Понятие, свойства, признаки идентификации и применение полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола.
Полиэтилен (ПЭ) получают из газа этилена СН2=СН2 - продукта переработки нефти. В мировом производстве полимерных материалов он занимает первое место. Различают два вида полиэтилена — высокого давления (ПЭВД) и низкого давления (ПЭНД). Более распространенным (75 % общего выпуска полиолефинов) является полиэтилен высокого давления. По внешнему виду полиэтилен — это полупрозрачные или непрозрачные в толстом слое пластики с жирноватой на ощупь поверхностью.
Свойства полиэтилена зависят от способа его производства. В настоящее время применяют три способа производства полиэтилена: при высоком давлении (полиэтилен высокого давления) 100—250 MПa и температуре 180 – 200 °С; при среднем давлении 3 - 7 МПа в присутствии оксидных катализаторов и при низком давлении 0,2 - 0,6 МПа в присутствии металло-органических катализаторов. Первым способом получают полиэтилен сравнительно невысокой плотности (0,91 - 0,93 г/см3), молекулярной массой 15000 - 35000, структура которого состоит примерно наполовину из кристаллических и наполовину из аморфных участков, а вторым и третьим — полиэтилен плотностью 0,94 - 0,96 г/см3, молекулярной массой 25 – 100 тыс., состоящего из 75 - 85 % кристаллических участков. Поэтому ПЭНД обладает более высокой твердостью, прочностью и теплостойкостью по сравнению с ПЭВД.
Полиэтилен отличается высокой прочностью, стойкостью к ударным воздействиям, эластичностью и совершенными диэлектрическими свойствами: Он морозостоек, термопластичен, хорошо сваривается, устойчив к действию многих органических растворителей, кислот и щелочей. Полиэтилен практически безвреден. Недостаткиполиэтилена — старение и невысокая теплостойкость (100 - 110 °С). ПЭНД характеризуется более высокой теплостойкостью (120 - 130 °С), жесткостью и прочностью (до 30 МПа). Кроме того, при длительном контакте с жирами он поглощает их. Разрушается полиэтилен от воздействия сильных окислителей — азотной кислоты, хлора и фтора.
Применяют полиэтилен для изготовления посудохозяйственных изделий, галантерейных товаров, культтоваров, выдувных изделий и т.п. Полиэтиленовая пленка применяется как тарный и упаковочный материал в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Как распространенный электро- и гидроизоляционный материал. Используется для изготовления различных изделий бытового и технического назначения. Из нитей и волокон полиэтилена изготавливают канаты, рыболовные сети, сетки и другую продукцию. Полиэтилен перерабатывается в изделия экструзией, литьем под давлением, термоформованием и дутьем.
Полипропилен (ПП) получают из газа пропилена СН2==СН—СН3. По внешнему виду и свойствам он близок к полиэтилену, но отличается от него большей жесткостью, механической прочностью и более высокой теплостойкостью – 160 - 170 °С. Плотность – 900 – 910 кг/м3, степень кристалличности – 75 %. Недостатки полипропилена: большая, чем у полиэтилена, склонность к старению, низкая стабильность к действия ультрафиолетовых лучей и низкая морозостойкость (до -25 °С).
По электрическим свойствам полипропилен не уступает полиэтилену и применяется для изготовления деталей к электро-, радио- и телевизионному оборудованию. Высокая химическая стойкость ПП позволяет использовать его для изготовления труб, химической аппаратуры, центробежных насосов, а также в качестве облицовочного и декоративного антикоррозионного материала. Из него изготавливают посуду, флаконы, пленки и волокна. Пленки и ПП могут эксплуатироваться при более высоких температурах, чем ПЭ пленки, характеризуются меньшей газо- и паропроницаемостью. На ПП пленку практически не действуют минеральные и растительные масла. ПП волокна обладают прочностью, эластичностью и водостойкостью и используются при изготовлении тканей, искусственного меха, трикотажных изделий, а также канатов, сеток, рыболовных сетей, для изготовления небьющихся бутылок, фляг, термосов, ведер, пленок, волокон и нитей, труб, изоляции и др.
Сополимеризацией пропилена с этиленом получают пластик, неимеющий недостатков отдельных полимеров. Полипропилен перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией.
Поливинилхлорид (ПВХ) получают из газа хлористого винила СН2=СН-Сl. Характеризуется высокой плотностью – 1400 кг/м3, хорошей химической стойкостью к действию кислот, щелочей, большого числа органических растворителей, жиров, нефтепродуктов и воды.
