Стабилизаторы и антиоксиданты. Их виды и практическое использование. Приведите примеры

Стабилизация полимеров(ингибирование) – совокупность методов, применяемых для сохранения комплекса свойств полимеров и полимерных материалов в условиях их переработки, хранения и эксплуатации. Основной способ стабил. полим. – введение стабилизаторов – спец. в-в, к-рые снижают скорости хим. процессов, приводящих к старению полимеров. Применение стабилизаторов замедляет старение полимеров в несколько раз.

Без применения стабилизаторов нельзя перерабатывать в изделия такие полимеры, как полипропилен, полиформальдегид, многие синтетические каучуки.

Стабилизаторы полимеров: антиоксиданты, или антиокислители (напр., ароматические амины, фенолы) и антиозонанты (напр., производные фенилендиамина, воски), предохраняющие полимеры соответственно от действия атмосферного кислорода и озона; светостабилизаторы (напр., сажа, производные бензофенона), замедляющие старение полимеров при действии на них ультрафиолетового света; антирады (ароматические углеводороды или амины), защищающие полимеры от разрушения под влиянием высокоэнергетических излучений.

Антиоксиданты применяют для замедления окислительной деструкции полимеров. В качестве антиоксидантов используют фенолы, ароматические амины, сульфиды, меркаптаны и др. В зависимости от мех-ма ингибирования цепного процесса окисления антиок. делят на 2 гр:

24. Отдельные представители ВМС. Эластомеры (каучуки), волокнообразующие и плёнкообразующие полимеры, пластомеры (пластики), заливочные компаунды. Приведите примеры.

Полимеры или ВМС – это сложные вещества с большими молекулярными массами, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа регулярно или нерегулярно повторяющихся структурных единиц (звеньев) одного или нескольких типов.

Эластомеры – природные или синтетические ВМС с высокоэластичными свойствами. Важнейшими представителями природных эластомеров являются каучук и гуттаперча. Макромолекулы эластомеров – скрученные в клубки цепи, которые могут вытягиваться под действием внешней силы, а после ее снятия снова скручиваются.

Натуральный каучук и гуттаперча.

Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (С Н)n – где n от 1000 до 3000). Он является полимером изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом тропических (браз. дерево гевея). Его получают из их сока.

Другой природный продукт – гуттаперча. Она также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Сырой каучук липок, непрочен, при небольшом понижении температуры становится хрупким. Чтобы придать изготовленным из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, каучук подвергают вулканизации – вводят серу и нагревают. Вулканизированный каучук – это резина.

Волокна – ВМС природного или синтетического происхождения, перерабатываемые в нити. Характеризуются высокой упорядоченностью молекул (линейные полимеры).

Природные волокна бывают 2 типов:

1. животного происхождения – белковые. Их получают из животных (шерсть, шелк).

2. растительного происхождения – целлюлозные. Из растительности (хлопок, лен).

Химические полимеры – это ВМС, которые получают или путем переработки природных ВМС (искусственные), или путем синтеза из низкомолекулярных веществ (синтетические).

Химические ВМС делят на: пластмассы, эластомеры, волокна.

Пластмассы.

Пластическим массами называют материалы на основе природных и синтетических ВМС (часто в состав пластмасс входят и другие компоненты), способные под воздействием высокой температуры и давления принимать любую заданную форму и сохранять ее после охлаждения (пластичность). Если полимер переходит из высокоэластичного состояние в стеклообразное при температуре ниже комнатной, его относят к эластомерам, при более высоких – к пластикам.

Термопластичные – пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются.

Свойства:

1. Их структура – линейная.

2. У них отсутствуют прочные связи между отдельными цепями.

3. Легко плавятся, используются для переплавки.

Термореактивные – пластмассы, которые при нагревании утрачивают способность переходить в вязкотекучее состояние из-за образования сетчатой структуры.

Свойства:

1. Сетчатая структура.

2. Существуют прочные связи между отдельными цепями.

3. С трудом плавятся, не подвергаются переплавке.

Синтетические эластомеры.

Получают каучук из бурана, попутного нефтяного газа. Сейчас химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный. Кроме полибутадиенового каучука, широко применяются сополимерные каучуки – продукты совместной полимеризации бутадиена с другими непредельными соединениями, например со стиролом или с акрилонитрилом.

Эластомеры образуют материалы, называемые каучуками и резиной («сшитый» каучук). Круг полимеров, относимых к эластомерам, достаточно узок. К крупнотоннажным относятся полимеры диеновых мономеров (изопрен, бутадиен), полисилоксаны. В меньшем количестве производятся акриловые (сополимер бутилакрилата с акрилонитрилом) и полисульфидные каучуки, содержащие атомы серы в основной цепи. Типичными эластомерами являются такие неорганические полимеры, как линейная сера [-S-]n и полифосфонитрилхлорид [-PCl2=N-]n.

Волокна.

Виды хим. волокон:

1. искусственные – продукты переработки природных полимеров (вискозное, ацетатное, медноаммиачное).

2. синтетические – полимеры, образуемые из низкомолекулярных веществ (полиэфиры, полиамиды).

Искусственные волокна.

Производство искусственного волокна из целлюлозы осуществляется 3 способами:

1. Вискозное. Целлюлозу обрабатывают едким натром, а затем сероуглеродом. Образующуюся оранжевую массу растворяют в слабом растворе едкого натра, получая вискозу. Ее продавливают через специальные колпачки – фильеры в осадительную ванну с раствором серной кислоты. Образуются блестящие нити, несколько измененной по составу целлюлозы – вискозное волокно.

2. Ацетатное. Раствор ацетата целлюлозы в ацетоне продавливается через фильеры навстречу теплому воздуху. Струйки раствора превращаются в тончайшие нити – ацетатное волокно.

3. Медноаммиачное. Из аммиачного раствора оксида меди, в котором растворена целлюлоза, под действием кислот вновь выделяют целлюлозу. Нити и составляют волокно.

Синтетические волокна.

Синтетические волокна получают из полиэфирных и полиамидных смол.

Капрон – поликонденсат аминокапроновой кислоты, содержащий цепь из 6 атомов углерода.

Энант – поликонденсат аминоэтановой кислоты (7 атомов углерода).

Анид (найлон) – поликонденсат двухосновной адипиновой кислоты и гексаметилдиоамна.

ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ВИНИЛОВЫЕ ПОЛИМЕРЫ

Семейство виниловых полимеров получают полимеризацией некоторых замещенных этиленов. Замещенным является только один из атомов водорода на другой атом или группу атомов, таких как ацетатная группа в случае винилацетата. Ацетатная группа служит, своего рода внутренним пластификатором. Замещение приводит в целом к повышению физико-механических свойств полимеров.

В широком смысле термин “виниловые полимеры” включает такие в себя и такие материалы, как полистирол. Но чаще термин применяют к поливинилхлориду, его сополимерам с винилацетатом, сополимерам винилденхлорида и винилхлорида, поливиниловому спирту. Поливинилацетат.

1. ПОЛИВИНИЛХЛОРИД

Является продуктом полимеризации винилхлорида. В пром.используется суспензионный метод. Винилхлорид смешивают с водой, в которую добавляют эмульгатор, например метилцеллюлозу, желатин или поливиниловый спирт. Вода обеспечивает рассеяние тепла, образующегося в ходе полимеризации. Реакция инициируется катализатором, который растворяется в винилхлориде, но не растворяется в воде. В качестве катализаторов могут быть использованы пероксиды бензола или лаурила. Смесь интенсивно перемешивают, чтобы добиться каплеобразной суспензии. Полимеризация длится от шести часов до суток. Образовавшийся полимер оседает в воде в виде шлама. Затем смесь подают в десорбирующий сборник для удаления непрореагировавшего винилхлорида, фильтруют и сушат в непрерывно вращающейся сушилке.

В настоящее время все чаще применяют блочную полимеризацию в массе. Данный метод позволяет получить полимер наиболее подходящий для производства высокопрозрачных и слабоокрашенных пленок.

Непластифицированные пленки получают с введением стабилизатора. Эффективные стабилизаторы позволяют получить прозрачные и блестящие пленки. Пленка получается жесткой и имеет высокую прочность при растяжении. Паропроницаемость у ПВХ выше, чем у полиолефинов, а газопроницаемость ниже. Поэтому ПВХ пленки служат хорошей защитой от окисления масел и жиров. Пленки из непластифицированного ПВХ имеют превосходную стойкость к маслам, жирам, кислотам и щелочам. Однако она набухает в хлорированных углеводородах и кетонах. Также пленки имеют небольшую склонность к слипанию.

2. ПОЛИВИНИЛДЕНХЛОРИД

Поливинилденхлорид (ПВДХ) является продуктом сополимеризации винилхлорида и винилденхлорида. ПВДХ пленка может быть получена методом экструзии с раздувом рукава или плоскощелевой экструзией с поливом на охлаждаемый барабан. При получении ориентированных пленок предпочтительнее использовать первый метод.

Минимальная кристалличность обеспечивает хорошую растяжимость ПВДХ пленок.

3. СОПОЛИМЕРЫ ВИНИЛХЛОРИДА С ВИНИЛАЦЕТАТОМ

В этой группе сополимеров ацетатная группа крупнее, чем атом хлора. Поэтому она предотвращает близкий контакт между цепями полимера и служит, своего рода, внутренним пластификатором.

Данный материал чаще используют для производства листов, нежели пленок. Особо важная область его применения – производство грампластинок.

4. ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТ

ПВА не используют как пленочный материал, однако, его применяют в качестве клея при производстве комбинированных пленок.

Компаунд — термоактивная, термопластическая полимерная смола (отверждаемая в естественных условиях) и эластомерные материалы с наполнителями и (или) добавками или без них после затвердевания. Используется в качестве электроизоляционного материала и как средство взрывозащиты, для устранения резонансных колебаний электронных блоков, однако при этом резко ухудшаются тепловые режимы, ремонтопригодность.

В состав компаундных полимеров в зависимости от назначения вводят пластификаторы, наполнители, отвердители, инициаторы полимеризации, пигменты.

По назначению различают пропиточные и заливочные компаунды.

Пропиточные компаунды используют для пропитки обмоток трансформаторов, дросселей, электрических машин, различных изделий радиотехнической и электронной аппаратуры.

Заливочные компаунды используют для заполнения сравнительно больших полостей, промежутков между различными деталями, для защиты изоляции от увлажнения, для увеличения пробивного напряжения, для улучшения теплоотвода, повышения механической прочности и т.д. Основное преимущество литой изоляции — возможность получения изделий в виде малогабаритных монолитных блоков любой конфигурации.

По свойствам компаунды подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные компаунды (термокомпаунды) изготавливаются на основе термопластичных материалов, масел, канифоли, церезина и др.). Они представляют собой твердые или воскообразные массы, и их переводят в жидкое состояние чаще всего путем разогрева до достаточно высокой температуры. Дальнейшее затвердевание происходит при охлаждении расплавленного компаунда.

Термореактивные компаунды необратимо отвердевают в результате происходящих в жидком состоянии химических реакций. Они, как правило, обладают более высокой нагревостойкостью по сравнению с термопластичными компаундами. Но в случае заливки термореактивными компаундами возможность ремонта детали или прибора практически исключена. К числу термореактивных относятся компаунды на основе полиэфирных, кремнийорганических и эпоксидных смол.