Полимер материал: Полимер — это… Что такое Полимер?

Новый полимер может повысить производительность органических и перовскитных солнечных элементов

Изображение. Вариант иллюстрации с обложки выпуска журнала Macromolecular Chemistry, в котором опубликовано исследование по синтезу полимеров для солнечных батарей; рисунок автора исследования. Источник: Марина Теплякова/Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги синтезировали новый сопряженный полимер для органической электроники с помощью двух различных химических реакций и для каждой продемонстрировали влияние параметров синтеза на характеристики полимера в органических и перовскитных солнечных элементах. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Macromolecular Chemistry and Physics.

Сегодня, когда весь мир стремится перейти на экологически чистые и возобновляемые источники энергии, в частности солнечную энергию, ученые активно работают над задачей повышения производительности солнечных элементов. Наиболее перспективными для этой цели технологиями считаются органические солнечные элементы, а также перовскитные элементы на основе галогенида свинца. Эти две быстроразвивающиеся фотоэлектрические технологии открывают возможности для более экономичной и стабильной генерации солнечной энергии. Их основное преимущество по сравнению с коммерческими солнечными элементами на основе кристаллического кремния — низкая стоимость нанесения светочувствительного слоя из раствора. Данный подход не только удешевляет производство электроэнергии и упрощает его масштабирование за счет использования рулонной технологии, но и позволяет создавать устройства на гибких и эластичных поверхностях.

На сегодняшний день существует ряд факторов, препятствующих широкому внедрению этих технологий. Если говорить об органических солнечных батареях, по-прежнему ведется работа по повышению их эффективности, в основном за счет оптимизации состава светочувствительного слоя. Как правило, этот слой в них состоит из комбинации донорных и акцепторных компонентов, где функцию донора выполняет сопряженный полимер.

Что касается перовскитных солнечных батарей, их сертифицированные эффективности достигают 25,5%, что делает их главным конкурентом коммерческим солнечным батареям на основе кристаллического кремния. Основным препятствием на пути к коммерциализации технологии остается низкая стабильность устройств. Недавние исследования показали, что для повышения стабильности устройства на светочувствительный перовскитный материал можно наносить защитный слой, обеспечивающий как селективную экстракцию носителей заряда, так и надежную защиту материала. Такую защитную функцию могут выполнять в том числе и сопряженные полимеры.

В обоих видах фотовольтаических устройств, использующих сопряженные полимеры, наилучшие эффективности будут достигнуты при условии обеспечения высокого качества полимеров. В частности, материал должен содержать малое количество дефектов, которые могут служить «ловушками зарядов». Высокого качества можно достичь за счет усовершенствования процесса синтеза материалов.

«Сопряженные полимеры можно использовать для различных целей, поэтому мы исследуем возможности оптимизации синтеза с целью улучшения качества материала, что в свою очередь позволит повысить производительность фотоэлектрических устройств. Наше исследование посвящено изучению определенного типа сопряженных полимеров, цепь которых содержит звено на основе изомера известного красителя индиго — изоиндиго. Полученные результаты показывают, что из двух альтернативных методов синтеза материалов на основе изоиндиго — реакций Стилле и Сузуки — на заключительном этапе процесса лучше все-таки использовать реакцию Стилле», — рассказывает аспирант Сколтеха Марина Теплякова.

Марина Теплякова и ее коллеги — первый проректор Сколтеха Кит Стивенсон и ученые из Института проблем химической физики РАН — синтезировали сопряженный полимер на основе изоиндиго, используя два метода синтеза, которые обычно применяют при производстве таких полимеров: реакции поликонденсации Стилле и Сузуки.

Сопряженные полимеры — это органические материалы, структуру которых образуют чередующиеся донорные и акцепторные компоненты. Эти компоненты называются мономерами и объединяются в полимерные цепи при помощи различных реакций полимеризации. Для этого в структуры мономеров, задействованных в реакциях полимеризации, вводят определенные функциональные группы, зависящие от типа используемой реакции. Для изготовления полимеров, содержащих изоиндиго, обычно используют два метода синтеза, а именно реакции поликонденсации Стилле и Сузуки — обе они были рассмотрены в совместном исследовании группы ученых Сколтеха и ИПХФ РАН.

Помимо упомянутых выше различий в функциональных группах, эти две реакции требуют разных условий. Так, реакция поликонденсации Сузуки проходит в смеси двух несмешивающихся растворителей, воды и органического растворителя, в присутствии неорганического основания, а переход мономеров между жидкостями обеспечивается специальным веществом — катализатором фазового перехода. Реакция Стилле обычно протекает в одной фазе и при повышенных температурах. Кроме того, обе реакции требуют использования катализаторов на основе палладия.

«В ходе эксперимента мы определили, что в стандартных условиях поликонденсации Сузуки происходит разрушение мономера на основе изоиндиго, — поясняет Марина Теплякова. — Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии мы установили, что в условиях двухфазной реакции с неорганическим основанием и катализатором межфазного переноса сигнал, соответствующий мономеру на основе изоиндиго, трансформируется в три отдельных сигнала, что указывает на необратимое разрушение исходного соединения. Мы подобрали условия протекания реакции, которые являются безопасными для материала и не приводят к его разрушению».

Высокоэффективная жидкостная хроматография — аналитический метод, позволяющий идентифицировать в смеси различные компоненты, прокачивая ее под давлением через колонку, заполненную адсорбирующим материалом. Каждое вещество, содержащееся в смеси, взаимодействует с адсорбентом по-разному и, следовательно, преодолевает высоту колонки за разное время. По этому времени и определяются компоненты смеси.

Следующим этапом исследования был синтез полимера на основе изоиндиго по реакциям Сузуки с оптимизированными условиями и Стилле. Было установлено, что полимеры, полученные двумя разными путями, имеют схожие молекулярные массы и оптоэлектронные свойства. Далее оба материала прошли испытания в органических солнечных батареях в качестве компонента фотоактивного слоя, а также в перовскитных солнечных батареях в качестве дырочно-транспортного слоя. Органические и перовскитные солнечные батареи, содержащие полимер, полученный по реакции Стилле, показали более высокие эффективности: 15,1% и 4,1%, соответственно. Те же устройства, содержащие полимер, синтезированный с помощью поликонденсации Сузуки, продемонстрировали эффективности 12,6% и 2,7%.

Ученые предположили, что различие в характеристиках обусловлено наличием в материале, полученном с помощью реакции Сузуки, дефектов, которые могли послужить ловушками зарядов. Для подтверждения этого предположения оба материала были охарактеризованы методом электронного парамагнитного резонанса. Было обнаружено, что материал, полученный по реакции Сузуки, содержит в пять раз больше дефектов, что, вероятно, и привело к ухудшению характеристик фотовольтаических устройств.

Таким образом, было показано, что для полимеров на основе изоиндиго важен выбор синтетического пути, так как он может значительно повлиять на качество материала. В дальнейшем участники проекта планируют сравнить эффективности фотовольтаических устройств, содержащих полимеры различного строения, для установления связи между структурой полимера и производительностью устройства. Результаты данной работы позволят более рационально подойти к процессу дизайна полупроводниковых полимерных материалов для фотовольтаических устройств.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

*protected email*

Полимеры становятся необходимой частью производства будущего — Российская газета

— Сейчас в мире ежегодно потребляется до 250 миллионов тонн полимеров, то есть примерно по 33 килограмма на каждого жителя планеты, — рассказывает президент Российского союза химиков (РСХ) Виктор Иванов. — И их потребление будет только расти.

Совершенно очевидно, что запрещать магазинные пакеты из полипропилена, пластиковую одноразовую посуду, упаковку для самых разнообразных жидкостей, разнообразные конструкционные материалы и сотни тысяч других полимерных продуктов бессмысленно, нужно развивать систему сбора и обращения с подобными отходами. Идеи перехода на другое сырье — например, замена пластиковых пакетов на бумажные — нанесет окружающей среде еще больший вред. Последствия хищнической вырубки лесов стоят едва ли не дороже, чем утилизация полимеров. Да, в Японии до сих пор производят одноразовую посуду из биоразлагаемого прессованного крахмала, получаемого из специальных сортов картофеля, и это в стране с ничтожным количеством посевных площадей!

Лишь в конце 60-х годов прошлого века в СССР было прекращено производство биоразлагаемого полимера галалита, получаемого из молочного казеина. Эти материалы могут разлагаться во внешней среде, но на их производство идет дорогое пищевое сырье.

Сейчас используются в основном синтетические полимеры. Они дешевы, удобны, легки, универсальны, хорошо сохраняют различные продукты, но, к сожалению, не разлагаются сотни лет. С каждым годом проблема их сбора и утилизации становится все острее. С января прошлого года Программа ООН по окружающей среде (UNEP) запустила программу #CleanSeas, главным содержанием которой стал отказ от использования микропластиков в косметических средствах и одноразовых пластиковых изделий (посуды, пакетов и т. д.). Однако простой запрет полимеров бессмыслен и сегодня просто невозможен. Поэтому национальные ассоциации производителей пластмасс создали Всемирный полимерный альянс (Global Plastic Alliance).

— Задача альянса — координация совместных действий и предложений, проведение независимых исследований и обмен успешными проектами в области сбора и главное — переработки полимеров, — говорит представитель РСХ в GPA Дарья Ярцева. — Все участники альянса поддержали цель пропагандировать систему обращения с отходами, которая включает в себя три обязательных этапа: сбор, сортировку и переработку. Помимо пластика (5-10 процентов) бытовые отходы содержат в себе и другие полезные материалы: стекло (5-15 процентов), бумагу и картон (25-35 процентов), металлы. Внедрение системы их сортировки полезно не только для чистоты природы, но может приносить и существенный доход.

Экономика замкнутого цикла предполагает, что энергию мы будем получать из возобновляемых источников

— В развитых странах утилизация бытовых отходов является частью коммунальной инфраструктуры, как водоснабжение и канализация, — отмечает руководитель информационно-аналитического центра RUPEC Андрей Костин. — Чаще всего ее берут на себя государственные организации. Однако обучением правильному обращению с пластиковыми отходами и воспитанием населения, прежде всего подрастающего поколения, активно занимается и бизнес. В России эти процессы только начались. Например, в Московской области регулярно проводятся акции по сбору отдельных видов мусора.

