Galvenie rūpnieciskie polimēri

Fenola formaldehīds

Daudzi cilvēki mūsdienu plastiskās rūpniecības sākumu datē ar 1907. gadu, kad Beļģijā dzimušais amerikāņu ķīmiķis Leo Hendriks Baekelands pieteicās uz fenola-formaldehīda termoreaktīva patentu, kas galu galā kļuva pazīstams ar preču zīmi Bakelite. Fenola-formaldehīda polimēri, kas pazīstami arī kā fenola sveķi, bija pirmie pilnībā sintētiskie polimēri, kas tika laisti tirgū. Kaut arī lietie izstrādājumi vairs neatspoguļo to vissvarīgāko pielietojumu, izmantojot tos kā līmes, tie joprojām pārstāv gandrīz pusi no termoreaktīvo polimēru kopējās produkcijas.

Eksperimenti ar fenola sveķiem faktiski bija pirms Baekeland darba. 1872. gadā vācu ķīmiķis Ādolfs fon Baeijers kondensēja trifunkcionālo fenolu un difunkcionālo formaldehīdu, un turpmākajās desmitgadēs Baeyer students Verners Kleebergs un citi ķīmiķi pētīja produktus, taču viņiem neizdevās panākt reakciju, jo viņi nespēja izkristalizēties un raksturot amorfos sveķainos produktus. Tieši Baekelandi 1907. gadā izdevās kontrolēt kondensācijas reakciju, iegūstot pirmos sintētiskos sveķus. Baekeland spēja apturēt reakciju, kamēr sveķi vēl bija kūstošā, šķīstošā stāvoklī (A stadija), kurā tos varēja izšķīdināt šķīdinātājos un sajaukt ar pildvielām un armatūru, kas to padarītu par izmantojamu plastmasu. Sveķi, šajā posmā sauc par resolu, pēc tam tika nogādāti B stadijā, kur tie, kaut arī gandrīz nešķīstoši un nešķīstoši, tomēr varēja tos mīkstināt ar karstumu līdz pelējuma galīgajai formai. Tā pilnībā izārstētā termoreaktīvā pakāpe bija C pakāpe. 1911. gadā Baekeland General Bakelite Company uzsāka darbību Pertas Ambojā, Ņūdžersijas štatā, ASV, un drīz pēc tam daudzi uzņēmumi izmantoja Bakelīta plastmasas izstrādājumus. Plastmasas tirgū, ko praktiski monopolizē celuloīds - viegli uzliesmojošs materiāls, kas viegli izšķīst un tiek mīkstināts ar karstumu, Bakelīts atrada gatavību pieņemt, jo to var padarīt nešķīstošu un neuzliesmojošu. Turklāt termoreaktīvais produkts panes ievērojamu daudzumu inertu sastāvdaļu, un tāpēc to var modificēt, iestrādājot dažādus pildvielas, piemēram, koka miltus, kokvilnas saimes, azbestu un sasmalcinātu audumu. Tā lielisko izolācijas īpašību dēļ sveķi tika izgatavoti rozetēs, rokturos un radioaparātu skaļruņos un izmantoti automašīnu elektriskajās sistēmās.

Fenola-formaldehīda polimēru iegūšanai tiek izmantotas divas metodes. In one, lieko formaldehīda tiek pakļauts reakcijai ar fenola klātbūtnē bāzes katalizatora ūdens šķīdumā, lai iegūtu šo resole, kas ir zemas molekulamasas prepolimēra ar CH ₂ OH grupu, kas piestiprinātas pie fenola gredzeniem. Sildot, rezols kondensējas tālāk, zaudējot ūdeni un formaldehīdu, iegūstot termoreaktīvus tīkla polimērus. Otra metode ietver formaldehīda reaģēšanu ar fenola pārpalikumu, izmantojot skābes katalizatoru, lai iegūtu prepolimērus, ko sauc par novolakiem. Novolaki atgādina polimēru, izņemot to, ka tiem ir daudz mazāka molekulmasa un tie joprojām ir termoplastiski. Sacietēšana ar tīkla polimēru tiek panākta, pievienojot vairāk formaldehīda vai, biežāk, savienojumu, kas karsējot sadalās līdz formaldehīdam.

