План
1. Вступ
2. Науково-технічний прогрес (НТП). Класифікація його виду
3. Задана властивість
4. Створення полімерних металів зі спеціальними (технічними) властивостями
5. Види синтетичних матеріалів із заданими властивостями
1) Найперші полімери
2) Пластмаси
3) Полімери, що рятують від корозії
4) Полімери і їх використання людиною
6. Висновок
7. Використанні джерела
Вступ
Розвиток світового виробництва не стоїть на місці. Колись використовувались лише природні полімери: натуральний каучук, бавовна, натуральний шовк, текстильні волокна й інші. На даний етап розвиток науково-технічного прогресу зробив величезну кількість відкритів, серед яких є і штучні полімерні речовини. Завдяки цим відкриттям людині відкривались нові можливості для досліджень, для життя у суспільстві й іншого. Розвиток ніколи не стоїть на місці і з кожним днем виникає щось нове. Завдяки роботі хімікам і фізикам було запроваджено виготовлення полімерних волокон з заданими наперед спеціальними або технічними властивостями. Тобто це створення матеріалів з різними властивостями горіння, фрикційних, електричних, теплофізичних властивостей. Тобто вчені створюють найбільш вигідні для життя і розвитку матеріали. Звичайно вони це створюють шляхом досягнень і помилок, адже іноді штучні полімери можуть жахливо впливати на природу, на екологію. Саме через деякі властивості, чи то поганої розщеплюваності, чи то просто через виділення отруйних речовин полімери можуть нести загрозливу дію на навколишнє середовище. Різні вчені намагаються створювати покращенні сполуки, що не будуть мати згубної дії для навколишнього середовища. Але скільки ж позитивної ролі відіграють у нашому житті полімери. На даний момент вони є усюди. Це й будівельні матеріали, матеріали, що використовують у машино-, судно-. авіа- будуванні, і навіть у космічній промисловості. Звичайний пакетик уже є полімером, але скільки ж він може принести користі. Без полімерів життя людини ускладнилося б…
Далі, я детальніше розгляну про те, що таке задана властивість, як вона використовується і які полімери створюють с її допомогою.
Науково технічний прогрес (НТП). Класифікація його виду
В умовах сучасних революційних перетворень у технічному базисі виробництва ступінь його технічної досконалості та рівень економічного потенціалу в цілому визначаються прогресивністю використовуваних технологій — способів одержання і перетворювання матеріалів, енергії, інформації, виготовлення продукції. Технологія виступає завершальною ланкою і формою матеріалізації фундаментальних досліджень, засобом безпосереднього впливу науки на сферу виробництва.
Якщо раніше її вважали забезпечуючою підсистемою виробництва, то зараз вона набула самостійного значення, перетворившись в авангардний напрям НТП.
Сучасним технологіям властивні певні тенденції їх розвитку "і застосування. Головними з них є: по-перше, перехід до малостадійних процесів шляхом сполучення в одному технологічному агрегаті окремо виконуваних раніше операцій; по-друге, забезпечення у нових технологічних системах мало- або безвідхідності виробництва; по-третє, підвищення рівня комплексності механізації процесів на основі застосування систем машин і технологічних ліній; по-четверте, використання в нових технологічних процесах засобів мікроелектроніки, що дозволяє одночасно з підвищенням ступеню автоматизації процесів досягти більш динамічної гнучкості виробництва.
Технологічні методи все більше і частіше визначають конкретну форму і функції засобів та предметів праці і, отже, ініціюють появу інших напрямків НТП; вилучають з виробництва технічно і економічно застарілі знаряддя праці і породжують нові машини і устаткування, засоби автоматизації. Зараз принципово нові види техніки розробляються і виготовляються під нові технології, а не навпаки, як це відбувалось раніше, коли панував примат засобів праці.
НТП у галузі знарядь праці, технічний рівень і якість виготовлювальних машин і устаткування залежать безпосередньо від ступеня прогресивності та якісних характеристик застосовуваних для їх виробництва конструкційних та інших допоміжних матеріалів. Звідси випливає все зростаюча роль створення та широкого використання нових матеріалів, що характеризує один з важливих напрямків НТП.
В галузі предметів праці варто виділити такі тенденції НТП:
1) істотне підвищення якісних характеристик матеріалів мінерального походження, стабілізація і навіть зменшення питомих обсягів їх споживання;
2) інтенсивний перехід’ до застосування у все більшій кількості легких, міцних та корозієстійких кольорових металів і сплавів, що став можливим внаслідок появи принципово нових технологій, які у багато разів зменшили вартість їх виробництва;
3) істотне розширення номенклатури та форсоване нарощування обсягів продукування штучних матеріалів з наперед заданими і унікальними властивостями.
