Перчатки резиновые или из полимерных материалов фото: черные и синие модели из полимерного материала, утепленные длинные латексные перчатки и другие варианты

Полимер , любой из класса природных или синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, называемых макромолекулами, которые являются множествами более простых химических единиц, называемых мономерами. Полимеры составляют многие материалы в живых организмах, включая, например, белки, целлюлозу и нуклеиновые кислоты. Кроме того, они составляют основу таких минералов, как алмаз, кварц и полевой шпат, а также таких искусственных материалов, как бетон, стекло, бумага, пластик и каучуки.

Подробнее на эту тему

жизнь: производство полимеров

Образование полимеров, длинноцепочечных молекул, состоящих из повторяющихся звеньев мономеров (основные строительные блоки, упомянутые выше), является…

Слово полимер обозначает неопределенное количество мономерных звеньев. Когда количество мономеров очень велико, соединение иногда называют высокополимерным. Полимеры не ограничиваются мономерами одинакового химического состава или молекулярной массы и структуры. Некоторые природные полимеры состоят из одного вида мономера. Однако большинство природных и синтетических полимеров состоят из двух или более разных типов мономеров; такие полимеры известны как сополимеры.

Органические полимеры играют важную роль в жизни людей, обеспечивая базовые конструкционные материалы и участвуя в жизненно важных процессах. Например, твердые части всех растений состоят из полимеров. К ним относятся целлюлоза, лигнин и различные смолы. Целлюлоза – это полисахарид, полимер, состоящий из молекул сахара. Лигнин состоит из сложной трехмерной сети полимеров. Древесные смолы представляют собой полимеры простого углеводорода, изопрена. Другим знакомым изопреновым полимером является каучук.

Другие важные природные полимеры включают белки, которые представляют собой полимеры аминокислот, и нуклеиновые кислоты, которые представляют собой полимеры нуклеотидов – сложные молекулы, состоящие из азотсодержащих оснований, сахаров и фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты несут генетическую информацию в клетке. Крахмалы, важные источники пищевой энергии, получаемой из растений, представляют собой природные полимеры, состоящие из глюкозы.

Многие неорганические полимеры также встречаются в природе, в том числе алмаз и графит. Оба состоят из углерода. В алмазе атомы углерода связаны в трехмерную сеть, которая придает материалу твердость.В графите, используемом в качестве смазки и в карандашных «отведениях», атомы углерода связываются в плоскостях, которые могут скользить друг через друга.

Синтетические полимеры производятся в различных типах реакций. Многие простые углеводороды, такие как этилен и пропилен, могут быть превращены в полимеры путем добавления одного мономера за другим к растущей цепи. Полиэтилен, состоящий из повторяющихся этиленовых мономеров, является аддитивным полимером. Он может иметь до 10000 мономеров, соединенных в длинные спиральные цепи. Полиэтилен является кристаллическим, полупрозрачным и термопластичным, т.е.смягчается при нагревании. Он используется для покрытий, упаковки, формованных деталей, а также для изготовления бутылок и контейнеров. Полипропилен также кристаллический и термопластичный, но тверже полиэтилена. Его молекулы могут состоять из от 50000 до 200000 мономеров. Это соединение используется в текстильной промышленности и для изготовления формованных предметов.

Другие аддитивные полимеры включают полибутадиен, полиизопрен и полихлоропрен, которые важны при производстве синтетических каучуков.Некоторые полимеры, такие как полистирол, при комнатной температуре являются стеклообразными и прозрачными, а также термопластичными. Полистирол может быть окрашен в любой оттенок и используется при изготовлении игрушек и других пластиковых предметов.

Если один атом водорода в этилене заменен атомом хлора, образуется винилхлорид. Это полимеризуется в поливинилхлорид (ПВХ), бесцветный, твердый, жесткий, термопластичный материал, который может быть изготовлен во многих формах, включая пены, пленки и волокна.Винилацетат, получаемый по реакции этилена и уксусной кислоты, полимеризуется до аморфных, мягких смол, используемых в качестве покрытий и адгезивов. Он сополимеризуется с винилхлоридом с образованием большого семейства термопластичных материалов.

