Раствор полимера как сделать

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ, обладают рядом особенностей по сравнению с р-рами низкомол. в-в из-за св-в макромолекул: больших размеров, широкого диапазона гибкости (жесткости), большого набора конформаций, способности к конформац. перестройкам при изменении т-ры, р-рителя и т.п.

В разбавленных растворах полимеров гибкоцепные синтетич. макромолекулы принимают конформацию статистич. клубка, в объеме к-рого концентрация с 0 собств. звеньев весьма мала (порядка 1% по массе и менее) и убывает с ростом мол. массы. Влияние мол. массы и геом. характеристик макромолекул на св-ва растворов полимеров приводит к тому, что концентрация растворенного в-ва не является однозначным критерием разделения растворов полимеров на разбавленные и концентрированные, в отличие от р-ров низкомол. в-в. Раствор полимера со средней концентрацией с растворенного в-ва считается разбавленным, если с 0 , т. е. среднее расстояние между макромолекулами значительно больше их размера. Условный показатель, характеризующий уд. объем, занимаемый макромолекулой,-характеристическая вязкость, где h и h 0 -соотв. вязкость р-ра с концентрацией с и вязкость чистого р-рителя. Величина [ h ]-условный показатель, определяющий прирост вязкости р-рителя при введении в него полимера. Если концентрация раствора полимеров выражена в г/л, то единица характеристич. вязкости-л/г или м 3 /кг. Раствор полимеров является "разбавленным", если [ h ]c ный раствор полимеров: концентрация полимера мала, но статистич. клубки перекрываются, проникая друг в друга. Клубковые конформации макромолекул сохраняются и в концентрированных растворах полимеров, а также в сверхконцентрированных растворах полимеров, примером к-рых служат полимеры, пластифицированные труднолетучими р-рителями (см. Пластификация полимеров).

Др. особенность растворов полимеров-понижение совместимости компонентов из-за того, что энтропия смешения D S с снижается при соединении мономеров в единую цепь. Полное смешение полимеров с низкомол. р-рителями возможно лишь в определенном интервале т-р. Вне этого интервала взаимная р-римость компонентов становится ограниченной и происходит разделение растворов полимеров на две фазы, сосуществующие в равновесии.

На гипотетич. обобщенной диаграмме р-римости в координатах концентрация полимера с-т-ра T (рис. 1) имеется кривая (бинодаль), отделяющая замкнутую область т-р и концентраций, внутри к-рой раствор полимеров расслаивается на две фазы. Максимум и минимум на бинодали определяют верхнюю и нижнюю критич. т-ры смешения (соотв. ВКТС и НКТС) и критич. концентрации. В критич. точках составы сосуществующих фаз полимер - р-ритель совпадают. При т-рах вне интервала ВКТС-НКТС имеет место неограниченное взаимное смешение компонентов, причем ниже НКТС - за счет сильного взаимод. активных атомных групп полимера и р-рителя, напр. за счет водородных связей. Вблизи критич. т-ры перехода жидкость-пар (НКТС') также имеется область ограниченной совместимости.

Реальная полная диаграмма р-римости полимера с тремя критич. т-рами до сих пор не получена. Наиб. часто проявляется на практике лишь ВКТС (хотя она может лежать выше точки кипения р-рителя), а НКТС не достигается, чаще всего из-за высокой т-ры замерзания р-рителя. Имеются и системы, в к-рых существует лишь НКТС.

Форма и положение бинодали для данной пары полимер -р-ритель зависит от мол. массы. С ростом мол. массы М полимера бинодаль смещается в сторону малых концентраций и больших т-р, критич. концентрация с кр ~ 1/М 1/2 , 1/Т кр линейно убывает с убыванием 1/М 1/2 (пунктирная линия на рис. 1), т.е. р-римость полимера уменьшается. Такая зависимость используется для фракционирования полимеров по мол. массе. Предельное значение Т кр при М : со определяет т. наз. 9-температуру Флори ( q -точку, q -усло-вие) как идеальную т-ру, при к-рой клубкообразные макромолекулы в р-ре имеют конформацию гауссова клубка, т. е. их средний квадратичный линейный размер R пропорционален М 1/2 , а с 0 ~ 1/М 1/2 . С ростом т-ры размеры макромолекулы в разб. р-рах увеличиваются до R ~ М 0,6 , с 0 ~ М - 0,8 (р-ритель "улучшается"). Предельная концентрация с 0 убывает с ростом мол. массы полимера, а при данной мол. массе-с ростом т-ры.