Задана властивість
Приготування каталізатора із заданими властивостями є дуже відповідальною і трудомісткою операцією, що вимагає особливої ретельності і точне дотримання всіх рекомендацій рецептури, а також дотримання пересторог від попадання можливих забруднень.
Отримання продукту із заданими властивостями, що відповідає вимогам різних галузей народного господарства, вимагає розробки відповідних технологічних режимів і конструкцій печей.
Пошук сполук з заданими властивостями, пошук кореляцій типу структура – властивості, емпірична інфрачервона та ультрафіолетова спектроскопія, ідентифікація органічних сполук – ці та ряд інших проблем тісно пов’язані з уявленнями про структурну спорідненості.
Створення матеріалів із заданими властивостями передбачає обширні теоретичні пізнання про їх атомарний будову і про численні фактори, що впливають на їх властивості. Основу для цього у фізиці твердого тіла утворює модель ідеального твердого тіла, характеризуемого абсолютною чистотою і бездефектного будовою кристалів. Численні відхилення від цієї ідеалізованої моделі узагальнюються в понятті реальної структури. Для її систематичного вивчення необхідно насамперед дослідити кристали, якомога ближчі до ідеального твердому тілу, а подальший аналіз зводиться до цілеспрямованого з’ясуванню впливу дефектів структури і забруднень на відхилення від ідеальної моделі. Тому вимірювання, що проводяться на високочистих матеріалах, є необхідною передумовою для систематичного вивчення матеріалів на атомарному-теоретичному рівні.
Отримання матеріалів із заданими властивостями і формою, зокрема епітаксіальне осадження, відноситься до галузі хімії і технології твердого тіла, яким присвячена спеціальна література. У великотоннажних виробництвах неорганічних речовин процеси кристалізації з газової фази що не дуже поширені. Тому тут ми коротко розглянемо лише деякі загальні аспекти конденсації кристалів з пересиченого газу.
Створення матеріалів із заданими властивостями пов’язане з управлінням зворотними зв’язками, які виконують роль запам’ятовуючих пристроїв при деформації. Це напрямок названий нами фрактальним матеріалознавством.
Вихід масел із заданими властивостями залежить від природи сировини і жорсткості гідрокрекінгу і становить 30 – 70% (мас.) На сировину.
Розробка сплавів із заданими властивостями пов’язана з вирішенням питання про те, які фази і в якому співвідношенні повинні бути присутніми в сплавах, яким має бути їх склад. На першому етапі розробки слід визначити, яку структуру повинен мати сплав. Щоб отримати бажану структуру, встановлюють склад сплаву, змінюючи зміст в цілому близько десяти різних елементів, визначають технологічні режими пресування, спікання і термообробки.
Пошук альтернативи із заданими властивостями застосовується для вибору будь-альтернативи, значення приватних критеріїв якої лежать в заданому діапазоні.
Схема виробництва суспензійних поліакрилатів і поліметилметакрилату-акрилатів. Схема виробництва суспензійних поліакрилатів і поліметилметакрилату-акрилатів.
Вибір стабілізатора визначається заданими властивостями полімеру. В якості ініціаторів процесу застосовують пероксидні сполуки, наприклад, пероксид бензоїлу-ла, азосоединения. Реакційну суміш нагрівають до 70 – 75 С, потім температура підвищується до 85 С за рахунок виділяється в процесі полімеризації теплоти. Полімер утворюється у вигляді гранул. Непрореагіровавшій мономер частково конденсується в холодильнику або надходить на регенерацію.
Отримання матеріалів з наперед заданими властивостями, безумовно, є однією з найскладніших і не завжди вирішуваних завдань. При цьому велике значення має ефективний і надійний метод контролю стану структури. Найбільш широке поширення одержали такі прямі методи оцінки структури, як металографічний і рентгенівський, а також непрямі методи, засновані на вимірюванні електричних параметрів.
Синтез речовин з наперед заданими властивостями в сучасної хімії ведеться не наосліп, а на підставі глибокого вивчення законів утворення молекул. Тому велике розвиток отримує цілий ряд нових розділів хімічної науки.
Побудова комплексів із заданими властивостями шляхом змішаного комплексоутворення представляє безперечний інтерес і дуже перспективно. Проведено широкі дослідження з підбору лігандів, сумісних у внутрішній сфері комплексів, здатних максимально насичувати координаційну ємність катіона і утворювати малонапряженний структури змішаних комплексів і складних асоціатів полімерного типу.