Обучением населения правильному обращению с пластиковыми отходами активно занимается и бизнес

В развитых странах создана система вторичной переработки полимерных отходов. Наибольшее развитие она получила в Австрии, Германии и Нидерландах, где по этой схеме обрабатывается до 70 процентов отходов. Это наиболее экономически выгодный вариант. Шведская модель — сжигание полимеров в особых котельных, при этом образующаяся тепловая энергия не пропадает, а накапливается и поступает на коммунальные нужды. В Польше две трети отходов захоранивают на специальных полигонах, оставшуюся треть подвергают рециклингу и лишь один процент сжигают. Но даже после раздельного сбора отходов по фракциям (пластик, стекло, бумага и т. д.) нерешенной остается проблема сортировки самих полимеров. Разные их сорта могут (и должны) утилизироваться по-разному — об этом еще в 80-е годы прошлого века говорил один из основателей российской науки о полимерах академик Николай Ениколопов. По данным центра RUPEC, доля перерабатываемых ПЭТ-бутылок (из-под растительных масел, минеральных вод, пива и т.д.) составляет уже 55 процентов, потому, что бутылки проще отсортировать на обычном ленточном контейнере.

Пластик, по мнению экспертов, как ни один другой материал может встроиться в экономику замкнутого цикла. В результате объем природных ресурсов, идущих на производство необходимых благ, будет резко сокращен за счет вторичного использования сырья. Именно в этом смысле полимеры можно считать материалами будущего: удельное потребление энергии на производство вторичного пластика составляет не более 15 процентов от энергопотребления первичного производства. А циклы их переработки можно повторять множество раз.

Использование полимеров: перспективы отрасли | Статьи группы компаний Global Colors

Услышав слово «полимер», многие представляют пластмассу, резину, каучук и прочие синтетические материалы. Однако подобное представление слишком узко и не отображает всего разнообразия данной группы веществ. Простым языком, полимеры — это химические соединения, состоящие из повторяющихся групп молекул. Существуют синтетические (каучук, полиэтилен, поливинилхлорид и пр.) и органические (белки, полисахариды, РНК и пр.) полимеры. Сегодня искусственно созданные материалы используют практически везде — от сферы развлечений и отдыха до медицины и промышленности. Тем не менее, подобное распространение полимеров — только начало. У данной области есть огромный потенциал для развития.

Современные направления и проблемы отрасли

Изучением полимеров занимается около 60 % химиков всего мира. На сегодня возможно создание синтетических материалов различного типа, но все они уступают органическим, так как имеют однотипную структуру — звенья одной формы, связанные между собой. Тогда как органические соединения включают в себя элементы различных типов.

В наши дни происходит переход от производства конструкционных полимеров к созданию функциональных, т.  е. таких, которые способны выполнять определенные действия. Главная проблема, которую предстоит разрешить ученым — образование сложных структур, которые имитируют органические соединения.

Одной из проблем отрасли является экология процесса производства полимеров. Сегодня данная сфера достаточно сильно загрязняет окружающую среду, так как требует использование бензола, ацетона и других растворителей. В середине прошлого века появилась новая технология, основанная на использовании углекислого газа. CO2 нагревают до 35 °С и помещают под давление в несколько сотен атмосфер. Находясь в таких условиях, он становится хорошим растворителем для множества соединений. Сегодня подобную технологию используют для очистки веществ.

Российские ученые делают разработки в области «зеленой химии», основанные на использовании углекислого газа. Он позволит создавать биосовместимые полимерные протезы для людей, безопасно производить продукцию из поливинилхлорида, полиэтилена, полипропилена. Однако для этого необходимо научиться вводить CO2, находящийся в критических условиях, в готовые материалы.

Полимеры сделают фантастику реальностью

Сфера производства полимеров только начинает развиваться и её будущее — функциональные материалы. Вот два примера использования, которые предсказывают ученые уже сегодня:

1. Медицина — «умные» лекарства. Современные медикаменты обладают побочными эффектами. Борясь с болезнью, они одновременно вредят различным органам (почкам, печени, сердцу). Создание полимеров, способных заставить работать медикаменты выборочно, изменят подход к лечению, сделают лекарства более безопасными.
2. Биоразлагаемая упаковка. Синтетические полимеры обладают очень длительным периодом полураспада (в среднем, он составляет 300 лет). Искусственно получаемые материалы, которые способны разлагаться на безопасные составляющие, позволят значительно улучшить экологию мира.

Будущее сегодня

Сфера производства полимеров только начинает развиваться и её будущее — функциональные материалы. Они будут менять свои свойства, размеры, форму, в зависимости от внешних обстоятельств. Уже сегодня существует ряд успешно применяемых разработок. Самый простой пример функционального полимера — гель, который применяют в подгузниках. Качественный материал способен впитывать влагу объемом в сотни раз больше собственного. Это происходит как раз из-за того, что порошок полимерного геля изменяет свои свойства при взаимодействии с влагой.

Существуют и более масштабные разработки:

• Гелевая пломба для воды (разработана на физическом факультете МГУ) — материал превращается в гель при контакте с жидкостью. Используется в сфере нефтедобычи для отделения воды от нефти.
• Системы для направленной доставки лекарств. Медикаменты заключаются в оболочку, которая растворяется при определенных условиях. Это позволяет сделать их более эффективными и доставлять все лекарство в необходимую область организма — желудок, кровь и пр.
• Биоразлагаемая упаковка. Сегодня существуют упаковочные материалы, которые распадаются на естественные составляющие, но они обладают рядом недостатков, которые предстоит устранить.
• Краска. Сегодня на рынке в широком ассортименте представлены твердые концентраты Masterbatch, позволяющие контролировать получать цвет, точно соответствующий желаемому, просто контролируя порцию растворителя. Существуют также качественные перламутровые красители, обладающие высокими характеристиками.

Изделия из полимерных материалов | Строительный портал

Полимеры окружают нас повсюду, большинство предметов общего употребления изготовлены именно из них. Существует несколько видов полимерных материалов. Об их особенностях, свойствах и характеристике поговорим далее.

Оглавление:

1. Классификация полимерных материалов и изделий
2. Технология производства полимерных материалов
3. Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Классификация полимерных материалов и изделий

Полимерные материалы объединяют в себе несколько групп пластика синтетического происхождения. Среди них отметим:

• полимерные вещества;
• пластмассовые составы;
• ПКМ — полимерные композитные материалы.

В каждой из перечисленных групп присутствует полимерное вещество, с помощью которого можно определить характеристику того или иного состава. Полимеры являются высокомолекулярными веществами, в которые вводят специальные добавки, то есть стабилизаторы, пластификаторы, смазки и т.д.

Пластмасса — является композиционным материалом, в основе которых лежит полимер. Кроме того, в их составе содержится наполнитель дисперсного или коротковолокнистого типа. Наполнители не склонны к образованию непрерывных фаз. Различают два вида пластмассовых веществ:

• термопластик;
• термоактивы.

Первый вариант пластмасс склонен к расплавлению и дальнейшему использованию, второй вариант пластмассы не склонен к расплавлению под воздействием высокой температуры.

В соотношении со способом полимеризации, пластмассы добывают с помощью:

• поликонцентрирования;
• полиприсоединений.

Рассматривая виды полимерных веществ, выделим:

1. Вид полиоэфинов — полимеры с одинаковой химической природой относятся к данной разновидности полимеров. В их составе присутствует два вещества:

• полиэтиленовое;
• полипропиленовое.

Каждый год, в мире производят более ста пятидесяти тонн таких полимеров. Среди преимуществ полиоэфинных веществ отметим:

• стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
• устойчивость перед окислителями и разрывом;
• механическая стойкость;
• отсутствие усадки;
• изменение свойств при необходимости.

Если сравнивать полиоэфины с другими типами полимерных веществ, то первые отличаются наибольшей экологической безопасностью. Для их изготовления и переработки материалов необходимо минимальное количество энергии.

2. Полиэтилен широко распространен в процессе упаковки любых изделий. Среди преимуществ использования данного материала отметим широкую сферу применения и отличные эксплуатационные характеристики.

Строение полиэтилена довольно простое, поэтому он легко кристаллизуется.

Полиэтиленовые вещества с высоким давлением. Данный материал отличается наличием легкого матового блеска, пластичностью, наличием волнообразной текстуры. Данный вид пленки отличается высокой механической стойкостью, устойчивостью перед ударами и разрывом, прочностью даже при морозе. Для его размягчения потребуется наличие температуры около ста градусов.

Полиэтиленовые вещества с низким давлением. Пленки такого типа имеют жесткую, прочную основу, которая отличается меньшей волнообразностью, по сравнению с предыдущим вариантом полиэтилена. Для стерилизации данного вещества используется пар, а температура его размягчения составляет более ста двадцати одного градуса. Несмотря на наличие высокой стойкости перед сжатием, пленка отличается более низкими характеристиками стойкости перед ударом и разрывом. Однако, среди их преимуществ также отмечают стойкость перед влагой, химическими веществами, жиром, маслом.

Использование полиэтилена при комнатной температуре позволяет получить более мягкую и гибкую его текстуру. Однако, в морозных условиях, данные характеристики сохраняются. Поэтому полиэтилены используются для хранения замороженной продукции. Однако, при повышении температуры до ста градусов тепла, характеристики полиэтилена изменяются, он становится непригодным к использованию.

Полиэтилен низкого давления используется при изготовлении бутылок и для упаковки разного рода веществ. Он обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Полиэтилен высокого давления более широко применим как упаковочный полимер. У него присутствует низкая кристалличность, мягкость, гибкость и доступная стоимость.

3. Полипропилен — материал у которого присутствует отличная прозрачность, высокая температура расплавления, химическая стойкость и устойчивость перед влагой. Полипропилен способен пропускать пар, неустойчив перед кислородом и окислителями.

4. Поливинилхлорид — довольно хрупкий и не эластичный материал, который чаще всего используется в качестве добавки к полимерам. Отличается дешевой стоимостью, высоковязким расплавом, термической нестабильностью, а при нагреве, склонен выделять токсичные вещества.

