referat.clopotel.ro

Masele plastice

Se numesc mase plastice materialele produse pe baz de polimeri, capabile de a cpata la nclzire forma ce li se d i de a o pstra dup rcire. Dup cantitatea n care se produc ele ocup primul loc printre materialele polimere. Ele se caracterizeaz printr-o rezisten mecanic mare, densitate mic, stabilitate chimic nalt, proprieti termoizolante i electroizolante etc. Masele plastice se fabric din materii prime uor accesibile, din ele pot fi confecionate uor cele mai felurite articole. Toate aceste avantaje au determinat utilizarea lor n diversele ramuri ale economiei naionale i ale tehnicii, n viaa de toate zilele.

Aproape toate masele plastice conin, n afar de polimeri (denumii adesea rini), componeni care le confer anumite caliti : substana polimere servete n ele n calitate de liant. O mas plastic este constituit din materialul de umplutur (fin de lemn, eseturi, azbest, fibre de sticl .a.), care i reduc costul i i mbuntesc proprietile mecanice, plastifiani (de exemplu esteri cu punctual de fierbere nalt), care le sporesc elasticitatea, le reduc fragilitatea, stabilizatori (antioxidani, fotostabilizatori), care contribuie la pstrarea proprietilor maselor plastice n timpul proceselor de prelucrare i n timpul utilizrii, colorani, care le dau culoarea necesar, i alte substane.

Pentru a ne comporta corect cu masele plastice, trebuie s tim din ce fel de polimeri au fost produse ele termoplastici sau termoreactivi.

Polimerii termoplastici (de exemplu polietilena) la nclzire devin moi i n aceast stare i schimb uor forma. La rcire ele din nou se solidific i i pstreaz forma cptat. Fiind din nou nclzite, ele iari devin moi, pot cpta o nou form i tot aa mai departe. Din polimerii termoplastici pot fi formate, prin nclzire i presiune, diferite articole care n caz de necesitate pot fi din nou supuse aceluia mod de pre lucrare.

Polimerii termoreactivi la nclzire devin plastici, apoi i pierd plasticitatea devenind nefuzibili i insolubili, deoarece ntre macromoleculele lor liare au loc interaciuni chimice, formndu-se o structur tridimensional (ca n cazul vulcanizrii cauciucului). Un astfel de material nu mai poate fi supus prelucrrii a doua oar. El a cptat o structur spaial i i-a pierdut plasticitatea proprietate necesar pentru acest scop. Vom examina n continuare cele mai rspndite feluri de mase plastice.

POLIETILENA

n drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebit importan a avut descoperirea fcut de Karl Ziegler, n anul 1954, i anume c amestecul de combinaii organo-aluminice i tetraclorura de titan catalizeaz polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pn la acea dat, polietilena se obinea numai prin polimerizarea radicalic la presiuni de ordinul ctorva mii sau chiar zeci de mii de atmosfere (5000 - 20.000), conducnd la aa numita polietilena de presiune nalt i foarte nalt sau polietilena de densitate joas (0,92 ). Macromoleculele acestui polimer prezint numeroase ramificaii, ceea ce face ca materialul plastic s aib o cristalinitate de numai 40 - 50%. Ca urmare, polietilena de densitate joas se caracterizeaz prin rezisten termic i mecanic relativ sczute (polietilena moale).

Procedeul Ziegler a revoluionat tehnologia de obinere a polietilenei, permitnd obinerea industrial a acesteia la presiuni de numai cteva atmosfere. Aceast polietilen este format n principal din macromolecule liniare, cu foarte puine ramificaii, ceea ce permite mpachetarea uoar a macromoleculelor. Drept urmare, crete coninutul n faza cristalin pna la 94%, iar proprietile termomecanice ale acestui material plastic sunt considerabil mbuntite. Polietilena obinu prin procedeul Ziegler este cunoscut sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 ) sau polietilena dur. Pe lng utilizrile clasice n domeniul ambalajelor, ea are i alte ntrebuinri, cum ar fi: conducte de presiune, izolaii electrice, rezervoare foarte mari, ambarcaiuni uoare sau chiar roi dinate. Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltat cu succes de lucrrile lui Giulio Natta i ale colii sale. n anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizrii stereospecifice care permite obinerea polimerilor stereoregulai, folosind drept catalizator de polimerizare produii de reacie ai combinaiilor organo-aluminice cu compuii materialelor tradiionale (aa numiii catalizatori Ziegler-Natta). Importana acestor descoperiri rezult i din faptul c n 1963, celor doi savani le-a fost decernat premiul Nobel pentru chimie.