Крім активного компонента, задані властивості каталізатору надають носій, промотори і різного роду добавки. Дуже важливі фізичні властивості каталізатора. Їх комбінація повинна бути такою щоб каталізатор володів високою міцністю протягом декількох років роботи. Мінімально допустимим терміном роботи є два роки. Хороший каталізатор повинен працювати не менше п’яти років.
Створення полімерних матеріалів зі спеціальними (технічними) властивостями
З метою створення матеріалів із заданими властивостями базові полімери змішують з іншими речовинами. Як правило, сучасні полімерні матеріали є багатокомпонентними системами, в яких поряд з полімерною основою присутні різні добавки. Зміст добавок в полімерній композиції може змінюватися в дуже широких межах. Залежно від поставленого завдання, виду добавки і природи полімеру воно може становити від часток відсотка до 95%.
Введенням добавок можна змінювати фізико-механічні, теплофізичні, оптичні, електричні, фрикційні та інші експлуатаційні характеристики вихідного (базового) полімеру.
Направлене зміна властивостей базового полімеру досягається шляхом введення наступних добавок:
- Наповнювачів для зміцнення і (або) здешевлення матеріалу;
- Пластифікаторів для поліпшення технологічних та експлуатаційних властивостей;
- Стабілізаторів для підвищення технологічної та експлуатаційної стабільності;
- Фрикційних і антифрикційних добавок;
- Добавок, що регулюють теплопровідність і електропровідність;
- Антипіренів, що знижують горючість;
- Фунгіцидів, що підвищують стійкість до впливу мікроорганізмів;
- Добавок, що регулюють оптичні властивості;
- Антистатиків;
- Добавок, що створюють порожнисту структуру, та ін.
Вибір тих чи інших добавок для створення композиції, що відповідає вимогам, пов’язаний з їх впливом на її властивості.
Види синтетичних матеріалів із заданими властивостями
Найперші полімери
Видатний російський хімік А. М. Бутлеров, досліджуючи невидимий світ будови молекул, обґрунтував можливість створення нових матеріалів з наперед заданими властивостями. З висунутої ним теорії будови речовини, змінюючи співвідношення і умови взаємодії небагатьох вихідних продуктів, можна отримувати сотні і тисячі полімерних речовин з різними властивостями.
До початку XX ст. технічний прогрес ґрунтувався переважно на використанні природних матеріалів. В останні з’явилося безліч нових матеріалів, що складаються з високополімерних молекул. Молекули полімерів складаються з величезного числа атомів, сполучених між собою у довгі ланцюги. Своєрідність високомолекулярних сполук полягає в тому, що вони мають властивості газів (пружність), рідин (теплове розширення, стиснення і плинність) і твердих тіл (опір зміні форми). Процес з’єднання малих молекул у великі — він називається процесом полімеризації — здійснюється або при високих тисках і температурах, або завдяки застосуванню хімічних посередників — каталізаторів.
Природні органічні матеріали — рослинні волокна, натуральний каучук, шкіра, деревина, бавовна, вовна, шовк і т. п. — теж полімери, але їх асортимент обмежений. У природі немає, наприклад, прозорого каучуку, вовни, яка не боїться вогню, і багатьох інших матеріалів, потрібних сучасній техніці: міцні, як сталь, і прозорі, як скло, які обробляються так само легко, як дерево, не горять у вогні і не іржавіють на повітрі.
Хімія відкрила невичерпні можливості для синтезу полімерних молекул і утворення з них речовин з заданими властивостями. З’явилися найрізноманітніші синтетичні волокна, каучуки, пластмаси, штучні хутра і т. д. Темпи розвитку і обсяги виробництва полімерних матеріалів та виробів у наш час є одним з важливих показників науково-технічного прогресу країни. До 1939 р. світове виробництво синтетичних полімерів обчислювалася десятками тисяч тонн.
Серед синтетичних полімерних речовин можна виділити кілька великих сімейств. Це пов’язано з тим, що молекулярні ланцюга в полімерах володіють різною рухливістю. У тих випадках, коли ланцюги атомів легко витягуються і здатні переміщатися один відносно одного, мова йде про синтетичні каучуках. Їх пружні властивості залежать від скорочення і подовження молекулярних ланцюгів. Каучуком називають усі полімери, що зберігають пружні властивості в межах широкого інтервалу температур (до 150° і вище). При дуже низьких температурах каучуки замерзають. Створені морозостійкі сорти каучуків.
Пластмаси — це полімери, які розм’якшуються тільки при високих температурах. В широкому інтервалі температур вони є твердими тілами з великою міцністю і відносно малої, але достатньою пружністю. Велику групу пластмас складають синтетичні волокна. До них відносяться полімери з високою температурою розм’якшення (не нижче 180-200°) і здатністю при високих температурах витягатися в міцні орієнтовані нитки.
