Полимерные материалы высокой и низкой плотности

Федеральное агентство образования

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

Санкт-Петербургский  Государственный технологический  университет растительных полимеров 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Индивидуальное  задание по общей и неорганической химии 　

 　 　

Тема: Полимерные материалы высокой и низкой плотности 
 
 
 

Выполнил: Богданова Е.В.

студент гр. 6 - 811 　

Преподаватель: Сигаев В.Я. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт Петербург 

2010 г. 

 

Содержание 

Введение…………………………………………………………..стр. 3

1 Свойства и важнейшие характеристики……………………...стр. 4

2 Методы  оценки качества продукции…………………………стр. 7

3 Получение………………………………………………………стр. 9

4 Применение……………………………………………………..стр. 10

Заключение………………………………………………………..стр. 14

Список  использованной литературы…………………………...стр. 15

 

   Введение 

      Термин “полимерия” был введен в науку И.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

        Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической  реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол).

         Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов  синтеза  каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден, немецкий учёный К Гарриес,  И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У.Карозерса.

          С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря не ковалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

          В начале 60-х г. полимеры считали лишь дешевыми заменителями дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло понимание того, что полимеры, волокна и другие материалы на их основе подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче, прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах.

.

1 Свойства и важнейшие характеристики

Общие свойства

 

            Полиэтилен – пластический материал с хорошими диэлектрическими свойствами. Ударостойкий, не ломающийся, с небольшой поглотительной способностью. Физиологически нейтральный, без запаха. Обладает низкой паро- и газопроницаемостью. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Устойчив к алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Разрушается 50%-ной азотной кислотой, а также жидкими и газообразными хлором и фтором. Не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них. Полиэтилен стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа. Но на воздухе деструктируется при нагревании уже при 80 °С. Устойчив к низким температурам до –70 °С. Под действием солнечной радиации, особенно ультрафиолетовых лучей, подвергается фотодеструкции (в качестве светостабилизаторов используется сажа, производные бензофенонов). Практически безвреден, из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.

            Полиэтилен легко перерабатывается всеми основными способами переработки пластмасс. Легко подвергается модификации. Посредством хлорирования, сульфирования, бромирования, фторирования ему можно придать каучукоподобные свойства, улучшить теплостойкость, химическую стойкость. Сополимеризацией с другими олефинами, полярными мономерами повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность. Смешением с другими полимерами или сополимерами улучшить ударную вязкость и другие физические свойства.

           Химические, физические и эксплуатационные свойства полиэтилена зависят от плотности и молекулярной массы полимера, а потому различны для различных видов полиэтилена. Так, например, ПЭВД (полиэтилен с разветвленной цепью) мягче, чем ПЭНД, следовательно пленки из полиэтилена низкого давления более жесткие и плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Их прочность при растяжении и сжатии выше, сопротивление раздеру и удару ниже, а проницаемость в 5-6 раз ниже, чем у пленок из ПЭВД.   

           ПЭНД  вследствие более высокой плотности, имеет более высокие прочностные показатели: теплостойкость, жесткость и твердость, обладает большей стойкостью к растворителям, чем ПЭВД, но менее морозоустойчив. Несколько хуже, чем у ПЭВД (из-за остатков катализаторов), высокочастотные электрические характеристики, однако это не ограничивает применения ПЭНД в качестве электроизоляционного материала. Кроме того, наличие остатков катализаторов не позволяет использовать ПЭНД в контакте с пищевыми продуктами (требуется отмывка от катализаторов). Благодаря более плотной упаковке макромолекул проницаемость ПЭНД ниже, чем у ПЭВД примерно в 5-6 раз. По химической стойкости ПЭНД также превосходит ПЭВД (особенно по стойкости к маслам и жирам). Но пленки из ПЭВД более проницаемы для газов, а потому непригодны для упаковки продуктов, чувствительных к окислению.

            По происхождению полимеры бывают природные (встречаются в природе, например, натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки), модифицированные (дополнительно изменённые природные полимеры, например, резина) и синтетические (полученные методом синтеза). По характеру соединения составных звеньев в составе макромолекулы различают полимеры линейные, разветвлённые, лестничные, трёхмерные сшитые  и их видоизменения. По типу химической реакции, используемой для получения, различают полимеризационные (реакция полимеризации) и поликонденсационные (реакция поликонденсации) полимеры.

