Вопрос Сходство и различия полистирола, полиметилметакрилата и целлулоида по внешнему виду, составу, свойствам и ассортименту изделий - Товароведение и экспертиза металлотоваров пластмасс и химических товаров

Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев одинаковой структуры. Полимеры встречаются в природе - натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит. Однако ведущей группой являются синтетические полимеры.

Полимеры классифицируются по различным признакам - составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву.

Пластмассы - это органические вещества, связующими которых являются полимеры. Они состоят из: 1) связующее (матрица) - полимеры; 2) наполнители (низкомолекулярные в-ва), их вводят для придания специальных св-в: понижения усадки, повышения мех. св-в (твердость HB, уВ, уТ). Наполнители: порошковые (сажа, графит, древесная мука), волокниты (волокна, стекловолокна, асбоволокна), слоистые (геминакс, текстолит), стеклоткань (стеклотекстолиты), газовые (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопласты); 3) пластификаторы - жидкие вещества, для повышения эластичности материала; 4) отвердители; 5) краски (оксиды металлов), их вводят для изменения цвета пластмасс. Пластмассы: термопластичные, термореактивные и газонаполненные.

Поскольку отдельным видам пластмасс свойственны определенный цвет, прозрачность, характер поверхности, блеск, упругость, эластичность и т. д., то по внешним признакам образцов материалов или изделий можно получить первое представление о природе пластмасс.

Для наиболее полного анализа сходства и различия по внешнему виду, составу, свойствам ассортименту таких полимеров, как полистирол, полиметилметакрилат и целлулоид составим таблицу 1.

Таблица 1 ? Характеристика полистирола, полиметилметакрилата и целлулоида

Признаки	Полистирол	Полиметилметакрилат	Целлулоид
Внешний Вид	Поверхность жесткая, гладкая со штампованным рисунком, излом однородный, цвет м. б. яркий, либо бесцветный	Прозрачный, безцветный, жесткая поверхность	Цвет слоновой кости, м. б. прозрачным и не прозрачным, твердый, гибкий
Состав	[-CH2-CH(C6H5)-]N синтезируют из стирола C8H8 с пероксидными или азоинициаторами	[-CH2-C(COOCH3)(CH3)-]N Синтезируют из метилметакрилата C5H8O2, Получают из стирола	Продукт смешивания нитроцеллюлозы с камфарой и краситель
Свойства	Высокая ударопрочность, гибкость, устойчив к химическим веществам, легко формуется	Деревянный звук при постукивании изделием о поверхность, стойкий к действию агрессивных веществ, легко царапается и низкая теплостойкость	Термопластичный материал, малая светостойкость, хорошая пластичность
Ассортимент изделий	Концелярские товары, посудохозяйственные изделия (изделия контактирующие с пищ. продуктами, изделия для сыпучих продуктов), галантерейные товары (предметы для рукоделия - пяльцы, спицы, крючки).	Посудохозяйственные изделия (изделия контактирующие с пищ. продуктами, изделия для сыпучих продуктов).	Галантерейные товары.

Далее подробно рассмотрим эти пластмассы.

Полистирол ? это термопластическая пластмасса с гладкой поверхностью или со штампованным рисунком с жесткой поверхностью, излом однородный, цвет может быть яркий, либо бесцветный. Полистирол нашел широкое практическое применение. Популярность полистирола и разновидность его применения ? это следствие очень хороших технических свойств и низкой цены.

Полистирол - основа получения всех искусственных каучуков. Более пятисот модификаций этого полимера. Более десяти видов каучуков.

Белый полистирол ? это экономичная альтернатива пластику ПВХ, а прозрачный ? оргстеклу. Популярность материала вызвана высокой ударопрочностью, легкостью обработки и гибкостью. Он прекрасно формуется и обрабатывается. Также полистирол препятствует потере тепла, устойчив к различным химическим веществам, но неустойчив к перепадам температур и влажности. Главное его достоинство ? это более низкая, чем у других пластиков стоимость.

Наиболее часто встречающиеся названия полистирола ПС, HIPS (англ.), PS (англ.), GPPS (англ.), polystyrene (англ.).

- структурная формула полистирола. Роговин ЗА Основы химии и технологии химических волокон.- М: Хи-мия, 2006

Свойства и общие характеристики.

Идеальный заменитель стекла. Великолепная прозрачность и легкость в использовании. Сырье представляет собой полимер с прекрасными физическими и химическими свойствами, в результате чего получается продукт удобный для использования как внутри, так и снаружи помещения. К тому же полистирол значительно дешевле, чем оргстекло.

