СИНТЕТСКИ
ПОЛИМЕРНИ
МАТЕРИЈАЛИ
Полиетени-PE.
•
Полиетени имају најједноставнију хемијску грађу
од свих синтетских
полимера. Производе се
полимеризацијом етена. Полимеризација етена и
кополимеризација с неким другим олефинима
може се иницирати слободним радикалима при
високим притисцима и температурама или помоћу
различитих катализатора као што су Циглер-Ната,
Филипсови или најновији металоценски
катализатори при ниским или средњим
температурама и притисцима. У зависности од
начина полимеризације етена, могу се добијати
полиетени и кополимери различитих својстава, па
према томе и различитих области примене.
•
Иницирањем полимеризације етена слободним радикалима добија
се полиетен јако разгранатих макромолекула (10-35 места гранања
по једном макромолекулу), мале густине (914-940 kg/m3) и малог
степена кристалности (40-55 %). Овакви полиетени обележавају се
ознаком РЕ-LD и најчешће се због добрих реолошких својстава
користе за дување фолија од којих се израђује амбалажа.
•
Иницирањем полимеризације етена помоћу наведених катализатора
добијају се полиетени средње разгранатих макромолекула (5-15
места гранања) и малог броја бочних грана (1-5 места гранања по
макромолекулу), велике густине (940-970 kg/m3) и степена
кристалности 60-80%. Овакви полиетени носе ознаку РЕ-HD и имају
врло велику примену у аутомобилској индустрији, електротехници и
електроници, изради предмета за домаћинство,као и за амбалажу.
•
Полиетени се могу лако прерађивати свим техникама прераде
термопластичних полимера. У зависности од технике прераде и типа
производа, температуре прераде износе 130-300 °С.Под посебним
условима полимеризације може се синтетизовати и полиетен
ултравелике моларне масе, који се означава скраћеницом РЕ-UHMW.
Моларна маса овога полиетена је изнад једног милиона. Због тога је
РЕ-UHMW нетопив и не може се прерађивати као термопластични
полимер, већ се само мехнички обрађује. Овакав полиетен се користи
за израду вjештачких кукова, на пример, који у људском организму
могу остати и 15 година без значајних оштећења.
•
Када је утврђено да велики број својстава полиетена зависи од броја
кратких и дугих грана на њиховим макромолекулима, почела су
истраживања могућности да се кополимеризацијом етена, на пример,
с неким α-олефином (какви су бутен, хексен, октен итд.) добију
макромолекули тачно дефинисаних броја и дужине бочних грана. У
овој области остварени су значајни успеси, па су се већ пре двадесетак
година на тржишту појавили такозвани линеарни полиетени мале
густине, с ознаком РЕ-LLD. Ови производи се добро прерађују и имају
својства боља од РЕ-LD.
•
Применом металоценских катализатора, при кополимеризацији
етена с неким α олефином могуће је повећати садржај α-олефинa у
кополимеру и добити полиетене врло мале густине, 860-914 kg/m3.
Ови полимери носе ознаку mРЕ-VLD, чиме се указује да су добијени
помоћу металоценских катализатора. Ако им је густина испод 880
kg/m3, понашају се као еластомери. Полиетени добијени помоћу
металоценских катализатора имају ужу расподелу моларних маса и
дефинисану молекулску структуру, па самим тим и боља својства у
односу на полиетене добијене са другим катализаторима, али и
нешто вишу цену.Применом металоценских катализатора по први пут
је било могуће синтетизовати кополимере етена или пропена с
норборненом или пентадиеном, на пример. Ови кополимери се
називају циклоолефинским кополимерима и носе ознаку СОС. Ови
кополимери нису кристалични, па су потпуно прозрачни и имају
термичка и механичка својства. Већ се примењују у медицини и
фармацији, као и у производњи компакт дискова (CD-ROM).
•
На тржишту већ имају своје место и кополимери етена с винил-
ацетатом (ЕVА) и акрилном киселином (ЕАА).
Полипропен-РР.
•
Полипропен је термопластични полимер линеарне структуре, који
се
добија полимеризацијом пропена.
Полимеризација пропена може се иницирати само Циглер-Ната катализаторима, а у новије време и
металоценским катализаторима. У зависности од катализатора и услова полимеризације, могу се добити
полипропени различите структуре - изотактички, синдиотактички и атактички. Највећи практични значај
има изотактички полипропен.
