особенности в толстых слоях, что может привести к разрушению клеевого соединения по окисному слою, а не по клею.

Изучение влияния окислов алюминия на свойства клеевых соединений на эпоксидном клее показало, что не только кислород и влага воздуха, но и качество воды, применяемой для промывки окисных пленок, а также температурные условия промывки влияют на прочность клеевого шва [49].

Известны способы модификации поверхности металлов органическими и элементоорганическими веществами [35; 50; 51, с. 110]. Так, показано, что адгезия полиэтилена к металлам повышается, если поверхность металла предварительно покрыть мономолекулярным слоем органической кислоты [52, 53].

Поверхность металлов может быть обработана нафтенатами металлов с последующим выжиганием органической части вещества при температуре около 500 °С. Лучшие результаты получены щ? и использовании нафтената цинка [54].

Описаны и способы снижения адгезии полимеров к металлам. Чаще всего для этой цели используются силоксаны [55, с. 14].

Значительные трудности обычно возникают при склеивании так называемых «инертных» термопластов-—неполярных полимеров (полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена и др.). При склеивании таких материалов необходима обработка их поверхности — либо механическими методами (опескоструивание, за — шкуривание), либо физическими (газопламенная обработка, обработка электрическим разрядом, ультрафиолетовым светом и др.), либо с помощью химических агентов (например, раствора металлического натрия в жидком аммиаке), изменяющих полярность поверхностных слоев полимеров. Последний метод наиболее эффективен. Так, обработка полиэтилена хромовой смесью повышает прочность клеевого соединения на полиуретановом. клее ПУ-2 при сдвиге с 1 до 90—95 кгс/см2 [56, с. 126]. Приблизительно такая же прочность склеивания полиэтилена с дуралюмином достигается и при применении эпоксидно-полисульфидного клея, а также других клеев на основе полярных полимеров. Обработка хромовой смесью приводит к увеличению полярности поверхности, что видно из ре
зультатов измерения краевого угла смачивания полиэтилена водой до и после обработки. Аналогичные результаты получаются и при обработке поверхности полиэтилена разбавленными водными растворами КМ1Ю4.

Интересные данные получены при сравнении адсорбционных свойств исходного полиэтилена И полиэтилена с окисленной поверхностью [57]. Гидрофильность полиэтилена с окисленной .поверхностью значительно выше, чем исходного. Изотерма адсорбции воды исходным полиэтиленом обратима. В этой же работе было установлено, что при обработке хромовой смесью удельная поверхность полиэтилена практически не изменяется, но резко увеличивается теплота адсорбции воды.

Согласно результатам исследования ИК-спектров поглощения [58], обработка полиэтилена хромовой смесью и раствором КМп04 приводит к образованию в поверхностном слое ОН — и С=0-групп, причем в первом случае наблюдается преимущественное образование карбонильных, а во втором гидроксильных групп.

Для повышения адгезионной способности политетрафторэтилена (фторопласта-4) поверхность его обрабатывают раствором натрия в жидком аммиаке, натрийнафталиновым комплексом и расплавленным ацетатом калия. Значения разрушающего напряжения при сдвиге фторопласта [59], обработанного тремя указанными методами и склепного полиуретановым клеем, близки друг к другу и составляют 110—120 кгс/см2, в то время как исходные необработанные образцы фторопласта-4 клеем ПУ-2 не склеиваются [59].

Для получения прямых данных [58] о природе поверхностного слоя было проведено ИК-спектроскопическое исследование модифицированных образцов фторопласта-4. В поверхностном слое обнаружены двойные и сопряженные двойные связи, возникновение которых обусловлено отрывом от макромолекул поверхностного слоя атомов фтора. Кроме того, при обработке натрийаммиачным комплексом наряду с двойными связями в поверхностном слое полимера обнаружены аминогруппы; при обработке натрийнафталиновым комплексом образуются карбонильные и гидроксильные группы; при обработке ацетатом калия — карбонильные группы. Образование этих функциональных групп и обусловливает повышение полярности и адгезионной способности политетрафторэтилена.

При склеивании каучуков наблюдается четкая закономерность: к полярным каучукам (наирит, бутадиен-нитрильный) неполярные каучуки (например, бутадиен-стирольный) имеют низкую адгезию, а полярные — более высокую. К неполярным каучукам сравнительно высокую адгезию имеют тоже неполярные каучуки.

Важным фактором, который следует учитывать при склеивании резин, — это микрорельеф поверхности субстрата; шероховатая поверхность в этом случае является очень благоприятным фактором.

В ряде случаев введение в резиновые клеи таких добавок, как перекиси, гидроперекиси, иод, хлорное железо, повышает их адгезию к резинам на основе неполярных или слабополярных каучуков. Однако более эффективны способы повышения адгезии, основанные на химической модификации поверхности субстрата.

Специфической особенностью большинства целлюлозных материалов (древесины, бумаги и др.) является их пористость, что увеличивает расход клея при склеивании. Подверженность целлюлозных материалов гидролизу исключает применение клеев, содержащих кислотные компоненты.

Предполагается, что метилольные группы феноло — и карбамидо — формальдегидных смол реагируют с гидроксильными группами целлюлозы с образованием эфирных групп. Полиизоцианатные и полиуретановые клеи прочно склеивают целлюлозные материалы в результате химического взаимодействия между изоцианатными’ группами клея и гидроксилами целлюлозы. Образование химических связей между эпоксидными смолами и целлюлозой, по-видимому, обусловлено взаимодействием гидроксильных групп целлюлозы не только с эпоксидными, но и главным образом с гидроксильными группами смолы. При склеивании целлофана эпоксидными смолами образуются стойкие к холодной и горячей воде с©- единения, прочность которых зависит от природы используемого катализатора и условий отверждения.

При склеивании силикатного стекла необходимо учитывать, что его поверхность, особенно в условиях воздействия влаги воздуха, сильно полярна. Это обусловливает высокую адгезию к стеклу полимеров, содержащих гидроксильные, карбоксильные, эпоксидные, изоцианатные и другие полярные группы, способные к образованию с гидроксильными группами поверхности стекла химических, водородных, а также межмолекулярных связей [60— 62].

Наибольшую адгезию к стеклу имеют эпоксидные и эпоксифе — нольные смолы, полиуретаны, полиэфиракрилаты, полисульфиды [60], а также фенолокаучуковые клеи.

Изменение адгезионных свойств стекла может быть достигнуто путем химической модификации его поверхности. Известно применение комплексного соединения смешанной соли метакриловой и соляной кислот и хромоксихлорида (волана). Благодаря наличию у привитого к стеклу волана двойной связи возможно взаимодействие обработанного таким образом стекла с непредельными группами полимеров.

Повышение адгезии полимеров к стеклу может б£лть достигнуто путем нанесения на его поверхность, модифицированную производными силанов, дифункционального мономера, способного реагировать как с полимером, так и с молекулами, привитыми к поверхности стекла. Полимерами могут быть акрилонитрильный и Другие каучуки [65, с. 75].

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Двухкомпонентная эпоксидная смола: состав, формула, отверждение

Чтобы понять, как сложилась ситуация с механизмом отверждения эпоксидной смолы, есть смысл сравнить его с механизмом полимеризации полиэфирных смол. Ведь существуют и однокомпонентные эпоксидки, которых достаточно выдавить из герметичного тюбика или флакона и через несколько часов вы будете иметь застывший эпоксидный состав. При этом ничего не смешивая перед применением.

Но ключевое слово здесь «герметичный». Дело в том, что в реакции полимеризации в случаях с однокомпонентными эпоксидными смолами участвует еще и кислород воздуха. Как только герметичность тюбика или флакона при нанесении на обрабатываемые поверхности нарушается, выдавленная эпоксидная масса, взаимодействуя с кислородом, начинает саморазогрев и, как следствие, полимеризуется, превращаясь из аморфной массы в монолит с обширными полимерным связями.

В таких компаундах в основное вещество не добавляют отвердитель. Его роль сыграет кислород из воздуха, а катализатором процесса будет заранее введенное в компаунд вещество под названием фенолформальдегид. Главная проблема с таким видом эпоксидной смолы, не допустить ее контакта раньше времени с атмосферным воздухом. Потому продается такая эпоксидка в герметичных тюбиках.

Теперь вспомним, как работает полиэфирная смола: в полиэфир еще на стадии его производства вводится инициатор, благодаря которому процесс полимеризации начинается сразу после синтеза смол. Но он очень медленный, для полной полимеризации выпущенного химическим производством вещества требуются годы. Для ускорения же этого процесса в смесь полиэфирки и инициатора вводят ускоритель, вот с его помощью смола застывает за очень короткое время, от минут до нескольких часов.

Эпоксидная двухкомпонентная смола избавлена от недостатков полиэфирки, она никак не реагирует на сроки хранения. Разве что может немного кристаллизоваться, но это явление исправимо простым нагревом компаунда, то есть части А. Часть Б (отвердитель), которого требуется обычно значительно меньше, не обладает такой сохранностью с течением времени, но и это легко исправляется приобретением свежей аутентичной партией отвердителя.