Cu aceti catalizatori au fost polimerizai cei mai diveri monomeri, obinndu-se materiale plastice cu proprieti noi. Una din proprietile de baz este aceea c sunt apte de a cristaliza, datorit aranjamentului spaial regulat al monomerilor i ai substituenilor acestora, faptul acesta conferindu-le o rezisten mecanic i termic superioar celor ale materialelor plastice atactice (nestereoregulate). n acest sens o mare realizare a constituit-o obinerea polipropilenei izotactice cu structur cristalin a crei temperatur de topire este de circa 165 C, pe cnd polipropilena atactic amorf are intervalul de nmuiere la 100 - 120 C. Deosebit de interesant este obinerea unor polimeri de propilen stereobloc. Sinteza decurge astfel nct n macromolecule se gsesc blocuri cristaline i amorfe. Un asemenea material plastic se topete ntr-un interval larg de temperatur, (100 - 170 C) ceea ce i faciliteaz prelucrarea. Pentru a mbuntii calitile maselor plastice se recurge i la alte procedee. Materialele plastice izotactice se utilizeaz att ca atare, ct i sub forma compoziiilor lor ranforsate (cu fibre de sticl, grafit, fibre de azbest etc). Ranforsarea (armarea) materialelor plastice mrete mult rezistena mecanic i greutatea specific, dar n acelai timp crete i preul lor. Alte ci de modificare a proprietilor materialelor plastice constau n formarea de aliaje ntre ele, grefari de macromolecule pe un material dat etc.

(-CH2-CH2-)n este o substan solid, de culoare alb, termoplastic, puin grasoas la pipit, asemntoare cu parafina. Aceasta asemnare poate fi neleas dac vom lua n considerare faptul c acest polimer prezint prin structura sa o hidrocarbur saturat (parafina) cu o mas molecular mare. De aici se poate trage concluzia despre inflamabilitatea polietilenei i despre stabilitatea ei chimic fa de reagenti. Polietilena arde cu o flacr albstrie luminoas. Soluiile de acizi, baze i oxidani (permanganat de calciu) asupra ei nu influeneaz. Acidul azotic concentrat o distruge.POLIPROPILENA

(-CH2-CH-)n este foarte asemntoare cu polietilena. Ea de asemenea este un (CH3) material solid, grasos la pipit, de culoare alb, termoplastic. Ca i polietilena ea poate fi considerat hidrocarbur macromolecular saturat (masa molecular este de 80.000 200.000). Este un polimer stabil la mediile agresive. Spre deosebire de polietilen, ea devine moale la o temperatur mai nalt (de 160-170 C) i are o rezisten mai mare. La prima vedere aceasta pare de neneles. Prezena n prolipropilen a numeroase grupe laterale (CH3) ar fi trebuit s mpiedice la alipirea macromoleculeleor una de alta. Rezistena polimerului i temperatura lui de topire n acest caz ar fi trebuit nu s creasc, ci s descreasc.

Pentru a nelege aceast contradicie, este necesar s examinm mai profound structura acestei substane. n procesul de polimerizare moleculele de propilen (sau de alt monomer cu o structur asemntoare) pot s se uneasc unele cu altele n diferite moduri, de exemplu: CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH -

CH3 CH3 CH3 CH3

CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2

CH3 CH3 CH3 CH3

Primul procedeu se numete cap-coad, cel de-al doilea procedeu coad-cap. E posibil i o variant mixt de combinare.