Нарешті, полімерами є лаки і фарби. Для них характерні особливі якості — не тільки шкіру, але і здатність міцно з’єднуватися з металом, деревом, склом, велика стійкість до стирання, температурних, атмосферних і механічних впливів.
Наука і виробництво стикаються з величезною різноманітністю полімерів. Велике значення для них мають не тільки органічні, але і неорганічні полімери, що володіють рядом переваг перед першими — термічною стійкістю, електроізоляційними властивостями, стійкістю проти багатьох хімічних впливів та ін.. Так, скловолокно і склопластики, піноскло, склокераміка, пористі силікати, синтетичні слюди, азбесту і подібні їм матеріали широко використовуються в будівництві, машинобудуванні, авіації. Багато неорганічних полімерів, а також композиції неорганічних полімерів з органічними застосовуються для поліпшення структури грунту, при виробництві нових видів добрив та для інших цілей,
Синтетичний каучук, пластмаси, хімічні волокна
У Державному музеї Революції зберігається зразок першого у світі синтетичного каучуку, винайденого в СРСР і отриманого в 1930 р. на дослідній заводській установці з етилового спирту за методом академіка С. В. Лебедєва.
Ще недавно багато дивилися на штучний каучук як замінник натурального. Тепер він набув цілком самостійного значення. Деякі синтетичні каучуки по ряду властивостей перевершують натуральний або володіють такими властивостями, які зовсім не властиві натуральному. Так, гуми з природного каучуку набухають в бензині і маслах, не можуть працювати при температурах вище 120°, а гуми з синтетичних каучуків бензомаслостійкі, деякі з них працюють при нагріванні до 300°. Радянські хіміки винайшли синтетичні каучуки, стійкі до стирання. Шини деяких з них в 3-4 рази довговічніше звичайних. Із синтетичних каучуків намагаються створити еластичні матеріали, придатні для роботи в широких інтервалах температур.
Синтетичний латекс — це мікроскопічно малі частинки синтетичного каучуку, що знаходяться у воді в зваженому стані. З цього матеріалу шляхом його спінювання повітрям і подальшої вулканізації отримують губчасту гуму, яка знаходить широке застосування в автомобільній промисловості і в інших галузях народного господарства. Вона легка, еластична, міцна, володіє незначною пористістю. Отримані і латексні фарби. Такі фарби швидко сохнуть і стійкі до вологи. Виробництво їх дуже вигідно. Воно абсолютно не вимагає рослинних олій, яких при виготовленні масляних фарб витрачається понад 130 кг на тонну.
Велике значення латекси набувають у зв’язку з розвитком виробництва штучної шкіри. Вони незамінні як просочувальні матеріали у багатьох виробництвах. Синтетичні латекси у великих масштабах застосовуються в електротехнічній, паперовій, будівельній та інших галузях промисловості.
Пластмаси
Першу пластмасу — целулоїд — винайшли в 1869 р. в США, змішуючи нітроклітковину з камфорою. Пластмаси розрізняються за експлуатаційними властивостями (наприклад, антифрикційні, атмосферо-, термо – або вогнестійкі), виду наповнювача (склопластики, графитопласты та ін), а також за типом полімеру (амінопласти, білкові пластики тощо). В залежності від характеру перетворень, що відбуваються в полімері при формуванні виробів, пластмаси поділяються на термопласти (найважливіші з них створюються на основі поліетилену, полівінілхлориду, полістиролу) і реактопласти (найбільш великотоннажний вигляд з них – фенопластові). Основні методи переробки термопластів-лиття під тиском, вакуумформование, пневмоформование та ін. Реактопласти формуються пресуванням і литтям під тиском.
До теперішнього часу налагоджено масове промислове виробництво різних видів пластмас.
І пластмаси цілком можна віднести до традиційних матеріалами, хоча пошук пластмас з новими властивостями триває.
Минуло більше ста років з моменту появи на світло першого органічного матеріалу – целулоїду. Сьогодні різноманіття синтетичних речовин настільки велика, що навряд чи можливо їх перерахувати. Коли йде мова про штучних матеріалах, мають на увазі насамперед пластмаси – речовини, створені в штучних умовах. У 1980 р. американські вчені вперше виявили природне поліефірну пластмасу в гніздах бджіл, живуть в землі.
Масове виробництво пластмас почалося в другій половині нашого століття. У 1900р. світове виробництво пластмас склало близько 20 тис. т, а в 1970 році – вже 38 млн. т. Передбачається, що до кінця тисячоліття обсяг виробництва пластмас досягне рівня випуску сталі і складе сотні млн. т в рік.