Многие важные полимеры содержат атомы кислорода или азота, а также атомы углерода в основной цепи. К таким макромолекулярным материалам с атомами кислорода относятся полиацетали. Самый простой полиацеталь – это полиформальдегид.Он имеет высокую температуру плавления и является кристаллическим и устойчивым к истиранию и действию растворителей. Ацетальные смолы больше похожи на металл, чем любые другие пластмассы, и используются при изготовлении деталей машин, таких как шестерни и подшипники.

Линейный полимер, характеризующийся повторением сложноэфирных групп вдоль основной цепи, называется полиэфиром. Полиэфиры с открытой цепью представляют собой бесцветные, кристаллические, термопластичные материалы. Те, которые имеют высокий молекулярный вес (от 10000 до 15000 молекул), используются в производстве пленок, формованных изделий и волокон, таких как дакрон.

Полиамиды включают встречающиеся в природе белки казеин, содержащиеся в молоке, и зеин, содержащиеся в кукурузе (кукурузе), из которых изготавливаются пластмассы, волокна, клеи и покрытия. В число синтетических полиамидов входят карбамидоформальдегидные смолы, которые являются термореактивными. Они используются для изготовления формованных предметов, а также в качестве клеев и покрытий для текстиля и бумаги. Также важны полиамидные смолы, известные как нейлон. Они прочны, устойчивы к нагреванию и истиранию, негорючи и нетоксичны, их можно покрасить.Их самое известное использование – в качестве текстильных волокон, но у них есть много других применений.

Другое важное семейство синтетических органических полимеров состоит из линейных повторений уретановой группы. Полиуретаны используются в производстве эластомерных волокон, известных как спандекс, и в производстве основ для покрытий и мягких и жестких пен.

Другим классом полимеров являются смешанные органико-неорганические соединения.Наиболее важными представителями этого семейства полимеров являются силиконы. Их основа состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода с органическими группами, присоединенными к каждому из атомов кремния. Силиконы с низким молекулярным весом представляют собой масла и смазки. Виды с более высокой молекулярной массой являются универсальными эластичными материалами, которые остаются мягкими и эластичными при очень низких температурах. Они также относительно стабильны при высоких температурах.

Фторуглеродсодержащие полимеры, известные как фторполимеры, состоят из углерод-фторных связей, которые очень стабильны и делают соединение устойчивым к растворителям. Природа связи углерод-фтор дополнительно придает антипригарное качество фторполимерам; это наиболее широко проявляется в тефлоне из политетрафторэтилена (PFTE).

Основы: определение полимера и свойства

Если вам нужна основная информация о пластиковых материалах, это место, где ее можно найти. Здесь вы узнаете определение и свойства полимеров, другое название для пластмасс.

Самое простое определение полимера – это полезный химикат, состоящий из множества повторяющихся звеньев. Полимер может быть трехмерной сетью (представьте себе, что повторяющиеся звенья связаны друг с другом слева и справа, спереди и сзади, вверх и вниз) или двумерной сетью (представьте себе повторяющиеся звенья, связанные вместе слева, справа, вверх и вниз в лист) или одномерную сеть (подумайте о повторяющихся единицах, связанных слева и справа в цепочке).Каждая повторяющаяся единица представляет собой «-мер» или базовую единицу, причем «полимер» означает много повторяющихся единиц. Повторяющиеся единицы часто состоят из углерода и водорода, а иногда из кислорода, азота, серы, хлора, фтора, фосфора и кремния. Чтобы создать цепь, многие звенья или «-меры» химически связаны или полимеризуются вместе. Соединение бесчисленных полос строительной бумаги вместе, чтобы сделать бумажные гирлянды или соединение сотен скрепок для формирования цепочек, или нанизывание шариков помогает визуализировать полимеры.Полимеры встречаются в природе и могут быть сделаны для удовлетворения конкретных потребностей. Изготовленные полимеры могут быть трехмерными сетками, которые не плавятся после образования. Такие сети называются THERMOSET полимерами. Эпоксидные смолы, используемые в двухкомпонентных клеях, представляют собой термореактивные пластики. Изготовленные полимеры также могут быть одномерными цепями, которые можно расплавить. Эти цепи являются термопластичными полимерами и также называются линейными полимерами. Пластиковые бутылки, пленки, чашки и волокна – это термопластичные пластмассы.

