Пластические массы: классификация, основные характеристики, технологии производства и переработки
Пластические массы, или же просто пластмассы - это высокомолекулярные соединения из натуральных или синтетических веществ. Основная особенность таких веществ - возможность перехода в пластическое состояние под воздействием двух факторов - высокой температуры и давления. Кроме того, важно и то, что после этого масса способна сохранять заданную ей форму.
Общее описание пластмасс
Пластические массы начали производиться еще около 50-60 лет назад. На сегодняшний день эти изделия получили громадное распространение как в быту, так и в промышленности и других отраслях человеческой деятельности. Кроме того, в настоящее время пластмасса может успешно заменить собой древесину, стекло и даже металл в некоторых случаях. Стоит отметить, что такие отрасли, как машиностроение, радиотехника, электротехника, химическая промышленность, уже не могут обойтись без такого рода изделий.
Пластические массы способны сочетать в себе прочность металлических изделий, имея при этом вес древесины и прозрачность стекла. При всех этих качествах у таких веществ нет недостатков, присущим всем этим материалам. Они не подвержены коррозии, как металл, гниению, как дерево, их нельзя разбить, как стекло.
Общие сведения об использовании
Пластические массы могут применяться для изготовления пленочных материалов. Они же, в свою очередь, активно используются во время выращивания овощей, к примеру. Отлично подходят для создания защищенного участка в грунте, для выращивания ягод, цветов и прочего.
Кроме этого, пластиковые контейнеры, тары и прочие емкости также занимают одно из лидирующих мест при необходимости транспортировки пестицидов, удобрений, сельской продукции. На сегодняшний день уже идет производство газообменной пленочной структуры. Такие мембраны будут применять для хранения продуктов в среде с регулируемым количеством газа. Для сельской деятельности даже выпускаются светоотражающие пленки, чтобы мульчировать почву.
Основные соединения
Если приводить общие сведения о пластических массах, то можно сказать следующее: основа состоит из высокомолекулярного соединения или просто полимера, а также из природных (пеки, асфальты) или синтетических добавок. На сегодняшний день наибольшее распространение и значение имеют синтетические пластмассы, которые получаются путем полимеризации или же поликонденсации.
Процесс полимеризации пластических масс - это реакция соединения одинаковых молекул, которые называют мономерами. При этом не выделяется никаких простых веществ. А образованный полимер будет иметь молекулярную массу, равную массе двух образующих его составляющих. Стоит отметить, что в технологии производства пластических масс может участвовать несколько мономеров одновременно. В таком случае процедура будет называться сополимеризацией.
Если говорить о поликонденсации, то получение полимера будет происходить посредством соединения нескольких функциональных групп разных веществ. При этом будут выделяться некоторые простые вещества. Исходя из этого становится ясно, что общая молекулярная масса готового полимера не будет равна общей массе мономеров, участвующих в образовании.
Описание высокомолекулярных соединений
Переработка данных соединений осуществляется за счет воздействия высокой температуры и давления. Сразу же после получения такие соединения будут иметь форму либо вязкой жидкости, либо твердого вещества. Кроме того, стоит сказать, что полимеры классифицируют на три большие группы - по химической структуре мономера, применяющегося для образования.
Добавки
Строение и назначение пластических масс зависит от их свойств. Поэтому стоит сказать о том, что есть специальные добавки, способные изменить некоторые качества в нужную сторону.
Некоторые готовые изделия состоят на 100 % из полимеров - это полиэтилен или полиамиды. Другие же состоят из полимеров лишь на 20-60 %, а всю остальную массовую долю занимают специальные наполнители. Основное предназначение наполнителей - изменение различных свойств: повышение огнестойкости, увеличение прочности, повышение твердости и механической прочности. В резину, к примеру, добавляют такой наполнитель, как сажа.
Еще одна добавка, которая входит в состав пластиковых контейнеров, к примеру, и в состав множества других твердых емкостей - пластификаторы. Однако чем больше будет добавлено пластификатора, тем больше будет коэффициент пластичности. Таким образом, можно получить прочный, но достаточно пластичный материал.
Еще один важный компонент - это стабилизатор. Его добавляют в состав для того, чтобы избежать разложения готового изделия под воздействием высоких температур, солнечных лучей и прочих внешних факторов. В некоторых случаях добавляется немного красителя, если требуется сменить окраску товара.
Подробное описание веществ
Технология производства таких соединений подразумевает наличие еще одного компонента, который называют ВМС.
