Polimerik malzemeler: teknoloji, tipler, üretim ve uygulama

Polimerik malzemeler aynı yapının çok sayıda düşük molekül ağırlıklı monomerinden (bağlar) oluşan kimyasal makromoleküler bileşiklerdir. Polimerlerin üretimi için genellikle aşağıdaki monomerik bileşenler kullanılır: etilen, vinil klorür, viniliden klorür, vinil asetat, propilen, metil metakrilat, tetrafluoroetilen, stiren, üre, melamin, formaldehit, fenol. Bu yazıda, polimerik malzemelerin ne oldukları, kimyasal ve fiziksel özellikleri neler olduğu, sınıflandırılması ve türleri ayrıntılı olarak ele alacağız.

Polimer türleri

Bu maddenin moleküllerinin bir özelliği, aşağıdaki değere tekabül eden büyük bir molekül kütlesidir : M> 5 * 103. Bu parametrenin daha düşük bir seviyesine sahip bileşikler (M = 500-5000) genellikle oligomerler olarak adlandırılır. Düşük molekül ağırlıklı bileşiklerde kütle 500'den azdır. Aşağıdaki polimerik malzemeler türleri sentetik ve doğaldır. Bunlara doğal kauçuk, mika, yün, asbest, selüloz vb dahildir. Bununla birlikte, asıl yer, düşük molekül ağırlıklı bileşiklerden kimyasal sentez sürecinin bir sonucu olarak elde edilen sentetik polimerler tarafından işgal edilmektedir. Yüksek molekül ağırlıklı malzemelerin üretim yöntemine bağlı olarak polimerler, polikondensasyon veya ekleme reaksiyonu ile oluşturulmuş olanlardan ayırdedilir.

polimerizasyon

Bu işlem, uzun zincirler üretmek için yüksek molekül ağırlıklı düşük molekül ağırlıklı bileşenlerin bir kombinasyonudur. Polimerizasyon seviyesinin büyüklüğü belirli bir bileşimin molekülündeki "önlemler" sayısıdır. Çoğu zaman, polimerik malzemeler birimlerinden bin ila on bin içerir. Aşağıdaki yaygın olarak kullanılan bileşikler, polimerizasyon ile elde edilir: polietilen, polipropilen, polivinil klorür, politetrafluoroetilen, polistiren, polibütadien vb.

polikondansasyon

Bu işlem, metil alkol, karbondioksit, hidrojen klorid, amonyak, su ve benzerlerinin eşzamanlı olarak oluşması ile ya aynı tipteki çok sayıda monomeri ya da bir çift farklı grup (A ve B) polikondensörlere (makromoleküller) birleştirmekten oluşan adım adım bir reaksiyondur. Polikondensasyon, silikonlar, polisülfonlar, polikarbonatlar, aminoplastlar, fenolik, polyesterler, poliamidler ve diğer polimerik malzemeleri üretir.

poliadisyon

Bu işlem, sınırlayıcı reaksiyon havuzlarını doymamış grupların monomerlerine (aktif halkalar veya çift bağlar) içeren monomerik bileşenlerin çoklu eklenme reaksiyonlarının bir sonucu olarak polimerlerin oluşması anlamına gelir. Poli yoğunlaştırmadan farklı olarak, poli ekleme reaksiyonu, yan ürünlerin izolasyonu olmadan ilerlemektedir. Bu teknolojinin en önemli süreci epoksi reçinelerin sertleştirilmesi ve poliüretanların üretilmesidir.

Polimerlerin sınıflandırılması

Kompozisyonda, tüm polimer materyalleri inorganik, organik ve elementoorganik olarak ayrılır. Birincisi (silikat cam, mika, asbest, seramik vb.) Atomik karbon içermez. Temelleri alüminyum, magnezyum, silikon vb. Oksitlerdir. Organik polimerler en kapsamlı sınıfı oluştururlar, karbon, hidrojen, azot, kükürt, halojen ve oksijen atomları içerirler. Organoelemental polimer malzemeler, listelenen zincirlere ek olarak silikon, alüminyum, titanyum ve organik radikaller ile birleşebilen diğer elementleri içeren bileşiklerdir. Doğada bu kombinasyonlar ortaya çıkmaz. Bunlar sadece sentetik polimerlerdir. Bu grubun tipik temsilcileri, ana zinciri oksijen ve silikon atomlardan yapılmış bir silikon esaslı bileşiklerdir.

Teknolojide gerekli özelliklere sahip polimerler üretmek için genellikle "saf" maddeler kullanılmaz, ancak organik veya inorganik bileşenlerle kombinasyonları kullanılır. İyi bir örnek, polimerik yapı malzemeleridir: metal plastikler, plastikler, cam elyafı, polimer beton.

Polimerlerin yapısı

Bu malzemelerin özelliklerinin özelliği, yapılarına bağlıdır; bu yapılar, doğrusal dallı, doğrusal, büyük moleküler gruplu uzaysal ve çok spesifik geometrik yapılar ve ayrıca bir merdiven olarak sınıflandırılmıştır. Herkesden kısaca göz atalım.