Полимеров много в природе.Основными природными полимерами являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), которые определяют жизнь. Паучий шелк, волосы и рог – это белковые полимеры. Крахмал может быть полимером, как целлюлоза в древесине. Латекс и целлюлоза из каучукового дерева использовались в качестве сырья для производства полимерной резины и пластмасс. Первым синтетическим пластиком был бакелит, созданный в 1909 году для корпуса телефона и электрических компонентов. Первым изготовленным полимерным волокном был Rayon, из целлюлозы, в 1910 году.Нейлон был изобретен в 1935 году при производстве синтетического шелка паука.

Структура полимеров

Многие распространенные классы полимеров состоят из углеводородов, соединений углерода и водорода. Эти полимеры специально изготовлены из атомов углерода, связанных друг с другом в длинные цепи, которые называются главной цепью полимера. Из-за природы углерода один или несколько других атомов могут быть присоединены к каждому атому углерода в основной цепи.Есть полимеры, которые содержат только атомы углерода и водорода. Примеры полиэтилена, полипропилена, полибутилена, полистирола и полиметилпентена. Поливинилхлорид (ПВХ) имеет хлор, присоединенный к полностью углеродной цепи. Тефлон имеет фтор, присоединенный к полностью углеродистой магистрали.

Другие распространенные производимые полимеры имеют основные цепи, которые включают элементы, отличные от углерода. Нейлоны содержат атомы азота в повторяющейся цепочке. Полиэфиры и поликарбонаты содержат кислород в основной цепи.Существуют также некоторые полимеры, которые вместо углеродной основной цепи имеют кремниевую или фосфорную главную цепь. Они считаются неорганическими полимерами. Одним из наиболее известных полимеров на основе кремния является Silly Putty ^® .

Молекулярное расположение полимеров

Подумайте, как лапша спагетти выглядит на тарелке. Они похожи на то, как могут быть расположены линейные полимеры, если они не имеют определенного порядка или являются аморфными. Управление процессом полимеризации и закалка расплавленных полимеров может привести к аморфной организации.Аморфное расположение молекул не имеет дальнего порядка или формы, в которой располагаются полимерные цепи. Аморфные полимеры обычно прозрачны. Это важная характеристика для многих применений, таких как пищевая упаковка, пластиковые окна, линзы фар и контактные линзы.

Очевидно, что не все полимеры являются прозрачными. Полимерные цепи в объектах, которые являются полупрозрачными и непрозрачными, могут иметь кристаллическое расположение. По определению, кристаллическое расположение имеет атомы, ионы или, в этом случае, молекулы, расположенные в различных структурах.Вы обычно думаете о кристаллических структурах в поваренной соли и драгоценных камнях, но они могут произойти в пластмассах. Подобно тому, как закалка может привести к образованию аморфных структур, обработка может контролировать степень кристалличности тех полимеров, которые способны кристаллизоваться. Некоторые полимеры предназначены для того, чтобы никогда не кристаллизоваться. Другие предназначены для кристаллизации. Как правило, чем выше степень кристалличности, тем меньше света может проходить через полимер. Следовательно, степень прозрачности или непрозрачности полимера может напрямую зависеть от его кристалличности.Кристалличность создает преимущества в прочности, жесткости, химической стойкости и стабильности.

Ученые и инженеры всегда производят более полезные материалы, манипулируя молекулярной структурой, которая влияет на конечный полученный полимер. Производители и переработчики вводят различные наполнители, армирующие добавки и добавки в базовые полимеры, расширяя возможности продукта.

Характеристики полимеров

Большинство производимых полимеров являются термопластичными, что означает, что после образования полимера его можно нагревать и подвергать реформированию снова и снова.Это свойство позволяет легко обрабатывать и облегчает переработку. Другая группа, термореактивные, не может быть переплавлена. Как только эти полимеры сформированы, повторный нагрев приведет к тому, что материал в конечном итоге разлагается, но не плавится.

Каждый полимер имеет очень четкие характеристики, но большинство полимеров имеют следующие общие характеристики.

1. Полимеры могут быть очень устойчивы к химическим веществам. Рассмотрите все чистящие жидкости в вашем доме, которые упакованы в пластик. Чтение предупреждающих надписей, описывающих, что происходит, когда химическое вещество соприкасается с кожей или глазами или попадает в организм, подчеркнет необходимость химической стойкости в пластиковой упаковке. В то время как растворители легко растворяют некоторые пластмассы, другие пластмассы обеспечивают безопасные, не ломающиеся упаковки для агрессивных растворителей.

