Синтетичний полімер - поліетилен, поліпропілен або інший полімер, штучно створений людиною.
Зазвичай синтетичні полімери отримують на основі найпростіших з'єднань природного походження шляхом реакцій полімеризації, поліконденсації і хімічних перетворень.
Поліпропілен. Полімеризація пропілену здійснюється в умовах, близьких до тих, які застосовуються при отриманні поліетилену низького тиску. При цьому утворюється стереорегулярний (ізотактичний) поліпропілен. Цей полімер легко кристалізується і має високу температуру плавлення (175 # 61616; С). Кристалічний поліпропілен - найбільш легкий із усіх відомих жорстких полімерів (відносна щільність 0,9); він відрізняється високою міцністю на розрив і твердістю. Завдяки кристалічній структурі стереорегулярний поліпропілен зберігає форму і хороші механічні властивості аж до температури плавлення і може тому піддаватися звичайній стерилізації. По міцності поліпропілен перевершує поліетилен, але поступається йому по морозостійкості (температура крихкості від -5 до-15 # 61616; С). Однак цей недолік усувається шляхом введення в макромолекулу ізотактичного поліпропілену ланок етилену (наприклад, при кополімеризації пропілену з етиленом).
Стереорегулярний поліпропілен володіє такими ж дизлектическая властивостями, як і поліетилен, але більш хімічно стійкий при підвищених температурах. За допомогою тих же методів, які використовуються при переробці поліетилену, з поліпропілену виготовляють труби для гарячих рідин, прозорі плівки з низькою проникністю для рідин і газів, пляшки і різні судини для хімічної промисловості.
Поліпропілен є екологічно чистим матеріалом. За такі цінні властивості він отримав титул "короля пластмас".
При сополимеризации пропілену з етиленом отримують не кристалізується сополімери, які проявляють властивості каучуку, що відрізняється підвищеною хімічною стійкістю і опором старінню.
Полістирол. Полімеризацію стиролу найчастіше проводять в присутності ініціаторів по радикальному механізму. Молекулярна маса полімеру в залежності від умов реакції коливається в межах 50-300 тис.
Полістирол - безбарвне, тверде стеклоподобную речовина, що пропускає до 90% променів видимого спектру; щільність 1,05. Будова ланцюга регулярне (по типу "голова-хвіст").
Полістирол відрізняється великою стійкістю до води, кислот (в тому числі плавиковою) і лугів; розчиняється в ароматичних вуглеводнях і складних ефірах, не розчиняється у бензині і спирті. Завдяки високим діелектричним властивостями полістирол широко використовується в радіотехніці та інших галузях високочастотної техніки.
Володіючи ароматичної природою, полістирол досить легко вступає в реакції заміщення в фенільних групах (нітрування, сульфування і т. Д.). Ці перетворення використовуються у виробництві іонообмінних смол, полімерних барвників і т. П.
Для переробки полістиролу в вироби застосовують метод лиття під тиском, пресування, екструзії, видування. У виробництві лінз і електротехнічних деталей застосовується механічна обробка блоків і пластин з полістиролу.
Полістирольні волокна володіють прозорістю і пружністю, що дозволило застосовувати їх в волоконної оптики, електротехніки, виробництві армованих пластиків.
Полістирол використовується для отримання пінопластів і матеріалів на їх основі. Пінопласт отримують при нагріванні суміші полістиролу з порообразователем (речовиною, що розкладається з виділенням газу) вище температури розм'якшення полімеру (близько 180-200 # 61616; С). При цьому відбувається розкладання порообразователя з виділенням газів, які "роздувають" напіврідку масу в пінопласт.
Полівінілхлорид (ПВХ). Полімеризацію вінілхлориду головним чином проводять в водної суспензії (мономер і ініціатор не розчинні у воді) під тиском 4-12 атм при 30-70 # 61616; С. Ініціаторами служать органічні пероксиди. Реакція відбувається за радикальним механізмом і призводить до утворення атактична (нестереорегулярний) полімеру.
При температурах вище 140 # 61616; З полівінілхлорид помітно розкладається з виділенням HCl. Для підвищення термостабільності в полімер вводяться стабілізатори, які гальмують процес розкладання (органічні солі свинцю, кальцію, аміни і т. П.).
ПВХ є жорстколанцюгових полімером з досить високою температурою розм'якшення. Для збільшення пластичності ПВХ в полімер додаються пластифікатори (малолетучие речовини, що знижують температуру склування полімеру).
Пластифікований ПВХ (пластикат) застосовується для виробництва гнучкої плівки, лінолеуму, кожзаменителей, різних виробів широкого споживання.
Непластифікований ПВХ (вініпласт) - твердий пружний матеріал з високою міцністю на удар. З нього отримують плівки, листи, труби вентилі, деталі насосів і т. Д. Які можуть експлуатуватися при температурах, що не перевищують 50-60 # 61616; С. Вініпласт зварюється, склеюється і добре переробляється механічними методами; їм можна футерувати електролізних ванни, резервуари для кислот та інші посудини.
ПВХ використовується для отримання м'яких і жорстких пінопластів.
Незважаючи на ряд цінних властивостей, у ПВХ є деякі недоліки, які можуть бути в тій чи іншій мірі усунені хімічною модифікацією полімеру або сополимеризацией вінілхлориду з іншими мономерами.