•
Полипропен је чврст полимер без укуса и мириса, неотрован, густине 892-920 кg/m3.Моларна маса му
износи 60 - 200 kg/mol. Температура топљења кристалита је 158-170 °С,у зависности од моларне масе и
степена кристалности и тактичности. Полипропен је слабо прозиран до мутан. Ако му се пре
очвршћавања дода неко нуклеирајуће средство, може се добити и у потпуно прозирном облику. Лако се
боји и задржава сјајну површину. Отпоран је на дејство раствора неорганских соли, киселина и база,
алкохола, уља, средстава за прање, и то до 100 °С. Нерастворан је у органским растварачима на собној
температури, а при загревању на 80 °С растворан је у бензену, толуену и хлорованим угљоводоницима.
Физичка и механичка својства зависе од степена стереорегуларности (изотактичности), моларне масе, а
код готових производа и од степена оријентације макромолекула током
•
прераде. Одличан је изолатор и има задовољавајућа термичка својства. Полипропен стари брже од
полиетена, али се ова мана може отклонити додатком одговарајућих стабилизатора. Полипропен може
да се прерађује бризгањем, екструдовањем, дувањем, пнеуматским и вакуум-формирањем.
•
Захваљујући добрим механичким, термичким и хемијским
својствима полипропен има широку примену у индустрији
намештаја, текстилних влакана и текстила, затим транспортних
средстава, у електротехници и електроници, а због нетоксичности
и за израду играчака и амбалаже за прехрамбене, фармацеутске
и козметичке производе.Полипропен ојачан стакленим,
угљеничним, арамидним или природним влакнима користи се за
израду делова велике површине, који треба да имају добра
механичка својства(унутрашњи део врата аутомобила, кофери
итд.).
•
Мешањем с еластомерима или кополимеризацијом с етеном или
неким другим мономерима добија се полипропен отпоран на
удар.Помоћу металоценских катализатора могу се добити
полипропени дефинисане моларне масе, уске расподеле
моларних маса и боље комбинације својстава у односу на
класичне производе. Кополимери пропена могу се синтетизовати
с акрилном киселином, који у комбинацији с катјонима метала
као што су Na, К, Мg и Zn дају такозване јономере побољшаних
механичких и баријерних својстава (смањење пропустљивости за
гасове, паре и течности).
•
Постоји велики број типова полистирена различитих својстава,
предвиђених за различите намене. Својства им се могу значајно
мењати кополимеризацијом с другим мономерима, као што су
акрилонитрил, акрилати, метилстирен, или једноставним мешањем
с другим полимерима (блендовање). Чист немодификован
полистирен је тврд и крт, високе затезне чврстоће и изванредан
електро и топлотни изолатор. Није хигроскопан и димензионо је
стабилан, лако се прерађује свим техникама прераде
термопластичних полимера. Почиње да омекшава на 70 °С, а да се
топи на 170 °С. Прерађује се у интервалу од 180 °С до 230 °С.
Тврдоћа и жилавост су му незадовољавајући, па му је то основни
недостатак, поред недовољне отпорности на атмосферилије.
•
У полистирен могу да се уграде средства за експандирање, која при
температури обликовања ослобађају неки инертни гас (нпр. N2),
који доприноси формирању стабилне пенасте структуре. Такав
производ се назива стиропор и има велику примену у
грађевинарству као топлотни и звучни изолатор и за израду
амбалаже.
•
Примена полистирена је веома широка. Наjвише се користи
за израду амбалаже, производа широке потрошње, у
електротехници и електроници, као и у производњи
транспортних средстава.Иницирањем полимеризације
стирена новим металоценским катализаторима по први пут
је могуће синтетизовати синдиотактички полистирен чија је
температура топљења 270 °С, око 100 °С виша од
стандардног атактичког полистирена. По својим својствима
синдиотактички полистирен се сврстава у инжењерске
полимерне материјале.Кополимеризацијом стирена с
другим мономерима или мешањем с неким полимерима
(нпр. еластомерима) могу се добити материјали боље
температурне стабилности и отпорности на удар и
раствараче, а да се при том сачувају добра својства
полистирена (чврстоћа, стабилност форме, лакоћа прераде).
У овој групи производа најважнији су: полистирол отпоран
на удар (смеша с еластомерима), акрилонитрил-бутадиен-
стирол (АВS),терполимер (три кополимера) и стирол-
акрилонитрил-кополимер (SAN).
Поливинил-хлорид-PVC.