Устройство молекул олигомеров и способы их полимеризации

В свое время сам принцип действия эпоксидных олигомеров был сначала рассчитан, а затем и открыт благодаря синтезу простейшего эпоксидного соединения, оксида этилена C² H⁴O.

После этого стало возможным получение эпоксидных компаундов тремя разными методами:

Когда двух- и многоатомные фенолы, спирты, кислоты, амины, то есть протонодонорные соединения, взаимодействуют с эпихлоргидрином, после чего происходит регенерация эпоксидных групп на стадии дегидрохлоргидрирования.
Методом эпоксидирования непредельных соединений, проводимом органическиими надкислотами, или пероксидами (гидропероксидами) кислорода. Именно из эпоксидных смол, получаемых таким способом, делают потом однокомпонентные составы.
С помощью реакции полимеризации и сополимериазации непредельных мономеров, которые имеют в своем составе эпоксид-группы.

Если рассматривать структурную формулу неотвержденной смолы, то можно заметить определенные закономерности в ее строении, независимо от способа получения олигомера.

В частности, здесь хорошо виден итог взаимодействия дифенилпропана с эпихлоргидрином, с образованием эпоксидной и гидроксильной функциональных групп.

Особенно интересна гидроксильная группа, благодаря которой эпоксидные компаунды с добавлением отвердителей прекрасно взаимодействуют с водой в цементно-бетонных смесях, увеличивая их прочность после застывания в разы.

Величина (n) в квадратных скобках формулы указывает на количество мономеров перед образованием полимера, или степень полимеризации смол после воздействия отвердителей, ангидридов, кислот или кислорода воздуха. N может достигать 25, хотя обычно она меньше 10. Чем выше степень полимеризации, тем больше вязкость компаунда. N=25 – это уже твердое вещество.

Олигомерная основа, показанная в квадратных скобках, при n равной 11 повторится в цепочке 11 раз, а от свободных радикалов после воздействия отверждающих реагентов начнут ветвиться обширные полимерные цепочки, которые и превратят жидкий или вязкий компаунд после смешивания с отвердителем или любым веществом, запускающим реакцию полимеризации, в твердый монолит.

Если же упростить формулу, исключив из нее величину n, или количество мономеров, от которых начнет ветвиться полимер после начала реакции полимеризации, то она выглядит просто и изящно.

В России выпускаются эпоксидные смолы с молекулярной массой от 170 до 4500. Молекулярная масса характеризуется количеством в смоле эпихлоргидрина. Чем его меньше, тем молекулярная масса выше. Зависит она также от количества введенного в эпоксидный компаунд диана.

Наличие в структуре гидроксильных и концевых эпоксидных групп обусловливает высокую липучесть получаемой эпоксидок, т. е. ее адгезию и высокую реакционную способность. Что делает двухкомпонентные эпоксидные смолы таким универсальным средством для заливок и склеивания различных (часто, казалось бы, вовсе не приспособленных к этому) поверхностей.

Самые массовые диановые смолы у нас, получаемые синтезом эпихлоргидрина и дифенилолпропана, это двухкомпонентные смолы под индексом ЭД (эпоксидно-диановые) с номерами 8, 10, 20СП, НСП, 14, 14Д, 16, 16Р, 20, 22, и 24Н. Самой популярной из которых давно считается эпоксидка ЭД-20. Чем выше числовое значение, тем выше текучесть смолы при комнатной температуре и, соответственно, ниже вязкость. Смола ЭД-8 (диглициловый эфир бисфенола) вообще имеет вид твердой плитки, размягчаемой повышением температуры. Применяют ее, как антикоррозийное покрытие.

При возрастании молекулярной массы смолы в нее уменьшается количество эпоксидных групп в процентном соотношении к массе и увеличивается количество гидроксильных. Соответственно растет температура размягчения компаунда, не смешанного с отвердителем или любым заменяющим его в реакции полимеризации веществом.

Процесс отверждения при двухкомпонентном использовании

После введения в компонент А компонента Б, собственно отвердителя, нужно обязательно очень тщательно и быстро, но без образования пузырьков, тот есть не взбалтывая смесь, размешать компаунд и отвердитель. Дело в том, что в негомогенной неоднородной среде со сгустками отвердителя в этих местах может идти ускоренная реакция полимеризации, а в тех местах, где отвердителя мало, реакция наоборот замедлится вообще будет неполноценной.

В нормально же замешанной смеси процесс запустится равномерно, с образованием обширной трехмерной сети полимера

Это структура аминного отверждения, а вот так выглядит структура, получаемая в процессе полимеризации, после воздействия ангидридов или кислот, применяемая обычно в горячих производственных процессах.

В случае ионной полимеризации структурная формула процесса может выглядеть так.

Получается, что в случае отверждения эпоксидки первичными аминами отдельные части пространственной сети содержат атом азота с гидроксильной группой, при горячей реакции кислотами или ангидридами образуются сложные эфирные связи, а при ионной реакции с участием третичных аминов эфирные связи будут простыми.

На практике это означает, что последний случай характерен формированием дефектной сетчатой структуры, связанной с тем, что на первой стадии полимеризации части А и Б представляют собой разбавленный раствор полимера в своем же олигомере. Вид и способ образования молекулярных цепочек зависит от энергетического взаимодействия молекул компаунда, отвердителя и среды. Как итог, образование малых напряженных участков полимерной сетки, где ниже прочность на разрыв и ударная прочность.

В бытовом плане наиболее предпочтительным является использование аминного отверждения, как реакции, протекающей при комнатной температуре. Степень удобства повышается еще и тем, что можно варьировать время начала и конца полимеризации, добавляя или убавляя отвердитель, а также повышая или понижая температуру реакции компонентов после смешивания.

Цианакрилатный клей: разновидности, технические характеристики

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Во время монтажа и сборки различных деталей, сделанных из полимеров и металлопластика, очень часто применяется клей. Это оптимальный вариант в том случае, когда наличие дополнительных отверстий в детали делает соединение более уязвимым и подверженным различным воздействиям. Один из самых лучших составов – это цианакрилатный клей. В данной публикации содержится детальная информация об этом веществе.

Циакриновый клей имеет способность склеивать даже те поверхности, которые отличаются по качеству и структуре

Циакриновый клей: особенности и состав вещества

Цианакрилатный клей отличается высоким уровнем сцепления с самыми разнообразными поверхностями. Все это возможно благодаря сополимерам, которые входят в состав любого цианакрилатного двухкомпонентного клея. У каждого производителя есть своя уникальная рецептура клея, а также секреты его изготовления. Данная информация держится втайне от конкурентов. Главная особенность подобных клеящих составов – способность отлично удерживать поверхности вместе, даже материалы, которые отличаются по качеству и структуре. Данные реагенты также характеризуются продолжительным сроком эксплуатации.

Основной составляющей клея является цианакрилат

В основу клея входит цианакрилат, а также производные от него кислоты. Они могут достигать до 99% от общего объема. В состав клея также входят пластификаторы и загустители, которые придают ему дополнительные свойства, такие как водостойкость, термостойкость, прилипание. Для того чтобы клеящее вещество лучше переносило вибрацию, используют абиетиновую кислоту в соединении с глицерином.

Цианакрилат предназначен для склеивания твердых, пористых и даже эластичных поверхностей, которые могут находиться в любом положении. Главным действующим компонентом клея могут быть различные мономеры:

этиловый эфир отлично проявляет себя на самых различных материалах и практически не изнашивается;
метиловый эфир способствует сцеплению металлов и дуропластов;
бутиловый эфир — идеальное вещество для использования в медицинской сфере и специальной аппаратуре;
пропиловый эфир иногда необходим для склеивания металлов и различных элементов, подверженных воздействию высоких температур;
составы на основе алкокси-эфира не имеют неприятного запаха, но это достигается за счет понижения надежности соединений на 20-30%.

В слишком холодной или сухой атмосфере необходимо использовать активатор клея

Принцип работы клея на основе цианакрилата состоит в том, что он начинает схватываться при воздействии обычной воды или слабой щелочи. При склеивании очень тонким слоем вещества процесс схватывания может произойти и без участия активатора цианакрилатного клея.

Полезный совет! Активатор клея следует использовать в слишком сухой или холодной атмосфере. Особенно эффективен он во время перекрытия больших щелей или обработки химически неактивных материалов. Чтобы поверхность осталась гладкой и ровной, нужно тщательно придерживаться рекомендованного расстояния для распыления. Необходимо помнить, что некоторые виды активаторов могут отрицательно повлиять на термопласты и лакированные изделия. Необходимо учитывать, что вместе с активатором следует использовать и праймер.

Цианоакрилатный клей: разновидности вещества

Однокомпонентный прозрачный клей с цианакрилатом характеризуется очень быстрой полимеризацией под воздействием давления. Данный состав после высыхания формирует между соединяемыми элементами тоненькую, но прочную пленку. Эти характеристики делают клей оптимальным решением для металлических и синтетических материалов, включая детали для медицинской техники.