Рис. 1. Обобщенная диаграмма р-римости для системы аморфный полимер— р-ритель. На осях отложены концентрация полимера с и т-ра Т. Кривые 1 и Г — бинодали, ВКТС, НКТС и НКТС'-соотв. верхняя и две нижние критич. т-ры смешения; пунктирная кривая 2 показывает смещение бинодали 1 при увеличении мол. массы полимера.

Теория, позволяющая определить пределы совместимости полимера и р-рителя в зависимости от мол. массы растворенного в-ва и т-ры, развита П. Дж. Флори и М. Хаггинсом в 40-х гг. 20 в. Энтропия смешения D S c системы полимер-р-ритель рассчитывалась на основе решеточной модели (см. Жидкость), согласно к-рой жидкость м.б. представлена квазирешеткой, в каждой ячейке к-рой может помещаться либо молекула р-рителя, либо равный ей по размерам участок макромолекулы, что связано с конкретной конфор-мацией цепи. Соответственно при расчете энтропии смешения D S c принимаются во внимание лишь допустимые кон-формации, а при малой молярной доле полимера в р-ре возможны большие значения D S c . Наличие отличной от нуля теплоты смешения D H с обусловлено тем, что энергия межмол. взаимод. в чистых в-вах-р-рителе и полимере— отличается от энергии взаимод. р-ритель-полимер. Избыточная своб. энергия взаимод., приходящаяся на одну молекулу р-рителя в растворе полимеров, характеризуется полуэмпирич. параметром Флори-Хаггинса c , к-рый для данной пары полимер - р-ритель является ф-цией т-ры. С параметром X связан второй вириальный коэф. А 2 разложения осмотич. давления р-ра в ряд по концентрации, позволяющий оценить "качество" р-рителя. Если контакты полимер - полимер и р-ритель - р-ритель энергетически менее выгодны, чем контакты полимер-р-ритель, коэф. А 2 > 0, р-ритель считается хорошим. Р-рители с А 2 2 = 0 р-ритель наз. квазиидеальным или q -растворителем, а т-ра, при к-рой положит. энтальпия смешения компенсируется возрастанием энтропии, является q -точкой. Для растворов полимеров q -точка аналогична точке Бойля для реальных газов (см. Вириальное уравнение).
Для жесткоцепных полимеров (напр., при длине жесткого сегмента 10 нм и выше) наблюдается ухудшение р-римости сравнительно с гибкоцепными полимерами, совместимость компонентов растворов полимеров часто достигается за счет сильных взаимод. полимер-р-ритель. Р-римость полимера повышается при наличии у макромолекул подвижных боковых групп атомов. Р-ры жесткоцепных полимеров изотропны лишь при концентрации ниже нек-рой критической, при повышении концентрации на диаграмме р-римости наблюдается узкая область двухфазного состояния, а затем состояние полимерного жидкого кристалла (рис. 2). В изотропных растворах полимеров вязкость сильно возрастает с концентрацией, в жидких кристаллах макромолекулы ориентационно упорядочены, что обеспечивает уменьшение вязкости.
Рис. 2. Равновесная кривая сосуществования фаз в системе полимер ^р-ритель. По осям отложены концентрация полимера с и т-ра Т. Буквами И и А обозначены области существования изотропного и анизотропного р-ров соответственно.

Биол. макромолекулы (белки, нуклеиновые к-ты) и их модели (полипептиды, полинуклеотиды) в р-рах могут иметь специфич. конформации, стабилизированные внутри-мол. взаимодействием . Так, нативные глобулярные конформации белков в водном р-рителе стабилизированы водородными связями и гидрофобными взаимодействиями неполярных групп атомов. Полярные группы на пов-сти глобулы обеспечивают ее р-римость. При изменении состава и св-в р-рителя, рН и ионной силы р-ра или при изменении т-ры происходят внутримол. конформац. переходы типа спираль-клубок и глобула-клубок, что приводит к резкому изменению всех св-в раствора полимеров.