•
Поливинил-хлорид је линеарни термопластични полимер који се
добија полимеризацијом винил-хлорида. Индустријска производња
поливинилхлорида изводи се поступком суспензионе и емулзионе
полимеризације и полимеризацијом у маси. У свим случајевима
полимеризација се иницира слободним радикалима.Поливинил-
хлорид се добија у облику чврстог белог праха густине 1 350-1460
kg/m3.Моларна маса му је 50 -150 kg/mol. Отпоран је на дејство
киселина и база, нерастворан у води, винил-хлориду (мономеру),
алкохолу и мно-гим растварачима. При загревању се раствара у
хлорованим угљоводоницима и циклохексану. Омекшава при
температури од 92 до 94 °С, а топи се на 170 °С. Има добра
електроизолациона и топлотноизолациона својства. Поливинил--
хлорид је непостојан на температурама изнад 100°С и почиње да се
разграђује. У првој фази разградње долази до издвајања хлор-
водоника, а затим до кидања макромолекулског ланца. Због
нестабилности на повишеним температурама полимеру се пре прераде
морају додати стабили затори који спречавају његову разградњу.
Раније су у својству термостабилизатора коришћена органска и
неорганска једињења олова, калаја, баријума, кадмијума и цинка, а
сада се из еколо-шких разлога у ту сврху користе стабилизатори без
тешких метала.
•
Чист поливинил-хлорид има тако лоша својства да се практично не може
користити за израду производа који имају употребну вредност. Међутим,
када му се додају термички и фотостабилизатори, омекшивачи и читав низ
других адитива или се помеша с другим полимерима, могу се добити
квалитетни материјали врло ра-зличитих својстава која им омогућавају
примену у медицини, на пример, за израду хируршких рукавица или у
грађевинарству за израду врата, прозора итд.Због присуства хлора,
поливинил-хлорид не гори. Његова прерада је могућа свим техникама
прераде термопластичних полимера.У периоду од 1970. до 1980. године
еколошка друштва у свету водила су оштру кампању да се у циљу заштите
животне средине употреба хлора забрани, или сведе на разумну меру,а
самим тим смањи производња и примена поливинил-хлори-да. Као
резултат те кампање,произвођачи полимера толико су усавршили
производњу винил-хлори-да и опрему за извођење његове
полимеризације да оне више не представљају еколошку опасност. Због
тога се производња поливинил-хлорида у свету перманентно повећава и у
2004. години је већ достигла тридесет милиона тона.Као што је већ
наведено, поливинил-хлорид се користи у медицини,
грађевинарству(цеви, олуци, профили, плоче, врата, прозори, ролет-не,
подне облоге итд.), индустрији транспортних средстава, индустрији одеће
и обуће, као и за израду амбалаже.
•
Поливинил-ацетат има добра адхезиона својства
па се користи као универзални лепак за папир,
дрво, кожу, гуму, тканине, стакло итд. Због
безбојности и фотостабилности има примену у
индустрији боја и лакова, као и у текстилној
индустрији. За ове сврхе много се користи
поливинил-ацетат у облику водене дисперзије.
Велике количине поливинил-ацетата користе се
за производњу поливинил-алкохола.
Поливинил-алкохол-PVA.
•
Поливинил-алкохол је термопластични полимер који се добија алкохолизом
(углавном метанолизом), поливинил-ацетата у присуству јаких киселина или
база као катализатора при повишеној температури. Поливинил-алкохол не
може да се добије полимеризацијом винил-алкохола јер је он непо-стојан и у
тренутку настајања изомеризује се у ацеталдехид или етилен-оксид.
•
Поливинил-алкохол је чврст полимер беле боје, без укуса и мириса,
нетоксичан,
•
густине 1200-1300 kg/m3. При загревању омекшава, али се не топи; до 140 °С
не долази до уочљивих промена, а на температурама око 200°С почиње да се
разлаже. Моларна маса зависи од начина добијања и износи 5 -1000 k/mol.
Растворан је у води, а растворљивост зависи од садржаја ацетатних група које
нису хидролизоване. Растворан је и у диметилформамиду и поливалентним
алкохолима, а нерастворан у већини органских растварача.Постојан је на
дејство уља, масти, алифатичних и ароматичних угљоводоника, као и на
различите киселине и алкалије.
Политетрафлуоретилен-PTFE.
•
Политетрафлуоретилен-PTFE трговачки назив
тефлон,
поседујe добру отпорност на
високе температуре,
отпоран је на хемијске агенсе и временске утицаје, има
добру електричну отпорност и мали коефицијент трења.
PTFE се користи као материјал за облагање посуда у
хемијској индустрији, за нелепљиве превлаке за посуђе
у домаћинству, за електричну изолацију на високим
температурама жица и каблова, за заптиваче, за
превлаке површина код којих се захтева ниски
коефицијент трења и као материјал за лежишта.
Полиоксиметилен-PОМ.
•
Полиоксиметилен-PОМ
(полиацетал) има добру чврстоћу и
крутост; отпоран јe на пузање,
абразију, влагу, топлоту и хемијске
утицаје. Полиацетал се примењује
за израду машинских делова и
компоненти где се захтева да
својства остану непромењена у
дужем временском периоду:
лежишта, зупчаници, ексцентри,
чауре, ваљци, лопатице
вентилатора,цеви, вентили,
кућишта.
Полиимиди-PI.
•
Полиимиди-PI имају добра механичка, физичка и
електроизолациона својства на повишеним температурама.
Они су отпорни на пузањe и имају мали коефицијент
трења.Полиимиди имају структуру термопластичних
полимера, али су нетопљиви као и термоумрежени полимери.
Користе се као материјал за израду компоненти пумпи
(лежишта. Заптивке, седишта вентила, клипних прстенова); у
електротехници за израду електричних прикључака за рад на
повишеним температурама; у аерокосмотехници за израду
носећих структура где се захтева висока чврстоћа и отпорност
на ударе; за спортску опрему и сигурносне појасеве.
Целулоза
•
Целулоза има широки опсег механичких својстава која
зависе од састава полимера. Од целулозе могу да се
направе чврсти, јаки и жилави делови. Међутим, они су
неотпорни на воду, топлоту и хемијскц утицаје.
Примцњују се као материјал за израду: дршки
алата,оловки, дугмади, оквира за наочаре, заштитних
кацига, заштитних наочара, црева, цеви,делова уређаја за
расвету, билијарских лопти и играчака, пинг-понг лоптица,
целофана за паковање, микрофилмова
Акрилни полимери
•
Акрилни полимери је збирни назив за групу
полимера која се добија радикалном
полимеризацијом мономера на бази акрилне и
метакрилне киселине.
•
Најважнији представници ове групе полимера су:
полиакрилна киселина, полиметилакрилат,
полиетил-акрилат, полиметакрилна киселина,
полиметил-метакрилат, полиетил-метакрилат,
полибутил-метакрилат и
полиакрилонитрилакрилат. Сви наведени полимери
најчешће се производе радикалном
полимеризацијом у маси и раствору, као и
емулзионом и суспензионом полимеризацијом
.
•
Полимери и кополимери естара акрилне и метакрилне
киселине су аморфни термопластични материјали,
прозрачни и безбојни, с изванредним оптичким
својствима.Зависно од врсте естра, полимери могу
бити чврсти, еластични или меки. Полиметакрилати су
чвршћи од полиакрилата. Физичкомеханичка својства
зависе од дужине алкохолног остатка: с повећањем
дужине смањују се тврдоћа, температура омекшавања
и густина и погоршавају механичка својства. Полимери
су растворни у кетонима, хлорованим и ароматским
угљоводоницима. На собној температури су отпорни
на дејство разблажених киселина и база, воде,
алкохола и минералних уља. Апсорпција воде је мала,
а отпорност на атмосферилије изврсна. Не жуте под
дневним и вештачким светлом. Својства им се врло
мало мењају током дуготрајне употребе. Полиметил-
метакрилат је један од ретких полимера који има
најбоља својства када је чист, без адитива.
•
Полиметилмета крилат-PMMA има
умерену чврстоћу, добра оптичка
својства и отпо
ран је на временске
утицаје. Провидан је, али можe да се
изради и као непровидан;отпоран је на
хемијске утицаје; има добру електричну
отпорност. Примењује се за
израду:сочива, светлећих знакова,
индикатора, прозорских стакала,
надсветла, ветробрана, делова уређаја
за расвету.
Полиамиди-РА.
•
Полиамиди су линеарни термопластични и делимично
кристални полимери који у основном ланцу
макромолекула имају и амидну групу. Добијају се
поликондензацијом дикарбонских киселина и диамина,
затим амино-киселина и полимеризацијом лактама
амино-киселина. Овде су дати неки представници ове
групе полимера.
•
Полиамид 6,6 (најлон 6,6). Добија се поликондензацијом
адипинске киселине и хексаметилендиамина. Полиамид
6 (најлон 6, перлон) је производ полимеризације ε-
капролактама(лактам капронске киселине) у присуству
хидролитичких агенса (воде, киселине) или јонских
катализатора. Полиамид 11 (најлон 11, рилсан) добија се
као производ поликондензације ω-амино-ундеканске
киселине.
•
Поред основне примене,
производње поли-амидних влакана,
полиамиди имају веома широку
примену као конструкциони
материјал у готово свим гранама
индустрије. Поред тога, користе се и
за заштиту електро и телефонских
каблова, челичне ужади и разних
других материјала, за израду
лепкова и лакова, фолија,плоча итд.
Полиестри
•
Полиестри су хетероланчани полимери, који у
основном ланцу макромолекула имају и
естарску групу. Добијају се реакцијом
поликондензације поликарбонских киселина и
полихидроксилних алкохола или
хидроксикарбоксилних киселина. С обзиром на
веома велики број супстанци које се користе као
реактанти, полиестри представљају веома
бројну и сложену групу полимера различитих
својстава. Најширу примену имају: алкидни
полимери, полметилен-терефталат, незасићени
полиестри и поликарбонати.
•
Алкидне смоле садрже комбинацију сушивих уља и масних
киселина, која модификују полиестар омогућавајући
умрежавање и стварање флексибилног филма. Стварање филма
зависи од количине, типа и природе модификованог уља,
масних киселина и анхидрида киселина ко ји се
користе.Међусобна реакција киселине и алкохола одиграва се у
присуству масних киселина или колофонијума, односно неких
других киселих смола. Присуство ових материја је неопходно да
би се спречило гелирање масе током реакције, а и да би се
добила смола са бољим својствима и већом
растворљивошћу.Алкидне смоле се деле на сушиве и несушиве
у зависности од количине и типа узетог сушивог уља. Сушиве
алкидне смоле веома много се примењују у производњи боја
које се суше на ваздуху на повишеној температури. Остварени
отисци одликују се сјајем филма,брзим сушењем и тврдоћом.
Полиетилен-терефталат (РЕТ) и
полибутилен-терефталат (РВТ)
•
РЕТ и РВТ се производе поликондензацијом терефталне киселине или
диметилтерефталата с етилен-гликолом,односно бутилен-гликолом, у присуству
катализатора. РЕТ је чврст полимер и у зависностиод услова синтезе и прераде
може да буде аморфан и потпуно провидан или делимично кристаличан (30-40%)
и беле боје. РВТ је увек делимично кристаличан и беле боје. Густина РЕТ-а износи
1330-1380 kg/m3 у зависности од степена кристаличности, а РВТ око 1300 kg/m3.
Моларна маса и једног и другог полимера износи 10 -40 kg/mol. Отпорни су на
дејство хладне воде, уља, масти, неполарних и слабо поларних растварача, а
неотпорни на врућу воду, водену пару, концентроване киселине и базе, поларне
раствараче (ацетон, метилен-хлорид и хлороформ). Отпорни су на дејство
светлости. Имају добра механичка својстава, која задржавају и до -30 °С
(аморфни РЕТ) и -50 °С (РВТ). Делимично кристаличан РЕТ отпоран је на дејство
топлоте; постојаност облика му је у распону од -30 до 100°С. У аморфном стању,
РЕТ има лошија термичка и механичка својства. Температура топљења
кристалита РЕТ-а износи 255-258 °С, а РВТ-а 220-255 °С. Оба полимера могу се
прерађивати свим техникама прераде термопластичних полимера. Температура
прераде РВТ-а нижа је од температуре прераде РЕТ-а.
•
Полиетилен-нафталат-РЕN је термопластични
полимер који се производи поликондензацијом
нафталата дикарбонске киселине и етилен-гликола.
PEN има много боља механичка и термичка својства
него РЕТ. Температура преласка у стакласто стање му
је 120 °С, па се може користити и за израду амбалаже
која се стерилише топлотом или за паковање топлих
прехрамбених производа. Температура топљења му
је око 270 °С. РЕN има за око 400-500% боља
баријерна својства у односу на кисеоник и угљен-
диоксид, па је зато изузетно погодан за паковање
напитака у којима је угљен-диоксид под притиском.
Због добрих својстава његова цена је за сада три до
четири пута већа од РЕТ-а. Мешањем с РЕТ-ом или
РВТ-ом добијају се бленде са својствима из-међу оних
које имају хомополимери. Значајнија производња
овога полимера остварена је у последњих 8 година.
Овај полимер се за сада највише користи за израду
амбалаже.
Незасићени полиестри
•
То су полимери који се производе поликондензацијом незасићених
дикарбонских киселина (нпр. малеинске киселине) и диола (нпр.
етилен-гликола). Због присуства двоструке везе у макромо-лекулском
ланцу, ови полимери могу даље да полимеризују. Незасићени
полиестри обично се користе у облику раствора у неком мономеру,
најчешће стирену (садржај стирена 30-40 таs.%). Овакви раствори се
називају незасићене полиестарске смоле. Додатком иницијатора
(очвршћивача), који се при повишеној температури распада на
слободне радикале долази до кополимеризације стирена и
незасићеног полиестра и настајања умреженог производа.
•
Умрежени незасићени полиестри без пуниоца су тврди, провидни и
крти полимерни материјали. Својства незасићених полиестара могу се
значајно мењати изменом полазних компонената. Тако се могу
произвести различити типови незасићених полиестара – флексибилни,
отпорни на светлост, хемикалије, атмосферилије и топлоту. Осим тога,
могу се производити незасићене полиестарске смоле различите
вискозности и различите реактивности.Полиестри су иначе отпорни на
дејство неорганских и ор-ганских киселина, раствора соли,многих
растварача, бензина и мазивих уља. Неотпорни су на дејство база,
загрејаних киселина и хлорованих угљоводоника.
Фенол-формалдехидне смоле
•
Фенол-формалдехидне смоле представљају олигомере или полимере
добијене поликондензацијом фенола и деривата фенола с
формалдехидом,које даљом реакцијом могу да умрежавају и формирају, као
и незасићене полиестарске смоле, просторну мрежу. Зависно од природе
полазних компонената, њиховог односа и услова поликондензације, могу се
добити производи различитих својстава - термопластична„новолак" смола
или термореактивна „резолна" смола.Новолак је линеарни олигомер који се
добија поликондензацијом у киселој средини при молском односу
формалдехида према фенолу мањем од 1 или највише 1.Новолак нема
слободних метил-група, због чега не може директно да очвршћава; може да
очвршћава само у присуству, на пример, уротропина при повишеној
температури.
•
Реакцијом у базној средини при молском односу
формалдехида и фенола већем од 1 добија се
резолна смола, која садржи метилол-групе и
етарске мостове. Резолне смоле директно
очвршћавају при загревању.Уместо фенола, могу
се користити различити моно или
дисупституисани феноли, а уместо
формалдехида други алдехиди, као што су
ацеталдехид акролеин, фурфурол итд.Све ове
смоле називају се фенопласти.По начину синтезе
и примени, фенолформалдехидним смолама
сличне су карбамид, меламин и анилин-
формалдехидне смоле, које имају заједнички
назив аминопласти.
•
Епоксиди (ЕP) имају изванредна механичка и
електроизолациона својства, димензиону
стабилност, веома јака атхезиона својства,
добру отпорност на топлоту и хемијске
утицаје.Користе се за израду: компоненти у
електротехници од којих се захтевају добра
механичка и електроизолациона својства; за
израду разних алата и калупа; као лепкови.
Влакнасто ојачани епоксиди поседују
изванредна механичка својства и користе се
за израду судова под притиском, резервоара
и разних других компоненти.
ЕЛАСТОМЕРНИ МАТЕРИЈАЛИ
•
У еластомере спадају следећи полимери: природни
и синтетски каучуци, као и гума, која је производ
умрежавања природног или синтетских каучука.
Еластомери су издвојени у посебну групу полимера
захваљујући високој еластичности. Основна својства
високоеластичних полимерних материјала су: мала
вредност модула еластичности у почетку истезања
(0,1-10 N/m2), велика вредност модула
еластичности у потпуно истегнутом стању, велика
вредност издужења при кидању (преко 1 000%),
брзо и потпуно скупљање до почетних димензија по
престанку дејства силе истезања и добра
амортизујућа својства.
Природни каучук
•
Природни каучук је производ добијен коагулацијом природног латекса.
Природни каучук садржи 93-94 mаs.
% полимера незасићеног угљоводоника
изопрена
и 6-7 mаs.% разних примеса (олеинска, линоленска и стеаринска
киселина, беланчевине и неке друге супстанце). Природни каучук је светло
жуте до мрке боје, зависно од типа и квалитета. Моларна маса му износи 1300
kg/mol, а густина око 913 кg/m3. Растворан је у бензену, толуену, ксилену,
хлороформу, угљентетрахлориду и циклохексану, а нерастворан у алкохолу.
При температурама вишим од 10 °С природни каучук је аморфан. Дужим
лагеровањем на температурама испод 10 °С или истезању изнад 70% при
собној температури каучук кристалише. Због присуства двоструких веза у
молекулима природни каучук је врло реактиван. Реагује с кисеоником,
озоном, водоником и халогенводоником, па је слабо отпоран на утицаје
атмосферилија и подложан старењу. И поред тога, природни каучук је
постојанији од готово свих синтетских каучука.Захваљујући повољним
својствима природни каучук има веома широку примену у разним гранама
индустрије, али се највеће количине троше за израду ауто-гума. Поред
тога,користи се за израду транспортних трака, ремења, разних техничких
производа, производа за хигијенску и медицинску примену.
•
Синтетски каучуци. Синтетски полимери који имају
својства слична природном каучуку и који се
вулканизацијом могу превести у гуму, сврставају се у
еластомере и називају синтетским каучуцима. Синтетски
каучуци се добијају уобичајеним реакцијама из
мономера,као и други синтетски полимери. Најчешће
коришћени мономери за производњу синтетских каучука
су: бутадиен, стирен, изопрен, хлоропрен, изобутилен,
акрм-лонитрил, етен,пропен, диорганодихлорсилани,
адипинска киселина, бутилен-гликол, тримети-лолпропан
итд. За производњу синтетских каучука најчешће се
користи поступак емулзионе полимеризације инициране
слободним радикалима..
•
Као и код других врста полимера, и код каучука постоји
више класификација, од којих се највише примењује
класификација по областима намене и по врсти мономера
који се користе за њихову синтезу. Према намени,
каучуци се сврставају у две групе.
Каучуци специјалне намене
•
Ови каучуци се користе за израду производа који
поред еластичности морају да задовоље и неке
специјалне захтеве (отпорност на горива, мазива и
раствараче, на ниске и високе температуре,
атмосферилије, сунчево светло итд.). У ову групу
каучука спадају: бутадиен-нитрил-, тиокол-,
силиконски, полиуретански, акрилни и флуоро-
каучуци. Ова подела има недостатака пошто многи
типови каучука имају веома комплексна својства, од
којих се нека могу вулканизовањем знатно мењати,
па се одређени типови каучука могу применити и за
опште и специјалне намене.
Стирен-бутадиен каучук
•
Стирен-бутадиен каучук је линеарни кополимер који се
добија реакцијом кополимеризације стирена и
бутадиена. На стирен бутадиен каучук отпада око 30 mаs.
% укупне количине каучука који се данас произведу у
свету. Први пут је произведен у Немачкој. Производња је
нагло порасла у току II светског рата услед недостатка
природног каучука. Индустријска производња базира се
на емулзионој кополимеризацији бутадиена и стирена.
Мање количине овога каучука добијају се извођењем
реакције кополимеризације у раствору. Однос стирена и
бутадиена у кополимеру може да се мења у широким
границама, али се најчешће користи однос 70-75 mas.%
бутадиена и 30 до 25 mas.% стирена.
Бутадиен каучук
•
Бутадиен каучук (полибутадиен) јесте полимер који се добија полимеризацијом
бутадиена. Зависно од природе катализатора, начина и услова
полимеризације,може да се добије полибутадиен са стереорегуларном или
нерегуларном структуром. Бутадиен каучук може да садржи различите уделе
основних структурних јединица у 1,4-cis, 1,4-trans и 1,2-облику.
•
Употребом различитих катализатора и вари-рањем услова полимеризације могу се
добити и производи са уделом од 100 то1.% 1,4-cis или 1,4-trans основног
структурног облика у макро-молекулском ланцу полибутадиена. То је врло битно
зато што својства синтетизованог полибутадиена веома зависе од начина
повезивања бутадиена у макромолекулске ланце.
•
Бутадиен каучук је аморфан. Густина му износи 900-920 kg/m3 а моларна маса 80-
300kg/mol. Бутадиен каучук је по својствима сличан природном каучуку, али при
деформисању се мање загрева од природног каучука. Овај каучук није погодан за
употребу у чистом стању пошто се врло тешко прерађује, али се врло лако меша с
другим врстама каучука,укључујући и природни каучук. У смеши с другим
каучуцима и различитим адитивима користи се за израду ауто-гума свих
димензија, транспортних трака и изолацију каблова.