Цианоакрилатный клей может быть одно- и двухкомпонентным

Чаще всего используется секундный двухкомпонентный клей в домашних условиях. Жидкие составы, благодаря пониженной вязкости, способны закрывать зазоры до 0,05 см, а более вязкие вещества могут заклеить промежуток до 0,03 см. Для сцепления резиновых и кожаных деталей, а также изделий из древесной стружки отлично подходят двухкомпонентные клеи.

Важно! Наиболее надежное и прочное соединение формируется в условиях влажности от 40 до 70%. Если она снижается до 30% и меньше, шов будет очень долго застывать, а если влажность воздуха выше 80%, то процесс полимеризации клея происходит крайне быстро, что снижает надежность стыка. Снижение или увеличение температуры на 10 градусов замедлит или ускорит процесс сцепления клея в два раза. Оптимальные условия для работы с цианакрилатами – от 20 до 24 °С.

Цианоакрилатовый клей: технические характеристики и свойства клеящего состава

В данное время производством цианакрилатного клея, который клеит все намертво, занимаются многие известные компании. Главная характеристика вещества – это высокий уровень сцепления с огромным количеством разнообразных поверхностей, в том числе с деревом, стеклом, металлом, пластиком и резиной. Необходимо отметить, что клей циакрин абсолютно не подвержен влиянию таких веществ, как вода, масло, бензин, а также различных спиртов.

Расход цианакрилатного клея на один метр квадратный составляет всего 30-50 г

Цианакрилатный секундный клей отлично функционирует при зазорах меньше 0,1 мм. Он может использоваться для соединения плотно прилегающих деталей. Существуют реактивы с высоким уровнем вязкости, которые оптимально подходят для работы с зазорами около 0,25 мм. Расход такого клея на один квадратный метр составляет около 300 г. Если же требуется ликвидировать зазор больших размеров, то обычно применяют цианакрилатный клей Cosmofen или состав СА-4.

Что касается технических характеристик цианакрилатного клея, то они определяются сферой применения вещества. Рассмотрим их более детально:

Физическое состояние. Клей на основе цианакрилата имеет густую консистенцию и обладает высокой степенью вязкости. Обычно вещество прозрачное, но могут быть и другие

Определение и примеры реакций полимеризации

Что такое полимеризация?

Полимеризация реакции — это набор химических реакций, в которых инициатор или мономер-отвердитель активирует другой мономер, начиная цепную реакцию, в результате которой образуется полимер.

Рассмотрим фитиль взрывчатого вещества, при приближении к источнику тепла, например, спичке или зажигалке, он быстро реагирует, горит по всему фитилю; в этом примере зажигалка или спичка будут мономером инициатора, а сгоревший фитиль будет последним полимером, который получил.

Реакции полимеризации классифицируются как:

Радикальная полимеризация
Ионная полимеризация:

Анионная полимеризация
Катионная полимеризация

Радикальная полимеризация.

Для проведения радикальной полимеризации необходимо, чтобы мономер инициатора или отвердитель, который активирует и вызывает реакцию, содержал свободные радикалы, а именно неспаренные электроны, которые вступают в реакцию с мономером смолы с образованием полимера.

Радикал определяется как химический материал, который чрезвычайно нестабилен, поэтому имеет высокую реактивную мощность из-за неспаренных электронов.

Этапы радикальной полимеризации:

Инициирование реакции — свободный радикал образуется под действием химической, термической, электрохимической или фотохимической энергии.

Рост сети

Обрыв цепи — Есть несколько способов прекратить реакцию:

Объединить 2 радикала RAD-AAA-AAA * + * — RAD> RAD-AAAAAA-RAD
Использование ингибиторов / регуляторов — внешних агентов полимеризации, которые реагируют с радикалом, приводящим к прекращению реакции.

Одним из основных недостатков радикальной полимеризации является то, что она не может контролировать молекулярную массу и размер конечного полимера, потому что каждая реакция завершается неопределенным образом.

Полимеры, полученные радикальной полимеризацией, сильно зависят от температуры, если повышение температуры ускорит реакции полимеризации, вызывая:

Уменьшение длины цепей полимеров и снижение их механических свойств (прочности и удлинения)
Сокращение рабочего времени, жизнеспособности и отверждения.

Ионная полимеризация.

Операция ионной полимеризации аналогична радикальной полимеризации; радикал в этом случае представляет собой ион (атом или молекулу), в котором одна из его частей заряжена положительно или отрицательно из-за отсутствия или присутствия электронов.

Характеристики:

Требует меньше энергии активации, чем радикальная полимеризация.
Не зависит от температуры.
Обрыв цепи происходит только при использовании ингибиторов, регуляторов или других агентов, останавливающих реакцию.

В зависимости от заряда иона ионная полимеризация классифицируется на:

Анионная полимеризация
Катионная полимеризация

Анионная полимеризация — Ион — это атом или молекула с избытком электронов, заряженных отрицательно.

ИОН- + А -> ИОН-А-

ИОН-А- + А -> ИОН-А-А-

ИОН-А-А- + А -> ИОН-А-А-А-

Катионная полимеризация — Ион — это атом или молекула без электронов, заряженная положительно.

ИОН + + А -> ИОН-А +

ИОН-А + + А -> ИОН-А-А +

ИОН-А-А + + А -> ИОН-А-А-А +

Отверждение клеев путем полимеризации:

Радикальная полимеризация
Ионная полимеризация:

Научные принципы: полимеры

Область полимеров настолько обширна, а области применения настолько разнообразны, что важно понимать, как полимеры производятся и используются.Поскольку за место на рынке борются более 60 000 различных пластиков, знание этой важной области может по-настоящему обогатить нашу оценку этого чудесного материала. Компании производят более 30 миллионов тонн пластика в год и тратят большие суммы на исследования, разработки и более эффективные методы переработки. Ниже мы узнаем о некоторых научных принципах, связанных с производством и переработкой материалов, полученных из ископаемого топлива, известных как полимеры.

Реакции полимеризации

Химическая реакция, в которой молекулы с высокой молекулярной массой образуются из мономеров, известна как полимеризация.Существует два основных типа полимеризации: цепная реакция (или добавление) и ступенчатая реакция (или конденсация) полимеризация .

Полимеризация по цепной реакции

Одним из наиболее распространенных типов полимерных реакций является цепная реакция (присоединение) полимеризации. Этот тип полимеризации представляет собой трехэтапный процесс с участием двух химических соединений. Первый, известный просто как мономер, можно рассматривать как одно звено в полимерной цепи.Изначально он существует в виде простых единиц. Почти во всех случаях мономеры имеют по крайней мере одну двойную связь углерод-углерод. Этилен является одним из примеров мономера, используемого для получения обычного полимера.

Другой химический реагент — катализатор. При полимеризации с цепной реакцией катализатором может быть свободнорадикальный пероксид, добавляемый в относительно низких концентрациях. Свободный радикал — это химический компонент, который содержит свободный электрон, который образует ковалентную связь с электроном другой молекулы.Образование свободного радикала из органического пероксида показано ниже:

В этой химической реакции из одной молекулы R ₂ O ₂ были образованы два свободных радикала. Теперь, когда все химические компоненты идентифицированы, мы можем приступить к изучению процесса полимеризации.

Шаг 1: Инициирование

Первая стадия процесса цепной реакции полимеризации, инициирование, происходит, когда радикальный катализатор вступает в реакцию с мономером углерода с двойной связью, начиная полимерную цепь.Двойная углеродная связь разрывается, мономер связывается со свободным радикалом, и в этой реакции свободный электрон передается внешнему атому углерода.

Шаг 2: Распространение

Следующим этапом процесса, размножением, является повторяющаяся операция, при которой формируется физическая цепь полимера. Двойная связь последовательных мономеров открывается, когда мономер реагирует с реакционноспособной полимерной цепью. Свободный электрон последовательно передается по цепи к внешнему атому углерода.

Эта реакция может происходить непрерывно, потому что энергия в химической системе понижается по мере роста цепи. Говоря термодинамически, сумма энергий полимера меньше суммы энергий отдельных мономеров. Проще говоря, одинарные связи в полимерной цепи более стабильны, чем двойные связи мономера.

Шаг 3: Прекращение действия

Прерывание происходит, когда другой свободный радикал (R-O ^.), оставшаяся от первоначального расщепления органического пероксида, встречает конец растущей цепи. Этот свободный радикал завершает цепь, связываясь с последним CH ₂ ^. компонент полимерной цепи. Эта реакция дает полную полимерную цепь. Обрыв может также произойти, когда две незавершенные цепи соединяются вместе. Оба типа оконечной нагрузки показаны ниже. Возможны и другие типы прерывания.

Эта экзотермическая реакция происходит очень быстро, образуя отдельные цепи полиэтилена, часто менее 0.1 секунда. Созданные полимеры имеют относительно высокую молекулярную массу. Вдоль основной цепи нередко возникают разветвления или поперечные связи с другими цепями.

Ступенчатая реакционная полимеризация

Ступенчатая (конденсационная) полимеризация — еще один распространенный тип полимеризации. Этот метод полимеризации обычно дает полимеры с более низкой молекулярной массой, чем цепные реакции, и требует более высоких температур. В отличие от аддитивной полимеризации, ступенчатые реакции включают два разных типа бифункциональных мономеров или концевых групп, которые реагируют друг с другом, образуя цепь.Конденсационная полимеризация также дает побочный продукт с небольшими молекулами (вода, HCl и т. Д.). Ниже приведен пример образования нейлона 66, обычного полимерного материала для одежды, включающего по одному из двух мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, которые реагируют с образованием димер нейлона 66.

