Синтетические полимерные материалы. Применение синтетических полимеров

Полимеры относятся к классу химических соединений, у которых короткие структурные единицы, состоящие из нескольких атомов (мономеров), соединенных в длинные цепочки при помощи различного рода связей. Характерная особенность полимеров – большая молекулярная масса – от нескольких тысяч, до миллионов. Натуральные и созданные позже синтетические полимеры характеризуются следующими свойствами:

• эластичность – способность выдерживать сильные деформирующие усилия без разрушения;
• прочность;
• способность макромолекул (молекулярных цепочек) к определенной ориентации по отношению друг к другу.

Точная классификация подразделяет многочисленное семейство полимеров на органические и неорганические. Наиболее востребованы, имеют большой ассортимент разновидностей с различными свойствами органические соединения, которые основаны на углеродных цепочках.

Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Дальнейшее создание и производство полимерных материалов базировалось на достижениях органической химии.

Особенности

Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.

Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.

Отдельные типы пластиков, наоборот, имеют высокую жесткость и твердость. Стеклотекстолит по прочности мало уступает стали, а такой полимер, как кевлар, даже превосходит ее.

Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.

Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:

• Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
• Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
• Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.

Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.

Применение

Без преувеличения можно сказать, что полимеры нашли применение абсолютно во всех областях деятельности и жизни человека. Синтетические полимеры используются в быту и промышленности как самостоятельные изделия, так и в качестве замены традиционных материалов или в комплексе с ними для получения уникальных характеристик.

Первое применение нашли искусственные полимеры. Самый яркий пример – резина. В настоящее время основная часть резиновых изделий выполняется из синтетического каучука, но имеется несколько областей применения, где до сих пор используется резина из натурального каучука.

Полимеры обладают целым комплексом уникальных качеств, которых нет у традиционных материалов, или использование последних технологически и экономически нецелесообразно. Устойчивость к химическим реакциям в большом диапазоне температур и по отношению к большой группе активных химических соединений способствует большому распространению полимерных материалов в химии и химической промышленности.

Низкая токсичность, химическая устойчивость, отсутствие аллергических реакций позволило синтетическим полимерам найти широкое применение в медицине. Это искусственные органы, производство лекарств – от упаковок, до оболочек медицинских препаратов (таблеток, капсул), шовные материалы, клеи.

Те же самые качества используются и в пищевой промышленности для изготовления посуды, упаковочной тары для готовых продуктов и в процессе их производства. Себестоимость упаковки синтетической тары в несколько раз меньше, чем у картонной, бумажной или из иных натуральных материалов.

В промышленности высокомолекулярные полимерные соединения используются для производства конструкционных материалов, узлов трения, несущих конструкций, лаков и красок.

Благодаря превосходным электроизолирующим свойствам пластики практически полностью вытеснили натуральные материалы в электротехнической промышленности. Изоляция проводов, корпуса приборов, печатные платы изготавливаются на основе полимерных материалов. Жесткие обмоточные провода покрываются слоем синтетических лаков, при малой толщине обладающих высоким сопротивлением и прочностью, а гибкие монтажные проводники имеют оболочку из поливинилхлорида или полиэтилена, окрашенную в различные цвета для удобства обслуживании и ремонта.

На основе синтетических полимеров изготавливаются текстильные материалы большинства известных наименований. Ткани и одежда имеют в своем составе пряжу на основе полиамида, полиэстера, полипропилена. Как альтернатива натуральной шерсти выступает акрил, изделия из которого трудно отличить от натуральных.

Тот же самый полиамид, который служит заменой шелку, в монолитном состоянии имеет прочность, сравнимую со многими металлами. Если учесть, что полиамид, иначе называемый капрон или нейлон, химически инертен, а значит, не подвержен коррозии и имеет низкий коэффициент трения, то замена металлов синтетическими веществами вполне очевидна.

Еще более высокие качества имеют такие промышленные полимеры, как фторопласты – фторорганические соединения. Данные синтетические полимерные материалы имеют один из самых низких коэффициентов трения и самую высокую химическую устойчивость. Эти качества используются при производстве узлов трения, особенно в устройствах, работающих в агрессивной среде.

