Термореактивті пластмасса (реактопластар)
Жоспар
Кіріспе
1. Пластмасса өндірудің даму тарихы
2. Термореактивті пластмасса (реактопластар)
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Кіріспе
Термореактивті пластмассалар (реактопластар) деп бұйымды жасау кезінде ғана жұмсарып, бірақ химиялық реакция нәтижесінде термикалық әсер негізінде осы қасиетін жоғалтатын пластиктер аталады.
Термореактивті пластмассалар қыздырғанда алдымен жұмсарып, пластикалық жағдайға келеді де, одан әрі қыздырғанда химиялық өзгеріске ұшырайды. Термопласт алу үшін фенол-альдегид, мочевинаальдегид, эпоксид-анилин, кремнийорган шайырлары, олигоэфиракрилаттар сияқты олигомерлер қолданылады. Олар қызудың не әдейі қосылған қыздырғыштардың әсерінен торланған үлкен молекулалы қосылыстарға айналады. Термореактивті пластмассадан жасалған бұйымдар қызуға төзімді келеді, термиялық диструкция басталғанша сыртқы түрін сақтай алады
Термореактивті Пластмассалар жылу әсерінен алғашқы кезде пластикалық, одан әрі қыздырғанда химиялық өзгеріске ұшырайды. Оларды алу үшін құрылысы торланған қосылыстарға тез өтетін полимерлер (эпоксид, анилин, фенол-альдегид, т.б.) қолданылады. Пластмассалардың бұл түрінен жасалған бұйымдар шыны тәрізді, сол қалпын терм. деструкция басталғанға дейін сақтайды. Олар 100 — 500 С аралығындағы температурада өзгеріске ұшырамайды.
Пластмасса өндірудің дамуы тарихы.
Пластмассалар. 40-шы жылдарға дейін отандық пластмас өндірісі модификациялық полимер ( галалит, целлулоид) алу мен өңдеумен ғана шектеледі. Жалғыз ғана синтетикалық полимер карболит болды да, оны өндіру қатарға жаңа өнеркәсіптер қосылуымен үздіксіз кеңейтіліп отырды. 1938-1942 жылдары Мәскеу облысының Любачане заводында және Владимир, Кусков, Карачай мен Ленинград химиялық заводтарында метилметакрилат, поливинилхлорид, карбамидті полимерлер мен аминопласт өндірістері ұйымдастырылды.
Соғыстан кейін халық шаруашылығының барлық бөліктерінде ПМ енгізілуімен, тауар түрлері көбейіп, жаңа жобамен жұмыс істей бастады. Кусков химиялық заводында елімізде бірінші рет кремнийорганикалық эмулсионды полистиролдар, винилацетатты полимерлер, поливинилхлоридті полимерлерге арналып пластификаторлар өндіріле бастады.
1950-1965 жылдар аралығында ионалмастырғыш шайыр алу (Н.Тагил қ.), төмен қысымды полиэтилен (Охта қ.) және т.б. заводтар қатарға қосылды. Пластмасса өндіру нәтижесінде 1955 жылы 160 мың тоннадан 1965 жылы 800 мың тоннаға дейін өсті. Бұдан кейінгі жылдары да жаңа жылупластикалық полимер өндірісі мен үлкен арнайы винилацетатын алу, поливинилбутирол, полиэфир, стирол сополимері, акронитрил мен бутадиен алынатын заводтар Дзержинск, Жаңа Полоцк және т.б. қалаларда салына бастады. Пластмасса өндірісінің көлемі 1970 жылы 1670 мың тоннаға жетті.
1975-1980 жылдары Шевченко қаласында қуаты жылына 200 мың тонна өндіретін полиэтилен заводы іске қосылса, Северодонецк қаласында жылына 240мың тонна өнім өндіретін төменгі тығыздықты полиэтилен өндірісі, сонымен қатар Гуревьте, Томскіде, Днепродзержинскіде де осындай ірі заводтар іске қосыла бастады. Осының нәтижесінде пластмасса өндіру 1980жылы 3,6 млн тоннаға жетсе, ал 1987 жылы 4,5млн тонна болды.
Термореактивті пластмасса (реактопластар).
Реактопласттар - қыздыру кезінде жұмсарады және балқиды, белгілі бір температураға дейін қыздырғанда қайтарымсыз қатаяды және ерімейтін болады.