На основе ПВХ вырабатывают два типа пластмасс: пластикаты (мягкие) с применением пластификаторов (дибутилфталат, диоктилсебацинат и др.), наполнителей, стабилизаторов и винипласты (жесткие) без пластификаторов.Пластикаты представляет собой эластичный, гибкий материал, для бытовых целей выпускают обычно в виде пленок, окрашенных в различные цвета. ПВХ-пластикат отличается высокой прочностью, стойкостью к истиранию, достаточной химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, легко окрашивается, склеивается и подвергается сварке токами высокой частоты. Недостатком является низкая теплостойкость (от 50 до 60 °C). Кроме того, со временем жесткость пластиката возрастает из-за улетучивания пластификаторов. Морозостойкость его колеблется от -10 до -50 °С.
Из пластиката вырабатывают гибкие трубы и шланги, плащи-накидки, скатерти, переплеты, папки для бумаг, летнюю обувь, галантерейные товары, и др. ПВХ используют для получения искусственной кожи и замши, линолеума, плитки для полов, дублирования тканей и т.д. Пластикат широко применяется в электротехнике, химической промышленности, машиностроении. Значительная часть пластиката расходуется на изоляцию кабелей, изготовление электрических проводов, изоляционной ленты и т.п. Из пластиката получают прокладочные и герметизирующие изделия, водо-, масло- и бензостойкие трубопроводы, пленки, приводные ремни и транспортерные ленты, профильные изделия для мебельной промышленности, а также различные изделия народного потребления. Изделия из ПВХ изготавливаются штампованием или пневмо- и вакуумформованием, в результате вальцевания и каландрования поливинилхлоридной смолы.
Винипласты– это жесткие, упругие термопластчные материалы, устойчивы к истиранию. Выпускают в виде листов, плит, труб, отличающиеся высокой стойкостью к ударным нагрузкам. Недостаток их — склонность к деформации под действием постоянной нагрузки, низкая теплостойкость – 65-70 °С, низкая ударная вязкость и набухание в воде. Из винипласта изготовляют галантерейные изделия, фoтo-, кино- и чертежные принадлежности, разнообразные детали и изделия, пленки, листы, плиты, трубы, стержни, сварочные прутки из винипласта используются в машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве, в химической и электротехнической промышленности и в других отраслях. Пленочный винипласт используется для изготовления винипластовых листов, в электролизных ваннах, для футеровки химической аппаратуры. Из винипластовых листов изготавливают сантехническое оборудование, тару, гальванические ванны, вентиляционные системы, емкости для хранения агрессивных жидкостей, винипластовые трубы.
Для повышения ударной прочности винипласта в его состав вводят композицию акрилонитрила, бутадиена и стирола (сокращенно АБС-пластик). Полученный ударопрочный винипласт используют главным образом для изготовления комплектующих деталей автомобилей. На основе ПВХ получают пено- и поропласты, применяющиеся для термоизоляции холодильников, вагонов, изготовления мебели, плавучих средств. При обработке ПВХ хлором получают смолу перхлорвинил, которая обладает хорошей растворимостью и клеящей способностью, поэтому широко используется в производстве клеев, лаков, красок, а также волокна хлорин.
Полистиролполучают из жидкого мономера стирола СН2=СН—C6H5. Обычно в число полистирольныхпластиков включают полистирол общего назначения, ударопрочный стирол, пенополистирол ряда сополимеров стирола.
Полистирол (аморфный, общего назначения) — твердый, жесткий, прозрачный пластик, обладающий высокой водостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами, что обеспечивает ему широкое применение в качестве конденсаторных пленок – стирофлекса. Размягчается при температуре +80 °С, при ударе издает металлический звук, весьма хрупок, склонен к старению и содержит остатки исходного мономера стирола. Поэтому изделия из полистирола не используют для хранения жидких пищевых продуктов.
Недостатки полистирола устраняют путем его совмещения с синтетическими каучуками или получения сополимеров стирола с другими мономерами (ударопрочные полистиролы и тройные сополимеры акрилонитрила, бутадиенового каучука и стирола (АБС-пластики)).
Легкость переработки полистирола различными способами обеспечивает его широкое применение для изготовления бытовых и галантерейных изделий, лабораторной химической посуды, упаковочной тары, осветительной арматуры и др. Для производства товаров народного потребления все большее значение приобретают сополимеры стирола с акрилонитрилом, метилметакрилатом и др. Сополимеры обладают более высокими механическими свойствами и стойкостью к агрессивным средам (особенно нефтепродуктам), менее подвержены старению, меньше растрескиваются, некоторые из них прозрачны и стойки к ударным воздействиям. Из сополимеров стирола изготавливают корпуса приборов, радио-, фото-, электроаппаратуры, детали автомобилей, галантерейные товары, детали санитарно-технического оборудовании и мебели, упаковку.
Пенополистирол применяют в качестве звуко- и теплоизоляционного материала при изготовлении холодильников, в капитальном строительстве, судостроении и авиатехнике.