Технология производства полимерных материалов

Изготовление полимеров — довольно сложный процесс, для выполнения которого следует учитывать многие технические моменты работы с данными материалами. Различают несколько разновидностей технологий изготовления материалов на полимерной основе. Полимерные материалы, изделия, оборудование, технологии, методы:

• вальцево-каландровый метод;
• применение трехкомпонентной технологии;
• использование экструзии термопластиковых изделий;
• метод литья полимеров крупной, средней и маленькой формы;
• формирование полистирольных веществ;
• изготовление плит из пенополистирола;
• выдувной метод;
• изготовление изделий на основе ППУ.

Самыми популярными методами производства изделий из полимерных материалов являются выдув и термоформировка. Для выполнения первого метода главными исходными материалами выступает полиэтилен и полипропиленовые составы. Среди основных характеристик полиэтилена отметим быструю усадку, стойкость к температурной нестабильности. С помощью выдува формируются изделия объемной формы.

С помощью термической формировки удается сделать пластиковую посуду. В таком случае, процедура изготовления изделий состоит из трех этапов. Вначале определяют количество пластика, далее он помещается в предварительно подготовленную форму, далее производится его расплавливание. Пластмасса устанавливается под прессом, далее она закрывается. В формирующей станции изделия доводится до нужной формы, на следующем этапе производится его охлаждение и затвердение. Далее изделие извлекают из формы и выбрасывают в специальный резервуар.

Использование современного оборудования для изготовления пластмассовых изделий, позволяет получить вещество, отличающееся прочностью, длительностью эксплуатации.

Выделяют оборудование автоматизированного типа, с его помощью также производят полимерные вещества. В таком случае, в процессе работы над полимерными изделиями человеческий фактор практически отсутствует вся работа проводится специальными роботами.

С помощью применения автоматизированного оборудования удается получить вещества, отличающиеся более высоким качеством, широким ассортиментом продукции и снижением расходов на их изготовление.

Различают огромное количество изделий из полимерных материалов. Они различаются между собой по величине, способу изготовления, составу, Для изготовления полимеров используют вещества в виде:

• натуральных полиамидов с содержанием стекловолокна;
• полипропиленов, которые делают изделия стойкими перед морозом;
• поликарбонатов;
• полиуретана;
• ПВХ и т.д.

Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Любая кровля должна быть долговечной и надежной. Довольно популярными отделочными материалами для кровли являются изделия на основе полимерных материалов. Среди преимуществ их использования отметим:

• высокую степень эластичности;
• надежность;
• отличную прочность;
• стойкость перед растяжением и механическими повреждениями;
• установка практически в любом климатическом регионе;
• легкий монтаж и простая эксплуатация;
• длительность эксплуатации.

Использование мембранной кровли полимерного состава основывается на механическом креплении сначала теплоизоляционного и гидроизоляционного слоев. С помощью мембраны удается создать различные по форме и конфигурации кровли зданий.

Выделяют несколько видов полимерных мембран в зависимости от их состава и основных характеристик:

• поливинилхлоридные мембраны, в составе которых присутствуют дополнительные наполнители;
• мембраны на основе пластичных полиэфинов;
• мембраны, в составе которых присутствует этиленпропилендиенпономер.

Первый вариант мембраны отличается особой популярностью. Основным составляющим веществом мембраны является поливинилхлорид и разного рода добавки. С их помощью состав становится более устойчив перед низкой температурой. В качества армирования пленки используется сетка из полиэстера. Она делает изделие более прочным и стойким к разрыву. Именно с помощью данных характеристик удается обеспечить механическое крепление пленки.

Если рассматривать недостатки ПВХ мембран, то стоит отметить потерю их эластичности, по прошествии определенного периода эксплуатации. Так как, добавки, присутствующие в их составе со временем теряют свойства. Кроме того, данный материал ни в коем случае не используется с гидроизоляторами на битумной основе, они между собой несовместимы. Длительность эксплуатации ПВХ мембран составляет не более тридцати лет.

Мембраны на основе термопластичных полиэфинов содержат в составе каучук и особые вещества, улучшающие их пожарную безопасность. В данном материале удается удачность скомбинировать пластичность и резину. Среди их преимуществ отметим:

• совместимость с веществами на битумной основе;
• длительность эксплуатации, не нуждаются в ремонте до сорока лет;
• существует возможность ремонта поверхности, при необходимости;
• легки в монтаже;
• более длительный срок эксплуатации, по сравнению с материалами на основе ПВХ.

Среди недостатков отметим только более высокую стоимость такой кровли. Которая вполне перекрывается всеми ее достоинствами.

Мембраны на основе ЭПДМ отличаются отличной стойкостью перед климатическими изменениями, эластичностью и длительностью эксплуатации.

Среди большого количества полимерных строительных материалов и изделий, к особой группе относят наличную полимерную кровлю. Среди преимуществ ее применения, отмечают:

• отличные гидроизоляционные характеристики;
• высокий уровень прочности;
• стойкость к изменению температуры;
• высокий уровень морозостойкости;
• отсутствие стыков;
• высокая стойкость к механическим повреждениям и износу;
• стойкость перед гниением;
• разнообразие цветовых решений;
• легкость выполнения монтажных работ;
• срок эксплуатации составляет около пятнадцати лет.

Полимерная кровля наливного характера очень схожа с мембраной, однако, они различаются в технологии монтажа материала. В зависимости от технологии наливки кровли она бывает:

• полимерной;
• полимерно-резиновой.

Первый вариант более распространен из-за наличия в нем огромного количества преимуществ. Для нанесения данного типа кровли потребуется налить состав на поверхность и равномерно распределить его с помощью кисти или валиком. Главным преимуществом данной кровли является полная ее герметичность, эластичность и монолитность.

В соотношении с технологией установки наливной кровли, она бывает:

• армированной;
• неармированной;
• комбинированной.

Наливная кровля с армированием содержит в своем составе цельную битумную эмульсию и дополнительное армирование с помощью стеклоткани. Неармированное покрытие состоит из эмульсионного материала, который наносится непосредственно на кровлю, толщиной около 1 мм. Комбинированный вариант предполагает использование полимерных мастик, гидроизоляционных материалов рулонного типа, верхнего слоя, в составе которого присутствует каменная крошка, гравий и краска на влагостойкой основе. Нижний слой кровли содержит подкладку в виде недорогого рулонного материала. При этом, армирование обеспечивается верхним слоем из каменной крошки.

В составе полимерной наливной кровли присутствует:

• композиции полимерного типа;
• наполнители, повышающие эксплуатационные характеристики материала;
• грунтовка, с помощью которой выполняется подготовка основания перед нанесением кровли;
• армирующий состав — полиэфирное волокно или стеклоткань.

Довольно распространенным вариантом является использование кровли на основе полиуретана. Она отлично ложится на поверхность и легко устанавливается на сложных участках вблизи дымохода или телевизионной антены. Полиуретан делает кровлю схожей с резиной, он придает ей таких качеств как стойкость к перепаду температур, длительность эксплуатации.

Еще одним вариантом полимера на органической основе, используемого в процессе ремонта и изготовления наливной кровли, является полимочевина. Среди ее преимуществ отметим:

• очень быстрая полимеризация, для хождения по кровле достаточно подождать один час после нанесения материала;
• способность проводить работы при температуре до -16 и высокой влажности;
• отличные электроизоляционные характеристики;
• стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
• пожарная безопасность и стойкость перед высокой температурой;
• длительность эксплуатации;
• экологическая безопасность.

Применение полимерных материалов и изделий связано с разными отраслями промышленности и общественности. Использование полимочевины особо актуально в регионах с нестабильным климатом и резкими изменениями температурного режима.

Как полимеры стали ещё одним шагом в развитии солнечной энергетики?

Представьте себе нить, на которую нанизаны бусины. Примерно так выглядит макромолекула. А теперь представьте большое количество таких бус, переплетённых вместе. Это уже полимер — вещество, состоящее из макромолекул, построенных из многократно повторяющихся групп атомов («мономерных звеньев»). Такая структура и определяет удивительные свойства этих материалов. В природе полимеры — это целлюлоза, лигнин, крахмал, натуральный каучук, желатин, шелк, кератин и другие. Они участвуют в жизни человека с древнейших времён. Однако настоящая эра полимеров пришла в начале XX века с изобретением Лео Бакеландом твёрдого материала, который был назван «бакелит». С этих пор началось взрывное развитие полимерной науки, было налажено промышленное производство полиэтилена, полистирола, полиамида и других пластмасс, без которых сегодня трудно представить нашу жизнь. В общем, роль полимеров в жизни человечества поистине глобальна.

Основную часть полимеров получают на огромных заводах из соответствующих мономеров. Годовая производительность таких гигантов химической промышленности может достигать десятков и сотен тысяч тонн. Так как основным сырьём являются продукты нефтепереработки (мономеры), то полимерные предприятия располагаются в непосредственной близости от нефтеперерабатывающих заводов. Но делать нечто ужасное из экологических проблем и нефтепродуктов не стоит, нужно работать над улучшением технологий, ресурсо- и энергосбережением.

Среди ключевых площадок, которые занимаются изучением и разработкой полимеров и материалов на их основе в России можно выделить Институт высокомолекулярных соединений РАН и Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН. Среди зарубежных институтов можно выделить The Michael M. Szwarc Polymer Research Institute в Нью-Йорке (США) и Leibniz Institute of Polymer Research в Дрездене (Германия). Однако самыми сильными научными центрами и локомотивами инноваций являются лаборатории крупных корпораций, таких как BASF, Dow Chemical, ExxonMobil, Chevron, LG Chem и другие.