В этот момент полимер мог расти в любом направлении, связываясь с другой молекулой гексаметилендиамина или адипиновой кислоты, или с другим димером. По мере роста цепи молекулы с короткой цепью называются олигомерами.Теоретически этот процесс реакции может продолжаться до тех пор, пока не исчезнут другие мономеры и реакционноспособные концевые группы. Однако этот процесс относительно медленный и может занять от нескольких часов или дней. Обычно в этом процессе образуются линейные цепи, которые растянуты без каких-либо поперечных сшивок или разветвлений, если только не добавлен трехфункциональный мономер.

Химическая структура полимера

Мономеры в полимере могут располагаться по-разному. Как указано выше, полимеры присоединения и конденсации могут быть линейными, разветвленными или сшитыми.Линейный полимеры состоят из одной длинной непрерывной цепи без каких-либо лишних отростков или прикреплений. Разветвленные полимеры имеют цепную структуру, которая состоит из одной основной цепи молекул с меньшими молекулярными цепями, отходящими от нее. Разветвленная цепная структура имеет тенденцию к снижению степени кристалличности и плотности полимера. Сшивание в полимерах происходит, когда между отдельными молекулами полимерной цепи образуются первичные валентные связи.

Цепи только с одним типом мономера известны как гомополимеры.Если задействованы два или более мономера разных типов, полученный сополимер может иметь несколько конфигурации или расположения мономеров вдоль цепи. Ниже представлены четыре основные конфигурации:

Рисунок 1: Конфигурации сополимера.

Физическая структура полимера

Сегменты полимерных молекул могут существовать в двух различных физических структурах. Их можно найти в кристаллическом или аморфные формы.Кристаллические полимеры возможны только при наличии регулярной химической структуры (например, гомополимеры или чередующиеся сополимеры), а цепи обладают высокоупорядоченным расположением своих сегментов. Кристалличность полимеров благоприятствует симметричным полимерным цепям, однако она никогда не бывает 100%. Эти полукристаллические полимеры обладают довольно типичным путем разжижения, сохраняя свое твердое состояние до тех пор, пока они не достигнут точки плавления T _m.

Аморфные полимеры не в порядке.Молекулярные сегменты в аморфных полимерах или аморфные домены полукристаллических полимеров расположены случайным образом и перепутаны. Аморфные полимеры не имеют определяемого T _m из-за их случайности. При низких температурах, ниже их температуры стеклования (T _g), сегменты неподвижны, а образец часто становится хрупким. При повышении температуры, близком к T _g , молекулярные сегменты могут начать движение. Выше T _г , подвижность достаточна (если кристаллы отсутствуют), чтобы полимер мог течь как высоковязкая жидкость.Вязкость уменьшается с увеличением температуры и уменьшением молекулярной массы. Также может возникнуть упругая реакция, если сцепления не могут выровняться со скоростью приложения силы (как в глупой замазке). Затем этот материал описывают как вязкоупругий. В полукристаллическом полимере молекулярному потоку препятствуют части молекул в кристаллах до тех пор, пока температура не станет выше T _m . В этот момент образуется вязкоупругий материал. Эти эффекты легче всего увидеть на графике зависимости удельного объема от температуры.

Рисунок 2: График зависимости удельного объема от температуры.

Члены семейства полимеров

Полимеры можно разделить на две разные группы в зависимости от их поведения при нагревании. Полимеры с линейными молекулами, вероятно, будут термопласт. Это вещества, которые размягчаются при нагревании и могут быть переработаны и переработаны. Они могут быть полукристаллическими или аморфными. Другая группа полимеров известна как термореактивные.Это вещества, которые не размягчаются под действием тепла и давления и не могут быть переработаны или переработаны. Их необходимо подвергнуть повторной обработке, использовать в качестве наполнителей или сжигать, чтобы удалить их из окружающей среды.

Термопласты

Термопласты обычно представляют собой углеродсодержащие полимеры, синтезированные путем присоединительной или конденсационной полимеризации. Этот процесс формирует сильные ковалентные связи внутри цепей и более слабые вторичные ван-дер-ваальсовые связи между цепями. Обычно эти вторичные силы можно легко преодолеть с помощью тепловой энергии, что позволяет формовать термопласты при высоких температурах.Термопласты также сохранят свою новую форму после охлаждения. Несколько общих применений термопластов включают: детали для обычных бытовых приборов, бутылки, кабельные изоляторы, ленту, чаши для блендера и миксера, медицинские шприцы, кружки, текстиль, упаковку и изоляцию.

Термореактивные элементы

Термореактивные материалы имеют те же ван-дер-ваальсовые связки, что и термопласты. У них также более прочная связь с другими цепями. Сильные ковалентные связи химически скрепляют различные цепи в термореактивном материале.Цепи могут быть связаны друг с другом напрямую или через другие молекулы. Это «поперечное сшивание» между цепями позволяет материалу сопротивляться размягчению при нагревании. Таким образом, термореактивным пластикам необходимо придать новую форму, если они будут использоваться повторно, или они могут служить порошкообразными наполнителями. Хотя термореактивные пластмассы трудно реформировать, они имеют много явных преимуществ при инженерном проектировании, включая:

Высокая термостойкость и изоляционные свойства.
Высокая жесткость и стабильность размеров.
Сопротивление ползучести и деформации под нагрузкой.
Облегченный.

Некоторые общие области применения термореактивных материалов включают эпоксидные смолы (клеи), детали кузова автомобилей, клеи для фанеры и ДСП, а также в качестве матрицы для композитных материалов в корпусах лодок и резервуарах.

Обработка полимеров

Существует пять основных процессов формирования полимерных продуктов или деталей.Они включают; литье под давлением, компрессионное формование, трансферное формование, выдувное формование и экструзия. Компрессионное формование и трансферное формование используются в основном для термореактивных пластмасс. Литье под давлением, экструзия и выдувание используются в основном с термопластами.

Литье под давлением

Этот очень распространенный процесс формования пластмасс включает четыре этапа:

Порошок или гранулированный полимер нагревают до жидкого состояния.
Под давлением жидкий полимер выталкивается в форму через отверстие, называемое литником. Ворота контролируют поток материала.
Материал под давлением удерживается в форме до затвердевания.
Форма открывается и деталь удаляется выталкивающими штифтами.

Преимущества литья под давлением включают быструю обработку, малое количество отходов и простую автоматизацию. Формованные детали включают гребни, основы зубных щеток, ведра, фитинги и детали моделей самолетов.

Рисунок 3: Схема литья под давлением.

Компрессионное формование

Этот тип формовки был одним из первых, который использовался для формования пластмасс. Он состоит из четырех этапов:

Предварительно формованные заготовки, порошки или гранулы помещаются в нижнюю часть нагретой формы или матрицы.
Другая половина формы опускается и подвергается давлению.
Материал размягчается под действием тепла и давления и течет, заполняя форму.Из формы выдавливается излишек. Если термореактивный, в пресс-форме происходит сшивание.
Форма открыта и деталь удалена.

Для термопластов форма охлаждается перед снятием, чтобы деталь не потеряла свою форму. Термореактивные материалы могут быть выброшены, пока они горячие и после завершения отверждения. Этот процесс медленный, но материал перемещается только на небольшое расстояние до формы и не проходит через заслонки или направляющие. Из каждой формы изготавливается только одна деталь.

Трансферное формование

Этот процесс является модификацией компрессионного формования. Он используется в основном для производства термореактивных пластиков. Его шаги:

Частично полимеризованный материал помещается в нагретую камеру.
Плунжер выталкивает текущий материал в формы.
Материал проходит через литники, направляющие и затворы.
Температура и давление внутри формы выше, чем в нагретой камере, что вызывает сшивание.
Пластмасса затвердевает, затвердевает, форма открывается, и деталь удаляется.

Формы стоят дорого, и в литниках и направляющих скапливается много металлолома, но сложные детали различной толщины можно производить точно.

Выдувное формование

Выдувным формованием производятся бутылки, шаровые светильники, баки, автомобильные бензобаки и бочки. Это включает в себя:

Экструдируется размягченная пластиковая трубка
Трубка зажимается с одного конца и надувается, чтобы заполнить форму.
Твердая пластмассовая оболочка извлекается из формы.

Этот процесс быстрый и относительно недорогой.

Экструзия

Этот процесс позволяет получать детали постоянного поперечного сечения, такие как трубы и стержни. Расплавленный полимер проходит через фильеру для придания окончательной формы. Он состоит из четырех этапов:

Гранулы полимера смешаны с красителями и добавками.
Материал нагревается до должной пластичности.
Материал продавливается через матрицу.
Материал охлаждается.

Экструдер имеет бункер для подачи полимера и добавок, цилиндр с шнеком непрерывной подачи, нагревательный элемент и держатель фильеры. Адаптер на конце экструдера, вдувающий воздух через отверстие в горячий полимер, выдавливаемый через кольцевую головку, позволяет производить пластиковые пакеты и пленки.