Polimerizarea propilenei se realizeaz n prezen de catalizatori, ceea ce contribuie la formarea dintre toi polimerii posibili a polimerului cu o structur regulat corespunztoare principiului cap-coad, caracterizat printr-o succesiune dreapt a grupelor metil n caten.

Grupele (CH3) capt n cazul unei polimerizri de acest fel o orientare spaial regulat. Daca ne vom nchipui c atomii de carbon, care formeaz macromolecula zig zag, sunt situati ntr-un singur plan, atunci grupele metil vor fi situate sau de una i aceeai parte a acestui plan, sau se vor succede regulat de ambele pari ale lui.

Polimerul capt, dup cum se spune o structura sterioregulata. La un asemenea polimer macromoleculele sunt strns lipite una de alta( au un nalt grad de cristalitate), forele de atracie reciproc dintre ele cresc, ceea ce influeneaz asupra proprietailor.

Clorura de polivinil (- CH2 CH -)n este un poilimer termoplastic, ale crui macromoleculele au o structur de tipul cap-coad(Mr de la 10 000 pine la 150 000). Ea se obine prin polimerizarea prin radicali a clorurii de vinil CH2=CH n prezena de iniiatori, din a caror dezintegrare rezul radicali liberi pentru nceputul creterii catenei.

Dupa poziia i structura sa clorura de polivinil poate fi considerat un clor-derivat al poilietilenei. Atomii de clor, care substituie o parte din atomii de hidrogen, sunt legai trainic de atomii de carbon, de aceea clorura de polivinil este stabil la aciunea acizilor i a bazelor, are proprietai dielectrice bune, o rezisten mecanic mare. Ea de fapt nu arde, dar se descompune uor la ncalzire, eliminnd clorura de hidrogen. Pe baza de clorura de polivinil se obin mase plastice de doua tipuri: viniplast , care are o regiditate considerabil, i plasticat, care e un material ceva mai moale. Pentru a preveni descompunerea acestui polimer, n masele plastice fabricate pe baza lui se introduc stabilizatori, iar pentru a obine plasticate moi se introduc i plastifianti.

Din viniplast se fabric evi rezistente la aciunea agenilor chimici, piese pentru aparatajul chimic, cuti de acumulator i multe altele.POLISTIRENUL

(- CH2 CH - )n. Monomerul acestui polimer este stirenul CH2=CH.

El reprezint o mbinare de hidrocarburi nesaturate cu hidrocarburi saturate, ca si cum ar fi etilena, n a crui molecul un atom de hidrogen este substituit cu un radical de fenil C6H5, sau benzen, n a crui molecul atomul de hidrogen este substituit cu un radical de vinil CH2=CH-. Polisterenul are o structur liniar, masa molecular de la 50 000 pina la 300 000. Se obine prin polimerizarea monomerului n prezena de initiaori. Spre deosebire de polimerii examinai mai nainte, polistirenul la nclzire se depolimerizeaz foarte uor, adic se dezintegreaz, formnd monomerul iniial:

-CH2 CH CH2 CH CH2 CH - nCH2=CH

C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 Un astfel de process poate fi realizat i n laboratorul colii: la nclzirea polimerului n aparatul pentru distilarea lichidelor n receptor se va acumula monomerul format. Prezena legturii dublein stiren poate fi uor demonstrat pe cale experimental.

Unul din dezavantajele polistirenului este rezistenta relativ mic la lovire, ceea ce reduce domeniile de utilizare. In prezent datorit cauciucului la sintetizarea polimerului se obine polistiren rezistent la lovire. Acest polistiren este acum cel mai raspndit. O varietate de polimer este penopolistirenul. El se obine, adaugnd n timpul preparrii materialului a unei subtane de spumare. Ca rezultat polistirenul capat o structur asemanatoare cu o spum solidificat cu porii nchisi. Acesta este un material foarte uor. Penopolistirenul se utilizeaz n calitate de material termo- i fonoizolator, la construcii, n tehnica frigorific , industria mobilei.MASELE PLASTICE FENOLFORMALDEHIDE

Rin fenol- formaldehidic este o substan macromolecular care constituie baza maselor plastice ea se sintetizeaz nu prin polimerizare, ci prin reactia de policondensare i dupa proprietai nu e termoplastic, ci termoreactiv. Prin aceste dou particulariti i se deosebete de celelalte mase plastice.

