Физика полимеров

Каким образом возникают широко применяемые в различных сферах полистиролы? При производстве изделий из пластмассы исходное сырье подвергается процессу полимеризации. О том, что это такое, мы и поговорим ниже. Итак,

Полимеризация глазами физиков

Полимеризация – это процесс, при котором молекула полимера (макромолекула) разрастается путем поочередного присоединения в цепочку за своим активным центром молекул-мономеров низкомолекулярного вещества. В результате такого присоединения каждая цепь образует мономерное зерно высокомолекулярного вещества, а число этих цепей называется степенью полимеризации.

Полимеризация «для чайников»

Простым языком процесс полимеризации можно смоделировать следующим способом: представьте себе иголку с ниткой, на которую нанизываются бусинки. Игла в этом случае выполняет функцию активного центра макромолекулы, а бусинки играют роль молекул-мономеров, выстраивающихся по порядку в цепочку за центром. В конечном результате одно звено макромолекулы может состоять примерно из 150 000 своеобразных бусинок.

Какие условия нужны, чтобы «бусинки» выстроились в нужном порядке?

Стирол легко полимеризуется уже при комнатной температуре, образуя твердую стекловидную массу (полистирол). Поэтому во избежание неконтролируемого процесса полимеризации стирола во время хранения, его стабилизируют антиоксидирующими присадками.

Различают три класса полимеров:
  • природные полимеры – выделяют из природных веществ;
  • искусственные полимеры – получают путем воздействия определенных химических реагентов на природные полимеры;
  • синтетические полимеры – получают на химических предприятиях из молекул мономеров, заданным способом составляющих звенья полимерных цепей.
Как получают полимеры с определенными свойствами?

Очень часто синтетические и природные полимеры могут иметь похожие свойства, что объясняется их примерно одинаковым строением.

Введение в определенном количестве различных добавок в состав базового полимера позволяет получать материалы с заданными свойствами. Все современные полимерные изделия – это, как правило, многокомпонентные системы, в которых количество примесей может достигать 95%.

Мономерный состав цепи определяет свойства полимера. Сочетание различных мономеров, то есть сополимеризация, позволяет получать заданные сочетания различных свойств, таких как:

  • гибкость или жесткость;
  • мягкость или твердость;
  • теплопроводность и электропроводность;
  • полярность (смачиваемость водой) или неполярность (смачиваемость маслом);
  • химическая стойкость (пример – акрилонитрил);
  • горючесть;
  • оптические свойства
  • технологическая и эксплуатационная стойкость;
Бусы? Нет – макароны!

Простыми словами свойства полимеров можно описать такой моделью: пластик – это как приготовленное блюдо из макарон:

  • Когда они хорошо проварены (или переварены) – они мягкие и липкие (примером такого полимера является полибутадиен).
  • Когда они плохо проварены (или не доварены) – они жесткие и хрупкие (примером такого полимера является полистирол).
  • Если добавить соус – макаронины лучше скользят (смазка).

Также при производстве полистиролов есть возможность изменять их прочность. О том, как это делается, читайте в нашей статье «Одно- и двухфазные полимеры – изменение ударной вязкости».

Назад в Стирольные пластики