Реклама на Forbes

О рынке полимеров

Рынок полимерных материалов в Российской Федерации после депрессии 1990-1996 гг., связанной с геополитическими изменениями и, как следствие, падением спроса на сырьё, начиная с 1998 г., демонстрирует уверенный рост. И даже 2009 г., когда в результате кризиса потребление полимеров снизилось почти на 12% не смог изменить ситуацию, так как уже в следующем году рост продолжился. При этом до сих пор спрос на полимерные материалы значительно опережает предложение. Такая ситуация способствует строительству новых заводов и открытию новых производственных линий на уже имеющихся, чтобы закрыть дефицит материалов, компенсируемый импортными поставками. Так, в настоящее время в Тобольске идёт строительство комбината ЗапСибНефтехим, на мощностях которого будут производиться полиэтилен и полипропилен, подписано соглашение по промышленному проекту «Этана» в Кабардино-Балкарии, на котором будет организовано производство полиэтилентерефталата. Всё это позволило нашей стране в течение последних лет наращивать производство полимерной продукции примерно на 7%, в то время как в мире эта цифра находится на уровне 3%.

К настоящему времени мировое потребление полимерных материалов превысило 210 млн. тонн (по данным «Эрнст энд Янг (СНГ) Б.В.»), доля стран СНГ в котором около 3%. Основными же игроками на мировом рынке являются страны Северной Америки (около 20%) и Европы (около 21%). В последние годы мировой рынок полимерных материалов все больше смещается в регионы Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона. Это связано не только с ростом спроса в развивающихся странах, но и с близостью к сырью. Таким образом, на сегодняшний день Китай и страны Ближнего Востока и Африки суммарно производят около 30% всех полимерных материалов. Наиболее крупнотоннажным полимером в России, как и в мире, является полиэтилен с долей порядка 37%, за которым расположились полипропилен (26%), поливинилхлорид (18%), полистирол (9%), полиэтилентерефталат (около 8%) и другие.

Итак, и мировой и российский рынки полимерных материалов демонстрируют уверенный рост за счёт увеличения спроса и, соответственно, строительства новых производственных мощностей. При этом веских причин для изменения этой картины в ближайшем будущем нет. Как в отрасль полимеров проникают новые технологии?

О научных открытиях

Наука о полимерах молода по сравнению с традиционными химическими науками. Несмотря на это она может похвастаться интенсивным развитие — новости об открытиях (в том числе и в области энергетики) выходят постоянно. Однако к громким заявлениям следует относиться с определённой осторожностью и, не побоюсь этого слова, некоторым скепсисом. Новостные агентства, которые освещают новые научные достижения, зачастую грешат преувеличениями, приукрашиванием действительности или явными неточностями. Среди причин, на мой взгляд, —  не только сложность современных научных концепций, но и «дозированные вбросы» с целью исказить проблему и намеренно отвлечь внимание (ведь передовые разработки в области полимерного материаловедения находятся на острие современной науки, требуют грамотной патентной защиты и потенциально весьма дорогостоящи).

Так, в числе свежих новостей, было сообщение об открытии новых возможностей органических полимеров, полианилинов, химиками из техасского университета в Арлингтоне. В частности, исследователи заявили, что в перспективе такие вещества способны стать материалом для фотокадотов для превращения диоксида углерода в топливо без катализаторов. Другой пример — новый тип тканого материала, который способен вырабатывать энергию, преобразуя в электричество солнечный свет и энергию ветра. Он был представлен объединенной командой ученых из Технологического института Джорджии (США) и Чунцинского университета (Китай).

Если обратиться к современным трендам, то станет ясно, что основное внимание общественности приковано к возобновляемым источникам энергии, в том числе к энергии Солнца. Так, мировое сообщество обеспокоено проблемами, связанными с ухудшением состояния окружающей среды. Не случайно большое внимание уделяется различным международным конференциям, наиболее значимая из которых за последнее время — Конференция по климату COP21, проходившая в конце 2015 года в Париже. Важность данного мероприятия подтверждает участие в нём первых лиц многих государств общим числом в 195 стран. Таким образом, оба проекта очень выгодно смотрятся на данном фоне, но не стоит раньше времени рисовать им светлое будущее.

Какие же подводные камни могут быть скрыты под громкими заголовками таких новостей?

Во-первых, вполне возможно, что описанные проекты находятся только на зачаточной стадии, и неизвестно, будут ли они доведены до конца. Во-вторых, успех в техническом плане не гарантирует финансовый успех такого проекта. Технология просто может оказаться нерентабельной. И, наконец, не стоит забывать про конкуренцию со стороны традиционных ископаемых источников энергии, которые доминируют в мировой энергетике. Так что до тех пор, пока ископаемое топливо будет рентабельно, не стоит ожидать полномасштабной реализации подобных проектов.

О преобразовании солнечной энергии в электрическую

В настоящее время известны два основных способа преобразования солнечного света в электрическую энергию. Суть первого заключается в фокусировке светового пучка с помощью специальных устройств (зеркал, линз) на каком-либо теплоносителе. За счёт этого тепловая энергия солнечного света сообщается теплоносителю, который нагревается. На последнем этапе полученная энергия переводится в электрическую, например, за счёт перевода жидкости в пар, который вращает турбину генератора. Второй способ основан на прямом преобразовании солнечного света (или электромагнитных волн) в электрическую энергию с помощью фотоэлементов (солнечных батарей). Принцип их работы противоположен светодиоду, при пропускании тока через который создаётся оптическое излучение. В солнечных батареях, наоборот, фотоны света рождают носители заряда, чьё движение и создаёт электрический ток.

Важным направлением развития современной солнечной энергетики является разработка и совершенствование органических фотоэлементов, в том числе и полимерных. Устройство полимерной солнечной батареи схоже с обычной кремниевой и характеризуется наличием катода и анода, между которыми расположен фотоактивный полимерный слой, состоящий из донора и акцептора (в отличие от кремниевых аналогов, в которых используется полупроводник на основе кремния). Их эффективность крайне низка по сравнению с кремниевыми фотоэлементами и составляет в среднем 6-8 %. Однако их главными преимуществами являются низкая стоимость, отсутствие в составе токсичных элементов, лёгкость и гибкость, что даёт большую свободу при выборе поверхностей для монтажа таких батарей.

Принцип работы полимерной солнечной батареи может быть представлен так:

Фотон света, попадая на фотоактивный слой, поглощается донором, в результате чего образуется экситон, состоящий из дырки и электрона. Экситон не имеет заряда и не может служить носителем, поэтому необходимо, чтобы он диссоциировал на отдельные положительный и отрицательный заряды. Именно это и происходит, когда экситон встречает акцептор. После этого электрон и дырка на границе раздела фаз находятся в связанном состоянии в виде комплекса переноса заряда. И если этот комплекс в свою очередь разделится, то электрон перемещается к катоду, а дырка — к аноду. В результате генерируется электрический ток.

Реклама на Forbes

При создании полимерных фотоэлементов необходимо подбирать специальные полимерные материалы. У высокомолекулярных веществ, используемых для этих целей должна быть определённая структура, способствующая реализации необходимых процессов и блокирующая возникновение нежелательных. Так, во избежание потерь на люминесценцию или фосфоресценцию в результате распада экситона с излучением поглощённой энергии и для повышения эффективности полимерной батареи в качестве донора обычно используют вещество с сопряжённой структурой, а в качестве акцептора — материал с малой энергией низшей свободной молекулярной орбитали. Кроме того, так как диссоциация экситона, а, соответственно, и образование носителей заряда (электрона и дырки) происходит на границе раздела фаз (донора и акцептора), то к её качеству предъявляются высокие требования. Именно она в большей степени и определяет эффективность полимерных батарей.

О перспективах

В разговоре о фотоэлементах нельзя не упомянуть о структуре их цены, в которой для наиболее распространённых (занимают около 90% рынка солнечных элементов) и эффективных (КПД около 20%) кремниевых солнечных батарей стоимость сырья (кремний высокой чистоты) составляет более 80%. Полимерные же аналоги, имея преимущество в эксплуатационных характеристиках и цене за счёт меньшей стоимости производства и сырья, всё ещё обладают крайне низкой эффективностью.

Существует мнение, что повышение энергетического выхода полимерных солнечных элементов хотя бы до половины кремниевых аналогов произведёт революцию в солнечной энергетике. Другой взгляд на эту проблему заключается в необходимости дальнейшего снижения цены таких батарей при сохранении уже достигнутого КПД. Однако низкая эффективность — не единственная проблема полимерных фотоэлементов. Батареи на основе полимерных материалов подвержены значительной деградации, эффективные покрытия для защиты от которой ещё не разработаны. Если будут устранены данные недостатки, вполне можно ожидать взрывообразного развития солнечной энергетики.

Полимерные солнечные батареи уже вышли на рынок фотоэлектрических преобразователей. Конечно, их ассортимент не так велик, как у кремниевых аналогов, что связано с вышеназванными проблемами. Однако такие солнечные элементы — сбывшаяся реальность.

Реклама на Forbes

В 2010 г. рынок фотоэлементов на основе полимерных материалов составлял около $0,9 млн. По прогнозам к началу 2018 года эта цифра может увеличиться до $460 млн., что свидетельствует о спросе на такие устройства. Кроме того, по данной цифре можно косвенно судить об объёме инвестиций, в том числе привлечённых с помощью краудфандинговых интернет-площадок.

Стоимость преобразования энергии, которая рассчитывается из стоимости фотоэлемента, отнесённой к его мощности, для фотоэлементов на основе полимерных материалов в 2010 г. составляла $11,5 за 1Вт для единственного доступного в то время на рынке модуля Konarka KT-20, который реализовывался малыми партиями. В 2015 году эта цифра составила уже $0,38-0,43за 1Вт. Не в последнюю очередь это связано с разработкой в 2013 году технологии рулонной печати полимерных фотоэлементов, которая упростила производство данных девайсов.

О солнечной энергетике

Поиск новых методов запаса и производства электричества, несомненно, является важным направлением современной науки. Так, в настоящее время подавляющее большинство электростанций, вырабатывающих электроэнергию с помощью солнечных элементов, используют традиционные кремниевые модули. И причина этого не в отсутствии новых технологий и устройств. Кремниевые фотоэлементы отличаются высокой эффективностью, длительным сроком службы (до 25 лет) и простотой в обслуживании, поэтому по сумме всех показателей конкурировать с ними другим солнечным элементам крайне сложно.