Aceast rain se sintetizeaz prin ncalzirea fenolului mpreuna cu aldehida formic n prezena de acizi sau de baze n calitate de catalizatori.

tim de acum c n fenol se produc uor reacii la atomii de hidrogen din pozitiile 2, 4, 6. n acest caz policondensarea are loc acolo unde se gsesc atomii de hidrogen din poziia 2 si 6. n prezenta unei cantiti suficiente de aldehid formic la reacie particip i atomi de oxigen din poziia 4, i atunci moleculele liniare se unesc prin intermediul grupelor CH2 una cu alta, formnd un compus macromolecular cu o structur spaial. Acest proces secundar, n timpul cruia se manifest caracterul reactiv al polimerului, are loc de acum n timpul procesului de prelucrare n scopul obinerii articolului necesar.

Rainele fenolformaldehidice se utilizeaz, de regul, ca parti componente ale diferitelor materiale artificiale. n afara de poilimeri care joac rolul de liani, n compoziia lor intr materiale de umplutur, substane de solidificare, colorani i altele. n procesul de prelucrare la executarea articolelor din ele, de exemplu n timpul presrii la cald, o astfel de mas plastic la nceput e termoplastic, umple bine forma, apoi n timpul ncalzirii i sub aciunea presiunii n ea se formeaz structura spaial i ea devine articol solid monolit.

Articolele produse pe baza de mase plastice fenolformaldehidice se caracterizeaz printr-o rezistena mecanic, rezisten termic i stabilitate mare la aciunea acizilor, prin proprietati dielectrice bune.

Din masele plastice fenolformaldehidice, la care n calitate de material de umplutur serveste fain de lemn, se prepar pulberi de presare, iar din acestea - prin presare la cald un larg asortiment de articole electrotehnice, precum i multe aparate de uz casnic.

Utiliznd n calitate de material de umplutur materiale fibroase, de exemplu linters de bumbac, se obin materialele cu fibre.

Dac n calitate de material de umplutur se folosete estura de bumbac, se obine o mas plastic rezisten denumit textolit ( piatra textila). Din ea se executa piese deosebit de importante pentru masini.

Sunt larg cunoscute materialele plastice cu straturi lemnoase. Ele se obin prin prelucrarea furnirului de lemn cu rin formaldehidic i prin presarea lui ulterioar. Fiind un material rezistent i ieftin, se folosesc n industria constructoare de masini, n transport, n diverse ramuri ale tehnicii, precum i pentru fabricarea mobilei.

O larga ntrebuinare ii gsete textolitul de sticl. El este o mas plastic la care n calitate de material de umplutur servete estura din fibre de sticl. Acesta este un material de o rezisten deosebit, are o stabilitate termic sporit, proprieti electroizolante bune.