Полиметилметакрилат - представник поліакрилатів. До цієї групи належать полімери та сополімери акрилової кислоти CH2 = CH-COOH, метакрилової кислоти CH2 = C (CH3) -COOH і їх ефірів, акрилонітрилу CH2 = CH-CN, акриламіду CH2 = CH-CONH2 і деяких похідних.
У промисловості полімеризація цих мономерів здійснюється в присутності пероксиду бензоїлу або водорозчинних пероксидов блоковим, емульсійних або суспензійними способами.
При отриманні органічного скла ( "плексиглас") з метилового ефіру метакрилової кислоти (метилметакрилату) CH2 = C (CH3) -COOCH3 розчин перокісіда бензоїлу (C6H5CO) 2O2 в мономере, що містить 5-15% пластифікатора для зменшення крихкості, перемішується на холоду до освіти в'язкого продукту (форполимера), який потім заливається в форму і нагрівається до затвердіння. Процес йде з утворенням поліметилметакрилату за схемою:
nCH2 = C (CH3) -COOCH3 # 61614; [-CH2-C (CH3) (COOCH3) -] n
Листове органічне скло легко переробляється методом вакуумного формування, зберігаючи при цьому полірованій поверхні. Полиметилметакрилат завдяки низькій щільності (1,18 г / см3), легкої формуємості і малої крихкості (міцність практично постійна в межах від -180 до + 60 # 61616; С) широко використовується для скління літаків і як запобіжних стекол приладів. Він застосовується також для виготовлення оптичних систем, предметів широкого споживання, протезів та медичного обладнання.
Полібутадієн - перший синтетичний каучук, отриманий за методом Лебедєва при полімеризації дивина під дією металевого натрію, представляв собою полімер нерегулярної будови зі змішаним типом ланок.
У присутності органічних пероксидів (радикальна полімеризація) також утворюється полімер нерегулярної будови з ланками 1,2- і 1,4 приєднання. Каучуки нерегулярного будови характеризуються невисокою якістю при експлуатації. Виборче 1,4-приєднання відбувається при використанні металлорганических каталізаторів (наприклад, бутил-літію C4H9Li, який не тільки ініціює полімеризацію, але і певним чином координує в просторі приєднуються молекули диена):
Особливо широке застосування знайшли сополімери бутадієну. Сополімери зі стиролом (СКС - синтетичний каучук стірольний) є каучуками загального призначення і значно перевершують за властивостями полібутадієн. У поєднанні з наповнювачами та пластифікаторами вони застосовуються для більшості гумових виробів. Сополімери бутадієну з акрилонитрилом CH2 = CH-CN при утриманні останнього 18-40% (марки СКН-18, СКН-24, СКН-40) використовуються для виготовлення бензо - і мастилостійких рукавів, прокладок ущільнювачів, транспортерних стрічок, частин взуття і т. д.
Для практичного використання каучуки перетворюють в гуму.
Гума - це вулканізований каучук з наповнювачем (сажа). Суть процесу вулканізації полягає в тому, що нагрівання суміші каучуку і сірки призводить до утворення 3-х мірної сітчастої структури з лінійних макромолекул каучуку, надаючи йому підвищену міцність. Атоми сірки приєднуються по подвійних зв'язках макромолекул і утворюють між ними зшивають дисульфідні містки:
Сітчастий полімер проявляє підвищену пружність - високо-еластичної (здатність до високих оборотних деформацій).
Залежно від кількості зшиває агента (в даному випадку сірки) можна отримувати сітки з різною частотою зшивання. Гранично зшитий натуральний каучук - ебоніт - не володіє еластичністю і являє собою твердий матеріал.
Сополимеризация сумішей з 97-98% изобутилена CH2 = C (CH3) 2 і 2-3% ізопрену при температурі близько -90 # 61616; С в середовищі етилену, пропілену або хлорметана в присутності AlCl3 призводить до утворення бутилкаучуку. відрізняється хімічною стійкістю, низькою газопроницаемостью і стійкістю до високих температур і старінню. З бутилкаучуку виробляють автокамери, надувні човни, прокладки, клей, їм футеруют (покривають) хімічну апаратуру і т. Д.
Бромбутілкаучук - продукт неповного бромирования бутилкаучуку - міцно зв'язується з іншими каучуками і добре поєднується з ними, що дозволяє використовувати його для герметизації гумових виробів, виготовлених з інших полімерів.
Для виробництва електроізоляційних, антикорозійних і герметизуючих матеріалів (герметиків), клеїв, формувальних мас, а також сполучних компонентів твердого ракетного палива застосовують рідкі каучуки. здатні перетворюватися при вулканізації в резиноподібного продукти. До них відносяться дієнових полімери з низькою молекулярною масою (олігомери).
Поліхлоропрен отримують при полімеризації хлоропрену за схемою:
Поліхлоропрен й сополімери хлоропрену зі стиролом CH2 = CH-C6H5, ізопрену CH2 = C (CH3) -CH = CH2, акрилонитрилом CH2 = CH-CN або іншими мономерами використовуються у виробництві виробів, від яких потрібна висока стійкість до масел, нагріванню, стирання, негорючість, газонепроникність і стійкість до дії озону, кисню, світла, кислот і лугів. Клей на основі цих каучуків має низку переваг перед клеєм, виготовленим з натурального каучуку.
При полімеризації і кополімеризації фторопрена (атом хлору в молекулі хлоропрену заміщений на фтор) отримують фторопреновие каучуки, що відрізняються більшою морозостійкістю від відповідних поліхлоропренов.