ВМС является важнейшей добавкой, которая скрепляет множество разных элементов между собой, а также придает пластичности. Кроме этого, ВМС также способствует возможности формования, придает электроизоляционные и антикоррозионные характеристики. Если говорить об общей классификации пластмасс, то они могут быть ненаполненными и наполненными.
Первая группа представляет собой массу из чистого полимера, либо с очень небольшим количеством добавок. Вторая группа же, наоборот, содержит и полимеры, и большое количество разных добавок, которые равномерно распределяются в связующем составе, обычно в смоле.
Как уже говорилось ранее, для изменения или улучшения большинства качеств вводятся наполнители. Сами по себе эти компоненты могут быть либо органическими, либо минеральными соединениями. Они могут быть представлены в виде порошковых наполнителей - древесный порошок, слюдяная или кварцевая мука и прочие. А могут быть представлены волокнистыми элементами, к примеру хлопком. Последний вид наполнителей - полотно (бумага, слюда и другие).
Если говорить более подробно о пластификаторах, то их можно охарактеризовать так: это малолетучие компоненты, которые чаще всего представлены какой-либо жидкостью. Их введение в состав повышает не только эластичность. Отформованное изделие с увеличением пластификаторов в составе улучшает показатели морозостойкости, упругости.
Есть еще один вид добавок - отвердители. Их концентрация обычно очень невелика, а основная задача - это перевести полимеры в трехмерную структуру. На деле это приводит к преобразованию некоторых пластмасс в неплавкое состояние.
Недостатки
Стоит отметить и некоторые недостатки, которыми все же обладает данный материал. Любые виды пластических масс обладают существенно более низким показателем термостойкости, чем металлические изделия. Основная масса пластмассовых изделий может эксплуатироваться при температуре не выше 150 градусов по Цельсию. Несмотря на продолжительный срок службы, пластмассовые изделия также подвержены старению. Этот дефект будет проявляться в потемнении изделия, окислении, снижение прочностных характеристик, твердости.
Получение полиэтилена
Можно рассмотреть технологию производства пластической массы на основе полиэтилена. Это одно из тех веществ, которые получают путем полимеризации, и оно пользуется огромным спросом на рынке сбыта.
Для получения полиэтилена в его привычном нам виде используют три способа полимеризации:
- Первый способ - это проведение полимеризации под давлением в 1000-2000 атм с температурой от 180 до 200 градусов по Цельсию. В качестве инициатора процесса используется незначительное количество кислорода - 0,005-0,05 %.
- Второй вариант полимеризации, наоборот, проходит под воздействием либо атмосферного, либо искусственно созданного давления в 2-6 атм и при температуре всего в 60-70 градусов. В данном случае в качестве катализаторов используются металлоорганические углеводороды в нефтяной среде при отсутствии малейшей влаги и кислорода.
- Последний вид полимеризации проходит под давлением в 20-50 атм и при участии окисных катализаторов с температурой 110-140 градусов по Цельсию.
Виды пластмасс
Во время изготовления и при последующем отвердевании можно выделить еще два вида пластмасс. Основная отличительная черта - это условия отвердевания или же без него. По этому параметру выделяется термопластическая и термореактивная пластмасса.
Что касается первой категории изделий, то они при нагреве будут претерпевать определенные изменения, переходя из твердого состояния в пластическое, вязкое и текучее. Такой вид товаров будет обратно затвердевать при охлаждении. К термопластической продукции можно отнести полиэтилен, полистирол, фторопласты и другие виды.
Термореактивная же пластмасса при нагреве до температуры в 150-300 градусов будет претерпевать необратимые изменения. Такие массы будут переходить в твердое, нерастворимое и неплавкое состояние под давлением или же без него. В них присутствуют отвердители в качестве добавки. В качестве примера можно привести эпоксидную смолу.
Производство в России
Одним из наиболее старых и крупных предприятий по изготовлению данного продукта является Нелидовский завод пластических масс НЗПМ. Находятся производственные мощности этого предприятия на юго-западе Тверской области.
Завод располагается на 19 га земли, на которых расположены 25 сооружений промышленного назначения.
Наибольшая производственная площадь принадлежит сооружению, выпускающему пенополиэтилен марки "Изонел" (ППЭ). Площадь составляет 24 500 квадратных метров. Следом идет гораздо меньшая площадь цеха номер 2 - 7500 кв. метров, где изготавливают экструзионные листовые пластики. Участок для вакуумформования продукции занимает еще 3 тысячи кв. метров. Кроме того, завод занимается переработкой пластических масс.