1. Фенопласттар – термореактивті формальдегид шайырының негізіндегі 120-1700С дейін қыздырғанда қатаятын және ерімейтін материал. Фенопласттар:
а) Фаолит – асбеспен толтырылған фенопласт негізіндегі қатаймаған шикі материал. Одан фаолит массасынан 90-1300С дейін шамасында қыздырып арнайы қалыптарда аппараттар, насостар, құбырлар т.б. жасалады.
б) Графолит – фенопласты графитпен араластыру арқылы алады.
в) Антегмит – құрамында 75-80% графит ұнтағы бар фенопласт.
д) Текстолит, шынытекстолит – құрамында мақта – қағаз немесе шыны маталары бар фенопласт. Оларды араластыру арқылы 1100С және 120 атм қысымда престеу арқылы алады.
2. Винипласт – этиленнің хлормен алмастырылған туындыларының полимеризациялық өнімі. Ол 100-1600С кезінде жұмсарады, одан қалыптау, престеу, майыстыру арқылы түрлі бұйымдар жасайды.
3. Акрипласт, плексиглас немесе органикалық шыны – термопластикалық материал. Оны метакрил қышқылының метилдік эфирінің полимеризациясынан алады. Ол 100-1200С кезінде оңай қалыптанады, майысады, кесіледі, желімделеді.
4. Стиропласт, полистирол – стиролдың полимеризация өнімі, термопластикалық, 120-1600С кезінде оңай престеледі және қалыптанады.
5. Этиленпласт, полиэтилен – синтетикалық өнім. Полиэтилен оңай қалыптанады, желімделеді және дәнекерленеді.
6. Эпокси – шайырлар – жаңа ректопласттар, химиялық шыдамды, күшті адгезиялық, мықтылығы күшті, иілгіш, изоляциялық қасиеті жоғары болатын материал.
7. Полипропилен – жоғары полимерлі, химиялық төзімділігі жоғары материал.
Термопластты плимерлерге полиэтилен, полистирол,поликапролактам және т.б. жатады.
Фенолальдегидті, карбамидальдегидті және басқа шайырлар өзгеше қасиет көрсетеді.Бос функционалды топтары немесе қанықпаған байланыстары болғандықтан оларды қыздырғанда сызықты макромолекулалар арасында химиялық байланыстар пайда болып, торланған құрылымды полимерлер түзіледі.Мұндай полимерлер қыздырғанда да, артынша суытқанда да өздерінің қасиеттерін бастапқы қалпына келтіре алмайды.Сондықтан оларды термореактивті полимерлер деп атайды.
Химиялық табиғатына байланысты полимерлер органикалық, бейорганикалық және элементорганикалық болып бөлінеді.
Органикалық полимерлерге көміртектен, сутектен, оттектен және азоттан тұратын көптеген қосылыстар кіреді.
Бейорганикалық полимерлердің молекуласы кремний, алюминий, стронций және басқа элементтердің атомдарынан құрылған.
Элементорганикалық полимерлер екі түрлі бола алады:негізгі полимерлік тізбектің табиғаты бейорганикалық болады да, ал қосалқы тармақтары органикалық болады немесе керісінше.
Реактопласттар негізіндегі қорғаушы қаптамалар. Реактопласттар негізіндегі композиция құрамына кіреді:
– шайыр немесе шайырлар қоспалары;
– қатаңдатушылар, олардың қатысуымен шайыр қалыпты температурада немесе қыздыру кезінде қатаяды;
– пластификаторлар, олар морттықты төмендету немесе шайырдың бастапқы тұтқырлығын төмендету үшін пайдаланылатын қатайған композициялар-еріткіштердің (ацетон, толуол, ксилол жəне т. б.) эластикалығын жоғарылату үшін қолданылады;
– толтырғыштар (құм, графит, асбесттік талшық жəне т. б.), олар беріктілікті, тозуға тұрақтылықты, жылуға тұрақтылықты жоғарылату үшін, шөгуді кеміту жəне материалдың құнын төмендету үшін енгізіледі. Химиялық жабдықтарды, ғимараттарды жəне құрылыс конструкцияларын коррозиядан қорғау үшін эпоксидті, фенолоформальдегидті, полиэфирлі, фуранды шайырлар жəне олардың бір-бірімен əртүрлі комбинациялары кеңінен қолданылады.