Лит.: Цветков В. Н., Эскин В. Е., Френкель С. Я., Структура макромолекул в растворах, М., 1964; Папков С. П., Равновесие фаз в системе полимер-растворитель, М., 1981; Жен П.-Ж., Идеи скейлинга в физике полимеров, пер. с франц., М., 1982. Т. М. Бирштейн.

Полимербетон – что это такое? Пошагово делаем смесь своими руками. Полимербетон (еще – литьевой камень) представляет собой материал, который прекрасно соединил в себе красоту и прочность натурального камня с приемлемой ценой (что доступно благодаря недорогим добавкам минералов) и легкостью изготовления.

При создании вы можете использовать практически любой вид заполнителя (стекло, мраморная/гранитная крошка, песок), что дает гарантию на получение интереснейших изделий из полимербетона.

Благодаря тому, что в составе есть связующий полимер, камень долговечен, имеет стойкость к морозам, воде и перегреву. Далее мы предлагаем рассмотреть стандартные технологические процессы по изготовлению полимербетона, а также как сделать полимербетон своими руками.

Технология создания

Что понадобится?

Для создания данного вида продукта нам нужен:

Способы создания

Как правило, непрерывная технология используется только на крупномасштабных производствах. При этом для слаженного руда и организации единой цепочки используют дозаторы, литьевые машины и смесители автоматического типа.
При периодическом изготовлении после каждого законченного цикла емкости, которые используют, следует постоянно отмывать. Но есть и плюсы – сделать полимербетон можно даже в бетономешалке или ведре.

Процесс

Для создания литьевого камня вам нужна будет форма, которая обильно смазана специальной разделительной смазкой (в противном случае вы не сможете вынуть готовое изделие). Обычно используют форму из пластика, металла, силикона, а иногда и из ДСП (при скромном бюджете).

Наносим слой гелькоута нужного оттенка на разделительную пасту.
Далее в форму закладываем композиционную смесь, которая состоит из вышеописанных элементов, которые следует заранее хорошо смешать в бетономешалке. На большом производстве, где объемы смесей намного больше, в форму смесь закладывает специальный бетоноукладчик. Если предполагается создание небольшого изделия из полимербетона, а процесс периодический, это действие выполняют вручную.
Далее нужно, чтобы смесь, которую уложили в форму, была подвержена виброуплотнению. Эта процедура длится не более двух минут. Для этого на заводе оборудуют резонансную площадку, а на малых производствах используют вибростол.

Важно, что при производстве на заводе в некоторых случаях проводят термообработку для того, чтобы деталь затвердела быстрее. Но обычно процесс затвердевания завершается естественным путем.

А теперь давайте рассмотрим, какое требуется оборудование.

Оборудование для создания полимербетона

Нюансы выбора и стоимость

Но даже такая сумма может стать неподъемной для начинающего бизнесмена во время кризиса. Но есть хорошая новость – вы можете обойтись даже меньшими затратами, если купите необходимый минимум оборудования по отдельности. Некоторые элементы вы можете сделать сами, и далее мы рассмотрим, как потратить меньше, а получить больше.

Техника и приспособления

Итак, это список того, без чего вы точно не сможете обойтись:

Как видите, технология полимербетона и создание условий для изготовления не такие уж и затратные, если вы можете подготовить оборудование собственноручно.

Атмосферное загрязнение от производства полимербетона

Как мы упомянули ранее, при литье образуются вредные для человеческого организма испарения. Обычно это стирол, который есть в смолах. Без смол в этом типе производства не обойтись – они используются как связующее. Как только герметичная емкость со смолами открыта, ядовитые испарения уже начинают отравлять здоровье. Помимо этого, представляет опасность и отвердитель (зачастую это метилэтилкетоновый пероксид). Но он не летучий и чтобы защититься от него, нужны лишь резиновые перчатки для рук.

Обратите внимание, что именно эти факторы обязывают производителя оборудовать литейное помещение крайне тщательно, проектируя его как герметичный блок, а также не забывать об установке мощной вытяжки и покупке респираторов. При соблюдении этих мер воздух будет очищаться, и выбросов в атмосферу не будет.

Технология производства полимербетона своими руками

А теперь мы поговорим о том, как делать изделия самостоятельно при минимальных затратах. Это могут быть и цветочные горшки, подоконники, столешницы (они достаточно популярны, так как теплее гранитных и мраморных).

