Et mõista, mis on termoplastilised polümeerid, aitab polümeeride struktuur. Polümeeri molekuli struktuuri eripäraks on ühendis polümeriseerunud monomeeride korratavus. Lühidalt võib polümeeri struktuuri kujutada valemiga: 2 metüleenrühma lühiealist radikaali polümeriseeritakse, luues tugeva etüleenmonomeeri (CH2 = CH2). Mitmed identsed monomeerid on samuti võimelised looma tugeva sideme, kuid mitte topelt.
Polümerisatsioonis saab osaleda n monomeeri (nende arv varieerub 1-st üle 1000-ni), siis kuvatakse saadud elemendi valem järgmiselt: (CH2-CH2) n on kõige lihtsama polümeeri – polüetüleeni valem. Kui polümeeri struktuuris osaleb üht tüüpi monomeer, on see homopolümeer, kui on kaasatud kaks või enam tüüpi, siis kopolümeer.
Polümeerid: omadused ja klassifikatsioon
Kõige tavalisem polümeeride klassifikatsioon nende koostise järgi:
- suure molekulmassiga orgaaniline;
- organoelement;
- anorgaaniline suure molekulmassiga.
Polümeeride klassifikatsioon päritolu järgi:
- looduslik päritolu, looduslike polümeeride looduslikus keskkonnas (sel kujul on põhilised valgupolümeerid, kus monomeeriks on aminohape, polüsahhariidid);
- kunstlik päritolu makromolekulaarsetes ainetes – muudetud keemiliselt modifitseeritud looduslikud ained (nii tehakse tselluloosist plastikut);
- mis saadakse sünteetiliselt, kasutades erineva struktuuri ja pikkusega polümerisatsiooni või polükondensatsiooni. Polümeeri omadused ja kasutusala sõltuvad ahela pikkusest .
Monomeerid võivad ruumis paikneda erineval viisil, sellest ka struktuuride erinevused. Ta võib olla:
- lineaarne;
- trepp;
- ruumiline.
Vaadake videot selle kohta, mis on polümeerid.
Lineaarne struktuur võib olla sirge ahel, mis ulatub siksakiliselt või spiraalselt. Keti lõigud korratakse ja on kindlalt ühendatud sama keti sarnaste osade vahel.
Esimese struktuuri iseloomulik tunnus on paindlikkus. Siit tuleneb ka toodete omapära – kõrge elastsus ja konstruktsiooni madal muutlikkus madalatel temperatuuridel, külma käes puudub haprus, rabedus. (Näiteks polüetüleen).
Teine struktuur hõlmab kahte ahelat, mis on üksteisega keemiliselt seotud. Seda tüüpi polümeeride omadused: jäikus, vastupidavus kõrgetele temperatuuridele ja lahustumatus orgaanilistes lahustites.
Ruumiline ühend moodustub mitte väikestest monomeeridest, vaid tervetest molekulidest risti. Väliselt sarnaneb see struktuur erineva suurusega lahtritega võre. Sellega seoses on jäikus ja kuumakindlus palju kõrgemad kui lineaarsel struktuuril.
Polümeerid ja nende omadused
Kuumutamisel käituvad erinevad ained erinevalt. Mõnel on termoreaktsioon. Esialgne lineaarne struktuur muudab kõrge temperatuuri mõjul struktuuri ruumiliseks, muutudes tahkeks aineks, säilitades edaspidi suure kõvaduse. Saadud ühendit ei saa sulatada ega lahustada. Saadud vuugid ei allu uuesti kuumutamisele. Nende näideteks on erinevad vaigud, epoksü, fenoolformaldehüüd jne.
Erinevalt termoreaktiivsetest ühenditest saab termoplastseid ühendeid mitu korda kuumutada. Iga kord, kui nad jahutamisel sulavad, tahkuvad need uuesti. Selle põhjuseks on nende algne struktuur. Lineaarset ühendust ei koorma tugevad keemilised sidemed. Kuumutamine hävitab olemasolevad nõrgad sidemed ja jahutamisel taastatakse need endisel või muudetud kujul.
Termoplastiliste omadustega aine (näiteks polüetüleen, polüamiid, polüstüreen jne) muutub kuumutamisel amorfseks ja temperatuuri tõstmisel isegi vedelaks. Seda omadust kasutatakse sageli survevalu, ekstrusiooni, ekstrusiooni, puhumise jaoks, mitme osa keevitamise teel sulatamiseks.
Termoplastilised polümeerid
Praktikas rakendatakse väga tõhusalt võimalust muutuda igal ajal vedelaks või pehmeks. Kuid selleks, et protsess kulgeks raskusteta, on vaja mõista aine termilise lagunemise temperatuuri. Erinevate polümeeride puhul on see erinev, see sõltub otseselt aine molekuli struktuurist.
Pehmendamisprotsessi tõhustamiseks kasutatakse tehnoloogiaid, mis vähendavad aine madalat viskoossust või tõstavad redutseerimistemperatuuri, viies protsessi läbi inertgaasiga ruumides.
Termoplast on võimeline lahustis paisuma ja purunema. Põhjus on sama – selle molekuli lineaarne struktuur ja suur suurus. Kui lahusti aurustub, võtab termoplasti molekulaarstruktuur oma esialgse kuju. Seda omadust kasutatakse liimi, mastiksi sideaine, polümeeripõhiste värvainete valmistamisel.
Termoplastiliste omadustega polümeeride negatiivsed omadused:
- madal kuumakindlus;
- suurenenud rabedus madalatel temperatuuridel;
- suurenenud voolavus kõrgel temperatuuril;
- omaduste kadumine ultraviolettkiirgusega kokkupuutel;
- õhu oksüdatsioon;
- vähendatud pinna kõvadus.
Termoplastiliste omaduste kasutusnäited
Kõige populaarsemad termoplastid ehitusplatsidel ja kodukasutuses on polüetüleenid, polüpropüleenid ja polüstüreenid.
Polüetüleeni teke on võimalik etüleeni polümerisatsiooni käigus. Rõhu kõrgel tasemel hoidmisega töödeldakse naftagaasi väga kõrgel temperatuuril või ekstraheeritud naftaprodukt hüdrolüüsitakse. Protsessi jaoks on oluline säilitada optimaalne Celsiuse temperatuur, lisada protsessi soodustavat ainet ja hapnikku.
Polüetüleeni negatiivsed omadused:
Igapäevaelus kasutatavad tooted – torud, kiled, elektri-, heli-, soojusisolatsioon jne, muud polümeerid ja plastid.
Polüpropüleen saadakse gaasi polümerisatsioonil lahusti abil. Kõvam ja tugevam kui polüetüleen, kuid muutub rabedaks juba -20. Kasutatakse bituumeni, kummina. Ja polüstüreeni saadakse stüreenist ja seda kasutatakse soojusisolatsioonikihina, katteplaatide ja väikeste liitmike loomiseks. Variantides lahustitega võib saada ka liime.