Количество солнечных электростанций с каждым годом растёт, но к настоящему времени доля возобновляемых источников энергии (в том числе энергии Солнца) в мировой энергетике не превышает 2%. Таким образом, новейшие разработки в области энергетики, чтобы стать популярными и востребованными, должны быть конкурентоспособны по цене и удобству использования не только с уже имеющимися аналогами (как в случае полимерных и кремниевых фотоэлементов), но и с ископаемым топливом.

Реклама на Forbes

В России создали полимер с высокой протонной проводимостью

Российские ученые синтезировали металл-органический координационный полимер на основе фосфонат-замещенного порфирината никеля, обладающий рекордной прочностью и протонной проводимостью. Этот материал можно будет использовать для разделения сложных смесей, хранения различных газов, в качестве сенсора и катализатора, в химических источниках тока и системах адресной доставки лекарств, отмечается в сообщении пресс-службы Минобрнауки РФ. Статья исследователей опубликована в Chemistry-A European Journal.

Ученые из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН совместно с коллегами из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН предложили новый способ получения металл-органического пористого материала на основе порфирината никеля. Материал обладает одной из самых высоких среди известных соединений этого класса протонной проводимостью.

Металл-органические координационные полимеры (МОКП) — класс соединений на основе неорганических строительных блоков, состоящих из одного или нескольких ионов металлов, которые соединены друг с другом при помощи органических мостиков. Эти объекты привлекают внимание исследователей благодаря практически неограниченным возможностям структурного дизайна новых соединений и широкому спектру функциональных свойств.

«Известно, что металл-органические координационные полимеры с высокоупорядоченной структурой обладают уникальными свойствами. Так, например, материал весом в один грамм может иметь площадь поверхности, равную площади футбольного поля! Благодаря этому МОКП проявляют рекордные сорбционные характеристики среди всех пористых материалов. Такие материалы могут удерживать в своих порах различные газы, использоваться в качестве эффективных катализаторов органических реакций, а также в качестве сенсоров или средств доставки лекарственных препаратов пролонгированного действия. Области их применения расширяются с каждым днем», — рассказывает одна из авторов статьи, главный научный сотрудник ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Юлия Горбунова.

МОКП на основе порфиринов — гораздо более термически и химически устойчивые материалы, чем другие соединения, использующиеся в промышленности. Направленно меняя положение отдельных фрагментов в молекуле порфирина и природу металла в макрокольце и узлах решетки, можно регулировать структуру каркаса и размер его пор, контролируя величину протонной проводимости получаемого материала и его устойчивость.

Ученые синтезировали соединение никеля, имеющего функциональные группы, способные как к взаимодействиям с ионами других металлов, так и к формированию межмолекулярных водородных связей. Эти структурные особенности органической молекулы и определенные условия реакции привели к образованию координационного полимера, содержащего в своих каналах органические катионы, которые также существенно влияют на устойчивость и проводимость материала. Выдающиеся характеристики нового металл-органического координационного полимера на основе фосфонат-замещенного порфирината никеля показывают перспективу применения данного класса соединений в качестве протонных проводников в альтернативной энергетике.

Учёные предсказали двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах

Учёные Сибирского федерального университета в составе международной группы изучили двумерные полимеры на основе тетраоксо[8]циркулена и атомов s-металлов таблицы Менделеева с помощью квантово-химического моделирования. Выяснилось, что модификация поверхности полимера тетраоксо[8]циркулена атомами кальция приводит к появлению сверхпроводимости при температуре ниже 14,5 К и возможной реализации двухуровневой системы на атомах Ca, перспективной для построения квантовых битов и последующей реализации в квантовых компьютерах. Статья опубликована в журнале Nanoscale.

Прогресс в создании современных устройств требует разработки новых материалов с уникальными свойствами. Использование органических мономеров для формирования двумерных листов (полимеров) позволяет гибко проектировать и оптимизировать функциональные устройства, поскольку свойства таких структур зависят от типа выбранного мономера, от способа связывания мономеров в полимер и от размера полученного материала. Дополнительным бонусом является эластичность таких материалов, по сравнению с более хрупкими неорганическими листами. Пористые органические полимеры позволяют равномерно внедрять атомы металла в свою структуру, что способствует расширению их функциональных характеристик. Учёные помещали в поры полимера атомы различных s-металлов и изучали свойства таких наноструктур.

«Наиболее интересные свойства были обнаружены при модификации полимера атомами кальция, в котором удалось реализовать уникальное квантовое состояние (S = ½), что делает такие материалы перспективным для создания элементов квантовых компьютеров — кубитов. Одним из ключевых параметров при построении магнитных кубитов является время жизни квантовой суперпозиции состояний, которое строго зависит от спинового состояния. Материалы с активными центрами в спиновом состоянии S = ½ считаются наиболее перспективными» — сообщила Людмила Бегунович, сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ.

Авторы подчеркивают, что преимущество использования в качестве кубитов металлорганического полимера заключается в том, что в отличии от традиционно предлагаемых молекулярных магнитов (металлоорганических молекул, обладающих магнитными свойствами), которые должны быть точно и упорядоченно расположены на подложке, активные центры (атомы кальция) равномерно и равноудаленно встроены в структуру полимера, что упрощает их использование при создании устройств. Кроме того, данные полимеры демонстрируют сверхпроводимость с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние 14,5 К.

«Сочетание сверхпроводимости и потенциально большого времени жизни состояния спиновой суперпозиции в кальции делает данный материал особенно перспективным для применения в области обработки квантовой информации. Мы ожидаем, что сверхпроводимость может быть реализована в других ковалентных органических полимерах через механизм легирования, как это было сделано ранее в многочисленных углеродных и углеводородных кристаллах. Сверхпроводники, изготавливаемые на основе металлорганических полимеров, обещают быть дешевле в производстве по сравнению с существующими сверхпроводниками на основе чистых металлов, сплавов и керамики, а реализация квантовых битов проще и элегантнее» — подчеркивает руководитель исследования Артём Куклин.

Исследование поддержано Российским научным фондом (грант 19-73-10015).

Пластмассы против полимеров: в чем разница?

16

Янв

Автор: wkmounts / 16 января, 2020

Хотя эти термины часто используются как синонимы, полимеры и пластмассы не всегда одно и то же. Полимеры могут существовать органически или создаваться синтетически и состоять из цепочек соединенных отдельных молекул или мономеров. Пластмассы — это тип полимера, состоящий из цепочек полимеров, которые могут быть частично органическими или полностью синтетическими.

Проще говоря, все пластмассы — это полимеры, но не все полимеры — это пластмассы. Ниже мы исследуем состав, физические свойства и области применения полимеров и пластиков, чтобы дать четкое объяснение различий между ними.

Что такое полимеры?

Полимеры могут происходить органически в форме природных или биополимеров, таких как шерсть, хлопок или дерево, или они могут быть синтезированы в полуорганические или полностью синтетические материалы. Синтетические полимеры делятся на три категории:

1. Эластомеры — это эластичные материалы с высокой гибкостью и низкой прочностью молекулярных связей (например, резина).
   Полимерные волокна состоят из полимерных цепей с более прочными молекулярными связями, чем эластомеры. Волокна более жесткие и менее эластичные, чем эластомеры, и могут состоять как из натуральных, так и из синтетических материалов.
2. Термопласты более жесткие, чем волокна и эластомеры, и отличаются своей способностью сохранять свою молекулярную структуру при воздействии тепла. При нагревании до температуры плавления термопласты будут плавиться, а не гореть, что делает их идеальными для придания формы и формования.

Основная структура, физические свойства и использование синтетического полимера помогают определить его классификацию. Поскольку существуют тысячи полимеров, важно понимать свойства и способы применения полимеров, чтобы гарантировать их использование в соответствующих областях.

Строение

Молекулярная структура полимера определяет основные свойства материала. При попытке классифицировать конкретный полимерный материал необходимо учитывать следующие структурные аспекты:

• Мономерный состав.Знание того, какие мономеры составляют полимерную цепь, сколько из них и природу этих мономеров, поможет классифицировать материал.
• Характеристики цепи. Средняя длина и вес цепей в полимере помогают определить степень полимеризации и молекулярную форму полимера.
• Молекулярные связи. Структура полимера может определяться способами, которыми мономеры связаны друг с другом, а также наличием поперечно-разветвленных связей между полимерными цепями.
• Метод полимеризации. Способы, с помощью которых мономеры объединяются в полимеры, определяют структуру полимера, будь то естественный процесс или синтетическая полимеризация с использованием тепла, химикатов или конденсации.

Недвижимость

Полимеры бывают самых разных форм и могут быть дополнительно классифицированы на основе их физических свойств. Некоторые идентифицирующие характеристики включают:

• Плотность
• Тепловые свойства
• Кристаллическая структура
• Твердость
• Предел прочности
• Обрабатываемость
• Формуемость
• Растворимость

Приложения

Полимеры

также можно классифицировать по областям применения.Из-за разнообразия материалов, которые могут быть созданы путем полимеризации, полимеры могут использоваться в широком диапазоне применений:

• Формованные и формованные изделия
• Пленки и листы тонкие
• Эластомеры
• Клеи
• Покрытия, краски и чернила
• Пряжа и прочие волокна

Что такое пластмасса?

Пластмассы — это синтетические или полуорганические полимеры, изготовленные из масла или нефти с использованием химикатов и конденсации для создания молекулярных связей.Хотя полимеры могут возникать в природе, пластмассы полностью созданы руками человека.

Однако, поскольку пластик содержит полимеры, он демонстрирует аналогичные физические свойства и универсальность, что делает его полезным в широком диапазоне применений. Пластмассы можно разделить на две категории: термореактивные пластмассы и термопласты.

Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы подвергаются термической закалке в прочную конструкцию. После того, как они были сформированы, термореактивные материалы остаются в фиксированной форме даже при повторном воздействии тепла.После схватывания термореактивные пластмассы будут гореть, а не плавиться при воздействии экстремальных температур. Их высокая устойчивость к нагреванию и коррозии делает термореактивные пластмассы особенно полезными в тех случаях, когда требуются надежные прецизионные компоненты, которые не изменяют форму или не деформируются при экстремальных изменениях температуры.