Когда нельзя произвести полноценную замену металлических конструкций искусственными материалами, выполняют покрытие металлической основы слоем пластика. Технологический процесс покрытия металла слоем пластика осуществляется таким образом, чтобы происходила связь основы и покрытия на молекулярном уровне. Этим достигается высокая прочность соединения.

Промышленные полимеры могут иметь самые различные виды. Используются как термопластичные материалы, так и термореактивные пластики. В первом случае для изготовления деталей и конструкций используется метод литья или прессовки при температуре размягчения полимера, а во втором пластмасса формируется непосредственно в виде готового изделия или полуфабриката с минимальной последующей обработкой.

Среди промышленных синтетических полимеров можно выделить композиционные материалы, в которых наполнителем или армирующей составляющей могут служить самые различные материалы, а связующим веществом выступает полимер.

Наиболее известны такие композиционные материалы:

• Стеклопластик – стекловолокно или ткань на его основе, пропитанные эпоксидной полимерной смолой. Данный композит имеет высокую прочность, отличные электроизоляционные свойства, устойчивость к неблагоприятным факторам, высокую огнестойкость.
• Углепластик – армирующим элементом здесь выступает углеродное волокно. Прочность и упругость конструкций из углепластиков, наряду с их легкостью (значительно легче металлов) послужили поводом для использования в аэрокосмическом направлении промышленности. Комплекс полезных качеств в этой области имеет более высокий приоритет, чем высокая стоимость, связанная с трудоемкостью получения углеродных волокон.
• Текстолит – тканевый слоистый материал, в котором слои ткани пропитаны полимерным материалом. Ткань используется натуральная или искусственная. Самый прочный и надежный вариант – стеклотекстолит, использующий ткань из стеклянного волокна;
• Порошковые композиты, имеющие наполнитель из порошкообразных материалов натурального или искусственного происхождения;
• Газонаполненные материалы – вспененные полимеры. Это всем известный поролон, пенопласт, пенополиуретан. Газонаполненные материалы обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью и используются в качестве теплоизоляционных материалов. Мягкость, пластичность наряду с прочностью послужили широкому распространению пенопластовых упаковочных материалов для нетяжелой, но требующей бережного обращения техники.

Классификация синтетических полимеров

Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:

• Искусственные полимеры, созданные на основе природных органических полимеров (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
• Синтетические полимеры, в основе которых синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этилен – полиэтилен).

По химическому составу деление таково:

• Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
• Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее яркий пример – кремнийорганические композиции.

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:

• Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
• Разветвленные;
• С сеточной структурой.

Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:

• Термопластичные, для которых воздействие температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
• Термореактивные, необратимо изменяющие свою структуру при нагреве. В большинстве случаев этот процесс происходит без стадии плавления.

Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.

Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относятся вещества, состоящие из больших молекул. Принято считать высокомолекулярными соединения с молекулярной массой более 5000, но нередко она может достигать нескольких миллионов (особенно и у природных ВМС). Резкой границы между высокомолекулярными и низкомолекулярными соединениями нет. Так, некоторые таннины с молекулярной массой около 1000 ведут себя, как типичные низкомолекулярные соединения, а парафины с такой же молекулярной массой обладают всеми свойствами высокомолекулярных соединений. Переход от низкомолекулярных соединений к высокомолекулярным связан не с самим изменением молекулярной массы, а с обусловленным им качественным изменением свойств (переход количества в качество).

Размеры молекул ВМС по сравнению с размерами обычных молекул очень велики. Так, длинна молекул целлюлозы достигает 25*-50* (25 000-50 000 Е) при размере в поперечнике 3,5*-7* см (3,5-7 Е).

ВМС иногда называют высокополимерами (или просто полимерами). Но, строго говоря, второе понятие является более узким. Все полимеры являются ВМС, но не все ВМС могут быть полимерами. В молекуле полимера должны быть химически связаны и закономерно повторяться остатки исходного вещества - мономера. Большая молекула полимера называется макромолекулой, или полимерной цепью, а сами остатки - элементарными (мономерными, повторяющимися) звеньями, или просто звеньями. В отличии от молекулы низкомолекулярного соединения макромолекула не является наименьшей частицей - носителем химических свойств вещества, так как при разрыве макромолекулы на более короткие цепи эти свойства сохраняются.