2. Полимеры могут быть как тепловыми, так и электрическими изоляторами. Прогулка по вашему дому укрепит эту концепцию, поскольку вы рассматриваете все приборы, шнуры, электрические розетки и проводку, которые сделаны или покрыты полимерными материалами. Термическая стойкость проявляется на кухне с ручками для кастрюли и сковороды из полимеров, ручками для кофейника, пенопластовым ядром холодильников и морозильников, изолированными чашками, кулерами и посудой для микроволновой печи. Термобелье, которое носят многие лыжники, изготовлено из полипропилена, а фибра в зимних куртках – из акрила и полиэстера.

3. Как правило, полимеры имеют очень легкий вес со значительной степенью прочности. Рассмотрим спектр применений, от игрушек до каркасной структуры космических станций, или от тонкого нейлонового волокна в колготках до кевлара, который используется в бронежилетах. Некоторые полимеры плавают в воде, а другие тонут. Но по сравнению с плотностью камня, бетона, стали, меди или алюминия все пластмассы являются легкими материалами.

4. Полимеры могут быть обработаны различными способами. Экструзия производит тонкие волокна или тяжелые трубы или пленки или пищевые бутылки. Литье под давлением может производить очень сложные детали или большие панели кузова автомобиля. Пластмассы могут быть отлиты в бочки или смешаны с растворителями, чтобы стать клеями или красками. Эластомеры и некоторые пластики растягиваются и очень гибки. Некоторые пластмассы растягиваются в процессе обработки, чтобы удерживать свою форму, например бутылки для безалкогольных напитков.Другие полимеры могут быть вспенены, как полистирол (Styrofoam ™), полиуретан и полиэтилен.

5. Полимеры – это материалы с, казалось бы, безграничным диапазоном характеристик и цветов. Полимеры обладают многими присущими им свойствами, которые могут быть дополнительно улучшены широким спектром добавок для расширения сферы их применения и применения. Полимеры могут быть сделаны для имитации хлопка, шелка и шерсти; фарфор и мрамор; и алюминий и цинк.Полимеры также могут сделать возможными продукты, которые нелегко приходят из мира природы, такие как прозрачные листы и гибкие пленки.

6. Полимеры обычно изготавливаются из нефти, но не всегда. Многие полимеры сделаны из повторяющихся звеньев, полученных из природного газа или угля или сырой нефти. Но блоки повторения строительных блоков иногда могут быть сделаны из возобновляемых материалов, таких как полимолочная кислота из кукурузы или целлюлозы из хлопкового линта.Некоторые пластмассы всегда делались из возобновляемых материалов, таких как ацетат целлюлозы, используемый для ручек отверток и подарочной ленты. Когда строительные блоки могут быть сделаны более экономично из возобновляемых материалов, чем из ископаемого топлива, либо старые пластмассы находят новое сырье, либо вводятся новые пластмассы.

7. Полимеры можно использовать для изготовления предметов, которые не имеют альтернативы из других материалов. Полимеры могут быть превращены в прозрачные, водонепроницаемые пленки. ПВХ используется для изготовления медицинских трубок и пакетов для крови, которые продлевают срок хранения крови и продуктов крови. ПВХ безопасно доставляет горючий кислород в негорючие гибкие трубки. А антитромбогенный материал, такой как гепарин, может быть включен в гибкие катетеры из ПВХ для операций на открытом сердце, диализа и сбора крови. Многие медицинские устройства полагаются на полимеры для обеспечения эффективного функционирования.

Управление твердыми отходами

При рассмотрении всех превосходных свойств полимеров, одинаково важно обсудить некоторые проблемы, связанные с материалами.Большинство пластиков портятся при полном солнечном свете, но никогда не разлагаются полностью при захоронении на свалках. Однако другие материалы, такие как стекло, бумага или алюминий, также не разлагаются на свалках. Однако некоторые биопластики разлагаются до углекислого газа и воды только на специально разработанных коммерческих объектах компостирования пищевых отходов. Они не разлагаются при других обстоятельствах.