Часто до одного і того ж матеріалу пред’являються взаємовиключні вимоги. Наприклад, матеріал для зимового одягу повинен володіти хорошим теплоізоляційним властивістю і еластичністю, але в той же час бути міцним. Будівельників цікавлять матеріали з хорошими тепло – і звукоізоляційними, міцнісними та іншими властивостями. Всім перерахованим вимогам серед безлічі матеріалів найбільшою мірою задовольняють штучні органічні сполуки – полімери.
Полімери побудовані з макромолекул, що складаються з численних малих основних молекул -мономерів. Процес їх освіти залежить від багатьох факторів, варіації і комбінації яких дозволяють отримати безліч різновидів полімерної продукції з різними властивостями. Основні процеси утворення макромолекул – полімеризація і поліконденсація.
Близько 2/3 світового виробництва полімерів складають матеріали масового промислового споживання: поліетилен, політетрафторетилен, полівінілхлорид, поліпропілен та ін. Області застосування даних полімерів вельми різноманітні – від текстильної промисловості до мікроелектроніки. Вартість їх порівняно невисока. До іншої частини полімерних матеріалів, що становить 1/3, відносяться поліефірні смоли, поліуретан, амінопласти, фенопластові, поликрилаты, полиформальдегид, полікарбонати, фторополимеры, силікони, поліаміди, епоксидні смоли та інші види полімерів.
Зв’язувальні речовини — основа пластмаси. Такими речовинами є природні і головним чином штучні смоли — високомолекулярні органічні полімери, які при нагріванні розм’якшуються і переходять в пластичний стан. Наповнювачі заповнюють простір між частками сполучного речовини, посилюють їх взаємний зв’язок і тим створюють міцність пластичної маси. Крім того, вони дозволяють скоротити витрату в’яжучих матеріалів і здешевити пластмасу. В якості наповнювачів застосовують деревне борошно, папір, тканина, азбест, скловолокно і т. д. Пластифікатори збільшують ступінь пластичності пластмас при нагріванні, що покращує процес виготовлення виробів потрібної форми. Крім того, пластифікатори забезпечують еластичність готових виробів.
Вироби з пластмас відрізняються міцністю, легкістю і дешевиною. Відомо, що сталь, наприклад, важче води майже у 8 разів, а пластмаси — лише в 1,5-2 рази. Часто вони бувають міцніше сталі, міді і т. д. Так, текстоліт приблизно в 6 раз легше міді, а по міцності не поступається чавуну. Текстолитовівкладиші відмінно працюють в прокатних станах, гидротурбинах, підйомних кранах та інших машинах і механізмах. Текстолитовые вкладиші для прокатних станів в 5-10 разів дешевше бронзових, а служать в 3 рази довше.
Пластмаси легко обробляються, їх можна обточувати і різати, свердлити і клеїти, полірувати, шліфувати, прокатувати і пропускати крізь дрібні отвори. Виробництво деталей з пластмаси значно простіше і дешевше, ніж з будь-якого іншого матеріалу.
Серед пластичних мас великою популярністю користуються пінопласти. Це непроникні для води і газів тепло — та звукоізоляційні матеріали. Завдяки своїй пористості вони відрізняються винятковою легкістю. При рівних обсягах пінопласти майже в 800 разів легше стали, в 100 разів легше води й у 25 разів легше пробки. Човен з пінопласту може нести навіть дитина. Заповнена до країв водою, вона не тоне.
Є пінопласти, стійкі до дії розчинників і не здатні горіти. Вони володіють високими тепло-, звуко — та електроізоляційними властивостями, не схильні до гниття і практично безмежно довговічні. Майже всі вони добре обробляються звичайним столярним інструментом, добре склеюються з металами, фанерою, деревиною, склом та іншими матеріалами. Зараз вироби з пінопластів широко застосовуються в промисловому рибальстві, виробництві рятувальних та тренувальних засобів, протезів, термо — і звукоізоляційних матеріалів, тари, легких меблів і т. д.
Широко відома пластмаса плексиглас. Часто її називають небитким склом. Вона прозора, як скло, і в той же час дуже міцна. З плексигласу роблять скла для кабіни пілота, ілюмінатори корабельних кают, лінзи для фотоапаратів, мікроскопів і біноклів. Їх виробляють способами лиття і пресування.
Великим досягненням є створення армованих пластмас, тобто посилених склотканиною або скляними волокнами, — так званих склопластиків. Склопластики більш ніж в 1,5 рази легше дюралюмінію, в 4,5 рази легше сталі і по міцності не поступаються кольорових металів і сплавів. На відміну від металів, вони не піддаються корозії, стійкі до впливу агресивних середовищ, мають високими електроізоляційними властивостями. З скловолокна, просоченого поліефірними смолами, роблять кузова легкових автомобілів, корпуси катерів і моторних човнів, кабіни тракторів, вантажних автомашин і екскаваторів, цистерни та інші великогабаритні вироби.
Полімери, що рятують від корозії
Щорічно майже третину світової виплавки металу корозія з’їдає. Від іржі не рятують нікель і хром, мастила, лаки і фарби. І все ж у іржі знайшовся сильний супротивник. Це металопласт — матеріал, що поєднує властивості сталі з корозійною стійкістю пластмаси. Метал, покритий плівкою металопласт, практично вічний, йому не страшні розчини самих їдких кислот. Плівка служить надійним ізолятором, «витримуючи напруження в тисячі вольт.
Магнитодиэлектрики, або магнітні пластмаси, отримують пресуванням залізного порошку і сполучних смол (полістирол, епоксидна смола тощо). Магнитодиэлектрики використовуються в масових електротехнічних пристроях і електричних машинах.
Ленінською премією 1972 р. відзначені видатні роботи академіка В. Л. Кнунянц з хімії фтору, одного з найцікавіших елементів таблиці Менделєєва.
Всі галузі техніки наполегливо вимагають матеріалів, що володіють підвищеною теплостійкістю і зберігають свої експлуатаційні якості при високих температурах. Дослідники пробують отримувати полімери, які відповідають цим вимогам, зокрема змінюючи хімічний склад полімерної молекули, вводячи в неї групи, що надають виробу властивості підвищеної термічної стійкості.
Дуже важливими з цієї точки зору виявилися так звані элементоорганічні з’єднання, ланцюжки молекул яких містять атоми різних елементів. Особливо велике значення для техніки високих температур придбали органічні сполуки кремнію, фтору і деяких інших елементів.
Ще в 30-х роках радянський вчений К. А. Андріанов розробив спосіб отримання перших штучних кремнійорганічних смол, поклавши початок їх промислового виробництва. Рідкі кремнійорганічні речовини не замерзають навіть при-60-70°. На основі кремнійорганіки створено сімейство лаків і емалей, які застосовуються для захисту металів та сплавів від корозії. Емаль, в яку крім кремній-органічної смоли входять металеві барвники, витримує температуру до 550°. Кремнійорганічні лаки стійкі при 1700-1800°, коли плавиться сталь. Тонкі Кремнійорганічні плівки роками здатні охороняти від атмосферної вологи самі різні матеріали.
Група винахідників під керівництвом доктора технічних наук, професора Новочеркаського політехнічного інституту А. А. Кутькова створила матеріал, широко відомий під назвою «маслянит». За фізико-механічними даними маслянит наближається до металів, а антифрикціонність ріднить його з полімерами. У той же час маслянит і не метал і не пластмаса, а композиція металів і высокополімеров.
Маслянит насамперед самозмащувальний матеріал — мастило органічно входить у його склад. Він володіє дуже високою зносостійкістю, значно більшою, ніж у бронзи або бабіта, і абсолютно не боїться корозії. Маслянит застосовується в хімічній промисловості в машино-, авто — та суднобудуванні, гідротехніки, енергетиці. З нього виготовляють вкладиші підшипників, зубчасті шестерні, деталі, що працюють в агресивних середовищах, підшипники для заглибних електронасосів і т. п.
Маслянит-Д відкрив небачені можливості перед гидробудівниками. Так, ковзні, направляючі гідрозатворів досі виготовлялися з лигнофоля або текстоліту. Коефіцієнт тертя текстоліту — 0,25. У маслянита-Д він становить всього 0,07, тобто в 3 рази менше. Це означає, що на підйом затвора тепер витрачається в 3 рази менше електроенергії. Ремонт затвора з маслянитовыми ковзаючими направляючими відсувається на довгі роки.
Справа в тому, що в вакуумі метали не можуть бути в парі (бронза — сталь і т. д.) — мастило моментально випаровується, і метали зварюються. Якщо один з металів замінити самозмащувальних матеріалом, наприклад зробити шестерню з полімеру, а зубчасте колесо з металу, вакуум вже не страшний.
Сучасні пластмаси, зокрема поліаміди, широко застосовуються у виробництві деталей автомобілів. Це дає можливість не тільки знизити вартість останніх, але і зменшити їх вагу приблизно на 20-30Вже винайдені і все ширше будуть застосовуватися полімерні речовини, що володіють спеціальними властивостями, в тому числі напівпровідниковими. Виготовлені у вигляді плівок, тканин, деталей, вони допоможуть вирішити багато завдань радіоелектроніки, приладобудування, освоєння космічного простору.