Рисунок 4: Схема экструдера. Таблица 1: Сравнение технологий обработки полимеров термопластов и реактопластов.

Процесс	Термопласт (TP) или Thermoset (TS)	Преимущества	Недостатки
Литье под давлением	TP, TS	Он имеет наиболее точный контроль формы и размеров, является высокоавтоматическим , имеет короткое время цикла и самый широкий выбор материалов.	Он имеет высокие капитальные затраты, подходит только для большого количества деталей и имеет высокое давление в форме (20 000 фунтов на квадратный дюйм).
Компрессионное формование	TS	Он имеет более низкое давление в пресс-форме (1000 фунтов на кв. Дюйм), наносит минимальный ущерб армирующим волокнам (в композитах), и возможны большие детали.	Он требует больше труда, более длительный цикл, чем литье под давлением, имеет меньшую гибкость формы, чем литье под давлением, и каждая загрузка загружается вручную.
Трансферное формование	TS	Подходит для герметизации металлических деталей и электронных схем.	В каждой детали есть лом, и каждая загрузка загружается вручную.
Выдувное формование	TP	Из него можно изготавливать полые детали (особенно бутылки), растяжение улучшает механические свойства, имеет быстрый цикл и низкую трудозатратность.	Он не контролирует толщину стенок напрямую, не может формовать мелкие детали с высокой точностью и требует полимера с высокой прочностью расплава.
Экструзия	TP	Используется для пленок, оберток или длинных непрерывных деталей (например, труб).	Его необходимо охладить ниже температуры стеклования для сохранения стабильности.

Переработка: сегодняшняя задача, завтрашняя награда

Обзор

Потребительские отходы в США бросают вызов каждому.Отходы твердых материалов можно разделить на следующие категории:

металлы — алюминий, сталь и др.
стекло — прозрачное, цветное и т. Д.
бумага — газетная бумага, картон и др.
природные полимеры — кожа, трава, листья, хлопок и др.
синтетические полимеры — синтетические каучуки, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид и др.

Сегодня потребители используют больше продуктов и, следовательно, производят больше твердых отходов.Со временем у нас становится все меньше места, чтобы избавиться от этих отходов. Восемьдесят процентов всех твердых отходов захоронены на свалках. Сегодня количество действующих свалок на треть меньше, чем 18 500 мусорных свалок десять лет назад, что значительно удорожает их захоронение.

Плата за чаевые — плату, взимаемую с перевозчика за выгрузку твердых отходов, — постоянно увеличивается. Муниципалитеты наложили ограничения и / или запретили запуск новых свалок в пределах своих границ.Например, 50% твердых отходов Нью-Джерси отправляется за пределы штата для захоронения на свалках.

Доля синтетических полимеров в весе твердых отходов будет продолжать расти по мере увеличения использования пластмасс, как прогнозируется ниже.

Таблица 2: Процент пластиковых отходов в Америке по весу.

Год

Всего отходов

Процент пластмасс

1960

76 миллионов тонн

2.7%

1984

133 млн тонн

7,2%

1995

142 млн тонн

8,4%

2000

159 млн тонн

9,840% (прогноз

Пластмассы составляют от 14 до 22% от объема твердых отходов. Один из возможных ответов на эту проблему — переработка. В 1990 году от 1 до 2% пластмасс, 29% алюминия, 25% бумаги, 7% стекла и 3% резины и стали как бытовых отходов были переработаны.Очевидно, ответом может быть увеличение количества переработанного пластика. Однако основным недостатком повторного использования пластмасс является то, что повторная обработка добавляет тепловую предысторию, ухудшает свойства и затрудняет повторное использование для одного и того же приложения. Например, 58-граммовая 2-литровая бутылка для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТ) состоит из 48 г ПЭТ, остальное — это основа стакана из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), бумажная этикетка, клей и крышка из формованного полипропилена (ПП). Основание чашки, этикетка, клей и крышка являются загрязнителями при переработке ПЭТ.

В ответ на проблему загрязняющих веществ при переработке пластмасс, пластиковые изделия проектируются «пригодными для повторного использования». Продукты производятся с возможностью вторичной переработки в качестве эффективного средства утилизации. По крайней мере, одна компания разработала 2-литровую бутылку для напитков, полностью изготовленную из ПЭТ, для рентабельной переработки. Что касается повторного использования переработанного пластика, многие организации переоценивают использование переработанного пластика. Например, пластиковые шарики используются для удаления краски с самолета методом «пескоструйной очистки».Раньше использовались агрессивные, вредные для окружающей среды химические растворители. Использование переработанного пластика ограничивается только воображением дизайнеров и конечных пользователей пластмасс.

Еще одна причина, по которой нельзя отказываться от пластика, — это сохранение энергии. Энергетическая ценность полиэтилена (ПЭ) составляет 100% эквивалентной массы печного топлива №2. Полистирол (ПС) составляет 75%, а поливинилхлорид (ПВХ) и ПЭТ — около 50%. С энергетической ценностью фунта топочного мазута №2 при 20000 В.T.U., при засыпке мусора в землю расходуется энергия. Некоторые страны, в частности Япония, используют энергетическую ценность пластика и бумаги с помощью установок для сжигания отходов.

Еще одним фактором в уравнении утилизации является экономическая тенденция увеличения платы за опрокидывание на свалках. В северо-восточных штатах сборы за чаевые постепенно увеличивались, но в западных штатах сборы оставались низкими из-за субсидий местных властей на свалки. По мере того, как увеличивается стоимость захоронения твердых отходов, растет и стимул к их переработке.Когда стоимость засыпки земли превышает стоимость переработки, переработка будет практической альтернативой засыпке земли.

Эти факторы привели к определенным рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США. В порядке от самого высокого к самому низкому, EPA предлагает следующие рекомендации: сокращение источников, переработка, термическое восстановление (сжигание) и захоронение. У каждого из них есть свои проблемы. Снижение количества источников требует изменения конструкции упаковки и / или использования менее, более легких или более экологически безопасных материалов.Компромисс может означать сокращение упаковки пищевых продуктов с возможностью более высоких показателей порчи продуктов. Пластика будет меньше, но в твердых бытовых отходах будет больше еды. Какой бы метод утилизации ни был выбран, выбор сложен. Какими бы ни были расходы, их понесет потребитель.

Переработка различных пластмасс

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

В 1989 году миллиард фунтов первичного ПЭТ использовался для изготовления бутылок для напитков, из которых около 20% было переработано.Из переработанного количества 50% было использовано для наполнения волокна и обвязки. Переработчики заявляют, что производят высококачественный гранулированный ПЭТ с чистотой 99%. Его стоимость составляет от 35 до 60% от стоимости первичного ПЭТ.

Основные виды повторного использования ПЭТ включают листы, волокна, пленки и экструзионные изделия. При химической обработке переработанный продукт может быть превращен в сырье для производства ненасыщенных полиэфирные смолы. При использовании достаточного количества энергии переработанный продукт можно деполимеризовать до этиленгликоля и терефталевой кислоты, а затем реполимеризовать в чистый ПЭТ.

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Из пластмасс, которые могут быть переработаны, жесткий контейнер из полиэтилена высокой плотности является наиболее вероятным для захоронения на свалке. Менее 5% контейнеров из HDPE обрабатываются или обрабатываются таким образом, чтобы облегчить переработку. Первоначальный HDPE используется в непрозрачных бытовых и промышленных контейнерах, используемых для упаковки моторного масла, моющих средств, молока, отбеливателя и сельскохозяйственных химикатов.

Существует большой потенциал для использования переработанного HDPE в базовых стаканах, дренажных трубах, цветочных горшках, пластиковых пиломатериалах, мусорных баках, автомобильных брызговиках, кухонных сливных щитках, ящиках для бутылок с напитками и поддонах.В большинстве случаев переработанный HDPE представляет собой цветной непрозрачный материал, доступный во множестве оттенков.

LDPE (полиэтилен низкой плотности)

LDPE перерабатывается гигантскими поставщиками смолы и коммерческими переработчиками, сжигая его в качестве топлива для получения энергии или повторно используя его в мешках для мусора. Переработка мешков для мусора — это большой бизнес. Их цвет не имеет решающего значения, поэтому измельченный материал попадает в черные, коричневые и, в меньшей степени, зеленые и желтые мешки.

ПВХ (поливинилхлорид)

Существует много споров относительно переработки и повторного использования ПВХ из-за проблем со здоровьем и безопасностью.При сжигании поливинилхлорида часто ставится под сомнение влияние на мусоросжигательную печь и качество воздуха. Федеральное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) приказало своим сотрудникам подготовить заявления о воздействии на окружающую среду, в которых говорится о роли ПВХ в свалках и сжигании. При сжигании ПВХ выделяются токсичные диоксины, фураны и хлористый водород. Эти пары являются канцерогенными, мутагенными и тератагенными. Это одна из причин, по которой ПВХ необходимо идентифицировать и удалять из любых пластиковых отходов, подлежащих переработке.