Выбираем помещение

На поверхность стол следует выставить по уровню – это очень важно! Над столом у нас должно уютно располагаться вытяжка. Для освещения используйте лампу дневного света. В соседнем помещении нам нужен будет еще один стол для отделки и других типов работ. Рядом следует разместить инструменты и емкости для сушки песка и мела (для этого подойдут низкие металлические короба).

Сырье для производства

Нам потребуется:

Песок кварцевый, речной (фасовка по 20 кг/мешок). Следует хорошо просушить.
Просеянный мел – тоже хорошо просушите.
Полиэфирная смола – продается в ведрах по 20 литров.
Гелькоут, отвердитель, разделительная паста.

Изготовление

ТБ: при взвешивании смолы, а также работе с ней, гелькоутом и залитой смесь, следует работать только в респираторе и под вытяжкой. Для добавления отвердителя используйте шприц, и не снимайте резиновые перчатки.

Для облегчения работы с полимерными связующими или для улучшения их свойств используют растворители, пластификаторы и др.

Растворители — летучие жидкости, хорошо совмещающиеся с полимерами, создающие с ними молекулярно-дисперсную, стабильно однородную смесь. Способность растворителей растворять тот или иной полимер зависит от их молекулярного строения. Здесь действует закономерность, которая может быть выражена словами „подобное растворяется в подобном". Так, полистирол, содержащий большое число бензольных колец, хорошо растворяется в ароматических растворителях — бензопе, толуоле и практически нерастворим в алифатических углеводородных растворителях - бензине, уайт-спирите. Полиизобути - лен, напротив, хорошо растворяется в алифатических углеводородах.

При выборе растворителей необходимо руководствоваться помимо их растворяющей способности и другими свойствами. Главнейшее из них — скорость испарения, которую характеризуют относительной летучестью, показывающей, во сколько раз медленнее по сравнению с ацетоном (он взят за эталон) испаряется испытуемый растворитель при одинаковых условиях:

Этилацетат. . . .

Бензин „галоша" Дихлорэтан. . .

Этиловый спирт

Уайт-спирит. . Скипидар.

Если скорость испарения очень велика, то возможно его улетучивание в процессе приготовления или при укладке смеси. Испаряющийся растворитель вызывает усадку твердеющего связующего.

Если скорость испарения растворителя мала, то это может вызвать замедление твердения материала и ухудшение его свойств. Так, при использовании термореактнвных олигомерных смол может произойти такое явление, часть растворителя, оставаясь в материале после отверждения смолы и испаряясь в дальнейшем, образует в материале поры, снижающие его физико-механические свойства.

Во всех случаях необходимо обоснованно выбирать вид и количество растворителя, помня, что применение растворителя, в особенности в избыточном количестве, приводит к ухудшению свойств затвердевшего полимерного связующего.

К другим не менее важным свойствам растворителей относятся: химическая инертность к составляющим смеси и материалам, на которые наносится смесь, и минимальная токсичность.

По степени уменьшения токсичности растворители располагаются в такой последовательности: дихлорэтан, ксилол, толуол, бензол, ацетон, зтилацетат, уайт-спирит, бензин „галоша", скипидар. При работе с растворителями необходимо строго соблюдать меры безопасности: обеспечивать хорошее проветривание помещений, в которых ведутся работы; в необходимых случаях применять защитные приспособления — перчатки, респираторы.

Органические растворители горючи, а их пары вместе с воздухом при определенной концентрации образуют взрывоопасные смеси. Поэтому в помещениях, где хранятся растворители и работают с ними, надо строго соблюдать правила противопожарной безопасности: нельзя разводить открытый огонь, курить, все подсоединения электрических приборов должны исключать возможность искрообразования. При открывании металлических емкостей, содержащих органические растворители, следует пользоваться инструментом, не вызывающим искрообразования, и закрывать емкости только предназначенными для этой цели пробками.

В зависимости от химического состава органические растворители делятся на углеводородные (алифатические, алицикпические, ароматические, нефтяные и терпеновые), кислородосодержащие (кетоны, спирты, зфиры и т. п.) и галогеносодержащие (хлорированные и др.) углеводороды.