Эпоксидті шайырлар молекуласында эпоксидті (оксиэтиленді) топтар болатын сызықты полимерлерді көрсетеді. Əртүрлі қатаңдатқыштармен өзара əрекеттескен кезде сызықты эпоксидті полимерлер торлы құрылымды полимерлерді түзейді. Эпоксидті шайырлар қалыпты температуралардада, жоғарылатылған температуралардада аз мөлшердегі шөгумен қатаяды, бұл кезде негізгі жəне қышқылды заттардың əсері болған кезде қосалқы заттардың бөлінуі болмайды. Қтаю өнімдері өте жақсы физикалық-механикалық қасиеттерге, универсалды химиялық тұрақтылыққа (қышқылды жəне сілтілі орталарға) жəне əртүрлі материалдарға деген өте тамаша адгезияға ие бола алады. Қатаңдатқыштар ретінде біріншілікті жəне екіншілікті полиаминдер, көп негізді қышқылдар жəне олардың ангидридтері, резольді жəне новолачты типті фенолоформальдегидті шайырлар, көпатомды спирттер жəне фенолдар қолданылады. Қатаңдатқыштың табиғаты эпоксидті композициялардың қасиеттеріне үлкен əсер етеді: олардың өміршеңдігіне, қатаюдың температурасы мен жылдамдығына, механикалық беріктілікке, химиялық тұрақтылыққа, өткізгіштікке, жылуға тұрақтылыққа.
Фенолоформальдегидті шайырлар барынша кеңінен танымал. Оларды фенолдың фор- мальдегидпен поликонденсациясымен алады. Бастапқы реагенттер мен реакциялар шарттарының қатынасына тəуелді əртүрлі қасиеттері бар шайырларды алуға болады.
Мысалы формальдегидтің артықшылығы кезінде сілтілі катализатордың қатысуымен резольді типті шайырлар пайда болады, қышқылды ортада фенолдың артықшылығы кезінде — новолачты типті шайырлар түзіледі.
Полиэфирлі шайырлар. Коррозияға қарсы техникада қанықпаған полиэфирлі шайырлар қолданылады. Олар Сополимеризации ерімейтін және ерімейтін полимерлер кеңістіктік құрылымы қалыптасады қанықпаған полиэфирлер қанықпаған мономерлердің шешімдер болып табылады. Қанықпаған полиэстер шайырлар фенолды шайыр салыстырғанда артықшылығы бар: олар қосарлы өнім мәселесіне келетін болсақ, шығарылатын жоқ қоршаған немесе салыстырмалы төмен температурада емдеуге қабілетті, олар ауқымдылығы химиялық жабдықтар мен аппаратуралар коррозиялық қорғау үшін пайдаланылған кезде өте маңызды болып табылатын.
Фуранды шайырлар фуранның туындылары болып табылады фуран мен оның туындыларының реакцияласуға қабілетті мономерлік қосылыстарынан жəне оның туындыларынан пайда болатын гетеротізбекті жоғары молекулярлық қосылыстарды 20 көрсетеді. Фурфурол ауыл шаруашылығы өндірісінің қалдықтарынан алады, ол қанықпаған гетероциклдік альдегидтердің тобына жатады. Қатаңдалған фуранды полимерлер жоғары жылуға тұрақтылығымен (300-500 °С дейін) жəне агрессивті орталар əсері кезінде универсалдық химиялық тұрақтылығымен ерекшеленеді. Олар шектелген суға тұрақтылыққа ие бола алады, тек қана күшті тотықтырғыштарға тұрақты болмайды. Қатаю кезінде фуранды мономерлер мен олигомерлер үлкен шөгуге ие, бұл материалдың жарылуына келтіреді жəне оның адгезиялық беріктілігін нашарлатады, əсіресе оларды қаптамалар ретінде қолдану кезінде. Сондықтан көбінесе фуранды мономерлер мен олигомерлерді басқа тұздармен біріктіре қолданады. Қаптаманы дайындау үшін, алынатын қаптаманың морттығының, жалату процесінің қиындығының, қолдану кезіндегі жарылуға бейімділіктен, жеткіліксіз химиялық тұрақтылықтың жəне басқалардың салдарынан таза түрде өте сирек термореактивті шайырлар. Пластификация жəне толтыру белгіленген кемшіліктерді болдырмау мүмкіндігін беріп қана қоймай, сонымен қатар материалға жаңа бағалы техникалық қасиеттердің комплексін беретін əдістер болып табылады.