Гладкий прозрачный полистирол служит альтернативой стеклу, там, где требуется внутреннее остекление помещений. Прозрачный полистирол прекрасно пропускает свет, но воздействие прямых солнечных лучей может вызвать пожелтение, помутнение, снижение прочностных характеристик.

В прозрачном и полупрозрачном (различных оттенков) виде идеально подходит для внутреннего остекления, прекрасно подходит для изготовления декоративных перегородок, душевых кабин, а также для изготовления торгового и выставочного оборудования, может использоваться для изготовления рассеивателей света, а также может применяться для изготовления вывесок. Допускается контакт прозрачного полистирола с пищевыми продуктами.

Фактурный полистирол (колотый лед, пинспот, призма) и цветной полистирол часто используется для изготовления витражей, перегородок, подвесных потолков, светильников, в том числе встроенных. Фактурный полистирол хорошо рассеивает свет, который, отражаясь от многочисленных граней на поверхности, искрится.

Антибликовый полистирол ? с односторонней обработкой поверхности, препятствует отражению источников света, предотвращает нежелательные тени, сохраняет натуральные цвета картины.

Во избежание повреждения поверхности листы покрывается защитной пленкой с двух сторон.

Основные преимущества полистирола, по сравнению с силикатным стеклом, в том, что он уменьшает потерю тепла, увеличивают теплоизоляцию, препятствует сквознякам и конденсации влаги, сокращает расходы на обогрев, химически инертен. Белый полистирол отлично формуется, равномерно распределяя толщину стенок готового изделия. В отличие от ПВХ он имеет более жесткую прочную структуру.

Полимеры в твердом состоянии могут быть аморфными и кристаллическими.

При нагревании аморфного полимера наблюдают три физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее. Эти состояния устанавливают на основании кривой термомеханического состояния. Аморфный полимер находится ниже температуры стеклования (Тс) в твердом агрегатном состоянии. При температуре выше Тс полимер находится в высокоэластичном состоянии; молекулярная подвижность при этом становится настолько большой, что структура в ближнем порядке успевает перестраиваться вслед за изменением температуры, а макромолекулы могут изгибаться под действием внешних сил. Общая деформация складывается в этом случае из упругой и запаздывающей высокоэластичной деформации. При упругой деформации изменяются средние межцентровые, межмолекулярные расстояния и валентные углы в полимерной цепи, при высокоэластичной деформации изменяется ориентация и перемещаются на значительные расстояния звенья гибких цепей.

Кристаллизующийся полимер в зависимости от скорости охлаждения расплава полимера может проявлять два вида структур: аморфную и кристаллическую. При медленном охлаждении кристаллизующихся полимеров совместная укладка отрезков макромолекул образует структуру макромолекул. Это затрудняет переход их из одной конформации в другую, из-за чего отсутствует гибкость макромолекул и нет высокоэластичного состояния. При быстром охлаждении кристаллические структуры не успевают полностью сформировываться, поэтомув переохлажденном полимере между ними имеется"замороженная" - аморфная структура. Эта аморфная структура при повторном нагреве до температуры выше температуры плавления (Тпл) создает вязкотекучее состояние. Для структуры полимера характерны два состояния: кристаллическое (до температуры плавления) и вязкотекучее (выше температуры плавления).

Вязкотекучее состояние, характерное для аморфного и кристаллического состояния полимера, в основном, обеспечивает при течении полимера необходимые деформации путем последовательного движения сегментов. Вязкость полимера увеличивается с увеличением молекулярной массы полимера, увеличивается также при этом и давление формования изделий.

Таким образом, высокомолекулярные вещества могут находиться в трех состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем, соответственно разделенных температурами Тс и Тт. Эти состояния могут изменятся в зависимости от температуры, состава среды, условий межцепного взаимодействия. Касьянова А А. Добрынина Л. Е Лабораторный практикум по физике и хи-мии высокомолекулярных соединений, - М: Лакая индустрия. 2005.

Применение полистирола.

Полистирол применяется для:

- изготовление посудохозяйственных изделий - изготовление хозяйственных товаров - изготовление галантерейных товаров - изготовление товаров культурно-бытового назначения - изготовление вывесок - изготовление рекламных щитов, штендеров - изготовление указателей и информационных табличек - изготовление внутреннего остекления помещений - замена оконных стекол - отделка внутренняя и наружная - производство торгового и выставочного оборудования, перегородок - изготовление электротехники: защитные экраны для цифровых табло, рассеиватели светильников, декоративные элементы розеток и выключателей - создание трехмерных объектов методом термоформовки.