Число звеньев в цепи называется степенью полимеризации (обозначается n, P или СП).

При написании эмпирических формул полимеров вследствие их большой молекулярной массы (М) концевые звенья не принимают во внимание, например эмпирическая формула целлюлозы (, каучука (.

Каждый полимер всегда состоит из макромолекул различной длины. Поэтому в химии высокомолекулярных веществ введено понятие о полимергомологах, под которыми понимают соединения одинакового химического строения, отличающиеся по молекулярным массам. Любое полимерное соединение представляет собой смесь полимергомологов - соединений с различным числом звеньев в макромолекуле, т. е. с различной длиной цепи. Полимергомологи образуют полимергомологический ряд, т. е. ряд соединений, в котором каждый последующий член отличается от предыдущего на группу атомов - элементарное звено.

Поэтому полимеры всегда характеризуют средней молекулярной массой. Средняя молекулярная масса - это произведение среднего числа звеньев (средний СП) на молекулярную массы звена. Неоднородность ВМС по молекулярной массе называется молекулярной неоднородностью, полидисперсностью или полимолекулярностью. Ей определяют методом фракционирования ВМС по молекулярной массе. Следует подчеркнуть, что многие физико-механические свойства ВМС - способность к набуханию и растворению, свойства растворов - в значительной мере зависят не только от средней молекулярной массы ВМС, но и от их полидисперсности.

Свойства ВМС определяются химическим составом, строением молекул, средней молекулярной массой и молекулярной неоднородностью, формой макромолекул, их взаимным расположением (физической структурой) и т.д. В зависимости от этих факторов свойства ВСМ могут меняться в широких пределах, однако некоторые общие свойства характерны для всех ВМС. Все ВМС вследствие большой молекулярной массы нелетучи и не способны перегоняться. Большинство ВСМ не имеют определённой точки правления и при нагревании размягчаются постепенно, а некоторые ВМС не могут размягчаться и при нагревании сразу разлагаются. Поэтому такие методы выделения и очистки химических соединений, как перегонка и перекристаллизация, неприменимы к полимерам. ВМС часто оказываются весьма чувствительными к воздействию внешних факторов и легко распадаются под действием деструктирующих агентов.

Отличие полимеров от низкомолекулярных соединений особенно резко проявляется в механических свойствах. Механические свойства полимеров являются сочетанием свойств твёрдых тел и жидкостей. Полимеры обладают высокой прочностью и способностью к значительным обратимым деформациям.

Одним из важных свойств ВМС является их растворимость. Но в отличие от низкомолекулярных соединений они растворяются значительно медленнее. Растворению ВМС обязательно предшествует набухание. Некоторые полимеры вообще не растворяются ни в каких растворителях.

особые свойства проявляют полимеры в растворах (высокая вязкость, некоторые термодинамические аномалии).

Характерные особенности имеют и реакции химических превращений высокомолекулярных соединений. Эти соединений значительно медленнее реагируют с различными реагентами, причем большинство реакций, как правило, протекает не до конца. В ряде случаев наряду с основной реакцией идут побочные, препятствующие основному процессу.

По типу звеньев в цепях полимеры подразделяются на гомополимеры и сополимеры. У гомополимеров макромолекулы состоят из одинаковых элементарных звеньев, у гетерополимеров или сополимеров они состоят из двух или более различных элементарных звеньев.

В зависимости от химического состава и химического строения макромолекул ВМС подразделяются на органические, неорганические, элементоорганические. Органические полимеры подразделяются в свою очередь на два класса: карбоцепные и гетероцепные полимеры. Цепи карбоцепных полимеров построены только из атомов углерода, цепи гетероцепных полимеров построены из атомов углерода и гетероатомов (кислорода, азота, серы). Карбоцепные полимеры далее подразделяются в соответствии с классификацией, принятой в органической химии.

По пространственной структуре все полимеры подразделяются на линейные, разветвленные и пространственные.

Рисунок 1.1 - Схематическое изображение линейных (а), разветвленных (б) и сшитых (в) полимерных молекул

У линейных полимеров макромолекулы представляют собой длинные цепи (а). Длина макромолекул таких полимеров значительно превышает поперечный размер. Линейные полимеры могут плавиться и растворяться в подходящих растворителях. Некоторые природные линейные полимеры имеют волокнистое строение (целлюлоза), другие очень эластичны (каучук).

У разветвленных полимеров (б) макромолекулы представляют собой длинные цепи с ответвлениями. В ответвлении должно содержаться одно или более звеньев мономера. Число и длина ответвлений могут меняться в широких пределах. Разветвленные полимеры обычно плавятся и растворяются. Свойства их, однако, зависят от степени разветвленности. Сильно разветвленные полимеры представляют собой порошкообразные вещества (крахмал).

Пространственными полимерами называют полимеры, построенные из длинных цепей, соединенных в пространстве поперечными химическими связями или короткими цепями с образованием сетки (в). Такие полимеры называют также сетчатыми, сшитыми, трехмерными. Пространственные полимеры не плавятся и не растворяются.

Полимеры по типу чередования звеньев в цепи подразделяются на регулярные и нерегулярные. У регулярных линейных полимеров наблюдается правильное чередование звеньев в цепи, у нерегулярных полимеров порядок в цепи нарушен. У разветвленных полимеров возникает также нерегулярность вследствие различий в числе и длине боковых цепей, а также в месте их присоединения к главной цепи. Многие свойства полимеров имеют большую практическую ценность и обусловливают их широкое практическое применение. По происхождению ВМС подразделяются на три типа:

• 1. Природные, выделенные из природных металлов. (В последнее время природные полимеры, обладающие биологической активностью, - белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды и смешанные полимеры выделяют в отдельную группу биологических полимеров, или биополимеров.)
• 2. Искусственные, полученные химической модификацией природных полимеров.
• 3. Синтетические, синтезируемые из низкомолекулярных соединений. В зависимости от способа получения они подразделяются на полимеризационные и поликонденсационные полимеры.

В отдельную группу принято выделять полиацетали. К ним относятся различные полисахариды (крахмал, целлюлоза и ей производные, гемицеллюлозы и др.) и полиуроновые кислоты.

Например, целлюлоза - полисахарид, макромолекулы которого состоят из звеньев в-D-глюкопиранозы, соединённых глюкозидными звеньями 1-4.

Структурная формула макромолекулы целлюлозы:

n - степень полимеризадии, равная 6000-14000.

Полимеры – это органические и неорганические вещества, которые подразделяются на различный типы и виды. Что представляют из себя полимеры, и какова их классификация?

Общая характеристика полимеров

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных звеньев, связанных с друг другом химической связью. Полимеры могут быть органическими и неорганическими, аморфными или кристаллическими веществами. В полимерах всегда находится большое количество мономерных звеньев, если это количество слишком мало, то это уже не полимер, а олигомер. Количество звеньев считается достаточным, если при добавлении нового мономерного звена свойства не изменяются.

Рис. 1. Полимер структура.

Вещества, из которых получают полимеры, называются мономерами.

Молекулы полимеров могут иметь линейную, разветвленную или трехмерную структуру. Молекулярный вес обычных полимеров колеблется от 10000 до 1000000.

Реакция полимеризации характерна для многих органических веществ, в которых имеются двойные или тройные связи.

Например: реакция образования полиэтилена:

nCH 2 =CH 2 —> [-CH 2 -CH 2 -]n

где n – число молекул мономера, взаимно соединенных в процессе полимеризации, или степень полимеризации.

Полиэтилен получают при высокой температуре и высоком давлении. Полиэтилен химически устойчив, механически прочен и поэтому широко применяется при изготовлении оборудования в различных отраслях промышленности. Он обладает высокими электроизоляционными свойствами, а также используется в качестве упаковки продуктов.

Рис. 2. Вещество полиэтилен.

Структурные звенья – многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов.

Виды полимеров

По своему происхождению полимеры можно разделить на три типа:

• природные . Природные или натуральные полимеры можно встретить в природе в естественных условиях. К этой группе относятся, например, янтарь, шелк, каучук, крахмал.