Бутадиен-нитрилни каучук
•
Бутадиен-нитрилни каучук је претежно линеарни кополимер који се добија
кополимеризацијом бутадиена и акрилонитрила. Бутадиен-нитрилни каучук
се производи емулзионом кополимеризацијом, слично као и стирен-бутадиен
каучук. Садржај акрилонитрила у полимеру може се варирати од 20 до 50
mas.%. Варирањем удела акрилонитрила могу се добити каучуци с веома
различитим својствима и прилагодити различитим наменама.
•
Бутадиен-нитрилни каучук је аморфан светло жути кополимер густине 943-986
kg/m3 и моларном масом 200 -300 kg/mol. Спада у групу каучука специјалне
намене. Присуство акрилонитрила у макромолекулском ланцу даје овом
каучуку нека специфична својства, од којих је најважнија отпорност на
алифатске и ароматске угљоводонике, горива и мазива.Ово својство се
побољшава с порастом удела акрилонитрила у кополимеру. Међутим, с
порастом удела акрилонитрила смањује се флексибилност макромолекулских
ланаца при нижим температурама, а расте му и цена. Овај каучук је отпорнији
на старење и хабање од природног каучука. Недовољно је отпоран према
киселинама и базама.Захваљујући отпорности на горива и мазива, овај тип
синтетског каучука нашао је примену у индустрији транспортних средстава и
нафтној индустрији за израду свих гумених делова који долазе у контакт са
бензином и мазивим уљима.
•
Густина полиуретанског каучука износи 930-1260 kg/m3, а
моларна маса 15-40 kg/mol зависно од типа полимера.
Полиуретански каучук спада у ред новијих еластомера и
има изванредну јачину и отпорност на цепање и хабање.
Отпоран је и на деривате нафте, уља и атмосферилије,
али је неотпоран на дејство кетона, киселина, алкалија,
хлорованих угљоводоника, топле воде и паре.
Изванредну флексибилност задржава и при ниским
температурама. Својства му се могу побољшати мешањем
са другим каучуцима и адитивима.У индустрији се
највише користи полиуретански каучук за ливење, од кога
се израђују делови за машине и уређаје, почев од ситних
делова масе од неколико грама, до оних са масом од
стотинак килограма: транспортери, каишеви, мембране,
ваљци за разне индустрије,амортизери, велике гуме за
возила унутрашњег транспорта итд. Користе се такође и
за израду вештачке коже и различитих лепила. Велику
примену имају и у изради еластичних пена и еластичних
влакана.
Силиконски каучук
•
Силиконски каучук је линеарни органосилоксански полимер са
својствима еластомера, који се може умрежити термичком обрадом у
присуству пероксида или реакцијама адиције и кондензације у
присуству одговарајућих катализатора. Производња силиконског
каучука бази-ра се на каталитичкој полимеризацији
циклосилоксана.Силоконски каучук је прозрачна, безбојна, растегљива
маса слична желеу, без укуса и мириса. Густина му је 900-980 kg/m3, а
моларна маса 30 - 80 kg/mol. Сви типови силиконских каучука су
растворни у естрима, а нерастворни у алкохолима и кетонима. Само
ретки типови силиконских каучука су растворни у угљоводоницима.
Силиконски каучуци су отпорни на дејство алкалија и слабих киселина,
кисеоника, озона, светлости, водене паре и умерено отпорни на
дејство уља. Механичка својства су им слабија од природног и многих
врста синтетских каучука. Повећањем моларне масе побољшавају се
механичка својства и еластичност.Силиконски каучуци задржавају
својства у интервалу температура од -100 °С до
+250°С.Компаундирањем му се може побољшати отпорност на уља и
горива, а може и да се добије материјал који издржава кратка
излагања температурама и до 380°С.
ТЕРМОПЛАСТИЧНИ
ЕЛАСТОМЕРИ
•
Изучавањем механичких својстава диблок кополимера (А-В)
код којих се блокови разликују по хемијској структури
основних елемената и флексибилности макромолекулских
ланаца, а самим тим и по температурама остакљивања, (
Тg),
констатовано је да се они при
одређеном односу дужина
блокова А и В без вулканизације понашају као гума, односно
вулканизовани каучуци. Разлог таквог понашања је илустрован
примером диблок кополимера стирена (блок А) и бутадиена
(блок В). Полистирен је аморфни полимер температуре
остакљивања
Т = 100 °С, што значи да се на собној
температури налази испод тем
пературе остакљивања и
понаша се као термопластични полимер. Полибутадиен има
температуру остакљивања
Тg = -75 °С и на собној
температури се понаша као еластомер.
Ова два полимера су
некомпатибилна, односно не мешају се на молекулском
нивоу.