Обычно используемые термореактивные пластмассы включают:

• Полиуретан
• Эпоксидная
• Фенольный
• Некоторые полиэфиры
• Фенольный

Благодаря своей долговечности и термостойкости, термореактивные пластмассы используются в различных областях, например:

• Электронные компоненты и изоляторы
• Теплозащитные экраны
• Детали двигателя и крышки
• Бытовая техника
• Компоненты освещения
• Энергетическое оборудование

Термопласты

В отличие от термореактивных пластиков, термопласты можно повторно нагревать и изменять форму без каких-либо изменений в их фундаментальном молекулярном составе.Термопласты плавятся при воздействии сильного тепла, что делает их идеальными для процессов формования и формования. Обычно они используются для пластмассовых изделий, которые не подвергаются сильному нагреву, таких как пластмассовые игрушки, зубные щетки, пластиковые контейнеры для хранения, бутылки для напитков и другие потребительские товары.

Термопласты доступны в двух различных формах, аморфной и полукристаллической, в зависимости от их фундаментальной молекулярной структуры.

• Аморфные термопласты.Аморфные термопласты состоят из полимерных цепей, которые не расположены в каком-либо определенном порядке — полимерные нити перемешаны друг с другом неравномерно и неорганизованно. Аморфные термопласты имеют очень низкую термостойкость, но обладают прочностью при низких температурах. Они, как правило, прозрачные из-за отсутствия структуры, что делает их полезными для пластиковых окон и осветительных приборов.
• Полукристаллические термопласты. Полукристаллические термопласты состоят из полимерных нитей в упорядоченном расположении или кристаллической структуры, смешанной с аморфными участками.Количество кристаллической и аморфной структуры определяет физические характеристики пластика. Чем больше кристаллическая организация, тем непрозрачнее становится материал. Полукристаллические термопласты обладают большей прочностью, стабильностью, термостойкостью и химической стойкостью, чем их полностью аморфные аналоги.

Термопласты включают широкий спектр материалов, в том числе:

• Полиэтилен (PE)
• Полистирол (ПС)
• Полипропилен
• Поливинилхлорид (ПВХ)
• Полиэстер
• Нейлон
• Термопластичные олефины
• Сантопрен
• Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS)
• Ацетали

Благодаря своей универсальности термопласты находят применение во множестве отраслей и сфер применения, в том числе:

• Выдувное и литье под давлением
• Товары народного потребления
• Автомобильные компоненты
• Детали инженерные и механические
• Медицинское оборудование
• Складские контейнеры
• Упаковочные материалы

Термопласты легко поддаются формованию, что делает их идеальными для использования в производстве выдувного формования.В процессе выдувного формования используется сжатый воздух для нагнетания расплавленной пластмассы в предварительно изготовленную форму для создания бутылок, контейнеров, ящиков и других полых деталей и компонентов.

Выдувное формование с OMICO

Обладая более чем 50-летним опытом работы с полимерами и пластмассами, OMICO рада предоставить уникальные выдувные изделия для широкого спектра отраслей, включая автомобильную, медицинскую, бытовую, аэрокосмическую и зоотоваровую промышленность. Наше предприятие, сертифицированное по стандарту IATF-16949, включает в себя парк современного оборудования для выдувного формования, что гарантирует высочайшее качество деталей.Мы используем только самые чистые пластмассовые изделия непосредственно из источника, Exxon Mobil, и наша система включает в себя специализированное контрольно-измерительное оборудование, чтобы гарантировать, что наши продукты являются стабильными и надежными.

Для получения дополнительной информации о наших исключительных возможностях выдувного формования свяжитесь с нами или запросите предложение сегодня!

Полимерный материал — обзор

3.2.2.1 Принцип криогенного измельчения

Полимерные материалы имеют соответствующие точки хрупкости и точки стеклования при низкой температуре.Когда температура ниже точки хрупкости, полимерные материалы становятся хрупкими. В различных диапазонах температур ударная вязкость полимерных материалов будет разделена на три зоны, а именно зону пластичности, переходную зону и зону хрупкости.

В зоне пластичности, как и в случае высокой эластичности резины, полимерные материалы могут быть растянуты в высокоэластичном состоянии, и процесс разрушения постоянных нагрузок может длиться более 1 секунды, что отличается от мгновенного действия в то время. ударного разрушения.В полимерных материалах, находящихся в переходной зоне между высокоэластичным состоянием и стеклообразным состоянием, будет относительно стабильное сужение и холодное вытягивание, поэтому удлинение будет высоким.

В хрупкой зоне полимерные материалы находятся в стеклообразном состоянии, прочность на разрыв, сопротивление сжатию и твердость усиливаются, а пластичность, ударная вязкость и относительное удлинение снижаются. Когда материалы подвергаются воздействию внешней силы, неровные частицы и мелкие трещины накапливают энергию в материалах, заставляя трещины постоянно расширяться.Трещины — это внутренний фактор повреждения, который увеличивает скорость деформации ползучести и релаксации напряжений. В результате растрескивания и растрескивания напряжение становится более концентрированным, что приводит к скольжению или разрыву некоторых молекулярных цепей. По мере увеличения скорости деформации хрупкость материала будет усиливаться, и возникающая в результате трещина будет хрупкой.

В целом, хрупкость полимерных материалов будет увеличиваться при понижении температуры. Когда полимерные материалы измельчаются, будет использоваться такое свойство, то есть измельчение полимерных материалов методом высокоскоростного удара при низкой температуре.

Низкая температура выполняет три функции: (1) потребление местного тепла, выделяемого во время измельчения, предотвращение повышения температуры и поддержание низкой температуры; (2) снижение ударной вязкости и удлинения при разрыве полимерных материалов, что облегчает их измельчение; и (3) резкое снижение теплоты измельчения и повышение производительности измельчения.

Во время измельчения при низкой температуре низкотемпературный эффект достигается за счет использования хладагентов. Обычно используемые хладагенты для криогенного измельчения — жидкий азот и метан.Благодаря большой скрытой теплоте и отсутствию скрытой опасности взрыва жидкий азот, как инертный сжиженный газ, имеет широкую область применения.

Материаловедение и инженерия: полимеры

Полимер (название означает «много частей») представляет собой длинноцепочечную молекулу, состоящую из множества повторяющихся звеньев, называемых мономерами . Полимеры могут быть натуральными (органическими) или синтетическими. Они повсюду: в пластике (бутылки, игрушки, виниловый сайдинг, упаковка), косметике, шампунях и других средствах по уходу за волосами, контактных линзах, природе (ракушки крабов, янтарь), продуктах питания (белки, крахмалы, желатин, камедь, глютен), ткань, мячи, кроссовки и даже в вашей ДНК! Специалист в области науки о полимерах может найти работу практически в любой отрасли.

Сколько полимера нужно, чтобы превратить воду в жидкость?

Полимерные цепи взаимопроникают при растворении в растворителе. На этом изображении бутылка содержит раствор высоковязкого полимера, состоящий только из 2% высокомолекулярного полиэтиленоксида, растворенного в 98% воды. Полимер с высокой молекулярной массой может иметь длину от 10 000 до 100 000 мономеров!

Как MSE в UMD работает с полимерами?

Новый способ лечения вирусов: Дэн Джаниак, выпускник программы магистратуры MSE, разработал полимер, называемый гидрогелем с молекулярным отпечатком, который можно использовать для фильтрации вирусов из вашей крови!

Это не абстрактное искусство и не причудливый узор на обоях… эти формы образуются путем самосборки тонкой пленки блок-сополимера, одного из класса полимеров, которые содержат группы (или «блоки») различных молекул мономера, соединенных встык. Черные области обозначают ямы или низкие точки на пленке. Эти полимеры, разработанные исследовательской группой профессора MSE Роберта М. Брайбера в сотрудничестве с NIST, могут использоваться для создания шаблонов, которые будут служить шаблонами при производстве электроники нано- или микромасштабов.

Бал «Happy», мяч «Sad» — Эти два мяча выглядят, но не ведут себя одинаково.При падении «счастливый» мяч будет подпрыгивать, а «грустный» — нет. Это потому, что «счастливый» мяч сделан из неопрена, эластичного полимера, а «грустный» мяч — из полинорборена, полимерного материала, предназначенного для поглощения энергии. Шарик из полиуретана поглощает удар, когда он ударяется о поверхность, заставляя его «падать, как камень». Такие материалы, как полинорборен, можно использовать в спортивной обуви для поглощения энергии во время бега или прыжков, предотвращая удары по ступне или ноге.

Супервпитывающие полимеры
Супервпитывающие полимеры — это особый класс полимеров, называемых полиэлектролитами, которые имеют заряд на полимерной цепи, увеличивающий растворимость в воде.Обычно они используются в форме мелких частиц, которые сшиты, поэтому они образуют гель, а не растворяются полностью. Полимерный гель поглощает воду, а заряды вдоль цепи отталкиваются друг от друга, растягивая цепь и усиливая набухание геля. Супервпитывающие полимеры могут легко впитывать воду в 100 раз больше своего объема! Суперпоглощающие полимеры используются в таких продуктах, как одноразовые подгузники, для очистки разливов воды в окружающей среде и для предотвращения стекания дождевой воды в сельскохозяйственных районах.

Полимерные цепи: «Полимер в банке»
Наша демонстрация «Полимер в банке» показывает относительный размер полимерной цепи в масштабе до макроскопических размеров. Если рассчитать эквивалентную молекулярную массу для «цепи», показанной в фильме (при условии, что это молекула полиэтилена), то получится около 80 000 г / моль. Это полимер с относительно низкой молекулярной массой, и для многих областей применения полиэтилена потребуется значительно более высокая молекулярная масса для достижения хороших механических свойств.

Для получения дополнительной информации на сайте:

Узнайте, как пластмассы используются в автомобилях, электронике, упаковке и строительстве; как пластмассы способствуют безопасности и помогают экономить энергию; как они перерабатываются; и как люди делают больше с меньшим количеством пластика, чем раньше.