Полистирол достаточно легкий. Обладает хорошими электроизоляционными свойствами, характеризуется небольшими диэлектрическими потерями. Максимальная рекомендуемая температура применения 70 ОС. Полистирол можно без труда обрабатывать инструментами и станками для обработки дерева и металла. Роговин ЗА Основы химии и технологии химических волокон.- М: Хи-мия, 2006.

Полиметилметакрилат ? ("органическое стекло" или плексиглас). Имеет формулу: (ПММА) [-CH2-C(COOCH3)(CH3)-]N - аморфный прозрачный термопласт, имеющий важное промышленное значение. Его синтезируют из метилметакрилата C5H8O2 так же, как полистирол получают из стирола. Он тверд (несколько тверже полистирола), абсолютно бесцветен и кристально прозрачен, TСт ок. 100° С. Полиметилметакрилат широко используют для изготовления украшений, оптики и других товаров, где желательно высокое качество.

Используется для получения органического стекла. Внешним отличительным признаком этого полимера является деревянный звук при постукивании изделием о поверхность. Химически стоек, прочный, но имеет недостаточную поверхностную твердость (легко царапается) и низкую теплостойкость.

Средняя молекулярная масса - от десятков тысяч до нескольких миллионов.

Полиметилметакрилат - прозрачные полимер, стойкий к действию агрессивных веществ. Атмосферо - и светостоек. Растворяется в большинстве органических растворителей. Термопластичен. Обладает способностью пропускать 74% ультрафиолетового излучения. Полимер способен окрашиваться во многие цвета.

Используется в транспортном машиностроении, авиационной и светотехнической промышленности, строительстве и архитектуре, приборостроении, для изготовления вывесок и реклам, бытовых изделий и др.

Первым термопластом, нашедшим широкое применение, был Целлулоид искусственный полимер, полученный путем переработки природного целлюлозы. Он сыграл большую роль в технике, особенно в кинематографе, но вследствие исключительной пожароопасности (по составу целлюлоза очень близка к бездымному пороху) уже в середине XX в. ее производство упало почти до нуля. Развитие электроники, телефонной связи, радио настоятельно требовало создания новых электроизоляционных материалов с хорошими конструкционными и технологическими свойствами.

Целлулоид представляет собой термопластичный материал с температурой размягчения 80 - 90°С. Он имеет малую светостойкость; при длительном действии света желтеет, становится менее прозрачным. Температура вспышки 170°С. При соприкосновении с пламенем целлулоид мгновенно вспыхивает и сгорает с выделением ядовитых веществ.

Целлулоид имеет хорошую пластичность, легко перерабатывается в изделия методами выдувания, прессования и штамповки. Он легко окрашивается в различные цвета. Изделия из него имеют красивый внешний вид. Используется целлулоид для галантерейных изделий, планшетов, угольников, деталей к приборам. Михайлов Н. В. Основы физики и химии полимеров / Н. В. Михайлов, В. А. Шершнев, Т. А. Шарай, В. Н. Кулезнев, И. М. Заграевская. М.: Высшая школа, 1977.

Распознавание полимеров по характеру поведения при нагревании и горении (таблица 2) является довольно простым и в то же время достаточно точным методом качественного определения природы полимеров. Метод основан на визуальном наблюдении за поведением образца при внесении его в верхнюю часть пламени горелки.

По мере нагревания образцы термопластов постепенно размягчаются и плавятся, а реактопласты не размягчаются и не плавятся. Поэтому по отношению к нагреванию можно определить класс полимеров (термопласты, реактопласты). При дальнейшем нагревании образца происходит его загорание, сопровождающееся выделением продуктов разложения, которые обладают специфичным для отдельных полимеров запахом, позволяющим определять вид полимеров.

Таблица 2

Сравнительная характеристика полимеров по характеру поведения при нагревании

Название пластмассы	Характер горения	Отношение к нагреванию	Реакция на продукты разложения	Действие растворителей
Ацетон	С6Н6	С2Н4Сl2
Полистирол	ГоритВне пламени продолжает гореть	Размяг-вается	Деполиме- Ризуется, мономер обесцве- Чивает растворы бромной Воды и KMnO4	Набу-ряется	Набу-ряется	Раство-ряется
Полиметил-метакрилат	Горит желтым с синей каймой узапаха	Размяг-чается	Деполиме- Ризуется, Мономер обесцве- Чивает растворы бромной Воды и KMnO4	Набу-ры	Набу-ры	Набу-ры
Целлулоид	Сгораеточень быстро, оставляя следы золы	Размяг-чается	-	Раство-ряется	Не раство-ряются	Неряются

Похожие статьи