За 2005 год ¹ Характеристика EPA муниципальных твердых отходов перед переработкой в ​​Соединенных Штатах показала, что пластмассы составили 11.8 процентов нашего мусора по весу по сравнению с бумагой, которая составляла 34,2 процента. Стекло и металлы составляли 12,8 процента по весу. Причем дворовые заготовки составляли 13,1% твердых бытовых отходов по весу. Пищевые отходы составляют 11,9% твердых бытовых отходов. Характеристики, которые делают полимеры такими привлекательными и полезными, легкие и практически безграничные физические формы многих полимеров, разработанных для обеспечения особого внешнего вида и функциональности, затрудняют переработку после потребления. Когда можно собрать достаточно использованных пластмассовых изделий, компании разрабатывают технологии для переработки этих использованных пластмасс.Скорость переработки всех пластиков не так высока, как хотелось бы. Однако коэффициент переработки 1170 000 000 фунтов бутылок из полиэстера, 23,1%, переработанных в 2005 году, и 953 000 000 фунтов бутылок из полиэтилена высокой плотности, 28,8%, переработанных в 2005 году, показывают, что при наличии критической массы определенного материала, рециркуляция может быть коммерческий успех ² .

Приложения для переработанных пластмасс растут с каждым днем. Вторичный пластик может быть смешан с первичным пластиком (пластик, который не был обработан ранее) без ущерба для свойств во многих областях применения.Вторичный пластик используется для изготовления полимерных пиломатериалов для использования на столах для пикника, на заборах и на открытых игровых площадках, обеспечивая тем самым низкие эксплуатационные расходы, отсутствие осколков и сохранение натуральных пиломатериалов. Пластик из безалкогольных напитков и бутылок с водой может быть пряден в волокно для производства ковров или превращен в новые бутылки для еды Рециркуляция с замкнутым контуром имеет место, но иногда наиболее ценное использование переработанного пластика – это применение, отличное от первоначального использования.

Опцией для пластмасс, которые не подлежат вторичной переработке, особенно для загрязненных, таких как использованная пищевая пленка или подгузники, может быть система «отходы в энергию» (WTE).В 2005 году 13,6% твердых бытовых отходов США было переработано в системах WTE ¹ . Когда местные органы власти решают использовать системы переработки отходов в энергию для управления твердыми отходами, пластмассы могут быть полезным компонентом.

Контролируемое сжигание полимеров производит тепловую энергию. Тепловая энергия, вырабатываемая при сжигании пластиковых бытовых отходов, не только может быть преобразована в электрическую энергию, но также помогает сжигать имеющийся влажный мусор. Бумага также производит тепло при сжигании, но не так сильно, как пластмасса.С другой стороны, стекло, алюминий и другие металлы не выделяют энергию при сжигании.

Чтобы лучше понять процесс сжигания, рассмотрите дым, выходящий из горящего предмета. Если бы зажечь дым зажженной пропановой горелкой, можно было бы заметить, что дым исчезает. Это упражнение показывает, что побочные продукты неполного сгорания все еще горючи. Правильное сжигание сжигает материал и побочные продукты первоначального сжигания, а также заботится о выбросах воздуха и твердых частиц для обеспечения общественной безопасности.

Некоторые пластмассы могут быть компостированы либо из-за специальных добавок, либо из-за конструкции полимеров. Компостируемые пластмассы часто требуют более интенсивных условий для разложения, чем те, которые имеются в компостных сваях на заднем дворе. Коммерческие компостеры предлагаются для компостируемых пластиков. В 2005 году ¹ , при компостировании было переработано 8,4% твердых бытовых отходов США.

Пластмассы также могут быть безопасно заполнены землей, хотя ценные энергетические ресурсы пластмасс могут быть потеряны для переработки или сбора энергии.В 2005 году ¹ , 54,3% твердых бытовых отходов США были заполнены землей. Пластмассы используются для выравнивания свалок, так что выщелачивание задерживается и грунтовые воды не загрязняются. Неразрушающий пластик помогает стабилизировать почву, так что после того, как свалка закрыта, земля может быть достаточно устойчивой для полезного будущего.

Полимеры влияют на каждый день нашей жизни. Эти материалы имеют так много различных характеристик и применений, что их полезность может быть измерена только нашим воображением.Полимеры – это материалы прошлого, настоящего и будущих поколений.

¹ Агентство по охране окружающей среды США, «Муниципальные твердые отходы в США, 2005 г. Факты и цифры, EPA530-R-06-011, октябрь 2006 г.
² Американский совет по химии, «Национальный доклад 2005 года об утилизации пластиковых бутылок после потребления»