Doğrusal dallanmış yapıya sahip polimerik malzemeler, ana molekül zincirlerinin yanı sıra lateral dallara sahiptir. Bu gibi polimerler polipropilen ve poliizobutilen içerir.

Doğrusal yapıya sahip malzemeler uzun zikzak benzeri veya spiral bükümlü zincirlere sahiptir. Makromoleküllerinin başlıca özelliği, zincirin bağlantı veya kimyasal birimin bir yapısal grubundaki yerlerin tekrarıdır. Doğrusal bir yapıya sahip olan polimerler, zincir boyunca ve aralarında bağların karakterinde belirgin bir fark olan çok uzun makromoleküllerin varlığı ile ayırt edilirler. Moleküller arası ve kimyasal bağlar vardır. Bu materyallerin makromolekülleri çok esnektir. Ve bu özellik, nitelikli yeni özelliklere yol açan polimer zincirlerinin temelidir: yüksek elastikiyet ve sertleştirilmiş halde kırılganlık yokluğu.

Ve şimdi, polimerik malzemelerin mekânsal bir yapıya sahip olduklarını öğreniyoruz. Makromoleküller bir araya geldiklerinde, bu maddeler çapraz yönde güçlü kimyasal bağlar oluştururlar. Sonuç olarak, ızgaranın heterojen veya uzaysal temelinin bulunduğu bir ağ yapısı elde edilir. Bu türdeki polimerler, doğrusal polimerlere kıyasla daha fazla ısı direncine ve sertliğe sahiptir. Bu malzemeler birçok metalik olmayan yapısal malzemenin temelini oluşturmaktadır.

Merdiven yapısına sahip polimerik malzemelerin molekülleri, bir kimyasal bağ ile bağlanmış bir çift zincirden oluşur. Bunlara organosilicon polimerleri dahildir, bunlar artan rijitlik, ısı direnci ve ayrıca organik çözücülerle etkileşime girmezler.

Polimerlerin faz kompozisyonu

Bu malzemeler amorf ve kristalin bölgelerden oluşan sistemlerdir. Bunlardan birincisi, sertliği azaltmaya yardımcı olur, polimerin elastik olmasını sağlar, bu da tersine çevrilebilir nitelikte büyük deformasyonlar yapabilir. Kristal faz, maddenin moleküler esnekliğini azaltırken mukavemet, sertlik, elastikiyet modülü ve diğer parametrelerin artmasına katkıda bulunur. Bu tür tüm bölgelerin hacminin toplam hacme oranı, maksimum seviyenin (% 80'e kadar) polipropilen, floroplast, yüksek yoğunluklu polietilen olduğu kristalleşme derecesi olarak adlandırılır. Düşük kristalleşme seviyesi polivinil klorürler, düşük yoğunluklu polietilenler tarafından sağlanır.

Polimer malzemelerin ısıtıldıklarında nasıl davrandıklarına bağlı olarak genellikle termoset ve termoplastik olarak ikiye ayrılırlar.

Termoset polimerler

Bu malzemeler öncelikle doğrusal bir yapıya sahiptir. Isıttıklarında yumuşarlar, ancak içindeki kimyasal reaksiyonların sonucu olarak yapı bir mekansal olarak değişir ve madde sağlam bir dönüşür. Gelecekte bu kalite korunur. Bu prensipte, polimerik kompozit malzemeler oluşturulmuştur. İzleyen ısıtma, maddeyi yumuşatmaz, sadece ayrışmasına neden olur. Bitmiş ısı ile sertleşen karışım çözülmez ve eriymez, bu nedenle geri dönüşüm kabul edilemez. Bu tür malzeme epoksi silikon, fenol-formaldehit ve diğer reçineleri içerir.

Termoplastik polimerler

Bu malzemeler ısıtıldığında önce yumuşatılır ve eritilir ve daha sonra soğutulduklarında katılaşırlar. Bu tür işleme tabi tutulan termoplastik polimerler kimyasal değişikliklere uğramazlar. Bu işlemin tamamen tersine çevrilmesini sağlar. Bu tipteki maddeler makromoleküllerin doğrusal dallı veya çizgisel bir yapıya sahip olup, bunların arasında küçük kuvvetler hareket eder ve hiçbir kimyasal bağ yoktur. Bunlara polietilenler, poliamidler, polistrenler vb. Dahildir. Termoplastik türden polimerik malzemelerin teknolojisi, su ile soğutulan formlarda enjeksiyon kalıplama, presleme, ekstrüzyon, üfleme ve diğer yöntemlerle üretimini sağlar.

Kimyasal özellikler

Polimerler aşağıdaki hallerde bulunabilir: katı, sıvı, amorf, kristalin faz, hem de oldukça elastik, yapışkan ve camsı deformasyon. Polimerik malzemelerin geniş bir uygulama alanı, yoğun asitler ve alkaliler gibi çeşitli agresif ortamlara karşı yüksek dayanımlarından ötürüdür. Elektrokimyasal korozyona maruz kalmazlar. Buna ek olarak, molekül ağırlığı arttıkça, maddenin organik çözücüler içindeki çözünürlüğü azalır. Ve mekansal bir yapıya sahip polimerler sözü geçen sıvılardan hiçbir şekilde etkilenmezler.

Fiziksel özellikler

Çoğu polimerik dielektrik olup, manyetik olmayan malzemelere aittir. Kullanılan tüm yapısal maddelerin sadece en az ısı iletkenliğine ve en yüksek ısı kapasitesine ve ayrıca termal büzülmeye (metalinkinden yaklaşık yirmi kat daha fazla) sahip olurlar. Düşük sıcaklık koşullarında çeşitli sızdırmazlık birimleri tarafından sızıntı kayıplarının nedeni, kauçuk cam geçişi olarak adlandırılan ve aynı zamanda vitrifiye bir durumda metallerin ve kauçukların genişleme katsayıları arasında keskin bir fark olmasıdır.

Mekanik özellikler

Polimerik malzemelerin yapılarına kuvvetle bağlı olan geniş bir mekanik özellikler vardır. Bu parametreye ek olarak, çeşitli dış faktörler, maddenin mekanik özellikleri üzerinde büyük bir etki yaratabilir. Bunlar arasında sıcaklık, frekans, süre veya yükleme hızı, stres hali türü, basınç, ortamın niteliği, ısıl işlem vb. Bulunur. Polimerik malzemelerin mekanik özelliklerinin belirli bir özelliği, metallere kıyasla çok düşük sertlikte nispeten yüksek mukavemet olmasıdır.

Polimerler genelde katıya ayrılır, elastikiyet modülü E = 1-10 GPa'ya (lifler, filmler, plastikler) karşılık gelir ve esnek elastomerik maddeler, elastikiyet modülü E = 1-10 MPa'dır (kauçuk). Her ikisinin de imha biçim ve mekanizması farklıdır.

Polimer materyalleri, özelliklerin belirgin anizotropi ile karakterize edilir, aynı zamanda mukavemetinde bir azalma, uzun süreli yükleme şartları altında sürünme gelişimi ile karakterizedir. Bununla birlikte yorulmaya karşı oldukça yüksek bir dirence sahiptirler. Metallerle karşılaştırıldığında, mekanik özelliklerin sıcaklığa daha belirgin şekilde bağımlılığı ile karakterizedirler. Polimerik malzemelerin ana özelliklerinden biri deformabilite (uyumluluk) 'dir. Bu geniş parametrede, ana işletme ve teknolojik özelliklerini geniş bir sıcaklık aralığında değerlendirmek yaygındır.

Döşeme için polimerik malzemeler

Şimdi, polimerlerin pratik kullanımına yönelik seçeneklerden birini düşünün ve bu materyallerin tümüne göz atın. Bu maddeler, özellikle döşeme, inşaat, onarım ve bitirme işlerinde geniş uygulama alanı bulmuştur. Büyük ilgi, incelenen maddelerin özellikleriyle açıklanmaktadır: aşınmaya, düşük ısı iletkenliğine, az su emme özelliğine, yeterince güçlü ve sert, yüksek boya ve vernik özelliklerine sahiptir. Polimerik malzemelerin üretimi, linolyumlar (rulolar), plaka ürünleri ve kesintisiz döşeme cihazları için karışımlar olmak üzere üç gruba ayrılabilir. Şimdi bunların her birini kısaca inceleyelim.

Linolyum farklı dolgu maddeleri ve polimerler esas alınarak yapılır. Ayrıca plastikleştiriciler, işleme yardımcıları ve pigmentler de içerebilirler. Polimer malzemenin türüne bağlı olarak, polyester (gliptal), polivinil klorür, kauçuk, kolloxylin ve diğer kaplamalar bulunmaktadır. Buna ek olarak, yapıda, non-basic ve sesli, ısı yalıtımlı taban, tek katmanlı ve çok tabakalı, pürüzsüz, lifli ve oluklu bir yüzey ile tekli ve çok renkli olarak ayrılmıştır.

Polimer bileşenler temelinde yapılan fayans malzemeleri çok düşük aşınma, kimyasal direnç ve dayanıklılık özelliğine sahiptir. Hammadde türüne bağlı olarak, bu tür polimer ürünleri kumaronopolivinil klorid, kumaron, polivinilklorür, kauçuk, fenolit, bitümlü fayanslar ve sunta ve ahşap fiber levhalar olarak ayrılır .

Kesintisiz zeminler için malzeme, çalışırken en kullanışlı ve hijyeniktir, yüksek mukavemete sahiptirler. Bu karışımlar genellikle polimer çimento, polimer beton ve polivinil asetat olarak ikiye ayrılır.