Полімери і їх використання людиною
В будівництві та меблевій промисловості використовується велика кількість дерева. Застосовують його в хімічно обробленому вигляді. Деревина, просочений синтетичними смолами, стає негорючою, протистоїть гниттю.
Полімери органічно увійшли в сільськогосподарське виробництво. З полімерних плівок виготовляються тимчасові склади, сховища для зерна і овочів, парники. Полімери застосовують для затримання вологи, захисту посівів від шкідників і холоду. Вони допомогають поліпшити структуру ґрунтів, відіграють важливу роль у створенні нових форм добрив і хімікатів, що забезпечують комплексність дії і, регулювання часу перебування препарату в ґрунті.
Без полімерів немислима і сучасна медицина. Вони застосовуються у вигляді ниток, клеїв, синтетичних кровозамінників, з них роблять протези. Деякі типи полімерних сполук володіють фізіологічною активністю. Лікарські препарати з них допоможуть боротьбі з багатьма захворюваннями. Полімери дозволять регулювати час перебування ліків в організмі.
відкривають широкі перспективи техніці високомолекулярні іонообмінні смоли — іоніти. Вони мають здатність витягувати з розчинів іони. Іоніти отримали широке застосування в тих технологічних процесах, при яких потрібно отримати цінні рідкісні і радіоактивні елементи з сильноразбавленных розчинів. Вони використовуються і в тонкій водоочистці. Іоніти дозволяють вирішити проблему прісної води на кораблі. Замість цистерни взятої в запас води мореплавці беруть з собою колонку з порошком іонізуючого-та, що нагадує манну крупу. Морська вода, пропущена через цю колонку, стає прісною.
Іоніти володіють чудовою властивістю концентрувати навколо себе домішки, що містяться в рідинах. Іонітами очищають призначену для консервації кров, виловлюють із води золото при обробці золотоносних руд, фільтрують воду. В харчовій промисловості отримали широке застосування іонообмінні смоли для вилучення цінних продуктів з відходів виробництва.
Міцніші канати і тонкі панчохи з продуктів переробки кам’яного вугілля, легчайшая тканина з нафтових газів. Порівняно недавно все це здавалося фантазією. Зараз виробництво синтетичних волокон — одна з швидко розвиваються галузей хімічної промисловості. Якщо історія тканин з вовни, бавовни, льону, джуту та інших природних матеріалів обчислюється тисячоліттями, то історія віскози, одержуваної з целюлози, налічує всього півстоліття. І вже зовсім молода галузь — виробництво синтетичних волокон із заданими властивостями. Використання целюлози як вихідного матеріалу для отримання хімічних волокон спочатку призвело до появи нітратного методу для виробництва штучного нітрошовку. Але перше хімічне волокно було пальним. Незабаром були винайдені два нових методи отримання хімічних волокон з природної целюлози — віскозний і ацетатний.
Віскозний метод в даний час є найпоширенішим. З віскозного волокна роблять шовк, штапель і корд. При ацетатном методі природне целюлозу обробляють за допомогою оцтової кислоти і трохи інакше формують волокно. При цьому отримане волокно складається вже не з чистої целюлози, а з її міцного хімічного з’єднання з залишками оцтової кислоти. Ацетатний метод виявився досить ефективним. За цим методом одержують волокно, з якого виробляється високоякісний ацетатний шовк, з успіхом замінює натуральний трикотажних і креповых тканинах.
Своїм широким розвитком обидва ці методу зобов’язані дуже дешевої сировини у вигляді целюлози з ялинової і листяної деревини, простоті технологічного процесу і недорогим хімічних речовин, що йдуть на виробництво волокон. Сучасна хімія і фізика не тільки оволоділи таємницями природи створювати молекули-гіганти, але і розробили методи синтезу таких полімерів, аналогів яких немає в природі. З продуктів коксування кам’яного вугілля одержують полімери, названі поліамідами. З них навчилися виготовляти волокна капрону, анида (нейлону) та ін. З полімерів, одержуваних на основі нафтових газів, роблять волокна нітрону, хлорина і багато інших. Якщо в 1940 р. у виробничих досвідчених умовах виготовлялося всього три-чотири типи синтетичних волокон, то нині відомі десятки різних їх видів.