Алифатические CnH22 (пентан, изопентан, гексан и др.) и Алициклические С^Н2п (циклогексан, циклопентан и др.) углеводороды - легколетучие бесцветные жидкости со слабым запахом. Они обладают слабой растворяющей способностью и относительно дороги. В чистом виде для строительных целей применяются крайне редко.

Ароматические углеводороды (бензол С6 Н6, ксилол, толуол и др.) — бесцветные жидкости с характерным запахом. Они обладают значительно большей, чем алифатические углеводорода, растворяющей способностью, однако их применение ограничивает высокая токсичность. Ароматические растворители хорошо растворяют битум, деготь, каучуки, полистирол, мочевиноформальдегидные, эпоксидные и другие олигомеры и легко смешиваются с другими углеводородными растворителями. В строительной практике чаще других применяют сольвент нефтяной и каменноугольный, представляющие собой, ксилол с примесью других ароматических углеводородов.

Нефтяные растворители — одни из самых дешевых и доступных растворителей, получаемые при фракционировании нефти. Состоят они в основном из смеси алифатических углеводородов с некоторой примесью ароматических. В зависимости от температуры кипения различают следующие виды нефтяных растворите-' лей:

Петролейный эфир.

Бензин-растворитель „галоша" . Бензин-растворитель уайт-спирит

В качестве частичной замены в эти растворители могут добавляться керосин и лигроин.

Терпеновые растворители содержат ненасыщенные углеводороды состава (С5Н8)Л. В строительстве из этого класса растворителей применяют скипидар (терпеновое масло). Он хорошо растворяет органические масла, насыщенные полиэфирные (глифталевые) полимеры, кумаро- новые смолы, канифоль.

Кетоны — кислородосодержащие растворители, из которых в строительстве наиболее широко применяется ацетон — легкокипящая жидкость с температурой кипения 56°С. Он хорошо растворяет многие полимеры и олигомерные смолы (эпоксидные, фенолформальдегид - ные и др.) и эфиры целлюлозы. Благодаря способности растворять жиры ацетон используют для обезжиривания поверхностей перед нанесением клеящих мастик. Ацетон хорошо смешивается как с органическими растворителями, так и с водой. Недостаток его — гигроскопичность, так как в смеси с водой он хуже растворяет некоторые полимеры и отрицательно действует на физико-механические свойства полимерных материалов.

Спирты — кислородосодержащие растворители, из которых в строительстве применяют только низшие одноатомные спирты-: метиловый и этиловый. Метиловый спирт (метанол) из-за высокой токсичности применяется ограниченно.

Сложные эфиры — кислородосодержащие растворители, получаемые взаимодействием спиртов с органическими кислотами. Чаще всего применяют зфиры уксусной кислоты (ацетаты): метилацетат, зтипаце - тат и бутил ацетат — прозрачные жидкости с более или менее сильным фруктовым запахом. Это относительно дорогие растворители, применяют их обычно в смеси с другими более дешевыми растворителями.

Пластификаторы — вещества, вводимые в полимерные материалы с целью повышения эластичности и пластичности хрупких полимерных связующих. Действие пластификаторов в упрощенном виде можно объяснить тем, что относительно небольшие молекулы пластификатора, проникая между молекулами полимера, ослабляют межмолекулярные связи и тем самым повышают подвижность полимерных молекул. Для этого пластификаторы должны обладать следующими свойствами: хорошо совмещаться с полимером, образуя с ним стабильную смесь; быть малолетучими; проявлять пластифицирующее действие не только при нормальной, но и при пониженной температуре.

Температура кипения, "С

Основной вид пластификаторов, применяемых в строительстве, — эфиры фталевой кислоты (фталаты) и зфиры фосфорной кислоты (фосфаты) — например, трикрезилфосфат. Из фталатов нашли применение дибутилфталат (ДБФ) и диоктилфталат (ДОФ).

Кроме низкомолекулярных применяют высокомолекулярные пластификаторы, отличающиеся высокими эластическими свойствами. Например, битумные материалы пластифицируют добавками каучука и резин, полимерные связующие — веществами, вступающими во взаимодействие с олигомерными смолами во время твердения. К таким пластификаторам относятся полимерные зпоксидированные масла и олигомерные полиэфиры (молекулярной массой около 2000). Преимущество таких пластификаторов в том, что они не летучи и не экстрагируются из материала растворителями.

Читайте также: