Polymères synthétiques

Une variété de matériaux polymères synthétiques sont utilisés dans l'impression : plastomères (résines synthétiques et plastiques) ; élastomères (caoutchouc synthétique et caoutchouc); peintures et adhésifs; fibres et tissus synthétiques; films "gratuits" ; photopolymères.

Les polymères synthétiques sont obtenus par des procédés de polymérisation, copolymérisation et polycondensation. Ces processus sont considérés dans le cours de chimie organique. Les propriétés des polymères synthétiques dépendent de leur structure et de leur poids moléculaire. Les matériaux polymères à poids moléculaire plus élevé se caractérisent par une résistance mécanique plus élevée (traction, flexion, torsion, etc.) et une moins bonne solubilité.

Une caractéristique des polymères synthétiques est la polydispersité - les molécules d'un même polymère peuvent avoir des tailles différentes, y compris un nombre différent d'unités structurelles. Par conséquent, le poids moléculaire d'un polymère ne signifie pas la masse réelle de chaque molécule, mais uniquement sa valeur moyenne.

Lorsqu'ils sont chauffés, les polymères synthétiques fondent et lorsqu'ils sont refroidis, ils acquièrent généralement une structure amorphe en raison de la viscosité très élevée de la masse fondue avant qu'elle ne se solidifie. Cependant, les polymères synthétiques peuvent également acquérir une structure cristalline. Dans cet état, ils ont un point de fusion plus élevé et deviennent beaucoup plus résistants.

Les polymères synthétiques sont divisés en thermoplastiques, capables d'être refondus plusieurs fois sans modification notable des propriétés, et thermodurcissables, durcissant de manière irréversible avec un chauffage plus ou moins prolongé à la suite de réactions thermochimiques.

Les matériaux polymères synthétiques dans de nombreuses propriétés sont nettement supérieurs aux métaux ferreux et non ferreux, au bois, au verre, nécessitent des coûts d'investissement inférieurs pour organiser leur production et sont beaucoup moins chers.

Polyéthylène

Le polyéthylène est un polymère thermoplastique translucide, incolore et très résistant avec de bonnes propriétés diélectriques et anti-corrosion. La haute résistance du polyéthylène est due à sa structure cristalline.

Le polyéthylène est fabriqué en polymérisant de l'éthylène à haute ou basse pression. Dans le premier cas, la polymérisation de l'éthylène se produit à une pression de 2000 atmosphères et à une température de 500 °C, dans le second - à une pression et une température proches de la normale (grâce à l'utilisation d'un catalyseur spécial).

La structure et les propriétés des polyéthylènes haute et basse pression sont différentes. Le polyéthylène basse pression a une structure linéaire et plus haute température fusion. Il est plus résistant que le polyéthylène haute pression, qui se caractérise par une structure ramifiée de la molécule.

Les films de polyéthylène sont utilisés comme matériau d'emballage. Le polyéthylène de faible poids moléculaire est une substance cireuse et est utilisé comme additif dans les peintures. Le copolymère éthylène-acétate de vinyle est un excellent matériau pour fabriquer des adhésifs de liaison thermoplastiques.

Polypropylène

Le polypropylène est un polymère plastique, incolore et transparent, insoluble à température ambiante dans les solvants organiques, résistant aux acides et aux alcalis et résistant au gel. Point de fusion - 160170 °C. En termes de solidité et de résistance à l'abrasion, le polypropylène est supérieur au polyéthylène.

Chlorure de polyvinyle (viniplast)

Le chlorure de polyvinyle (-CH 2 -CHCl-) n est un polymère solide thermoplastique qui commence à ramollir à une température de 9294 ° C et fond à 170 ° C. Avec l'introduction de plastifiants, tels que le phtalate de dibutyle à 3035 %, le PVC devient résilient et flexible. Ce matériau est appelé plastique. Le chlorure de polyvinyle est produit sous forme de plaques et de films et est utilisé pour la fabrication de stéréotypes plats et rotatifs, de clichés dupliqués, de reliures de livres, ainsi que de couvertures de texte-vinite.

L'impression textovinit est un tissu de coton enduit d'une couche élastique de polychlorure de vinyle, de pigments, de charges et d'un plastifiant - le phtalate de dibutyle. L'impression textovinit est produite avec une épaisseur de 0,65 mm (avec une tolérance de ± 0,05 mm). Le revêtement doit être lisse, uniforme, résilient, non collant et non tachant, résistant à l'eau, au kérosène, à l'essence, à l'huile moteur et ne doit pas avoir d'odeur désagréable.

Polystyrène

Le polystyrène est un polymère thermoplastique dur, transparent et incolore qui se ramollit à 80°C et fond à 170°C. Sous la forme d'un copolymère avec de l'acrylonitrile, il a été utilisé pour couler des polices typographiques et des matériaux vierges. Le copolymère, produit sous la marque SNAC15, contient 85% de styrène et 15% d'acrylonitrile, se caractérise par une résistance élevée et une résistance aux solvants organiques.

Polyacrylamide

Le polyacrylamide est un polymère transparent incolore qui se dissout bien dans l'eau sous agitation vigoureuse. Le polyacrylamide est utilisé pour la précipitation rapide des pigments lors de leur synthèse, améliorant leur structure et facilitant le processus de fabrication des encres d'impression par ressuage. Ce polymère est également utilisé dans les adhésifs de reliure, dans l'industrie papetière et comme additif dans les solutions de mouillage pour l'impression offset.

Acétate de polyvinyle

L'acétate de polyvinyle est un polymère thermoplastique, incolore, transparent et dur. Comme le chlorure de polyvinyle, il acquiert des propriétés élastiques lorsqu'un plastifiant, tel que le phtalate de dibutyle, est introduit. Sous forme de dispersion aqueuse bien plastifiée (émulsion d'acétate de polyvinyle - PVA) il est utilisé comme colle liante. Une solution alcoolique d'acétate de polyvinyle - un vernis hautement élastique pour le vernissage des impressions - est utilisée lors du laminage des films transparents. L'acétate de polyvinyle est également utilisé dans la production d'alcool polyvinylique.

Viniproz

Le viniprose est un copolymère transparent légèrement jaunâtre de chlorure de vinyle et de méthacrylate de méthyle avec l'ajout d'un stabilisant - le stéarate d'aluminium. Disponible sous forme de plaques transparentes durables, qui peuvent être lisses ou grainées. Le viniprose est utilisé comme matériau de matrice dans la fabrication d'électrotypes et comme matériau de montage de transparents et de négatifs.

alcool polyvinylique

Alcool polyvinylique (-CH 2 -CHOH-) n - polymère, très soluble dans l'eau et dans les alcools supérieurs (en alcool éthylique insoluble). Il est obtenu par saponification de l'acétate de polyvinyle, car le monomère - alcool vinylique (CH 2 \u003d CHOH) n'existe pas à l'état libre. En 1885, M.G. Kucherov a essayé d'obtenir de l'alcool vinylique en ajoutant de l'eau à de l'acétylène, mais à la place, il a obtenu de l'acétaldéhyde.

Des solutions aqueuses incolores et collantes d'alcool polyvinylique, sensibilisées avec du dichromate d'ammonium, ont été utilisées comme solutions de copie dans la production photomécanique de plaques d'impression typographiques et offset.

Polycarbonate

Le polycarbonate est un polymère thermoplastique transparent incolore de structure cristalline. Il est synthétisé par polycondensation de diphénylolpropane (biphénol A) et de chlorure d'acide carbonique (phosgène).

Le polycarbonate a un point de fusion très élevé (supérieur à 240 °C) et surpasse de nombreux métaux et alliages en termes de résistance mécanique et de résistance à l'abrasion. Par conséquent, ce matériau est utilisé comme substitut des métaux et alliages dans la fabrication de pièces de puissance en génie mécanique.

Résines phénol-aldéhyde

Lorsque les phénols interagissent avec les aldéhydes, selon les conditions de réaction, des alcools ou des résines solubles dans l'huile se forment. Les résines phénoliques solubles dans l'alcool peuvent être thermoplastiques ou thermodurcissables, selon le rapport phénol/aldéhyde et le choix du catalyseur.

Si une molécule de phénol représente une molécule d'aldéhyde (avec un catalyseur acide), on obtient des résines thermoplastiques de structure linéaire. Dans ce cas, des alcools phénoliques sont d'abord formés, puis, lors de leur polycondensation, une résine soluble dans les alcools de structure linéaire est formée. La résine thermoplastique phénolique soluble dans l'alcool "Iditol" est utilisée pour la fabrication de vernis à l'alcool. Cependant, ces vernis ne sont pas résistants à la lumière et s'assombrissent sensiblement avec le temps.

S'il y a deux molécules d'aldéhyde ou plus par molécule de phénol (avec un catalyseur alcalin), on obtient alors des résines thermodurcissables solubles dans l'alcool. Dans ce cas, la réaction forme d'abord des alcools phénoliques dihydriques (les groupes méthylol sont en positions ortho et para par rapport à l'hydroxyle phénolique), puis - les chaînes moléculaires de la résine de la structure spatiale. Les résines thermodurcissables sont utilisées pour la fabrication de plastiques thermodurcissables, tels que les poudres à mouler, la textolite, le getinax et le vernis bakélite.

Les résines phénoliques solubles dans l'huile sont utilisées dans la production d'encres d'imprimerie.

Polyamides

Les polyamides sont des polymères extrêmement solides, résilients, incolores et transparents, qui, dans leur structure chimique, sont les plus proches des protéines, en particulier de la soie naturelle. Les polyamides sont utilisés pour la fabrication de fibres synthétiques : anide (nylon) et capron (perlon), ainsi que pour le pressage de nombreuses pièces en mécanique. Le point de fusion du capron est d'environ 300 ° C, le nylon - 325 ° C, tandis que le nylon est plus résistant que le capron.

Le capron est obtenu par polymérisation de caprolactame. L'utilisation du capron dans la vie quotidienne est bien connue. Dans l'industrie de l'imprimerie, la fibre de kapron est utilisée pour coudre des livres et des brochures. Les décels des machines d'impression rotatives sont resserrés avec un tissu spécial en nylon monofilament pour éliminer le maculage d'encre lors de l'impression recto verso.

Certains types d'alcools et de polyamides solubles dans l'eau durcissent (durcissent) sous l'influence du rayonnement ultraviolet. Ils sont utilisés dans la fabrication de plaques d'impression photopolymères.

Le polyamide mixte soluble dans l'alcool est synthétisé à partir d'hexaméthylènediamine, de caprolactame, d'acides dicarboxyliques sébacique et adipique. Le copolyamide hydrosoluble est synthétisé à partir des acides pipérazine, éthylène diglycolique et adipique ou à partir des acides pipérazine, hexaméthylène diamine, éthylène glycolique et adipique dicarboxyliques. Ces deux copolyamides sont également utilisés pour fabriquer des plaques d'impression photopolymères.

Polyuréthanes

Les polyuréthanes sont des polymères dont la structure ressemble aux polyamides. Dans l'industrie de l'imprimerie, ils sont utilisés dans la fabrication de rouleaux colorés.

Polymères alkydes

Polymères alkydes obtenus à partir de alcools polyhydriques et les acides décarboxyliques, sont principalement utilisés comme liants pour les encres d'imprimerie.

Un type spécial de polymères alkydes est le polyéthylène téréphtalate (térylène) - un polymère thermoplastique très solide, transparent, élastique, obtenu à partir de glycol et d'acide téréphtalique. Ce matériau est utilisé dans la fabrication de fibres synthétiques de lavsan. Le lavsan, en tant que substitut de la laine, est utilisé non seulement pour obtenir des tissus de haute qualité, mais également comme produit semi-fini fibreux dans la production de papier.

Les films transparents en polyéthylène téréphtalate d'une épaisseur de 1220 microns sont utilisés pour la fabrication de substrats pour plaques et matériaux photographiques, ainsi que pour les couvertures de laminage et les couvertures de reliure.

Photopolymères

Les photopolymères sont des substances organiques de haut poids moléculaire, par exemple des polyamides mixtes solubles dans l'eau et dans l'alcool, des esters acides de cellulose (acétophtalates ou acétosuccinates), dont les chaînes moléculaires, sous l'action d'une irradiation ultraviolette, sont réticulées entre elles par des monomères insaturés spécialement sélectionnés en présence d'un initiateur de polymérisation - benjoin ou ses dérivés.

Les compositions photopolymères, après avoir été appliquées sur un substrat et séchées, deviennent appropriées pour une copie négative sous irradiation ultraviolette et formation ultérieure de relief par lavage avec des alcools ou des solutions aqueuses alcalines.

Les plaques typographiques photopolymères en polyamide et en éther de cellulose se distinguent par leur haute résolution et leur longue durée d'exécution, atteignant jusqu'à un million d'impressions. Ils ne nécessitent presque pas d'assaisonnement en raison de leurs propriétés élastiques élevées.

Caoutchouc synthétique

Une large gamme de caoutchouc synthétique pour des applications générales et spéciales est actuellement produite. À partir de caoutchoucs à usage général, le caoutchouc est obtenu pour les chaussures, les coussins chauffants, les éponges, les jouets et les pièces de machines utilisées dans des conditions normales. Ces caoutchoucs comprennent le butadiène, l'isoprène, le styrène-butadiène et certains autres types de caoutchouc. Les caoutchoucs à usage spécial ont des propriétés spéciales, telles que la résistance aux huiles de pétrole et à l'essence ou aux acides et aux alcalis, la résistance au gel, une résistance mécanique accrue, etc. Les types spéciaux de caoutchoucs incluent : le chloroprène, le nitrile, le silicone, le caoutchouc fluoré, etc.

Plastiques

Les masses plastiques sont des matériaux à base de polymères naturels ou synthétiques capables d'être moulés sous l'effet du chauffage et de la pression, puis de conserver de manière stable (après refroidissement ou durcissement lors du chauffage) la forme qui leur est donnée. Les produits en matières plastiques sont obtenus par pressage ou moulage par injection dans des moules en acier.

Pour obtenir une masse plastique, les propriétés du polymère sont généralement corrigées dans la direction souhaitée. Pour augmenter la résistance et réduire le coût de la masse plastique, une charge est introduite (farine de bois, étoupe de coton, fibre de verre, poudre d'amiante, dioxyde de silicium - aérosil, etc.), pour éliminer la fragilité - plastifiants, tels que le phtalate de dibutyle, le tricrésyle phosphate, etc., pour donner de la couleur - pigments, pour faciliter le remplissage de la cavité du moule et le retrait du produit de celle-ci - lubrifiants, etc.

Les thermoplastiques sont fabriqués à partir de polymères linéaires qui n'ont pas de groupes fonctionnels réactifs. Les masses plastiques thermodurcissables contiennent nécessairement des polymères ayant des groupements fonctionnels qui manifestent leur activité chimique lors d'un chauffage plus ou moins prolongé, par suite de la réaction chimique de polycondensation. Les produits à partir de masses thermoplastiques peuvent être refondus plusieurs fois, mais à partir de thermodurcissables, ils ne le peuvent pas.

Les plastiques ont un certain nombre de propriétés précieuses :

• faible densité (58 fois plus léger que l'acier);
• résistance mécanique suffisante;
• bonnes propriétés diélectriques;
• haute résistance chimique (y compris anti-corrosion);
• moins cher que les métaux et alliages similaires.

Dans l'industrie de l'imprimerie, les plastiques sont largement utilisés pour la fabrication de rouleaux colorés, de reliures de livres, de stéréotypes, etc.

Copier les calques

Les couches de copie sont des couches polymères photosensibles utilisées lors de la copie d'une image négative ou positive sur des plaques d'impression. Les couches de copie d'alcool polyvinylique et d'orthoquinone diazide ont trouvé une large application.

Les couches de copie d'alcool polyvinylique sont des solutions aqueuses à 7% d'alcool polyvinylique, sensibilisées avec 3% de dichromate d'ammonium (calculé sur un poids absolument sec d'alcool polyvinylique). Lors du processus de copie négative sous l'influence d'une irradiation intense avec des lampes au xénon, les chaînes moléculaires de l'alcool polyvinylique sont réticulées (tannées) par des atomes de chrome trivalent et, par conséquent, perdent leur capacité à se dissoudre dans l'eau. Après exposition, les zones non durcies de la couche de copie d'alcool polyvinylique sont lavées à l'eau. L'image résultante est fixée par traitement chimique et thermique.

Des diazides d'orthoquinone et des résines phénoliques dissoutes dans un solvant organique sont appliqués à la surface de plaques métalliques dans la fabrication de matériaux de plaques pour l'impression offset et typographique. La copie positive de l'image est réalisée sous l'action d'un rayonnement UV. Les rayons ultraviolets détruisent les diazides d'orthoquinone et les produits de destruction sont lavés avec un révélateur alcalin. Les zones de la couche de copie d'orthoquinone diazide qui n'ont pas été affectées par les rayons ultraviolets restent insolubles dans le révélateur alcalin.

Bien entendu, l'utilisation de matériaux polymères pour l'impression n'est pas limitée aux exemples énumérés. De plus, on peut affirmer que presque tous les polymères actuellement existants sont utilisés dans l'industrie de l'imprimerie dans une certaine mesure.

Les polymères appartiennent à une classe de composés chimiques qui ont de courtes unités structurelles, constitué de plusieurs atomes (monomères) reliés en longues chaînes par différents types de liaisons. Une caractéristique des polymères est un poids moléculaire élevé - de plusieurs milliers à des millions. Les polymères synthétiques naturels et créés ultérieurement se caractérisent par les propriétés suivantes :

• élasticité - capacité à résister à de fortes forces de déformation sans destruction;
• force;
• la capacité des macromolécules (chaînes moléculaires) à une certaine orientation les unes par rapport aux autres.

Une classification précise subdivise la nombreuse famille de polymères en organiques et inorganiques. Les plus demandés disposent d'une large gamme de variétés aux propriétés différentes de composés organiques à base de chaînes carbonées.

L'un des premiers polymères créés par l'homme à partir de matériaux naturels était le caoutchouc, produit par vulcanisation du caoutchouc, et le celluloïd, à base de cellulose.

La création et la production ultérieures de matériaux polymères étaient basées sur les réalisations de la chimie organique.

Particularités

Les polymères synthétiques sont basés sur des composés organiques de faible poids moléculaire (monomères), qui forment de longues chaînes à la suite de réactions de polymérisation ou de polycondensation. L'emplacement et la configuration des chaînes moléculaires et le type de leur liaison déterminent en grande partie les caractéristiques mécaniques des polymères.

Les polymères artificiels et synthétiques ont un certain nombre de caractéristiques spécifiques. En premier lieu, il convient de noter leur élasticité et leur résilience élevées - la capacité de résister aux déformations et de restaurer leur forme d'origine. Un exemple est le polyamide, le caoutchouc. Le fil polyuréthane - élasthanne, est capable de changer sa longueur de 800% sans se casser puis de restaurer sa taille d'origine. La présence de longues chaînes moléculaires dans la structure des matériaux synthétiques a conduit à une faible fragilité des produits plastiques. Dans la plupart des cas, l'augmentation de la fragilité de certains types de plastiques se produit avec une diminution de la température. Les matériaux organiques sont presque totalement dépourvus de cet inconvénient.

Au contraire, des types de plastiques distincts ont une rigidité et une dureté élevées. La fibre de verre n'est pas inférieure en résistance à l'acier, et un polymère tel que le Kevlar la surpasse même.

Ces propriétés sont complétées par une résistance élevée à la corrosion et à l'usure. La plupart des polymères connus ont une résistance électrique élevée et une faible conductivité thermique.

Constatant les hautes qualités opérationnelles et technologiques, il ne faut pas oublier les aspects négatifs :

• Difficulté de recyclage. Le recyclage n'autorise que les matériaux thermoplastiques et uniquement s'ils sont correctement triés. Un mélange de polymères de composition chimique différente ne peut pas être recyclé. Dans la nature, les plastiques se décomposent extrêmement lentement - jusqu'à des dizaines et des centaines d'années. Lorsque certains types de plastiques sont brûlés, de grandes quantités de substances et de composés hautement toxiques sont libérées dans l'atmosphère. Cela est particulièrement vrai pour les plastiques contenant des halogènes. Le matériau le plus connu de ce type est le chlorure de polyvinyle (PVC).
• Mauvaise résistance aux UV. Sous l'action des rayons ultraviolets, les longues chaînes de polymères sont détruites, la fragilité des produits augmente, la solidité et la résistance au froid diminuent.
• Difficulté ou impossibilité de connecter certains types de matériaux synthétiques.

Les propriétés chimiques des polymères montrent leur haute résistance aux substances agressives, mais dans certains cas, il est difficile d'utiliser des adhésifs. Par conséquent, pour les polymères thermoplastiques, la méthode de soudage est utilisée - la connexion d'éléments chauffés. Certaines substances, par exemple les fluoroplastes, ne sont généralement pas soumises à des connexions, à l'exception des connexions mécaniques.

Application

Sans exagération, nous pouvons dire que les polymères ont trouvé une application dans absolument tous les domaines de l'activité et de la vie humaines. Les polymères synthétiques sont utilisés dans la vie quotidienne et l'industrie comme produits indépendants, et en remplacement des matériaux traditionnels ou en combinaison avec eux pour obtenir des caractéristiques uniques.

La première application a été trouvée par les polymères artificiels. L'exemple le plus frappant est celui du caoutchouc. À l'heure actuelle, la majorité des produits en caoutchouc sont fabriqués à partir de caoutchouc synthétique, mais il existe plusieurs applications où le caoutchouc naturel est encore utilisé.

Les polymères ont toute une gamme de qualités uniques que les matériaux traditionnels n'ont pas, ou dont l'utilisation est technologiquement et économiquement impraticable. La résistance aux réactions chimiques dans une large gamme de températures et vis-à-vis d'un grand groupe de composés chimiques actifs contribue à la généralisation de l'utilisation des matériaux polymères en chimie et dans l'industrie chimique.

La faible toxicité, la résistance chimique et l'absence de réactions allergiques ont permis aux polymères synthétiques d'être largement utilisés en médecine. Ce sont des organes artificiels, la production de médicaments - de l'emballage aux coques de préparations médicales (comprimés, gélules), des matériaux de suture, des adhésifs.

Les mêmes qualités sont utilisées dans l'industrie agro-alimentaire pour la fabrication de plats, le conditionnement de contenants pour produits finis et dans le processus de leur production. Le coût d'emballage des contenants synthétiques est plusieurs fois inférieur à celui du carton, du papier ou d'autres matériaux naturels.

Dans l'industrie, les composés polymères de haut poids moléculaire sont utilisés pour la production de matériaux de structure, d'unités de friction, de structures porteuses, de vernis et de peintures.

En raison de leurs excellentes propriétés d'isolation électrique, les plastiques ont presque complètement remplacé les matériaux naturels dans l'industrie électrique. L'isolation des fils, les boîtiers d'instruments, les cartes de circuits imprimés sont fabriqués à base de matériaux polymères. Les fils de bobinage rigides sont recouverts d'une couche de vernis synthétiques, de faible épaisseur ayant une résistance et une résistance élevées, et les conducteurs de montage flexibles ont une gaine en polychlorure de vinyle ou en polyéthylène, peinte en différentes couleurs pour faciliter l'entretien et la réparation.

Sur la base de polymères synthétiques, des matériaux textiles des noms les plus connus sont fabriqués. Les tissus et vêtements sont composés de fils à base de polyamide, polyester, polypropylène. Comme alternative à la laine naturelle, on utilise de l'acrylique, dont les produits sont difficiles à distinguer des produits naturels.

Le même polyamide qui sert de substitut à la soie, à l'état monolithique, a une résistance comparable à de nombreux métaux. Considérant que le polyamide, autrement appelé capron ou nylon, est chimiquement inerte, ce qui signifie qu'il n'est pas sujet à la corrosion et a un faible coefficient de frottement, le remplacement des métaux par des substances synthétiques est tout à fait évident.

Une qualité encore supérieure a des polymères industriels tels que les fluoroplastiques - composés organofluorés. Ces matériaux polymères synthétiques ont l'un des coefficients de frottement les plus bas et la résistance chimique la plus élevée. Ces qualités sont utilisées dans la production d'unités de friction, en particulier dans les appareils fonctionnant dans un environnement agressif.

Lorsqu'il est impossible de remplacer complètement les structures métalliques par des matériaux artificiels, la base métallique est recouverte d'une couche de plastique. Le processus technologique de revêtement du métal avec une couche de plastique est réalisé de manière à ce que la base et le revêtement soient liés au niveau moléculaire. Cela permet d'obtenir une force de liaison élevée.

Les polymères industriels peuvent avoir le plus différentes sortes. Des matériaux thermoplastiques et des plastiques thermodurcissables sont utilisés. Dans le premier cas, pour la fabrication de pièces et de structures, la méthode de coulée ou de pressage est utilisée à la température de ramollissement du polymère, et dans le second, le plastique est formé directement sous la forme d'un produit fini ou d'un produit semi-fini avec post-traitement minimal.

Parmi les polymères synthétiques industriels, on peut distinguer les matériaux composites, dans lesquels une variété de matériaux peuvent servir de charge ou de composant de renforcement, et un polymère agit comme un liant.

Les matériaux composites les plus connus sont :

• Fibre de verre - fibre de verre ou tissu à base de celle-ci, imprégné de résine polymère époxy. Ce composite a une résistance élevée, d'excellentes propriétés d'isolation électrique, une résistance aux facteurs défavorables, une résistance élevée au feu.
• CFRP - l'élément de renforcement ici est la fibre de carbone. La résistance et l'élasticité des structures en fibre de carbone, ainsi que leur légèreté (beaucoup plus légères que les métaux), ont servi de prétexte à une utilisation dans l'industrie aérospatiale. Le complexe de qualités utiles dans ce domaine a une priorité plus élevée que le coût élevé associé à la pénibilité de l'obtention de fibres de carbone.
• Textolite est un matériau en couches de tissu dans lequel les couches de tissu sont imprégnées d'un matériau polymère. Le tissu utilisé est naturel ou artificiel. L'option la plus durable et la plus fiable est la fibre de verre, utilisant un tissu en fibre de verre;
• Composites en poudre ayant une charge de matériaux en poudre d'origine naturelle ou artificielle;
• Matériaux remplis de gaz - polymères en mousse. Il s'agit d'un caoutchouc mousse bien connu, mousse de polystyrène, mousse de polyuréthane. Les matériaux remplis de gaz ont une conductivité thermique extrêmement faible et sont utilisés comme matériaux d'isolation thermique. La douceur, la plasticité, ainsi que la résistance, ont servi à une large distribution de matériaux d'emballage en mousse légers, mais nécessitant un équipement de manipulation soigneux.

Classification des polymères synthétiques

Il existe plusieurs groupes de classification de polymères, en fonction de la caractéristique déterminante. Tout d'abord, ce sont :

• Polymères artificiels créés à base de polymères organiques naturels (cellulose - celluloïd, caoutchouc - caoutchouc);
• Polymères synthétiques basés sur la synthèse à partir de composés de bas poids moléculaire (styrène - polystyrène, éthylène - polyéthylène).

Selon la composition chimique, la division est la suivante :

• Organique, contenant majoritairement des chaînes hydrocarbonées ;
• Organoélément, comprenant des atomes inorganiques (silicium, aluminium) dans des chaînes organiques. L'exemple le plus frappant est celui des compositions organosiliciées.

Selon les types de chaînes de composition moléculaire, les types de structures polymères suivants peuvent être indiqués :

• Linéaire, dans lequel les monomères sont connectés en longues chaînes droites;
• ramifié;
• Avec structure en grille.

Tous les composés polymères sont caractérisés différemment par rapport à la température. Ainsi, ils sont divisés en deux groupes :

• Thermoplastique, pour lequel l'effet de la température a des changements réversibles - chauffage, fusion;
• Thermodurcissable, changeant de manière irréversible sa structure lorsqu'il est chauffé. Dans la plupart des cas, ce processus se produit sans étape de fusion.

Il existe plusieurs autres types de classification des polymères, par exemple en fonction de la polarité des chaînes moléculaires. Mais cette qualification n'est nécessaire que pour les spécialistes étroits.

De nombreux types de polymères sont utilisés sous une forme indépendante (polyéthylène, polyamide), mais une quantité importante est utilisée comme matériaux composites, où il agit comme un élément de liaison entre une base organique et inorganique - plastiques à base de fibres de verre ou de carbone. Souvent, vous pouvez trouver une combinaison polymère - polymère (textolite, dans laquelle le tissu polymère est imprégné d'un liant polymère).

Les polymères sont une classe spéciale de composés chimiques, dont les propriétés spécifiques sont dues à la grande longueur, à la structure de la chaîne et à la flexibilité de leurs macromolécules constitutives.

A son tour, une macromolécule s'entend comme un ensemble d'atomes ou de groupements atomiques, de composition et de structure différentes ou identiques, reliés par des liaisons chimiques en une structure linéaire ou ramifiée, d'un poids moléculaire suffisamment élevé. Le plus petit groupement répété d'atomes dans une chaîne s'appelle une liaison macromoléculaire.

Selon la présence dans les macromolécules d'un ou plusieurs décomp. les types d'unités monomères sont distingués homo- et copolymères, composé d'un et d'au moins deux types de liens (ou plus).

La polymérisation est le processus de conversion d'un monomère ou d'un mélange de monomères en un polymère.

Le degré de polymérisation est le nombre d'unités monomères dans une molécule de polymère.

Classement marine

1) par origine : a) naturelle (cellulose), b) artificielle (semi-synthétique), c) synthétique 2) Selon la géométrie du squelette de la macromolécule polymère

Linéaire (A)- la chaîne principale de macromolécules constituée de liens répétitifs reliés les uns aux autres dans une structure linéaire. Modèle visuel : un sautoir déchiré à un endroit.

Ramifié (B, C, D) les polymères sont constitués de macromolécules dont la chaîne principale, contrairement aux chaînes linéaires, contient des branches latérales situées de manière aléatoire dont la longueur varie de plusieurs atomes à la taille de la chaîne principale. ( en forme d'étoile (S), représentent un ensemble de chaînes émergeant d'un centre ; en forme de peigne (D) les polymères contenant des ramifications courtes dans chaque maillon, comme le polyhexadécyl acrylate :

(-CH 2 -CH-(COOS 16 H 33) -) n

Cousu ou maille- les macromolécules, forment une grille spatiale. Parmi les polymères réticulés, il y a densément et peu réticulé, très différents dans leurs propriétés. Les réticulés sont parfois appelés les soi-disant " escalier"(E) les polymères dont les deux chaînes parallèles sont réticulées à chaque maillon.

À leur tour, les copolymères, selon la nature de l'arrangement des liens, sont divisés en:

un) statistique- des unités monomères réparties de manière aléatoire le long de la chaîne ; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

b) alternant - avec alternance stricte des maillons de la chaîne ; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

dans) bloc (copolymères à blocs) - macromolécules linéaires constituées de séquences étendues alternées de liens (blocs) qui diffèrent par leur composition ou leur structure ; -(A)-n -(B)-m

G) vacciné copolymères, dont les macromolécules ramifiées sont constituées de plusieurs séquences chimiquement liées d'unités monomères - la chaîne principale et les branches latérales, de composition ou de structure différentes. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Polymères naturels et synthétiques

Les polymères sont divisés en naturels (biopolymères : protéines, acides nucléiques, résines naturelles) et synthétiques (polyéthylène, polypropylène, résines phénol-formaldéhyde).

Les biopolymères sont une classe de polymères naturellement présents dans la nature, qui font partie des organismes vivants : protéines, acides nucléiques, polysaccharides. Les biopolymères sont constitués d'unités identiques (ou différentes) - les monomères. Monomères de protéines - acides aminés, acides nucléiques - nucléotides, en polysaccharides - monosaccharides.

Il existe deux types de biopolymères - réguliers (certains polysaccharides) et irréguliers (protéines, acides nucléiques, certains polysaccharides). Biopolymères mixtes - glycoprotéines, lipoprotéines, glycolipides. Les biopolymères peuvent être classés selon leur structure chimique :

1. Polyhydrocarbures (polyisoprène, (-CH 2 -C (CH 3) \u003d CH-CH 2 -) n, trouvés dans le jus laiteux (latex) d'hévéa, kok-saghyz (plante herbacée vivace du genre Pissenlit)

2. Glucides (polysaccharides : cellulose, amidon, glycogène, chitine, chitosane)

3. Protéines (polyamides, polymères d'acides α-aminés).

4. ADN et ARN.

Les polymères synthétiques sont des matériaux polymères non naturels produits pour remplacer les matériaux naturels. Les polymères synthétiques sont formés par polymérisation et polycondensation. Parmi les polymères synthétiques, il existe un groupe distinct, comprenant les caoutchoucs et les polymères caoutchouteux. Ces matériaux se caractérisent par une étonnante déformabilité et des propriétés hautement élastiques, c'est pourquoi on leur a donné le nom d'élastomère. Le premier matériau a été fabriqué à partir de cellulose physiquement modifiée dès le début du XXe siècle, et à ce jour, des fibres, des films, des épaississants et des vernis sont produits à partir du même matériau. Il a acquis le nom de celluloïd, connu de tous sous le nom de cellulose.

Nomenclature marine

1) Trivial

Les exemples incluent le polytétrafluoroéthylène, qui est communément connu sous le nom de Téflon ; poly-1,4-bêtaglucone = cellulose.

2) Rationnel

Le préfixe « poly- » est placé devant le nom du monomère ; si le nom du monomère comporte plusieurs mots, alors il est pris entre parenthèses :

3) Systématique (proposé par l'IUPAC)

Basé sur la description de la structure d'une unité répétitive composite d'une chaîne polymère (CCR) conformément à certaines règles

Le nom du polymère commence par le préfixe "poly-" suivi du nom du SDR entre parenthèses.

Donc, pour donner un nom à un polymère, il faut : identifier le SDR, orienter le SCR, donner le nom au SCR. La SDR peut être simple ou constituée de plusieurs sous-unités. En tant que sous-unité, le plus grand groupe d'atomes (ou cycles de la chaîne principale) est choisi, qui peut être nommé conformément aux règles de nomenclature IUPAC pour les composés organiques de faible poids moléculaire. Les atomes et les sous-unités sont disposés dans le SDR par ordre décroissant de priorité de gauche à droite, le chemin entre les sous-unités doit être le plus court. Les règles de préséance sont les suivantes :

1. Tous les hétéroatomes sont supérieurs par rapport au carbone. Parmi eux, l'ancienneté est déterminée par la position dans le système périodique, elle diminue lors du passage du coin supérieur droit du tableau périodique au coin inférieur gauche par groupe. La série d'ancienneté commence par le fluor, l'ancienneté décroît dans la séquence : F, Cl, Br, ... , O, S, Se, ... , N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. L'ancienneté des sous-unités est déterminée par les éléments suivants : hétérocycles > hétéroatomes ou sous-unités linéaires, y compris hétéroatomes > carbocycles > sous-unités acycliques. La présence d'éventuels adjoints ne modifie pas l'ordre de préséance des sous-unités. Toutes choses étant égales par ailleurs, ceux qui ont la plus petite position de substituant ont l'avantage.

3. Les hétérocycles sont classés par ordre de priorité : contenant de l'azote > hétérocycles contenant, avec l'azote, d'autres hétéroatomes dont l'ancienneté est déterminée conformément au paragraphe 1 > systèmes avec le plus grand nombre de cycles > systèmes avec le plus grand cycle > cycle avec le plus grand nombre d'hétéroatomes > systèmes avec le plus grand nombre d'hétéroatomes > systèmes avec le plus grand assortiment d'hétéroatomes. Toutes choses égales par ailleurs, les cycles non saturés ont un avantage.

4. Parmi les groupes carbocycliques, ceux avec le plus grand nombre de cycles dominent, suivis des systèmes : avec le plus grand cycle individuel > avec le plus grand nombre d'atomes communs de tous les cycles > avec le plus petit nombre caractérisant les jonctions des cycles, > systèmes avec la plus grande insaturation.

S'il y a des atomes et des cycles du même type dans la chaîne principale, la séquence de leur arrangement est déterminée par l'ordre alphabétique du nom des substituants, par exemple :

Dans certains cas, en plus de la nomenclature systématique recommandée par l'IUPAC, d'autres nomenclatures peuvent être utilisées. Ainsi, pour un polymère de nom systématique polyoxyéthylèneiminométhylènethioéthylèneamino-1,3-cyclohexène, on peut appliquer la nomenclature dite substitutionnelle. Conformément à cela, le SDR de la chaîne principale reçoit un nom basé sur les atomes d'hydrocarbures acycliques, similaires en nombre et en ordre de numérotation, avec les préfixes correspondants aux hétéroatomes "aza", "oxa", "thia", etc. . Selon cette nomenclature, le polymère sera appelé poly-1-oxa-6-thia-4,9-diazanonaméthylène-1,3-cyclohexène.

Les composés de haut poids moléculaire (HMC) sont des substances constituées de grosses molécules. Il est généralement admis que les composés ayant un poids moléculaire supérieur à 5000 sont considérés comme ayant un poids moléculaire élevé, mais souvent il peut atteindre plusieurs millions (surtout dans les stérilets naturels). Il n'y a pas de frontière nette entre les composés de haut et de bas poids moléculaire. Ainsi, certains tanins d'un poids moléculaire d'environ 1000 se comportent comme des composés typiques de faible poids moléculaire, et les paraffines de même poids moléculaire ont toutes les propriétés des composés de haut poids moléculaire. Le passage des composés de faible masse moléculaire aux composés de masse moléculaire élevée n'est pas associé au changement de poids moléculaire lui-même, mais au changement qualitatif des propriétés qui en résulte (transition de la quantité en qualité).

La taille des molécules du DIU est très grande par rapport à la taille des molécules conventionnelles. Ainsi, la longueur des molécules de cellulose atteint 25 * -50 * (25 000-50 000 E) avec une taille de diamètre de 3,5 * -7 * cm (3,5-7 E).

Les HMC sont parfois appelés hauts polymères (ou simplement polymères). Mais, à proprement parler, le deuxième concept est plus étroit. Tous les polymères sont des HMC, mais tous les HMC ne peuvent pas être des polymères. Dans la molécule de polymère, les résidus de la substance d'origine, le monomère, doivent être chimiquement liés et répétés régulièrement. Une grande molécule de polymère est appelée une macromolécule ou une chaîne de polymère, et les résidus eux-mêmes sont appelés des liaisons élémentaires (monomères, répétitives) ou simplement des liaisons. Contrairement à une molécule d'un composé de faible poids moléculaire, une macromolécule n'est pas la plus petite particule - le support des propriétés chimiques d'une substance, car lorsque la macromolécule est divisée en chaînes plus courtes, ces propriétés sont préservées.

Le nombre de maillons de la chaîne est appelé degré de polymérisation (noté n, P ou SP).

Lors de l'écriture de formules empiriques de polymères, en raison de leur poids moléculaire élevé (M), les unités terminales ne sont pas prises en compte, par exemple la formule empirique de la cellulose (, du caoutchouc (.

Chaque polymère est toujours constitué de macromolécules de différentes longueurs. Par conséquent, dans la chimie des substances macromoléculaires, le concept d'homologues de polymères a été introduit, ce qui signifie des composés de la même structure chimique qui diffèrent par leurs poids moléculaires. Tout composé polymère est un mélange d'homologues polymères - des composés avec un nombre différent de liaisons dans la macromolécule, c'est-à-dire avec des longueurs de chaîne différentes. Les homologues de polymères forment une série d'homologues de polymères, c'est-à-dire une série de composés dans lesquels chaque membre suivant diffère du précédent par un groupe d'atomes - un lien élémentaire.

Par conséquent, les polymères sont toujours caractérisés par un poids moléculaire moyen. Le poids moléculaire moyen est le produit du nombre moyen d'unités (SP moyen) par le poids moléculaire de l'unité. L'hétérogénéité du DIU en termes de poids moléculaire est appelée hétérogénéité moléculaire, polydispersité ou polymolécularité. Elle est déterminée par la méthode de fractionnement des DIU par poids moléculaire. Il convient de souligner que de nombreuses propriétés physiques et mécaniques du HMS - la capacité de gonfler et de se dissoudre, les propriétés des solutions - dépendent en grande partie non seulement du poids moléculaire moyen du HMS, mais également de leur polydispersité.

Les propriétés des DIU sont déterminées par la composition chimique, la structure moléculaire, le poids moléculaire moyen et l'hétérogénéité moléculaire, la forme des macromolécules, leur disposition mutuelle (structure physique), etc. En fonction de ces facteurs, les propriétés des lignes à grande vitesse peuvent varier dans une large mesure, mais certaines les propriétés générales commun à toutes les forces navales. Tous les DIU, en raison de leur poids moléculaire élevé, sont non volatils et ne peuvent pas être distillés. La plupart des HCM n'ont pas de point de contrôle spécifique et se ramollissent progressivement lorsqu'ils sont chauffés, tandis que certains HCM ne peuvent pas ramollir et se décomposer immédiatement lorsqu'ils sont chauffés. Par conséquent, des méthodes d'isolement et de purification de composés chimiques telles que la distillation et la recristallisation ne sont pas applicables aux polymères. Les DIU sont souvent très sensibles aux facteurs extérieurs et se désagrègent facilement sous l'action d'agents destructeurs.

La différence entre les polymères et les composés de faible poids moléculaire est particulièrement prononcée dans les propriétés mécaniques. Les propriétés mécaniques des polymères sont une combinaison des propriétés des solides et des liquides. Les polymères ont une résistance élevée et la capacité de déformations réversibles importantes.

L'une des propriétés importantes des DIU est leur solubilité. Mais contrairement aux composés de faible poids moléculaire, ils se dissolvent beaucoup plus lentement. La dissolution du stérilet est nécessairement précédée d'un gonflement. Certains polymères ne se dissolvent pas du tout dans les solvants.

les polymères présentent des propriétés particulières en solution (viscosité élevée, quelques anomalies thermodynamiques).

Les réactions de transformations chimiques des composés macromoléculaires ont également des traits caractéristiques. Ces composés réagissent beaucoup plus lentement avec divers réactifs et la plupart des réactions, en règle générale, ne se terminent pas. Dans certains cas, en plus de la réaction principale, il existe des réactions secondaires qui interfèrent avec le processus principal.

Selon le type de liens dans les chaînes, les polymères sont divisés en homopolymères et copolymères. Dans les homopolymères, les macromolécules sont constituées des mêmes unités élémentaires ; dans les hétéropolymères ou copolymères, elles sont constituées de deux ou plusieurs unités élémentaires différentes.

En fonction de la composition chimique et de la structure chimique des macromolécules, les DIU sont divisés en organoéléments organiques, inorganiques. Les polymères organiques sont en outre subdivisés en deux classes : les polymères à chaîne carbonée et à hétérochaîne. Les chaînes de polymères à chaînes carbonées sont construites uniquement à partir d'atomes de carbone, les chaînes de polymères à hétérochaînes sont construites à partir d'atomes de carbone et d'hétéroatomes (oxygène, azote, soufre). Les polymères carbochain sont subdivisés en fonction de la classification acceptée en chimie organique.

Selon la structure spatiale, tous les polymères sont divisés en linéaire, ramifié et spatial.

Figure 1.1 - Représentation schématique des molécules de polymères linéaires (a), ramifiés (b) et réticulés (c)

Dans les polymères linéaires, les macromolécules sont de longues chaînes (a). La longueur des macromolécules de tels polymères dépasse largement la dimension transversale. Les polymères linéaires peuvent être fondus et dissous dans des solvants appropriés. Certains polymères linéaires naturels sont fibreux (cellulose), d'autres sont très élastiques (caoutchouc).

Dans les polymères ramifiés (b), les macromolécules sont de longues chaînes avec des ramifications. La branche doit contenir une ou plusieurs unités monomères. Le nombre et la longueur des branches peuvent varier considérablement. Les polymères ramifiés fondent et se dissolvent généralement. Leurs propriétés dépendent cependant du degré de ramification. Les polymères hautement ramifiés sont des substances pulvérulentes (amidon).

Les polymères spatiaux sont appelés polymères construits à partir de longues chaînes reliées dans l'espace par des liaisons chimiques transversales ou des chaînes courtes pour former un réseau (c). De tels polymères sont également appelés réseau, réticulé, tridimensionnel. Les polymères spatiaux ne fondent ni ne se dissolvent.

Selon le type d'alternance des maillons de la chaîne, les polymères sont divisés en réguliers et irréguliers. Dans les polymères linéaires réguliers, l'alternance correcte des maillons de la chaîne est observée, dans les polymères irréguliers, l'ordre dans la chaîne est perturbé. Les polymères ramifiés présentent également des irrégularités dues aux différences dans le nombre et la longueur des chaînes latérales, ainsi qu'au lieu de leur attachement à la chaîne principale. De nombreuses propriétés des polymères ont une grande valeur pratique et déterminent leur large application pratique. Par origine, les stérilets sont divisés en trois types :

• 1. Naturel, isolé des métaux naturels. (Récemment, les polymères naturels à activité biologique - protéines, acides nucléiques, certains polysaccharides et polymères mixtes - ont été séparés en un groupe distinct de polymères biologiques, ou biopolymères.)
• 2. Artificiel, obtenu par modification chimique de polymères naturels.
• 3. Synthétique, synthétisé à partir de composés de faible poids moléculaire. Selon le mode de préparation, ils sont divisés en polymères de polymérisation et de polycondensation.

Dans un groupe séparé, il est d'usage d'isoler les polyacétals. Il s'agit notamment de divers polysaccharides (amidon, cellulose et ses dérivés, hémicelluloses...) et d'acides polyuroniques.

Par exemple, la cellulose est un polysaccharide dont les macromolécules sont constituées d'unités β-D-glucopyranose reliées par des unités glucosidiques 1-4.

Formule développée de la macromolécule de cellulose :

n est le degré de polymérisation égal à 6000-14000.

Particularités

Propriétés mécaniques particulières :

• élasticité - la capacité à des déformations réversibles élevées avec une charge relativement faible (caoutchoucs);
• faible fragilité des polymères vitreux et cristallins (plastiques, verre organique) ;
• la capacité des macromolécules à s'orienter sous l'action d'un champ mécanique dirigé (utilisé dans la fabrication de fibres et de films).

Caractéristiques des solutions polymères :

• haute viscosité en solution à faible concentration en polymère ;
• la dissolution du polymère passe par l'étape de gonflement.

Propriétés chimiques particulières :

• la capacité de modifier radicalement ses propriétés physiques et mécaniques sous l'action de petites quantités d'un réactif (vulcanisation du caoutchouc, tannage du cuir, etc.).

Les propriétés particulières des polymères s'expliquent non seulement par leur poids moléculaire élevé, mais aussi par le fait que les macromolécules ont une structure en chaîne et sont flexibles.

Classification

Selon la composition chimique, tous les polymères sont divisés en BIO, organoélément, inorganique.

• polymères organiques.
• polymères organoéléments. Ils contiennent des atomes inorganiques (Si, Ti, Al) associés à des radicaux organiques dans la chaîne principale des radicaux organiques. Ils n'existent pas dans la nature. Un représentant obtenu artificiellement est constitué de composés organosiliciés.

Il convient de noter que des combinaisons de différents groupes de polymères sont souvent utilisées dans les matériaux techniques. ce compositionnel matériaux (fibre de verre par exemple).

Selon la forme des macromolécules, les polymères sont divisés en réseaux de polymères linéaires, ramifiés (un cas particulier - en forme d'étoile), en ruban, plats, en forme de peigne, etc.

Les polymères sont classés en fonction de la polarité (affectant la solubilité dans différents liquides). La polarité des unités polymères est déterminée par la présence de dipôles dans leur composition - des molécules avec une distribution déconnectée de charges positives et négatives. Dans les liaisons non polaires, les moments dipolaires des liaisons des atomes sont mutuellement compensés. Les polymères dont les unités ont une polarité significative sont appelés hydrophile ou polaire. Polymères à unités non polaires - non polaire, hydrophobe. Les polymères contenant à la fois des unités polaires et non polaires sont appelés amphiphile. Les homopolymères, dont chaque lien contient à la fois des grands groupes polaires et non polaires, sont proposés pour être appelés homopolymères amphiphiles.

En ce qui concerne le chauffage, les polymères sont divisés en thermoplastique et thermodurcissable. thermoplastique les polymères (polyéthylène, polypropylène, polystyrène) se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés, fondent même et durcissent lorsqu'ils sont refroidis. Ce processus est réversible. thermodurcissable Lorsqu'ils sont chauffés, les polymères subissent une dégradation chimique irréversible sans fondre. Les molécules de polymères thermodurcissables ont une structure non linéaire obtenue par réticulation (par exemple, vulcanisation) de molécules de polymère en chaîne. Les propriétés élastiques des polymères thermodurcissables sont supérieures à celles des thermoplastiques, cependant, les polymères thermodurcissables ne coulent pratiquement pas, ce qui leur confère une contrainte de rupture plus faible.

Les polymères organiques naturels se forment dans les organismes végétaux et animaux. Les plus importants d'entre eux sont les polysaccharides, les protéines et les acides nucléiques, qui constituent en grande partie le corps des plantes et des animaux et qui assurent le fonctionnement même de la vie sur Terre. On pense que l'étape décisive dans l'émergence de la vie sur Terre a été la formation de molécules macromoléculaires plus complexes à partir de molécules organiques simples (voir Évolution chimique).

Les types

polymères synthétiques. Matériaux polymères artificiels

L'homme utilise depuis longtemps des matériaux polymères naturels dans sa vie. Ce sont le cuir, les fourrures, la laine, la soie, le coton, etc., utilisés pour la fabrication de vêtements, divers liants (ciment, chaux, argile), qui, après un traitement approprié, forment des corps polymériques tridimensionnels largement utilisés comme Matériaux de construction. Cependant, la production industrielle de polymères à chaîne a commencé au début du XXe siècle, bien que les conditions préalables à cela soient apparues plus tôt.

Presque immédiatement, la production industrielle de polymères s'est développée dans deux directions - en transformant des polymères organiques naturels en matériaux polymères artificiels et en obtenant des polymères synthétiques à partir de composés organiques de faible poids moléculaire.

Dans le premier cas, la production à grande échelle est basée sur la cellulose. Le premier matériau polymère à base de cellulose physiquement modifiée - le celluloïd - a été obtenu au début du XXe siècle. La production à grande échelle d'éthers et d'esters de cellulose a été organisée avant et après la Seconde Guerre mondiale et se poursuit à ce jour. Sur leur base, des films, des fibres, des peintures et des vernis et des épaississants sont produits. Il convient de noter que le développement du cinéma et de la photographie n'a été possible que grâce à l'apparition d'un film transparent de nitrocellulose.

La production de polymères synthétiques a commencé en 1906, lorsque L. Baekeland a breveté la résine dite de bakélite - un produit de la condensation du phénol et du formaldéhyde, qui se transforme en un polymère tridimensionnel lorsqu'il est chauffé. Il est utilisé depuis des décennies dans les boîtiers d'instruments électriques, les batteries, les téléviseurs, les prises, etc., et est maintenant plus couramment utilisé comme liant et adhésif.

Grâce aux efforts d'Henry Ford, avant la Première Guerre mondiale, le développement rapide de l'industrie automobile a commencé, d'abord basé sur le caoutchouc naturel, puis aussi synthétique. La production de ce dernier a été maîtrisée à la veille de la Seconde Guerre mondiale en Union soviétique, en Angleterre, en Allemagne et aux États-Unis. Dans les mêmes années, la production industrielle de polystyrène et de chlorure de polyvinyle, qui sont d'excellents matériaux électriquement isolants, était maîtrisée, ainsi que le polyméthacrylate de méthyle - sans verre organique appelé "plexiglas", la construction d'avions de masse pendant les années de guerre aurait été impossible.

Après la guerre, la production de fibres et de tissus en polyamide (kapron, nylon), commencée avant-guerre, reprend. Dans les années 50. 20ième siècle la fibre de polyester a été développée et la production de tissus à base de celle-ci appelés lavsan ou polyéthylène téréphtalate a été maîtrisée. Le polypropylène et le Nitron - laine artificielle à base de polyacrylonitrile - complètent la liste des fibres synthétiques qui l'homme moderne pour l'habillement et les activités industrielles. Dans le premier cas, ces fibres sont très souvent associées à des fibres cellulosiques ou protéiques naturelles (coton, laine, soie). Un événement historique dans le monde des polymères a été la découverte au milieu des années 50 du XXe siècle et le développement industriel rapide des catalyseurs Ziegler-Natta, qui ont conduit à l'émergence de matériaux polymères à base de polyoléfines et, surtout, de polypropylène et de faible -polyéthylène sous pression (avant cela, la production de polyéthylène à une pression d'environ 1000 atm.), ainsi que des polymères stéréoréguliers capables de cristalliser. Ensuite, les polyuréthanes ont été introduits dans la production de masse - les matériaux d'étanchéité, adhésifs et poreux les plus courants (caoutchouc mousse), ainsi que les polysiloxanes - polymères organo-éléments qui ont une résistance à la chaleur et une élasticité supérieures à celles des polymères organiques.

La liste est fermée par les polymères dits uniques synthétisés dans les années 60-70. 20ième siècle Ceux-ci comprennent les polyamides aromatiques, les polyimides, les polyesters, les polyesters cétones, etc.; un attribut indispensable de ces polymères est la présence de cycles aromatiques et (ou) de structures condensées aromatiques. Ils se caractérisent par une combinaison de valeurs exceptionnelles de résistance et de résistance à la chaleur.

Polymères réfractaires

De nombreux polymères, tels que les polyuréthanes, les polyesters et les résines époxy, sont sujets à l'inflammabilité, ce qui est souvent inacceptable lorsque application pratique. Pour éviter cela, divers additifs sont utilisés ou des polymères halogénés sont utilisés. Les polymères insaturés halogénés sont synthétisés en incorporant des monomères chlorés ou bromés, tels que l'acide hexachloroendométhylènetétrahydrophtalique (HCEMTFA), le dibromonéopentylglycol ou l'acide tétrabromophtalique, dans la condensation. Le principal inconvénient de ces polymères est que lorsqu'ils sont brûlés, ils sont capables de libérer des gaz qui provoquent la corrosion, ce qui peut avoir un effet néfaste sur l'électronique à proximité. Compte tenu des exigences élevées en matière de sécurité environnementale, Attention particulière est donnée aux composants sans halogène : composés phosphorés et hydroxydes métalliques.

L'action de l'hydroxyde d'aluminium est basée sur le fait que lors d'une exposition à haute température, de l'eau est libérée, ce qui empêche la combustion. Pour obtenir l'effet, il est nécessaire d'ajouter de grandes quantités d'hydroxyde d'aluminium : en poids 4 parties pour une partie de résines polyester insaturées.

Le pyrophosphate d'ammonium fonctionne selon un principe différent : il provoque une carbonisation qui, associée à une couche vitreuse de pyrophosphates, isole le plastique de l'oxygène, inhibant la propagation du feu.

Une nouvelle charge prometteuse est constituée d'aluminosilicates stratifiés, dont la production

Application

En raison de leurs précieuses propriétés, les polymères sont utilisés dans la construction mécanique, l'industrie textile, l'agriculture et la médecine, la construction automobile et navale, la construction aéronautique et dans la vie quotidienne (textiles et produits en cuir, vaisselle, colles et vernis, bijoux et autres articles). Sur la base de composés macromoléculaires, du caoutchouc, des fibres, des plastiques, des films et des revêtements de peinture sont produits. Tous les tissus des organismes vivants sont des composés macromoléculaires.

Science des polymères

La science des polymères a commencé à se développer en tant que domaine de connaissance indépendant au début de la Seconde Guerre mondiale et s'est formée dans son ensemble dans les années 50. XXe siècle, lorsque le rôle des polymères dans le développement du progrès technique et l'activité vitale des objets biologiques a été réalisé. Elle est étroitement liée à la physique, à la chimie physique, colloïdale et organique et peut être considérée comme l'un des fondements fondamentaux de la biologie moléculaire moderne, dont les objets d'étude sont les biopolymères.

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