Iat pe scurt cteva dintre cele mai interesante domenii de aplicare a materialelor . Industria de ambalaje este i va ramne i n viitor n lume principalul consumator de materiale plastice. Se estimeaz c rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi n continuare n medie de 10% anual n lume, iar pe ari o dezvoltare proportionala cu produsul naional brut. Materialele plastice au patruns adnc n domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor i foliilor metalice, extinderea i perfecionarea sistemelor de ambalaje. n domeniul materialelor de construcii, masele plastice i vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingndu-se ritmuri de cretere a produciei i consumului de 10-15%. Principalele categorii de produse sunt profilele din materiale plastice ca nlocuitor ai tablelor ondulate i profilelor metalice, panourile stratificate, elementele prefabricate cu izolaie termic si fonic din spume poliuretanice, reele sanitare i electice cuprinznd evi din policlorur de vinil i poliolefine, instalaii sanitare din poliesteri armai, polimeri acrilici sau aliaje din diferite materiale plastice cum ar fi acrilonitrilul, butadiena i stirenul(ABS). Electrotehnica i electronica, beneficiari tradiionali ai materialelor polimere, au cunoscut o ptrundere relativ important a maselor plastice, n special polmerii tradiionali ca policlorur de vinil, polietilena, polistirenul dar i unele mase plastice speciale cum sunt policarbonaii, poliacetalii, polifenilen oxidul etc. Industria construciilor de maini i autovehicule a nregistrat cel mai nalt ritm de asimilare a materialelor plastice: n medie, pe plan mondial, 44% anual. Principalele tipuri de polimeri folosii sunt policlorura de vinil, poliolefinele i polimerii stirenici. Direciile de utilizare a materialelor plastice n construcia de maini se diversific i se multiplic continuu. n agricultur ponderea ce mai mare o dein filmele de polietilena de joas presiune, folosite pentru meninerea umiditii solului, protejarea culturilor n sere. Alte domenii de aplicaii ale materialelor sintetice polimere sunt tehnicile de vrf. Iat cteva exemple:Industria aerospatial

Condiiile principale impuse materialelor plastice utilizate n acest domeniu sunt: s reziste la temperaturi ridicate i sczute, s nu ard, iar dac ard s nu produc fum. Astfel hublourile avioanelor se confecioneaz din policarbonat rezistent la foc i care are si o exceptional rezisten la oc. Pentru cabinele de pasageri se fosesc laminate din rin epoxidic sau fenolic ranforsate cu fibre de sticl i acoperite cu un strat metalic subire pentru o ct mai bun rezisten la foc. La construcia navelor spaiale se utilizeaz plci cu structur sandwich de grafit-rain epoxidic-bor-aluminiu care rezist la temperaturi ridicate.Industria nuclear Politetrafluoretilena i politriclorfluoretilena, care rezist la compuii fluorurai agresivi cum este i hexaflurura de uraniu, se utilizeaz la instalaiile industriale destinate separrii izotopice a uraniului, ca elemente de legatur pentru pompe i compresoare, conducte, clape de vane etc. Pentru mbuntirea rezistenei faa de radiatiile beta sau de amestecurile de radiaii i neutroni provenite de la pilele nucleare se utilizeaz polimeri fluorurai (fluoroplaste) grefai radiochimic cu monomeri de stiren, metil-metacrilat etc.Industria chimic n acest domeniu, materialele plastice i gsesc cele mai diverse aplicaii, ncepnd de la conducte pna la piese componente ale pompelor i compresoarelor care lucreaz n medii corozive, graie greutii sczute i rezistenei chimice i mecanice ridicate al acestor materiale. Dar materialele plastice cunosc utilizri importante chiar n construcia unor aparate i utilaje la care cu greu i-ar fi putut nchipui cineva c se poate renuna la metal. S-au executat astfel reactoare chimice din polipropilena izotactica i poliester armat cu fibre de sticl avnd o capacitate de nu mai puin de 48 t, diametrul reactorului fiind de 3m, iar nlimea de 7,5m. n prezent se utilizeaz schimbatoare de caldur pentru rcirea lichidelor corozive cu tuburi din politetrafluoretilena. Materialele folosite prezint o rezisten mult mai mare la coroziune dect tuburile din fonta, avnd un cost similar dar o greutate mult mai mic. S-au construit de asemenea tuburi de atomizare a materialelor, de 15m naltime si 25m diametru, placate n interior cu politetrafluoretilena, pentru solutiile concentrate de sruri alcaline. Politetrafluoretilena, avnd proprieti antiaderente mpiedic formarea crustelor pe pereii turnului.Industria electronic Sunt cunoscute n general proprietaile electroizolante ale polimerilor sintetici. S-au gsit ns utilizari ale materialelor plastice i ca nlocuitori de materiale conductoare i semiconductoare tradiionale. Utilizarea lor n acest domeniu se bazeaz pe urmatoarele considerente: uurina de formare a piesei cu geometria dorit, aplicnd tehnicile convenionale de prelucrare a materialelor plastice; posibiliatea de realizare a gradului de conductibilitate dorit; greutate mult mai scazut a piesei. Materialele plastice cu conductbilitate electric se realizeaz pe dou ci principale. Prima este de obinere de amestecuri polimerice electroconductibile prin introducerea de grafit sau pulberi metalice n masa materialului. Cea de a doua const n realizarea polimerilor cu structuri moleculare particulare, prin sinteza direct sau prin modificarea catenei polimerice, ca de exemplu: poliftalocianina, polifenocen, polimeri de condensare.Materialele plastice semiconductoare sunt de dou tipuri:

cu semiconductibilitate de tip ionic, ca de exemplu poliacrilatul de sodiu:

cu semiconductibilitate de tip electronic, datorit prezenei de electroni delocalizai (de obicei, electroni de tip ). Un exemplu l constituie polimerul obinut prin nclzirea poliacrilonitrilului (Ladder-polymer). Aceste materiale plastice i gsesc utilizarea la fabricarea tranzistoarelor.

Schimbarile cele mai spectaculoase nu au loc ns n domeniul asa numiilor polimeri clasici. Anii 80 au marcat dezvoltarea unui sector deosebit de important al sintezei materialelor plastice- cel al polimerilor speciali. Produi n cantiti mici, n condiii speciale, ei sunt capabili s ofere utilizatorilor performante ridicate. Simpla aditivare, de exemplu, a cunoscutelor rini epoxi cu fibre de carbon, duce la aparitia unui material al crui modul de elasticitate specific este de 10 ori mai mare dect al celor mai bune oeluri produse n acea vreme. Alte modificari, de data aceasta n nsai structur polimerilor, pot aduce caliti spectaculoase n comportamentul acestora. De exemplu daca lanurile hidrocarbonate ale polimerilor nu sunt lsate s se plieze la ntmplare ci sunt ntinse prin etirare, ia natere o structur semicristalina a masei de material plastic care este caracterizat de o mare rezisten mecanic. Un alt exemplu l constituie articulaiile din plipropilena etirat, care datorit structurii cristaline rezist la milioane de ndoiri. O alt posibilitate de a modifica structura masei de polimeri o constituie legarea chimic a lanurilor hidrocarbonate ntre ele. Rezult asa-numiii polimeri reticulai, care se aseaman cu o reea tridimensional. Caracteristice pentru aceast structur sunt infuzibilitatea, o rigiditate neobinuit, insolubilitate n orice dizolvant. Materialele plastice speciale se impun tot mai mult i prin calitaile lor optice. Cele mai spectaculoase realizri le consemneaz fibrele optice din polimeri acrilici sau poliamidici, care au o ductibilitate, o rezisten i o elasicitate mult superioare fibrelor din sticl mineral. n sfrit , n acelai domeniu sunt de menionat polimerii cu structur tridimensional de foarte mare regularitate, cilindric sau n lamele echidistante. Ei sunt foarte asemntori cristalelor lichide. Dac distanele dintre cilindri sau lamele sunt de ordinul lungimilor de und ale radiaiilor luminoase, are loc un proces de difracie a acestora. Astfel, un material plastic cu o asemenea structur se comport ca un colorant irizant. De asemenea, polimerilor sintetici li se pot conferi capacitatea de a conduce curentul electric sau pot deveni electretice substane cu ncrctura electric bipolara permanent. n sfrsit, cea mai interesant aventur a materialelor plastice, pare sa devin n viitor, biocompatibilitatea. Prin grefarea pe lanul polimerului a unor grupri chimice adecvate se spera ca acesta nu va mai fi considerat strin de organismul uman. Ct de util ar fi o asemenea proprietate pe lng medicina viitorului este uor de imaginat, la nivelul actual de cunotine de care dispunem.