В настоящее время ПВХ используется в таре для пищевых продуктов и алкогольных напитков с одобрения FDA. Будущее ПВХ находится в руках пластмассовой промышленности, которая решит проблему токсических эффектов сжигания ПВХ. Интересно отметить, что на долю ПВХ приходится менее 1% отходов свалки. При правильной переработке ПВХ проблемы токсичных выбросов сводятся к минимуму. Различные переработчики смогли утилизировать ПВХ без проблем со здоровьем. Использование переработанного ПВХ включает аквариумные трубки, дренажные трубы, фитинги для труб, напольную плитку и непищевые бутылки.Когда ПВХ смешивают с другими пластиковыми отходами, он используется для производства пластиковых пиломатериалов.

ПС (полистирол)

ПС и его производители уже несколько лет являются объектом внимания экологов. Производители и переработчики прилагают все усилия, чтобы переработка полистирола стала такой же распространенной, как и бумаги и металлов. Одна компания, Rubbermaid, тестирует регенерированный полистирол в служебных лотках и других предметах потребления. Amoco, еще одна крупная корпорация, в настоящее время имеет метод преобразования отходов полистирола, включая остаточные пищевые продукты, в масло, которое можно повторно очищать.

Будущее

Переработка — жизнеспособная альтернатива всем другим средствам обращения с потребительскими пластиковыми отходами. В ответ на проблему смешанных пластиковых отходов была разработана и принята в пластмассовой промышленности система кодирования. Код представляет собой систему цифр и букв. Это относится к бутылкам, превышающим 16 унций, и другим контейнерам, превышающим 8 унций. Цифра появляется в 3 символе утилизации изогнутой стрелки с аббревиатурой пластмассы под символом.

Западноевропейские компании, особенно немецкие фирмы Hoechst и Bayer, успешно вышли на рынок перерабатываемого пластика. Используя высокотехнологичный подход, они разрабатывают новые методы разделения и обработки смешанных пластиковых отходов.

Потенциальное использование переработанных материалов включает пиломатериалы из пластика. Переработанный пластик смешивают с древесными волокнами и перерабатывают в замену пиломатериалам. Если бы древесные волокна не использовались повторно, они превратились бы в свалку. Конечный продукт называется Биопастой.Ожидается, что в конечном итоге это станет многомиллионным предприятием. Исследования и разработки продолжают улучшать этот продукт.

Переработка — это экономичный способ обращения с потребительскими пластиковыми отходами. Исследования по снижению затрат на переработку необходимо продолжить. Переработка пластмасс не сможет достичь уровня программ рециркуляции бумаги и некоторых металлов до тех пор, пока не будут внедрены более дешевые и автоматические методы переработки. К счастью, решения этих проблем не выходят за рамки наших технологий или нашего разума.Ниже приведена таблица, в которой перечислены различные типы пластиков и их использование до и после переработки.

Таблица 3: Основные пластмассовые смолы и их применение

Название смолы	Обычное использование	Примеры переработанных продуктов
Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТЭ)	Бутылки для безалкогольных напитков, банки с арахисовым маслом, бутылки для заправки салатов, банки для полоскания рта	Бутылки для жидкого мыла, обвязка, фибровый наполнитель для зимних пальто, доски для серфинга, кисти для рисования, пух на теннисных мячах, бутылки для безалкогольных напитков, пленка
Полиэтилен высокой плотности (HDPE)	Емкости для молока, воды и сока, продуктовые пакеты, игрушки, бутылки для жидких моющих средств	Чашки на основе безалкогольных напитков, цветочные горшки, сливные трубы, знаки, сиденья стадиона, мусорные баки, мусорные баки, дорожные барьеры, вкладыши для сумок для гольфа, игрушки
Поливинилхлорид или винил (PVC-V)	Прозрачная упаковка для пищевых продуктов, флаконы для шампуня	Коврики в салон, патрубки, шланги, брызговики
Полиэтилен низкой плотности (LDPE)	Пакеты для хлеба, пакеты для замороженных продуктов, пакеты для продуктов	Вкладыши для мусорных баков, пакеты для продуктов, универсальные пакеты
Полипропилен (PP)	Бутылки для кетчупа, емкости для йогурта, маргарин, кадки, бутылки с лекарствами	Ступеньки люков, ведра с краской, ящики для хранения видеокассет, скребки для льда, лотки для фаст-фуда, колеса газонокосилок, детали автомобильных аккумуляторов.
Полистирол (ПС)	Ящики для видеокассет, оболочки для компакт-дисков, кофейные чашки, столовые приборы, подносы для кафетерия, подносы для мяса в продуктовых магазинах, контейнер для бутербродов быстрого питания	Держатели номерных знаков, дренажные системы для полей для гольфа и септических ям, аксессуары для столов, подвесные файлы, подносы для еды, цветочные горшки, мусорные баки

Следующая тема: Ссылки
Полимеры Содержание
MAST Домашняя страница

31.2: Полимеры с цепным ростом — Аддитивные полимеры — Химия LibreTexts

Полимеры — это длинноцепочечные гигантские органические молекулы, собранные из множества более мелких молекул, называемых мономерами . Полимеры состоят из множества повторяющихся мономерных звеньев в длинных цепях. Полимер аналогичен ожерелью из множества мелких бусин (мономеров). Многие мономеры представляют собой алкены или другие молекулы с двойными связями, которые реагируют путем прибавления к своим ненасыщенным двойным связям.

Введение

Электроны в двойной связи используются для связывания двух молекул мономера вместе. Это представлено красными стрелками, перемещающимися от одной молекулы к пространству между двумя молекулами, где должна образоваться новая связь. Образование полиэтилена из этилена (этена) можно проиллюстрировать на графике слева следующим образом. В полном полимере все двойные связи превращены в одинарные. Никакие атомы не были потеряны, и вы можете видеть, что мономеры только что соединились в процессе присоединения.Простое представление — [A-A-A-A-A] -. Полиэтилен используется в полиэтиленовых пакетах, бутылках, игрушках и электроизоляции.

ПЭНП — полиэтилен низкой плотности: В первом промышленном производстве полиэтилена использовались пероксидные катализаторы при температуре 500 ° C и давлении 1000 атмосфер. Это дает прозрачный полимер с сильно разветвленными цепями, который плохо упаковывается вместе и имеет низкую плотность. LDPE — это гибкий пластик. Сегодня большая часть ПВД используется для формования раздувом пленок для упаковки, мешков для мусора и гибких крышек с защелками.LDPE — это перерабатываемый пластик №4.
HDPE — полиэтилен высокой плотности: Альтернативный метод заключается в использовании алюминиево-титановых катализаторов Циглера-Натта для получения HDPE, который имеет очень мало разветвлений, позволяет нитям плотно упаковываться и, следовательно, имеет высокую плотность. Он в три раза прочнее ПЭНП и более непрозрачен. Около 45% HDPE выдувается в бутылки для молока и одноразовые потребительские бутылки. HDPE также используется для изготовления мятых пластиковых пакетов для упаковки продуктов в продуктовых магазинах. HDPE — это перерабатываемый пластик # 2.

Другие дополнительные полимеры

ПВХ (поливинилхлорид), который содержится в пластиковой пленке, искусственной коже, водопроводных трубах и садовых шлангах, изготовлен из винилхлорида (H ₂ C = CHCl). Реакция показана на графике слева. Обратите внимание, как к каждому другому углероду должен быть присоединен хлор.
Полипропилен: Реакция образования полипропилена (H ₂ C = CHCH ₃) проиллюстрирована в средней реакции на графике.Обратите внимание, что полимерные связи всегда проходят через атомы углерода двойной связи. Углерод № 3 уже имеет насыщенные связи и не может участвовать ни в каких новых связях. Метильная группа находится на каждом другом углероде.
Полистирол: Реакция аналогична полистиролу, где каждый второй углерод имеет присоединенное бензольное кольцо. Полистирол (ПС) — это перерабатываемый пластик №6. В следующем проиллюстрированном примере многие мономеры стирола полимеризуются в молекулу полистирола с длинной цепью. Волнистые линии показывают, что молекула полистирола простирается дальше как с левого, так и с правого концов.
Выдувание мелких пузырьков газа в жидкий полистирол и предоставление ему возможности затвердеть дает пенополистирол , который компания Dow Chemical Company называет Styrofoam .
Полистирол с DVB: Сшивка между полимерными цепями может быть введена в полистирол путем сополимеризации с p -дивинилбензолом ( DVB ). DVB имеет винильные группы (-CH = CH ₂) на каждом конце своей молекулы, каждая из которых может быть полимеризована в полимерную цепь, как и любая другая винильная группа на мономере стирола.

Другие аддитивные полимеры

Таблица 1: Связи с различными полимерами с молекулой Chime — Macrogalleria в U. Южный Миссисипи

2 C = CF ₂ 907 ₂ C = CH (OCOCH ₃) 9075 5 Клей Элмера — Silly Putty Demo

Мономер	Название полимера	Торговое наименование	Использует
политетрафторэтилен	Тефлон	Антипригарное покрытие для кухонных принадлежностей, химически стойкие специальные пластмассовые детали, Gore-Tex
H ₂ C = CCl6 90	поливинилидендихлорид	Saran	Пищевая пищевая пленка
H ₂ C = CH (CN)	полиакрилонитрил	Orlon, Acrilan 9055, ткань Creslan	поливинилацетат
H ₂ C = CH (OH)	поливиниловый спирт		Ghostbusters Demo
H ₂ C = C _{3CH _{C = C (CH _{) 3}}}	полиметилметакрилат	Оргстекло, Lucite	Жесткие прозрачные пластиковые листы, блоки, трубки и другие формы

Аддитивные полимеры из сопряженных диенов

Полимеры из сопряженных диеновых полимеров обычно дают как свойства.

Таблица 2. Добавочные гомополимеры из сопряженных диенов
Мономер	Название полимера	Торговое наименование	Использует
H ₂ CH 9015 C = CH-3 ₂	полиизопрен	натуральный или некоторый синтетический каучук	применения, аналогичные натуральному каучуку
H ₂ C = CH-CH = CH ₂	полибутадиен 907	синтетический синтетический полибутади60 применение каучука
H ₂ C = CH-CCl = CH ₂	полихлоропрен	Неопрен	химически стойкая резина

Все мономеры, из которых получаются дополнительные полимеры или функционально алкены замещенные алкены.Наиболее распространенными и термодинамически предпочтительными химическими превращениями алкенов являются реакции присоединения. Известно, что многие из этих реакций присоединения протекают ступенчатым образом с участием реакционноспособных промежуточных продуктов, и это механизм, которому следует большинство полимеризаций. Здесь представлена общая диаграмма, иллюстрирующая эту сборку линейных макромолекул, которая поддерживает название «полимеры роста цепи». Поскольку пи-связь в мономере превращается в сигма-связь в полимере, реакция полимеризации обычно экзотермична на 8-20 ккал / моль.Действительно, были зарегистрированы случаи взрыво-неконтролируемой полимеризации.

Полезно различать четыре процедуры полимеризации, соответствующие этому общему описанию.

• Радикальная полимеризация. Инициатор представляет собой радикал, а место распространения реакционной способности (*) представляет собой углеродный радикал.
• Катионная полимеризация. Инициатором является кислота, а место распространения реакционной способности (*) — карбокатион.
• Анионная полимеризация. Инициатор представляет собой нуклеофил, а сайт размножения реакционной способности (*) представляет собой карбанион.
• Координационная каталитическая полимеризация. Инициатор представляет собой комплекс переходного металла, а центр роста реакционной способности (*) представляет собой терминальный каталитический комплекс.

Полимеризация с радикальным ростом цепи

Практически все описанные выше мономеры подвержены радикальной полимеризации. Поскольку это может быть вызвано следами кислорода или других незначительных примесей, чистые образцы этих соединений часто «стабилизируются» небольшими количествами ингибиторов радикалов, чтобы избежать нежелательной реакции.Когда желательна радикальная полимеризация, ее следует начинать с использованием радикального инициатора, такого как пероксид или определенные азосоединения. Формулы некоторых распространенных инициаторов и уравнения, показывающие образование радикальных частиц из этих инициаторов, представлены ниже.

Что такое полимеризация в растворе? (с изображениями)

Полимеризация в растворе используется для создания полимеров и сополимеров путем растворения мономера и катализатора в инертном растворителе. Во время этого процесса растворяющая жидкость поглощает тепло, выделяемое химической реакцией, которая регулирует скорость реакции.Жидкий растворитель, используемый в процедуре полимеризации в растворе, обычно остается растворителем для полученного полимера или сополимера. Этот процесс подходит только для создания влажных типов полимеров, так как удаление избытка растворителя затруднено. Хотя удаление избыточного растворителя возможно с помощью дистилляции, в промышленных условиях это обычно не считается экономически возможным.

Растворители, используемые в процедуре полимеризации в растворе, должны быть тщательно выбраны.

Процесс полимеризации в растворе имеет несколько преимуществ, а также один существенный недостаток. К преимуществам относятся точный контроль химической реакции, контроль получаемого тепла и вязкости, а также контроль автоматического ускорения процесса. Недостатком способа является сложность удаления избытка растворителя из готового полимера.

Синтетические эластомеры обычно встречаются в латексных перчатках.

Растворители, используемые в процедуре полимеризации в растворе, должны быть тщательно выбраны. Растворитель, который не реагирует с мономером, необходим для процесса. Если используется реактивный растворитель, в результате автоускорения могут возникнуть опасные цепные реакции или другие нежелательные эффекты. Автоускорение — это реакция, которая возникает, когда тепло, выделяемое при полимеризации, недостаточно быстро рассеивается растворителем.По мере накопления тепла вязкость раствора увеличивается, что приводит к чрезмерному ускорению процесса полимеризации.

Процессы полимеризации в промышленных растворах обычно используются для получения полимеров с особыми характеристиками.Химическая реакция, которая происходит между мономером и катализатором, может придавать уникальные свойства конечному продукту. Одним из примеров полимера этого типа является полиакрилат натрия, исключительно абсорбирующий полимер, используемый в одноразовых подгузниках.

Хотя этот процесс обычно не применим для сухих полимеров, он хорошо работает для влажных полимеров.Процесс полимеризации в промышленном растворе используется для создания полимеров и сополимеров, которые можно использовать в виде раствора. Примеры такого использования включают промышленные клеи и поверхностные покрытия.

Синтетические эластомеры также могут быть получены с использованием процесса полимеризации в растворе. Этот метод производит более точный полимер, чем методы эмульсионной полимеризации.Контролируя добавление очищенных мономеров к раствору катализатор-растворитель, полученные полимеры могут быть тщательно разработаны с учетом конкретных свойств. Эти синтетические эластомеры обычно используются в таких продуктах, как латексные перчатки, неопреновые гидрокостюмы и материалы для напольных покрытий.

Полимеризация | SEPPIC

Загущающие полимеры являются одними из наиболее часто используемых ингредиентов в составах .Благодаря своей способности управлять реологическим поведением, они являются важными ингредиентами для контроля эффективности использования и обеспечения положительного восприятия продуктов пользователями.

В Seppic мы используем две основные технологии полимеризации: обратная эмульсионная полимеризация и осажденная полимеризация .

Обратная эмульсионная полимеризация

Обратная эмульсионная полимеризация — эффективная производственная технология для производства высокоэффективных жидких загустителей.Предварительно нейтрализованные и готовые к использованию, эти полимеры можно использовать в холодном виде при приготовлении конечных продуктов.

Технология обратной эмульсионной полимеризации

Технология обратной эмульсионной полимеризации — это процесс радикальной полимеризации, состоящий из полимеризации этиленовых и гидрофильных мономеров, растворимых в каплях воды, диспергированных в масляной фазе и стабилизированных системой эмульгатора с низким ГЛБ (гидролипидный баланс).

Эта технология приводит к образованию высокомолекулярных полимеров, захваченных в каплях воды, диспергированных в эмульсии вода-в-масле.В зависимости от заданных свойств структура полимера может быть адаптирована путем выбора мономеров и системы сшивания.

Уникальный многофункциональный персонаж

Собственная морфология полимера, полученного в результате этого процесса, является важной частью его конечных свойств и придает ему уникальный многофункциональный характер. При попадании в воду полимер дает идеально сферические микрогели небольших размеров, образуя плотную сеть , которая позволяет комбинировать :

утолщение производительность
эффективная стабилизация масляных фаз в холодном состоянии,
не волокнистая текстура,
нелипкий сенсорный.

Эта технология используется, например, для получения загустителей для приготовления крем-гелей со стабилизацией масляной фазы без добавления поверхностно-активного вещества. Преимущество крем-гелей в том, что они имеют легкую текстуру, больше подходят для жаркого и влажного климата или для жирной кожи.

Экологические преимущества

Обратная эмульсионная полимеризация имеет экологических преимуществ :

Не требуется растворитель, масляная фаза является частью конечного продукта и влияет на свойства загустителя,
Отходов не образуются,
Низкотемпературный процесс (ниже 100 ° C): тепло, выделяемое в результате реакции полимеризации, позволяет ограничить потребление энергии, необходимое для производства,
Сырье для полимеров на биологической основе: масляные фазы и поверхностно-активные вещества, используемые в процессе, способствуют увеличению количества возобновляемого углерода.Например, это случай Sepilife ™ Nude, который содержит 100% алкан на биологической основе.

Простые в использовании жидкие или порошковые полимеры

Разработанные Seppic полимеры с обратной эмульсией, такие как Sepiplus ™ 400, Sepilife ™ Nude и Sepineo ™ P600, просты в использовании производителями конечных продуктов :

Нет необходимости в нейтрализации: полимеры предварительно нейтрализуются в процессе синтеза.
Нет необходимости добавлять поверхностно-активные вещества: состав обратного латекса регулируется для получения спонтанной инверсии фаз при добавлении в воду, что позволяет получить эмульсию типа масло-в-воде.
Нет необходимости в высоком усилии сдвига во время приготовления: после инверсии фаз полимерные цепи разворачиваются в водной фазе благодаря электростатическому отталкиванию между анионными группами.