Fenola-formaldehīda polimēri rada lieliskas koksnes līmes saplāksnim un skaidu plātnēm, jo ​​tie veido ķīmiskas saites ar koksnes fenolveida lignīna sastāvdaļu. Koka līmes patiesībā ir lielākais šo polimēru tirgus. Polimēru blakusparādību rezultātā polimēri ir tumšā krāsā. Tā kā to krāsa bieži krāso koksni, tie nav piemēroti iekšējiem dekoratīvajiem paneļiem. Tomēr to labās mitrumizturības dēļ tie ir izvēlēti ārējā saplākšņa līme.

Fenolsveķi, kas vienmēr pastiprināti ar šķiedrām vai pārslām, tiek veidoti arī karstumizturīgos priekšmetos, piemēram, elektriskos savienotājos un ierīces rokturos.

Karbamīda-formaldehīda polimēri

Sveķi, kas izgatavoti no urīnvielas-formaldehīda polimēriem, 1920. gados sāka komerciālu izmantošanu līmēs un saistvielās. Tos pārstrādā tāpat kā resolus (ti, izmantojot lieko formaldehīdu). Tāpat kā fenoli, polimērus izmanto kā koka līmes, taču, tā kā tie ir gaišāki, tie ir piemērotāki iekšdarbiem paredzētā saplāksnim un dekoratīvajiem paneļiem. Tomēr tie ir mazāk izturīgi, un tiem nav pietiekamas laika apstākļu izturības, lai tos varētu izmantot ārdarbos.

Karbamīda-formaldehīda polimēri tiek izmantoti arī tekstilšķiedru apstrādei, lai uzlabotu grumbu un saraušanās izturību, un tie tiek sajaukti ar alkīda krāsām, lai uzlabotu pārklājuma virsmas cietību.

Melamīna-formaldehīda polimēri

Šie savienojumi to pārstrādē un pielietošanā ir līdzīgi urīnvielas-formaldehīda sveķiem. Turklāt, pateicoties lielākajai cietībai un ūdensizturībai, tie ir piemēroti dekoratīviem galda traukiem, kā arī gatavošanai galda un galda virsmā, ko izstrādājusi korporācija Formica un pārdod ar preču zīmi Formica.

Polimēri uz melamīna bāzes tiek plaši izmantoti arī kā šķērssavienojuma līdzekļi ceptu virsmu pārklāšanas sistēmās. Kā tādi viņi ir bijuši daudz rūpniecisku pielietojumu, piemēram, automašīnu virskārtās un ierīču un metāla mēbeļu apdarēs. Tomēr to izmantošana pārklājumos samazinās, jo ir ierobežoti formaldehīda, kas ir šo pārklājumu galvenā sastāvdaļa, emisijas.

Celuloze

Celuloze (C ₆ H ₇ O ₂ [OH] ₃) ir dabiski sastopams polimērs, ko veido atkārtotas glikozes vienības. Dabiskajā stāvoklī (pazīstams kā dabiskā celuloze) tas jau sen ir novāktas kā komerciāla šķiedra - kā kokvilnā, linos, kaņepēs, kapokā, sizalā, džutā un rāmijā. Koks, kas sastāv no celulozes kombinācijā ar kompleksu tīkla polimēru, ko sauc par lignīnu, ir parasts celtniecības materiāls. Papīru ražo arī no dabiskās celulozes. Lai arī tas ir lineārs polimērs, celuloze ir termoreaktīva; tas ir, tas veido pastāvīgas, savienotas struktūras, kuras nevar atbrīvot ar karstumu vai šķīdinātājiem, neizraisot ķīmisku sadalīšanos. Tā termoreaktīvā izturēšanās rodas no spēcīgiem dipolāriem atrakcijām, kas pastāv starp celulozes molekulām, nodrošinot īpašības, kas ir līdzīgas savstarpēji saistītu tīkla polimēru īpašībām.

19. gadsimtā tika izstrādātas metodes, kā ķīmiski atdalīt koksnes celulozi no lignīna un pēc tam reģenerēt celulozi atpakaļ sākotnējā sastāvā, lai to izmantotu gan kā šķiedru (viskozes), gan kā plastmasu (celofānu). Arī celulozes estera un ētera atvasinājumi tika izstrādāti un izmantoti kā šķiedras un plastmasa. Vissvarīgākie savienojumi bija celulozes nitrāts (nitroceluloze, kas pārveidota par celuloīdu) un celulozes acetāts (agrāk pazīstams kā acetāta viskozes, bet tagad pazīstams vienkārši kā acetāts). Abu šo ķīmisko atvasinājumu pamatā bija celulozes struktūra

ar X ir NO ₂ gadījumā nitrātu un COCH ₃ šajā gadījumā acetāta.