Полимеры могут иметь свойства жидкостей или твердых тел. Silly Putty — отличный пример полимера, в котором есть и то, и другое: при медленном вытягивании он становится жидким, но если его разрывать, он трескается и ломается, как твердое тело.

Лакомства вроде жевательных конфет и Jell-O содержат желатин, съедобный полимер. Желатин также используется для изготовления капсул с лекарствами и многого другого, в том числе пленки для фильмов и фотоаппаратов.

Каучук — это полимер, а пластиковая бутылка и шампунь в ней содержат полимеры.

Полимеры: от ДНК до резиновых уток

Что общего у ДНК, резиновых уток и странных плащей семидесятых?

Это все полимеры.

Вы можете этого не осознавать, но полимеры есть повсюду вокруг нас: не только в наших игрушках, одежде и множестве пластиковых изделий, но и в том, что мы едим, и даже в наших телах. Но что такое полимеры? Они такие же, как пластмассы? Как их сделать? И при чем тут скрепки?

Что такое полимер?

Полимеры крупные
молекулы

.Они состоят из ряда более мелких молекул, известных как мономеры.

«Поли» означает «множество», «мер» означает «часть», поэтому «полимер» означает множество частей. Мономер означает одну часть. Полимер состоит из ряда соединенных вместе мономеров.

Один из способов думать о полимерах — это как цепочка скрепок, соединенных между собой.

Полимер — это большая молекула, состоящая из более мелких, связанных вместе молекул, называемых мономерами. Источник изображения: AJ Cann / Flickr.

Допустим, вы чувствуете себя творчески и решаете создать узор (один серебряный, один красный, один серебряный), который затем повторяете в длинной цепочке.Вы можете решить добавить несколько дополнительных канцелярских скрепок к основной цепочке. Или вы можете подумать, что настенная подвеска из канцелярских скрепок была бы отличной идеей (давайте посмотрим правде в глаза, кто бы не стал?) И соединить несколько цепочек крест-накрест, чтобы образовать сеть, похожую на циновку.

Подобно скрепкам, мономеры могут соединяться в длинные цепочки. Эти цепи могут быть линейными, разветвленными или сетевыми. Когда вы делаете цепочку из скрепок, это проволока из соединенных скрепок, которая скрепляет ваше творение. Мономеры соединяются вместе, образуя полимерные цепи, образуя ковалентные связи, то есть разделяя электроны.Другие связи затем удерживают группы цепей вместе, образуя полимерный материал.

Полимеры природные и синтетические

Когда большинство людей думают о полимерах, первое, что приходит в голову, как правило, сделано руками человека — например, австралийские банкноты или странные плащи из ПВХ семидесятых. Но есть также много полимеров, которые встречаются в природе. Крахмалы, содержащиеся в кукурузе и картофеле, представляют собой полисахариды (сахарные полимеры).Шелк и волосы — это полимеры, известные как полипептиды. Целлюлоза, из которой состоит клеточная стенка растений, — еще один природный полимер. Белки, которые мы едим и из которых мы состоим, представляют собой полимеры, состоящие из аминокислот. И даже наша ДНК — это полимер, состоящий из мономеров, называемых нуклеотидами.

Первые искусственные полимеры были фактически модифицированными версиями этих природных полимеров. Целлулоид, материал, из которого делали фильм немое кино, представлял собой пластик, созданный из химически модифицированной целлюлозы.Первым полностью синтетическим полимером (то есть произведенным людьми путем химического синтеза), изобретенным в первые годы двадцатого века, был бакелит: пластик, полученный путем реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах. Он был обнаружен, когда его изобретатель, Лео Бэкеланд, пытался найти замену шеллаку, натуральному полимеру, полученному из панцирей азиатских лаковых жуков.

Ранние полимеры, такие как целлулоид, были изготовлены из модифицированных природных полимеров. Источник изображения: Wikimedia Commons.

Сегодня есть все виды синтетических полимеров, от полиэтилена (самый распространенный пластик в мире) до полиэстера. Их используют для создания всего, от водосточных труб и бутылок для напитков до термоусадочной пленки и шпателей. Различные комбинации мономеров в этих длинных полимерных цепях приводят к полимерам с разными свойствами (подробнее о том, как и почему, чуть позже), поэтому полимеры могут быть созданы в зависимости от того, какие характеристики вам нужны для вашего материала — прочность, долговечность, гибкость. и так далее

Полимеры и пластмассы: в чем разница?

Хотя слова «полимер» и «пластик» часто используются как синонимы, на самом деле пластик — это всего лишь один вид полимера.Это полимеры, обладающие пластичностью. Другими словами, их можно формовать, например, с помощью тепла.

Многие пластмассы синтезируются из углеводородсодержащего масла или нефти (хотя не все пластмассы: например, биопластики могут быть получены из растений или даже из бактерий). Процесс превращения масла в пластик обычно выглядит примерно так. Сначала нефтеперерабатывающий завод расщепляет нефть на мелкие
углеводороды

(мономеры). Нефтехимический завод получает мономеры, и, используя процессы, которые мы сейчас опишем, они превращаются в полимеры.Наконец, полимеры в виде смолы (массы полимерных цепей) поступают на завод по производству пластмасс, где добавки придают пластику желаемые свойства. Затем его отливают в пластмассовые изделия.

Полимеризация: как получаются полимеры

Соединение длинной цепочки молекул называется полимеризацией.

Для простоты рассмотрим один из видов полимеризации, называемый «аддитивная полимеризация».Помимо полимеризации — как вы уже догадались — мономеры просто складываются вместе по повторяющейся схеме. В результате не создается никакой другой, дополнительной субстанции.

(Другой способ создания полимеров называется конденсационной полимеризацией. В этом процессе, когда каждый мономер добавляется к цепи, в качестве побочного продукта образуется дополнительная небольшая молекула, такая как вода. Нейлон и полиэфир сделаны таким образом.)

Аддитивная полимеризация основана на использовании мономера с двойной связью, соединяющей два атома углерода.Вводится молекула, называемая свободным радикалом, которая заставляет двойную связь открываться и связываться со следующей молекулой мономера. Полимерная цепь образуется, когда одна и та же основная единица повторяется снова и снова в регулярной цепной структуре. Хотя использование свободных радикалов таким образом не является новой идеей, химики регулярно открывают молекулы, которые намного эффективнее создают полимеры. Это означает, что полимеры можно производить быстрее, дешевле, чище и с большим контролем над конечным продуктом.

Давайте увеличим масштаб и рассмотрим этот процесс более подробно на примере образования полиэтилена.

Полиэтилен — простейший синтетический полимер. Он состоит только из одного типа мономера — этилена, состоящего из двух атомов углерода и двух атомов водорода. (Другие полимеры могут состоять из двух или более различных мономеров.) Полиэтилен образуется, когда многие тысячи молекул этилена соединяются встык.

Процесс начинается с нагревания молекулы, например перекиси водорода.

Перекись водорода

Это заставляет его расщепляться на две части, создавая свободный радикал.Свободный радикал — это молекула с одним неспаренным электроном. Электроны — экстраверты атомного мира; они действительно не справляются с одиночеством. Или, говоря техническим языком, молекула с неспаренным электроном во внешней валентной оболочке является нестабильной молекулой. В любом случае одинокий электрон захочет образовать пару с другим электроном.

Образованный свободный радикал

Теперь представим нашу молекулу этилена.

Молекула этилена

Свободный радикал ищет другой электрон, с которым соединяется одинокий электрон.

Свободный радикал с неспаренным электроном

Он атакует двойную связь, соединяющую два атома углерода в молекуле этилена, и удаляет электрон.

Разрывы двойной связи

Его электроны благополучно соединились, свободный радикал присоединяется к одному из атомов углерода.

Другой углерод, ранее благополучно спаренный, теперь имеет неспаренный электрон. Он превратился в свободный радикал, в котором один неспаренный электрон стремится соединиться с другим, чтобы образовать пару.

Начало полимерной цепи

Вводится вторая молекула этилена.Вновь созданный свободный радикал разрывает связь углерод-углерод, удаляя электрон и создавая новый свободный радикал с одним неспаренным электроном на конце.

Построение полимерной цепи

Это продолжается как цепная реакция с образованием длинной цепи по мере добавления новых молекул этилена.

Сеть продолжает строительство

Процесс продолжается до тех пор, пока свободные радикалы не встретятся с другим свободным радикалом, завершая цепочку.

Завершение цепочки

Теперь у нас есть полимер, полиэтилен, состоящий из мономера (повторяющегося звена) этилена.

Полиэтилен

Некоторыми другими примерами полимеров, образованных таким образом, являются полихлорэтилен (ПВХ), используемый для изготовления таких вещей, как водопроводные трубы и изоляция для электрических кабелей, и полипропилен, используемый в таких продуктах, как резиновые утки (и другие игрушки), а также при переработке в волокна , ковры.

Разные полимеры с разными свойствами

Способ расположения молекул придает разным полимерам разные свойства.Манипулируя молекулярной структурой, можно создавать разные полимеры — в зависимости от того, нужен ли вам материал, который будет прочным, эластичным, пригодным для вторичной переработки или чем-то еще.

Например, у полиэтилена

длинные полимерные цепи расположены рядом. Их часто описывают как спагетти: при нагревании они могут раскручиваться и легко скользить друг по другу, давая материал, который становится гибким. Когда они остывают, цепи взаимодействуют и запутываются. Полиэтилен можно плавить и преобразовывать в новую форму снова и снова.Эти плавкие, изменяемые полимеры известны как термопласты. Другие примеры включают полистирол и полипропилен.

Прочность полимеров также варьируется в зависимости от того, как расположены молекулы. Если использовать нашу аналогию со скрепкой, вы можете решить, что несколько скрепок будут отходить от вашей основной линии. Это может показаться довольно забавным, но если вы решите превратить его в настенную подвеску, будет сложно соединить ее с другой цепью в обычном порядке связывания. Как и ваша забавная скрепка с боковыми разветвлениями, полимерные цепи с боковыми ответвлениями не могут выстраиваться вместе в обычный узор.В результате получается полимер с более низкой плотностью. Примером может служить полиэтилен низкой плотности (LDPE) — мягкий материал, в который упаковывают и упаковывают полиэтиленовые пакеты (например, тот, в который можно завернуть бутерброд). Напротив, полимерные цепи, не имеющие боковых ответвлений, могут выстраиваться в одну линию, образуя регулярную (кристаллическую) структуру. Получаемый полимер прочнее и имеет большую плотность. Примером может служить полиэтилен высокой плотности (HDPE), который используется для изготовления пластиковых бутылок, пищевых контейнеров и водопроводных труб.