К недостаткам  полиэтилена относятся: низкая теплопроводность, высокий температурный коэффициент  объёмного расширения, плохие механические свойства, недостаточная стойкость  к свету, бензолу, четырёххлористому  углероду, бензину.

Для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, т.к. полиэтилен низкого давления может содержать остатки катализаторов – вредные для здоровья человека соединения тяжёлых металлов.

              В зависимости от условий полимеризации различают 2 вида полиэтилена: полиэтилен высокого давления и низкого давления.

  Свойства  ПЭВД (ПЭНП) в соответствии с ГОСТ 16337-77. 
1. Плотность – 0,900-0,939 г/см³. 
2. Температура плавления – 103-110 °С.

  Свойства  ПЭНД (ПЭВП)в соответствии с ГОСТ 16338-85. 
1. Плотность – 0,931-0,970 г/см³. 
2. Температура плавления – 125-132 °С.

                Полиэтилен высокой плотности (ПЭНД - низкого давления) имеет самую простую структуру из всех пластиков, он состоит из повторяющихся звеньев этилена. -(CH2CH2)n- полиэтилен высокой плотности. Полиэтилен низкой плотности (ПЭВД - высокого давления) имеют ту же химическую формулу, но отличается тем, что его структура разветвленная. -(CH2CHR) n- полиэтилен низкой плотности Где R может быть -H, -(CH2)nCH3, или более сложной структурой с вторичным разветвлением.

  Для определения плотности существуют различные методы по ГОСТ 15139-69.

  Одним из показателей качества материала является показатель плотности. 
 
 
 

Химические  свойства 

                  Индивидуальные свойства полимера определяются размером его

макромолекулы и её строением. Размер макромолекулы  характеризуется числом повторения составных звеньев называемым степенью полимеризации. Поэтому обобщённая формула макромолекулы полимера записывается указанием составного звена (СЗ) в скобках и степени полимеризации n :

                                              — [— СЗ —]_n —

Строение  макромолекулы определяется составом и количеством атомов, входящих в  составное звено, характером соединения составных звеньев между собой, пространственным расположением отдельных частей макромолекулы относительно других её частей.

В соответствии с основным делением химических соединений, по типу входящих в составное звено  элементов, можно выделить неорганические, органические и элементоорганические полимеры.

                              Полимеризационные смолы.

 К  полимеризационным смолам относятся  полимеры, получаемые реакцией полимеризации  преимущественно этиленовых углеводородов  или их производных.

Полиэтилен  представляет собой полимер, образующий при полимеризации этилена:

··· + CH₂ = CH₂ + CH₂ = CH₂ + CH₂ = CH₂ + ··· >

> ···  CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₂ — CH₂ — ···

               (полиэтилен)

Или сокращённо:

               nCH₂ = CH₂ > ( — CH₂ —CH₂ — )_n

                 (этилен)               (полиэтилен)

Реакцию полимеризации можно представить  как результат раскрытия двойных  связей в множестве молекул непредельного  соединения (в данном случае этилена) и последующего соединения этих молекул  друг с другом в одну гигантскую макромолекулу 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Методы оценки качества продукции 

   Методы определения плотности по ГОСТ 15139-69

Настоящий стандарт распространяется на пластмассы в виде листов, пластин, трубок, отливок, гранул или порошков и устанавливает пять методов определения плотности (объемной массы):

1 обмен и взвешивание (по объему и массе);

2 гидростатическое взвешивание;

3 пикнометрический;

4флотационный (изменением плотности рабочей жидкости);

5 метод градиентной колонки 

Метод обмера и взвешивания 

         Сущность метода заключается в определении плотности вещества по отношению массы образца к его объему, определяемым непосредственно взвешиванием и обмером. Допускается измерять объем другими методами, например по вытесненному объему жидкости для образцов неправильной или трудно измеряемой формы.

   Метод применяется для определения плотности (объемной массы) изделий и полуфабрикатов (стержни, бруски, трубы) и обеспечивает точность измерения плотности до 0,5% при точности измерения объема 0,3% и массы 0,2%.