Вихідною сировиною для виготовлення полімерів є нафта і продукти її переробки, гази, торф, горючі сланці, продукти коксування і деревообробки і всілякі рослинні залишки. Потужні установки переробляють цю сировину, напівпродукти, з яких отримують полімери. Так, продукти для виробництва поліамідних волокон типу капрону і нейлону одержують з фенолу і бензолу. З тонни фенолу отримують волокна капрону в кількості, що забезпечує вироблення 25 тис. пар капронових панчіх.
Синтетичне волокно лавсан у суміші з вовною дає немнучких тканини. Лавсан дуже стійкий до високих температур і різних хімічних речовин, не проводить електричного струму.
З допомогою синтезу матеріали наділяють термостійкістю, еластичністю, хімічною інертністю, високими електроізоляційними властивостями, міцністю. Так, з поліепоксидних полімерів і борних волокон вдалося отримати нові шаруваті пластики, які мають виключно високими властивостями. Їх питома міцність більш ніж в 2 рази перевищує питому міцність металів, що застосовуються в авіації. На відміну від металів вони не схильні до пластичної деформації при руйнуванні. На основі полімерів і волокон з графіто-подібною структурою створені матеріали, які дають можливість конструкторам знижувати вагу машин і агрегатів, а будівельникам — з меншими витратами зводити будівлі.
У свій час лампочка з вугільною ниткою розжарювання викликала сенсацію. Але скоро її затьмарила лампочка з вольфрамовою ниткою.
Ніжне волокно можна отримати з базальту. Діаметр найтоншої шовкової нитки 10-15 мкм, а діаметр базальтової нитки 1-0,5 мк. Базальтові волокна дуже міцні. Пройшовши відповідну обробку, базальтопластик стає в кілька разів міцніше сталі. Його стійкість на розрив 11 т/см 2. Модуль його пружності вище, ніж у сталі. До того ж базальтове волокно діелектрик. Воно стійко до кислотних та інших агресивних середовищ. Температурний інтервал його застосування широкий — від -269° до 700-900°, в той час як межа застосування скловолокна 400-500°. Якості базальтового волокна зацікавили і приладобудівників, радіотехніків, творців турбін.
Ізоляційні матеріали з базальтового волокна-дуже легкі. Полотно з базальту вловлює в повітрі 99,9% диму і газів. Базальтопластики дуже схожі на звичайну пластмасу, але набагато міцніше її, не старіють і в 1,5 рази легше алюмінію.
Вчені працюють над тим, щоб усунути недоліки синтетичних волокон, пов’язані з їх властивістю електризуватися. Існує так званий трибоелектричних ряд натуральних і штучних матеріалів, заснований на їх здатність електризуватися при терті про людську шкіру. На початку цього ряду стоять хутро, вовна, бавовна, шовк, які при терті набувають позитивний заряд. Вони надають позитивний вплив на організм людини. Далі йде синтетика, яка, накопичуючи статичну електрику, може діяти на людину несприятливо. Хіміки шукають особливі речовини — антистатики, які здатні зняти або послабити небажаний електричний заряд. Багато штучні тканини вже проходять на фабриках обробку антистатиками. Майстерні хімчистки пропонують новий вид послуг — просочення рідинами, які надають речі водовідштовхувальні властивості, немаркий і знімають заряд статичної електрики.
Висновок
Отже, дослідивши і докладніше дізнавшись про створення полімерів шляхом заданих наперед властивостей, я дізналась дуже багато цікавого. Насамперед це те, що з метою створення матеріалів із заданими властивостями базові полімери змішують з іншими речовинами. Також з введенням добавок можна змінювати фізико-механічні, теплофізичні, оптичні, електричні, фрикційні та інші експлуатаційні характеристики вихідного (базового) полімеру. Дізналась, які добавки вводять аби дійти до певного результату і якими методами це виконується. Насамперед, виготовлення полімерів виконується з каталізатором.
Я детальніше ознайомилась з видами полімерів із насамперед заданими властивостями, тобто я докладніше розглянула типи полімерів: пластмаси, штучні каучуки й штучні волокна, лавсан, епоксидні смоли, фенолоформальдегідні смоли, поліетилен й інші. Дізналась про їх використовування і властивості. Я можу зробити висновок, що полімерні речовини є дуже важливими у житті людини, бо вони значно покращують життя людей і дають можливість до розвитку, адже ми не можемо стояти на місці.
Використанні джерела
· http://syntetyka.com/zbilshennya-virobnitstva-sintetichnih-materialiv-iz-zadanimi-vlastivostyami-1979-konyushaya-yu/
· http://ua.textreferat.com/referat-21963-3.html
· http://www.ngpedia.ru/id413370p2.html
· http://plastinfo.ru/information/articles/300/
· http://bibliograph.com.ua/estestvoznanie-2/142.htm