Рис. 3. Каучук.

• синтетические . Синтетические полимеры получают в лабораторных условиях, синтезирует их человек. К таким полимерам относятся ПВХ, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. эти вещества не имеют ни какого отношения к природе.
• искусственные . Искусственные полимеры отличаются от синтетических тем, что они синтезированы хоть и в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. К искусственным полимерам относится целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза.

С точки зрения химической природы полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. Большая часть всех известных полимеров являются органическими. К ним относятся все синтетические полимеры. Основу веществ неорганической природы составляют такие элементы, как S, O, P, H и другие. Такие полимеры не бывают эластичными и не образуют макроцепей. Сюда относятся полисиланы, поликремниевые кислоты, полигерманы. К полимерам с элемнтоорганической природой относится смесь как органических, так и неорганических полимеров. Главная цепь – всегда неорганическая, боковые – органические. Примерами полимеров могут служить полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.

Все полимеры могут находится в разных агрегатных состояниях. Они могут быть жидкостями (смазки, лаки, клеи, краски), эластичными материалами (резина, силикон, поролон), а также твердыми пластмассами (полиэтилен, полипропилен).

Синтетические полимеры

В полиграфии применяются разнообразные синтетические полимерные материалы: пластомеры (синтетические смолы и пластические массы); эластомеры (синтетический каучук и резина); краски и клеи; синтетические волокна и ткани; «свободные» пленки; фотополимеры.

Синтетические полимеры получают методами полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Эти процессы рассматриваются в курсе органической химии. Свойства синтетических полимеров зависят от их строения и молекулярной массы. Полимерные материалы с большей молекулярной массой характеризуются более высокой механической прочностью (на разрыв, изгиб, скручивание и пр.) и худшей растворимостью.

Характерной особенностью синтетических полимеров является полидисперсность - молекулы одного и того же полимера могут иметь разную величину, включая разное число структурных звеньев. Поэтому молекулярная масса полимера обозначает не истинную массу каждой молекулы, а лишь некоторое среднее ее значение.

При нагревании синтетические полимеры плавятся, а при охлаждении обычно приобретают аморфную структуру из­за очень большой вязкости расплава перед его затвердеванием. Однако синтетические полимеры могут приобретать и кристаллическую структуру. В этом состоянии у них более высокая температура плавления и они становятся значительно более прочными.

Синтетические полимеры делятся на термопластические, способные многократно переплавляться без заметного изменения свойств, и термореактивные, необратимо затвердевающие при более или менее продолжительном нагревании в результате протекания термохимических реакций.

Синтетические полимерные материалы по многим свойствам существенно превосходят черные и цветные металлы, древесину, стекло, требуют меньших капитальных затрат на организацию их производства и обходятся значительно дешевле.

Полиэтилен

Полиэтилен - полупрозрачный бесцветный очень прочный термопластичный полимер с хорошими диэлектрическими и антикоррозионными свойствами. Высокая прочность полиэтилена обусловлена его кристаллическим строением.

Полиэтилен изготавливается полимеризацией этилена при высоком или низком давлении. В первом случае полимеризация этилена происходит при давлении 2000 атмосфер и температуре 500 °C, во втором - при давлении и температуре, близким к нормальным (за счет применения специального катализатора).

Строение и свойства полиэтиленов высокого и низкого давления различны. Полиэтилен низкого давления имеет линейное строение и более высокую температуру плавления. Он прочнее полиэтилена высокого давления, для которого характерно разветвленное строение молекулы.

Полиэтиленовые пленки применяются как упаковочный материал. Низкомолекулярный полиэтилен представляет собой воскообразное вещество и используется как добавка к краскам. Сополимер этилена с винилацетатом - прекрасный материал для изготовления термопластичных переплетных клеев.

Полипропилен

Полипропилен - пластичный бесцветный прозрачный полимер, нерастворимый при комнатной температуре в органических растворителях, устойчивый к кислотам и щелочам, а также морозостойкий. Температура плавления - 160­170 °C. По прочности и стойкости к истиранию полипропилен превосходит полиэтилен.

Поливинилхлорид (винипласт)

Поливинилхлорид (-СН 2 -СНСl-) n - термопластичный твердый полимер, который начинает размягчаться при температуре 92­94 °С и плавиться при 170 °С. При введении пластификаторов, например 30­35% дибутилфталата, поливинилхлорид становится упругоэластичным и гибким. Такой материал называется пластикатом. Поливинилхлорид выпускается в виде пластин и пленок и применяется для изготовления плоских и ротационных стереотипов, дубликатов клише, книжных переплетов, а также текстовинитовых декельных покрышек.

Текстовинит полиграфический представляет собой хлопчатобумажную ткань с нанесенным на нее упругоэластичным слоем из поливинилхлорида, пигментов, наполнителей и пластификатора - дибутил­фталата. Текстовинит полиграфический вырабатывается толщиной 0,65 мм (при допуске ± 0,05 мм). Покрытие должно быть гладким, ровным, упругоэластичным, нелипким и немарким, устойчивым к действию воды, керосина, бензина, машинного масла и не должно иметь неприятного запаха.

Полистирол

Полистирол - твердый прозрачный бесцветный термопластический полимер, размягчающийся при 80 °С и плавящийся при 170 °С. В виде сополимера с акрилонитрилом применялся для отливки типографских шрифтов и пробельного материала. Сополимер, выпускаемый под маркой СНАК­15, содержит 85% стирола и 15% акрилонитрила, отличается высокой прочностью и устойчивостью к действию органических растворителей.

Полиакриламид

Полиакриламид - бесцветный прозрачный полимер, хорошо растворимый при энергичном перемешивании в воде. Полиакриламид применяется для быстрого осаждения пигментов в процессе их синтеза, улучшая их структуру и облегчая процесс изготовления полиграфических красок методом отбивки воды. Этот полимер также используется при изготовлении переплетных клеев, в производстве бумаги и как добавка в увлажняющие растворы для офсетной печати.

Поливинилацетат

Поливинилацетат - термопластичный, бесцветный, прозрачный и твердый полимер. Так же как и поливинилхлорид, он приобретает упругоэластичные свойства при введении пластификатора, например дибутилфталата. В виде хорошо пластифицированной водной дисперсии (поливинилацетатная эмульсия - ПВА) применяется в качестве переплетного клея. Спиртовой раствор поливинилацетата - высокоэластичный лак для лакирования оттисков - используется при припрессовке прозрачных пленок. Поливинил­ацетат применяется и при получении поливинилового спирта.

Винипроз

Винипроз - прозрачный, слегка желтоватый сополимер винилхлорида и метилметакрилата с добавкой стабилизатора - стеарата алюминия. Выпускается в виде прочных прозрачных пластин, которые могут быть гладкими или зернеными. Винипроз используется в качестве матричного материала при изготовлении гальваностереотипов и как материал для монтажа диапозитивов и негативов.

Поливиниловый спирт

Поливиниловый спирт (-СН 2 -СНОН-) n - полимер, хорошо растворимый в воде и в высших спиртах (в этиловом спирте нерастворим). Получается омылением поливинил­ацетата, поскольку мономер - виниловый спирт (СН 2 = СНОН) не существует в свободном состоянии. Еще в 1885 году М.Г.Кучеров пытался получить виниловый спирт присоединением воды к ацетилену, но вместо него получил уксусный альдегид.

Бесцветные клейкие водные растворы поливинилового спирта, очувствленные бихроматом аммония, применялись в качестве копировальных растворов при фотомеханическом изготовлении форм высокой и офсетной печати.

Поликарбонат

Поликарбонат - термопластичный прозрачный бесцветный полимер кристаллического строения. Синтезируется поликонденсацией дифенилолпропана (бифенола А) и хлорангидрида угольной кислоты (фосгена).

Поликарбонат имеет очень высокую температуру плавления (выше 240 °C), а по механической прочности и устойчивости к истиранию превосходит многие металлы и сплавы. Поэтому этот материал используется как заменитель металлов и сплавов при изготовлении силовых деталей в машиностроении.

Феноло-альдегидные смолы

При взаимодействии фенолов с альдегидами, в зависимости от условий реакции, образуются спирто­ или маслорастворимые смолы. Спирторастворимые феноло­альдегидные смолы могут быть термопластичными или термореактивными - в зависимости от соотношения фенола и альдегида и от выбора катализатора.

Если на одну молекулу фенола приходится по одной молекуле альдегида (при кислом катализаторе), получаются термопластичные смолы линейного строения. При этом сначала образуются фенолоспирты, а затем, при их поликонденсации, - спирторастворимая смола линейного строения. Спирторастворимую феноло­альдегидную термопластичную смолу «Идитол» применяют для изготовления спиртовых лаков. Однако такие лаки не светопрочны и заметно темнеют со временем.

Если на одну молекулу фенола приходится две и более молекул альдегида (при щелочном катализаторе), то получаются спирторастворимые термореактивные смолы. В этом случае при реакции сперва образуются двухатомные фенолоспирты (метилольные группы находятся в орто­ и пара­положениях по отношению к фенольному гидроксилу), а затем - молекулярные цепи смолы пространственного строения. Термореактивные смолы применяются для изготовления термореактивных пластических масс, например прессовочных порошков, текстолита, гетинакса, а также бакелитового лака.

Маслорастворимые феноло­альдегидные смолы используются в производстве печатных красок.

Полиамиды

Полиамиды - это чрезвычайно прочные, упругоэластичные бесцветные прозрачные полимеры, которые по своему химическому строению наиболее близки к белкам, в частности к натуральному шелку. Полиамиды применяются для изготовления синтетических волокон: анида (нейлона) и капрона (перлона), а также для прессования многих деталей в машиностроении. Температура плавления капрона около 300 °C, нейлона - 325 °C, при этом нейлон прочнее капрона.

Капрон получается полимеризацией капролактама. Использование капрона в быту общеизвестно. В полиграфии капроновое волокно применяется для сшивания книг и брошюр. Специальным капроновым полотном из моноволокна затягивают декели ротационных печатных машин для устранения отмарывания краски при двусторонней печати.

Некоторые виды спирто­ и водорастворимых полиамидов отвердевают (задубливаются) под действием ультрафиолетового излучения. Они используются при изготовлении фотополимерных печатных форм.

Спирторастворимый смешанный полиамид синтезируется из гексаметилендиамина, капролактама, себациновой и адипиновой дикарбоновых кислот. Водорастворимый сополиамид синтезируется из пиперазина, этилендигликолевой и адипиновой кислот или из пиперазина, гексаметилендиамина, этиленгликолевой и адипиновой дикарбоновых кислот. Оба эти сополиамида также применяются для изготовления фотополимерных печатных форм.

Полиуретаны

Полиуретаны - полимеры, строение которых напоминает полиамиды. В полиграфии используются при изготовлении красочных валиков.

Алкидные полимеры

Алкидные полимеры, получаемые из многоатомных спиртов и декарбоновых кислот, применяются главным образом как связующие полиграфических красок.

Особым видом алкидных полимеров является полиэтилентерефталат (терилен) - очень прочный, прозрачный, упругоэластичный, термопластичный полимер, получаемый из гликоля и терефталевой кислоты. Этот материал используется при изготовлении синтетического волокна лавсана. Лавсан, как заменитель шерсти, применяется не только для получения высокосортных тканей, но и как волокнистый полуфабрикат в производстве бумаги.

Полиэтилентерефталатные прозрачные пленки толщиной 12­20 мкм служат для изготовления подложек формных и фотоматериалов, а также для ламинирования обложек и переплетных крышек.

Фотополимеры

Фотополимеры - высокомолекулярные органические вещества, например водо­ и спирторастворимые смешанные полиамиды, сложные кислые эфиры целлюлозы (ацето­фталаты или ацетосукцинаты), молекулярные цепи которых при действии ультрафиолетового облучения сшиваются между собой специально подобранными непредельными мономерами в присутствии инициатора полимеризации - бензоина или его производных.

Фотополимерные композиции после их нанесения на подложку и высыхания становятся пригодными для негативного копирования при ультрафиолетовом облучении и последующего получения рельефа путем вымывания спиртами или щелочными водными растворами.

Полиамидные и эфироцеллюлозные фотополимерные формы высокой печати отличаются высокой разрешающей способностью и большой тиражестойкостью, доходящей до миллиона оттисков. Они почти не требуют приправки из­за высоких упругоэластических свойств.

Синтетический каучук

В настоящее время выпускается широкий ассортимент синтетического каучука общего и специального назначения. Из каучуков общего назначения получают резину для обуви, грелок, губок, игрушек и деталей машин, эксплуатируемых в обычных условиях. К таким каучукам относятся бутадиеновый, изопреновый, бутадиен­стирольный и некоторые другие виды каучука. Каучуки специального назначения обладают специальными свойствами, например стойкостью к воздействию нефтяных масел и бензина или кислот и щелочей, морозостойкостью, повышенной механической прочностью и т.п. К специальным видам каучуков относятся: хлоропреновый, нитрильный, силиконовый, фторкаучук и др.

Пластические массы

Пластические массы - материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться и затем устойчиво сохранять (после охлаждения или отвердевания при нагреве) приданную им форму. Изделия из пластических масс получают прессованием или литьем под давлением в стальных пресс­формах.

Для получения пластической массы свойства полимера, как правило, корректируют в нужном направлении. Для повышения прочности и снижения стоимости пластической массы вводится наполнитель (древесная мука, хлопковые очесы, стеклянное волокно, асбестовый порошок, двуокись кремния - аэросил и др.), для устранения хрупкости - пластификаторы, например дибутилфталат, трикрезилфосфат и др., для придания цвета - пигменты, для облегчения заполнения гнезда пресс­формы и извлечения из него изделия - смазки и т.д.

Термопластические пластмассы делают из полимеров линейного строения, не имеющих химически активных функциональных групп. Термореактивные пластические массы обязательно содержат полимеры, имеющие функциональные группы, проявляющие свою химическую активность при более или менее продолжительном нагревании, в результате протекания химической реакции поликонденсации. Изделия из термопластических масс могут многократно переплавляться, а из термореактивных – нет.

Пластические массы имеют ряд ценных свойств:

• низкую плотность (в 5­8 раз легче стали);
• достаточную механическую прочность;
• хорошие диэлектрические свойства;
• высокую химическую стойкость (в том числе антикоррозийность);
• меньшую стоимость, чем аналогичные по свойствам металлы и сплавы.

В полиграфии пластические массы нашли широкое применение для изготовления красочных валиков, книжных переплетов, стереотипов и т.п.

Копировальные слои

Копировальные слои - это светочувствительные полимерные слои, применяемые при копировании негативного или позитивного изображения на формные пластины. Широкое применение нашли поливинилспиртовые и ортохинондиазидные копировальные слои.

Поливинилспиртовые копировальные слои представляют собой 7­процентные водные растворы поливинилового спирта, очувствленные 3% бихромата аммония (рассчитывая на абсолютно сухую массу поливинилового спирта). В процессе негативного копирования под действием интенсивного облучения ксеноновыми лампами молекулярные цепи поливинилового спирта сшиваются между собой (задубливаются) атомами трехвалентного хрома и вследствие этого теряют способность растворяться в воде. После экспозиции незадубленные участки поливинил­спиртового копировального слоя вымываются водой. Получившееся изображение закрепляют путем химической и термической обработки.

Ортохинондиазиды и феноло­альдегидные смолы, растворенные в органическом растворителе, наносятся на поверхность металлических пластин при изготовлении формных материалов для офсетной и высокой печати. Позитивное копирование изображения осуществляется под действием УФ­излучения. Ультрафиолетовые лучи разрушают ортохинондиазиды, а продукты разрушения вымываются щелочным проявителем. Те участки ортохинондиазидного копировального слоя, на которые не действовали ультрафиолетовые лучи, остаются нерастворимыми в щелочном проявителе.

Конечно, перечисленными примерами применение полимерных материалов полиграфии не исчерпывается. Более того, можно утверждать, что в полиграфии в той или иной мере используются практически все существующие в настоящее время полимеры.