В отличие от термопластичных полимеров являются термореактивными полимерами.Они не размягчаются при нагревании и после того, как придут в форму, в значительной степени останутся такими. Это потому, что полимерные цепи сильно сшиты в сети. Это вам не очень поможет, если вы хотите что-то мягкое и податливое, чтобы завернуть бутерброд. Тем не менее, это полезно для таких вещей, как автомобильные шины, поскольку шина, плавящаяся от жары, сделает поездку на пляж довольно интересной. Клеи и электрические компоненты также являются термореактивными полимерами.

Цепи термопластичных полимеров (слева) проходят параллельно и поперек друг друга, но не соединяются.Напротив, термореактивные полимеры (справа) имеют сшитые цепи.

Помимо расположения молекул, свойства полимера также определяются длиной молекулярной цепи. Короче говоря, чем больше, тем сильнее. Это связано с тем, что по мере того, как молекула становится длиннее, общие силы связывания между молекулами становятся больше, что делает полимерную цепь более прочной. Когда, например, более тысячи атомов углерода выстраиваются в цепочку мономеров этилена, полученный полимер, полиэтилен, становится прочным и гибким.

Контактные линзы VR и солнечные очки для печати

Разработки синтетических полимеров выходят далеко за рамки пластиковых пакетов и бутылок для напитков. Следующим большим достижением могут стать гибкие электропроводящие полимеры. В виртуальную реальность (VR)? В недалеком будущем вы, возможно, сможете отказаться от толстых очков и вместо этого надеть контактные линзы благодаря очень тонкому электропроводящему полимерному покрытию.Австралийские ученые также работают над легкими гибкими солнечными элементами, на которые можно дешево печатать полимерными чернилами с помощью обычного принтера. В городах будущего можно будет увидеть множество поверхностей — зданий, автомобилей и даже одежды — из этого материала, вырабатывающего энергию. Благодаря обилию дешевых одноразовых продуктов и упаковки пластмассы часто получают плохую репутацию (простите за каламбур) за их воздействие на окружающую среду — и это правильно. Но новые открытия в науке о материалах — от солнечных батарей до биоразлагаемых пластиков из природных материалов — также открывают перспективы более устойчивого будущего.

Что такое полимер? | MATSE 81: Материалы в современном мире

Щелкните, чтобы увидеть расшифровку «От ДНК к глупой замазке», «Разнообразный мир полимеров».

Что общего между шелком, ДНК, деревом, воздушными шарами и Silly Putty? Это полимеры.

Полимеры настолько важны в нашей жизни, что практически невозможно представить мир без них, но что это за хрень? Полимеры — это большие молекулы, состоящие из небольших единиц, называемых мономерами, связанных вместе, как железнодорожные вагоны из поезда.Поли означает много, моно означает один, а мерс или меро означает части. Многие полимеры получают путем повторения одного и того же небольшого мономера снова и снова, в то время как другие состоят из двух мономеров, связанных в узор.

Все живое сделано из полимеров. Некоторые органические молекулы в организмах маленькие и простые, они имеют только одну из нескольких функциональных групп. Другие, особенно те, которые играют структурные роли или хранят генетическую информацию, являются макромолекулами. Во многих случаях эти макромолекулы представляют собой полимеры.Например, сложные углеводы — это полимеры простых сахаров, белки — это полимеры аминокислот, а нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, которые содержат нашу генетическую информацию, — это полимеры нуклеотидов. Деревья и растения сделаны из полимерной целлюлозы. Это твердый материал, который можно найти в коре и стеблях. Перья, мех, волосы и ногти состоят из белкового кератина, который также является полимером. Это еще не все. Знаете ли вы, что экзоскелеты самого большого типа в животном мире, членистоногих, сделаны из полимерного хитина?

Полимеры также составляют основу синтетических волокон, каучуков и пластмасс.Все синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производятся с помощью химических реакций. Два наиболее распространенных типа реакций, используемых для получения полимеров, — это реакции присоединения и реакции конденсации. Помимо реакций, мономеры просто складываются вместе с образованием полимера. Процесс начинается со свободного радикала, разновидности с неспаренным электроном. Свободные радикалы атакуют и разрывают узы, образуя новые узы. Этот процесс повторяется снова и снова, чтобы создать длинноцепочечный полимер. В реакциях конденсации малая молекула, такая как вода, образуется с каждой реакцией удлинения цепи.

Первые синтетические полимеры были созданы случайно как побочные продукты различных химических реакций. Считая их бесполезными, химики в основном их отбрасывали. В конце концов, некто по имени Лео Бэкеланд решил, что, возможно, его бесполезный побочный продукт не так уж и бесполезен. Его работа привела к созданию пластика, которому можно было постоянно придавать форму под давлением и высокими температурами. Поскольку название этого пластика, полиоксибензилметиленгликольангидрид, было не слишком запоминающимся, рекламодатели назвали его бакелитом.Из бакелита делали телефоны, детские игрушки и изоляторы для электрических устройств. С развитием в 1907 году пластмассовая промышленность пережила настоящий взрыв.

Еще один знакомый полимер, Silly Putty, также был изобретен случайно. Во время Второй мировой войны Соединенные Штаты отчаянно нуждались в синтетическом каучуке для поддержки армии. Команда химиков из General Electric попыталась создать его, но в итоге получила липкую и мягкую замазку. Это был не лучший заменитель резины, но у него было одно странное качество: он казался чрезвычайно упругим.Так родился Silly Putty!

Синтетические полимеры изменили мир. Думаю об этом. Можете ли вы представить себе, как прожить один день без пластика? Но не все полимеры хороши. Пенополистирол, например, состоит в основном из стирола, который был идентифицирован Агентством по охране окружающей среды как возможный канцероген. По мере производства изделий из пенополистирола или их медленного разрушения на свалках или в океане они могут выделять токсичный стирол в окружающую среду. Кроме того, пластмассы, созданные в результате реакций присоединительной полимеризации, такие как пенополистирол, полиэтиленовые пакеты и ПВХ, прочны и безопасны для пищевых продуктов, но это означает, что они не разрушаются в окружающей среде.Ежегодно на свалки выбрасываются миллионы тонн пластика. Этот пластик не разлагается биологически, он просто распадается на все более мелкие части, влияя на морскую жизнь и в конечном итоге возвращаясь к людям.

Полимеры могут быть мягкими или твердыми, мягкими или твердыми, хрупкими или прочными. Огромное различие между ними означает, что они могут образовывать невероятно разнообразный набор веществ, от ДНК до нейлоновых чулок. Полимеры настолько полезны, что мы стали полагаться на них каждый день. Но некоторые из них засоряют наши океаны, города и водные пути, оказывая воздействие на наше здоровье, которое мы только начинаем понимать.

Новые применения полимерных материалов, реагирующих на раздражители

3. Производство: материалы и обработка | Наука и инженерия полимеров: новые горизонты исследований

реакций конденсации были использованы для создания гибридных гелей, которые не усаживаются при сушке.

Выделение молекул органических красителей, жидких кристаллов или биологически активных частиц в неорганических или гибридных матрицах привело к появлению огромного множества композитных оптических материалов, которые в настоящее время разрабатываются в качестве лазеров, датчиков, дисплеев, фотохромных переключателей и нелинейно-оптических устройств.Эти материалы превосходят композиты с органической матрицей, потому что неорганическая матрица (обычно кремнезем) имеет больший коэффициент пропускания и менее подвержена фотодеградации. Органические молекулы, встроенные в неорганические матрицы, также могут служить шаблонами для создания пористости. Удаление шаблонов термолизом, фотолизом или гидролизом создает поры четко определенных размеров и форм. Неорганические материалы с заданной пористостью в настоящее время представляют интерес для мембран, сенсоров, катализаторов и хроматографии.

Неорганические, металлоорганические и гибридные полимеры и сетки представляют собой потенциально огромный класс материалов с практически неограниченными проблемами синтеза и обработки. Предполагается, что будущие исследования продолжат изучение периодической таблицы в поисках новых комбинаций материалов, новых молекулярных структур и улучшенных свойств. Гибридные системы особенно удобны для исследований в области многофункциональных материалов, то есть интеллектуальных материалов, которые одновременно выполняют несколько оптических, химических, электронных или физических функций.Также ожидается разработка гибридных материалов, которые демонстрируют исключительную прочность и вязкость разрушения природных материалов, таких как скорлупа и кость. Замечательная универсальность полифосфазенов и полисилоксанов будет по-прежнему использоваться для биомедицинских приложений, таких как доставка лекарств и замена органов и мягких тканей, а также усовершенствованные эластомеры, покрытия и мембраны.

Будущее прекерамических полимеров и золь-гель-систем кажется светлым. Основной задачей является разработка способов получения чистой стехиометрической неоксидной керамики, особенно SiC, которая демонстрирует прядильность и высокий выход керамики.Новые пути синтеза, такие как подходы к созданию «молекулярных строительных блоков» для многокомпонентной керамики, будут изучены для получения сверхпроводниковых, сегнетоэлектрических, нелинейно-оптических и ионно-проводящих фаз, в основном в форме тонких пленок. Использование золь-гель обработки для получения «индивидуальных» фаз. Пористые материалы для применения в сенсорах, мембранах, катализаторах, адсорбентах и ​​хроматографии являются особенно привлекательной областью исследований и разработок.

ОБРАБОТКА ПОЛИМЕРА

Рост объемов полимеров и их использования, как описано выше, отчасти связан с простотой их обработки.Вопреки распространенному мнению, пластмассы часто дороже стали, то есть в расчете на фунт, но они также намного легче стали, стекла или алюминия. Большое преимущество полимеров заключается в том, что их можно обрабатывать многими способами за

ед.

.