Термоактивті шайырлар пластификациясы əртүрлі жолдармен жүзеге асырыла алады:
– шайырға шайырменде, қатаңдатқышпенде химиялық өзара əрекеттеспейтін қосылыстарды (қосымшаларды) енгізумен. Қосымшаның ролі өзі толтыратын молекулалар аралық жəне молекулалар ішіндегі өзара əрекеттесудің кеңістіктік құрылымының өзгерісіне келтіреді (еріткіштер, ерітінділер, эпоксидтік шайырлар үшін дибутил- немесе диоктилфталзтат типті пластификаторлар);
– ұқсас реакцияға қабілетті топтар құрамды шайырлар мен пластификатордың біріккен қатаюы;
– ұқсас реакцияға қабілетті топтар құрамды емес, бірақ шайырдың қатайтқыштарымен өзара əрекеттесуге қабілетті модификаторлар – қосылыстарды енгізу. – үшмөлшерлі өнімнің пайда болуымен шайырлардың реакцияға қабілетті топтарымен өзара əрекеттесуге қабілетті функционалды топтары болатын қосымшаларды енгізу.
Толтыру – берілген эксплуатациялық жəне технологиялық қасиеттері бар термореактивті шайырлар негізіндегі пластмассалық қаптамалардың қасиеттері болатын шайырларды жасаудың негізгі əдістері.
Кең мағынада полимерлерді толтыру – бұл пайда болатын композицияның көлемінде салыстырмалы бірқалыпты таралатын жəне үздіксіз полимерлік фазамен (матрицамен) айқын бөліну шекарасы болатын қатты, сұйық жəне газ тəріздес заттармен полимерлердің ұштасуы. Толтырғыштардың полимерлік композициялардың қандайда бір қасиеттеріне əсер ету дəрежесі олардың химиялық құрамына, дисперстілігіне жəне бөлшектерінің пішіндеріне, беттіктің күйіне, мөлшеріне жəне басқада факторларға тəуелді болады. Мысалы, синтетикалық шайырларға 5-10 % толтырғыштарды енгізу кезінде, беттікті қабаттардың пайда болуымен байланысты синтетикалық шайырдың молекулалар аралық тəртібі бұзыладыТолтырғыштарды 200-300 % енгізуде толтырғышты композицияның қасиеттерінің нашарлауына келтіреді, өйткені толтырғыштың беттігінің байланыстырғышпен толық сулануы болмайды. Пластмассалық қаптамалар үшін ең көп қолданыстағы қатты толтырғыштар болып табылады, олар жоғары дисперсті ұнтақтарды, талшықтарды, түйірлер мен табақтарды жəне басқаларды көрсетеді. Көптеген толтырғыштарды (мысалы, графит, шыны) ұнтақтар немесе түйірлер түріндеде, жəнеде талшықтар түріндеде қолданады. Полимермен өзара əрекеттесу сипатына тəуелді толтырғыштар шартты түрде инертті (полимерлердің қасиеттерін айтарлықтай өзгертпейтін) жəне активті (беріктендіргіштер) болып бөлінеді. Активті талшықты толтырғыштарды армирлеушілер депте атайды.
Орытынды
Ғылыми-техникалық прогресті, оның даму қарқыны мен бағытын химия өндірісі анықтайды десе болады. Ал химияландырудың негізгі бағыты пластикалық массамен басқа синтездік полимерлерді қолдану екенін өмірдің өзі көрсетіп келе жатыр.
Жақында ғана «пластмассалар болашақтың материалы» дейтін едік, қазір «пластмассалар – осы күннің материалы» деп батыл айтуға болады.
Пластмассалар күнделікті өмір мен техниканың тұрақты серігі болып алды. Пластмассадан жасалған бұйымдардың негізгі артықшылығы жеңілділігі, жоғары диэлектрикалық қасиеттері, температура өзгерісіне, сыртқы ортаның, агрессивтік қосылыстардың әсеріне тұрақтылығы, механикалық беріктігі.
Пластмассаның тағы бір ерекшелігі – оларға қажетіне қарай кез келген арнаулы қасиет беруге болады. Мысалы, көпшілік пластмассалар ток өткізбейді, ал қажет болса ток өткізгіш пластмасса алуға болады. Шыныпласттар, көміртекті пластиктер болаттан да берік болуы мүмкін, ал газ толтырылған пластиктер өте жеңіл келеді, жылу жібермейтін, дыбыс өткізбейтін қасиеттерімен бағаланады.
Пластмассалар негізінен байланыстырушы қызметін атқаратын табиғи не синтездік полимерлерден тұрады. Оның құрамында тағы да әртүрлі толықтырғыштар, пластификаторлар, стабилизаторлар, бояғыш заттар болуы мүмкін.