С дополнительной стадией сушки получаются полимеры в форме порошка, такие как Sepinov ™ EMT10 и Sepineo ™ Derm для местного применения в косметике и дермофармакологии . Этот двухэтапный процесс позволяет порошковому полимеру сохранить все преимущества полимеров с обратной эмульсией, легкость диспергирования в воде, а также его многофункциональность.

Осадочная полимеризация

Осадочная полимеризация обеспечивает новых уровней производительности . Эта технология требует высокой степени владения и промышленного процесса и промышленного переноса. Этот тип полимера производится, например, компанией Seppic на ее заводе Polykon Manufacturing в Ричмонде (Вирджиния, США).

Технология осадительной полимеризации

Полимеризация с радикальным осаждением — это процесс синтеза сшитых высокомолекулярных полиэлектролитов с высокими характеристиками, особенно в отношении загущающих и текстурирующих свойств после диспергирования в воде.Это процесс получения полимеров Sepimax ™ Zen и Sepineo ™ PHD 100 для продуктов местного действия в косметике и дермофармакологии или Solagum ™ EL X для промышленных применений, таких как моющие средства или строительство. Полиэлектролиты получают из мономеров из ископаемых источников.

Амфифильные и готовые к использованию полимеры

Преципитационная полимеризация используется для получения амфифильных полимеров с улучшенной электролитической стабильностью образованных гелей, что называется «эффект шасси ».Вязкость геля, полученного из этих полимеров, остается стабильной при добавлении солей . Для составителей рецептур текстура остается стабильной, несмотря на добавление электролитов в формулу, без необходимости постоянного регулирования вязкости.

Полимерные гели стабильны в широком диапазоне pH, что делает их универсальными и применимыми в различных типах рецептур. Можно образовывать гели с порогом текучести и, следовательно, с интересными суспензионными свойствами (суспензия пигментов, наполнителей, хлопьев, пузырьков воздуха и т. Д.).

Как и в случае полимеров путем обратной эмульсии, полимеры, полученные в результате осажденной полимеризации, представляют собой готовых к использованию полимеров , которые не требуют стадии нейтрализации разработчиком рецептуры. Они способствуют снижению расхода энергии за счет того, что их формулируют на холоде и с низким усилием сдвига.

Чистые полимеры

Полимеры, полученные осаждающей полимеризацией, могут быть почти чистыми (> 90% активного материала и не содержать масла), что позволяет получать прозрачные гели.Это дает пользователю продукта ощущение чистоты, которое играет роль в его ощущениях и чувственном опыте.

Исследования по улучшению естественности и защите окружающей среды

Технологии полимеризации продолжают развиваться, как и ожидания пользователей продукции. В Seppic наша цель — разработать модификаторы реологии с еще более сильными экологическими и натуральными компонентами, сохраняя при этом исключительные характеристики. Seppic продолжает свою исследовательскую программу по полимерам в области биоразлагаемого сырья, биоразлагаемости, биотехнологий и все более экологически безопасных процессов.

Производство пластмасс: от мономера к полимеру

Универсальность, простота изготовления и относительно низкая стоимость делают пластмассы одними из самых полезных материалов для широкого спектра применений. В этой статье рассказывается о химии и производственных процессах двух самых популярных пластиков — полиэтилена и полипропилена.

Пластмассы — одни из самых разнообразных и полезных производственных материалов в мире. В то время как пластмассы включают в себя большое количество материалов, полиэтилен и полипропилен являются двумя основными типами пластмасс, используемых во многих потребительских товарах, от автомобильных запчастей до пакетов для покупок и водопроводных труб.

Несколько типов реакторов могут производить полимеры, включая реакторы с псевдоожиженным слоем, петлевые, автоклавные и трубчатые реакторы. Различные марки полиэтилена и полипропилена обладают широким спектром физических свойств, таких как плотность, жесткость, гибкость, непрозрачность, температура плавления, текстура и прочность. Манипулируя переменными в реакторе, такими как расход мономера, сомономера, катализатора и охлаждающей среды, можно управлять ключевыми параметрами качества. Добавки и красители могут изменить внешний вид полимера.

Производство полимеров — это полунепрерывный процесс. Сырье непрерывно подается в реактор в передней части, а полимерный порошок и гранулы упаковываются партиями. На большинстве предприятий используется несколько линий с множеством бункеров и силосов для хранения и смешивания. В конечном итоге пластмассы доставляются покупателям с помощью барж, грузовиков или железнодорожных вагонов.

В этой статье описаны различные процессы производства полиолефинов, их основные рабочие параметры и способы использования автоматизации для улучшения контроля качества и увеличения производительности.

Химия производства пластика

Полезно понять некоторые химические процессы, лежащие в основе реакции полимеризации, чтобы понять, как работает этот процесс, и насколько сложен процесс производства пластика. Реакция полимеризации начинается с первичного ингредиента (мономера), такого как этилен или пропилен.

Этилен (C ₂ H ₄) представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода и двойной связью. Полиэтилен (PE) образуется в результате реакции множества молекул этилена в присутствии катализатора с разрывом двойной связи и соединением атомов углерода в цепь (рис. 1).Чем длиннее цепь, тем выше молекулярная масса. Полимеры могут иметь миллионы молекулярных масс.

Аналогичным образом полипропилен (ПП) получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена (C ₃ H ₆) в присутствии катализатора с образованием длинных цепочек молекул с тремя атомами углерода (рис. 2). Третий атом углерода добавляет сложности: на какую сторону цепи попадут метильные (CH ₃) группы? Все они могут быть по одну сторону от центральной линии цепи или позвоночника (изотактический), они могут появляться попеременно на противоположных сторонах основы (синдиотактический), или их положения могут быть случайными (атактическими).Эти устройства имеют разные физические свойства.

В реакциях полимеризации также будет потребляться водород, который необходим для гашения реакции ( т. Е. оборотов цепей), а некоторые будут включать вторичный ингредиент (известный как сомономер). Поскольку концентрации этих компонентов в реакторе влияют на вероятность того, что конкретные реакции будут иметь место, композиция в реакторе эффективно устанавливает количество разветвлений и длину цепи.

▲ Рисунок 1. Этилен представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода, соединенными двойной связью. Полиэтилен образуется в результате реакции множества молекул этилена в присутствии катализатора.

В полимерной промышленности используется множество катализаторов, и каждый год разрабатываются новые катализаторы. Различные катализаторы используются для создания полимеров с определенными свойствами даже в одном реакторе. Каждый лицензиар процесса ПЭ или ПП включает патентованные рецептуры катализаторов в конструкции своих реакторов. В зависимости от типа реактора катализаторы могут быть твердыми частицами или суспендированы в углеводороде или растворителе.

Полимеризация — это сильно экзотермическая реакция, и она требует непрерывного охлаждения для предотвращения неуправляемых реакций. Большинство реакторных систем включают аварийное гашение, которое быстро останавливает реактор, если температура достигает заданного значения. До внедрения дублирующих механизмов управления реакция неуправляемого двигателя могла привести к тому, что реактор полностью забился пластиком. С тех пор были изменены технологические процессы и внедрены системы безопасности для предотвращения таких инцидентов.

▲ Рис. 2. Полипропилен получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена в присутствии катализатора. Получающийся в результате полимер может быть изотактическим, со всеми метильными группами на одной стороне основной цепи полимера, синдиотактическим, с альтернативными метильными группами на противоположных сторонах основной цепи, или атактическим (не показано), с метильными группами, расположенными случайным образом.

▲ Рис. 3. Молекулярно-массовое распределение бимодального полимера имеет более одного пика.

Основные характеристики качества

Хотя свойства полимера можно несколько изменить на этапах смешивания и экструзии, условия в реакторе устанавливают сорт (ы) продукта — как определено несколькими ключевыми мерами качества — которые могут быть получены. В общем, полиэтилен классифицируется на основе его плотности, линейности молекул (, т.е. степени разветвления) и его молекулярной массы (длины цепей). Другие качества полимера, включая свойство текучести расплава, известное как индекс текучести расплава, являются функцией кристаллической структуры и также в первую очередь определяются реакцией полимеризации.Индекс текучести расплава определяет поведение полимера при последующих операциях, таких как экструзия, выдувное формование или производство пленки.

Наиболее распространенные марки полиэтилена:

полиэтилен высокой плотности (HDPE) .
No related posts.

alexxlab
You May Also Like
Биологический клей: Медицинский хирургический клей для ран и порезов, виды, применение
Posted on: 24.10.2021
Пауль клее википедия: Центр Пауля Клее — Википедия
Posted on: 12.12.2020
Клей пенополистирол: разновидности, состав, характеристики и правила монтажа
Posted on: 05.11.2021
Как сделать клей сапожный: Лучшие клеи для обуви. Каким клеем лучше клеить обувь
Posted on: 01.04.2021
Навигация по записям
Монтажная пена для межкомнатных дверей: Страница не найдена – «ДТМ СПб» — эксклюзивное столярное производство
Клей герметик сикафлекс цена: Sikaflex Floor — купить по цене 610 руб. в интернет-магазине SikaShop
Добавить комментарий
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Рубрики
2024 © Все права защищены. Карта сайта