ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. реология полимеров

  

Вся электронная библиотека >>>

 Переработка  >>>

 

 

Переработка промышленных отходов


Раздел: Переработка

 

ГЛАВА 9 ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

  

Широкое использование полимеров в народном хозяйстве обусловлено в первую очередь комплексом механических свойств самих полимеров и материалов, полученных на их основе.

 

9.1. Особенности строения полимеров

 

Полимеры составляют особую группу веществ. Они обладают очень ценными свойствами: высокой эластичностью в сочетании с низкой плотностью, прочностью, соизмеримой с прочностью металлов, и многими другими. Эластичность и жесткость, агрегатные и фазовые переходы и другие специфические свойства полимеров определяются гибкостью молекул и их межмолекулярным взаимодействием.

Межмолекулярное взаимодействие проявляется как на уровне самых низших структурных элементов — элементарных звеньев, так и на уровне более сложных образований — сегментов и целых макромолекул.

При нагревании полимеров на температурное воздействие в первую очередь реагируют сегменты макромолекул. С увеличением температуры потенциальная энергия сегментов растет и, достигнув величины энергии межмолекулярного взаимодействия, приводит к разрыву существующих межмолекулярных связей. Постепенно такой процесс при непрерывном подведении к полимеру тепла происходит вдоль всей молекулы. Молекулы начинают перемещаться друг относительно друга, т. е. полимер начинает течь. Следовательно, чем чаще и прочнее межмолекулярные связи в полимере, тем большую внешнюю энергию нужно приложить к полимеру для того, чтобы преодолеть энергию межмолекулярного взаимодействия в нем.

Ярким проявлением основных особенностей полимерного состояния является наличие высокоорганизованных структур полимеров в твердом и жидком состояниях, что определяет ряд физических свойств полимеров. Сложные агрегаты, образованные из большого числа макромолекул в результате действия межмолекулярных сил, создают надмолекулярную структуру полимеров.

Принято различать три фазовых состояния вещества: кристаллическое, жидкое и газообразное. Кристаллическое фазовое состояние — устойчивое состояние твердого тела, характеризующееся дальним трехмерным порядком в расположении атомов, ионов, молекул. Жидкое фазовое состояние, наоборот, характеризуется отсутствием дальнего трехмерного порядка, и часто поэтому его называют аморфным фазовым состоянием. Газообразное фазовое состояние у полимеров не может быть реализовано.

В зависимости от температуры аморфные полимеры могут существовать в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

Переходы полимеров из одного физического состояния в другое характеризуются определенной температурой: из стеклообразного состояния в высокоэластическое — температурой стеклования, а из высокоэластического состояния в вязкотекучее — температурой текучести ( 9.1). Такие переходы сопровождаются значительным изменением большинства свойств полимеров: механических, акустических, теплофизических.

Отрасль науки, изучающая течение жидкостей, носит название реологии от греческого слова "рео", что значит "течение", "течь".

Реологическое поведение полимеров и их растворов определяется температурой, природой полимера, его молекулярной массой и молекулярно-массовым распределением (ММР), а также напряжением и скоростью сдвига, при которых осуществляется течение раствора или расплава. Охарактеризовать реологическое поведение полимера можно, лишь установив зависимость вязкости от напряжения или от скорости сдвига либо зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига и получив при этом кривые течения.

В технологической практике часто для оценки вязкости расплава полимера применяют показатель, называемый индексом или текучестью расплава. Показатель текучести расплава (ПТР) определяют в граммах полимера, прошедшего через капилляр данного диаметра и длины за время и при температуре, которые также строго регламентированы стандартами или техническими условиями. Заранее задана и нагрузка, прилагаемая к расплаву извне. Чем меньше ПТР, тем больше вязкость.

Часто в технологических или эксплуатационных целях бывает необходимо понизить характерные температуры полимера — температуры стеклования Г и текучести Г (если полимер аморфный) или Тпя (если полимер кристаллический). Для этой цели в полимер вводится пластификатор.

В процессе хранения и эксплуатации под действием света, тепла, радиоактивных излучений, кислорода, различных химических веществ, механических напряжений изделия из полимеров стареют, т. е. происходит распад молекулярных цепей, а также сшивание макромолекул. Старение полимера является причиной ухудшения его свойств: появляется хрупкость, жесткость, снижается прочность и эластичность. В итоге изделия из полимеров теряют работоспособность. Поэтому проблема защиты полимеров от вредного воздействия различных структурирующих и деструктирующих факторов имеет важное значение.

Одним из основных химических агентов, вызывающих старение полимеров, является кислород, контакт с которым имеется практически у всякого полимерного изделия в условиях эксплуатации.

Старение полимеров может активироваться различными факторами: тепловым воздействием (термоокислительное старение), солями металлов переменной валентности (отравление полимера металлами), светом, излучениями высоких энергий (световое и радиационное старение), механическими воздействиями (усталость). Распад полимерных молекул может протекать также под действием высоких температур и в отсутствие кислорода (термическая деструкция, деполимеризация и тепловое старение), под влиянием озона (озонное и атмосферное старение), химических веществ, расщепляющих функциональные группы в полимерах, например, путем гидролиза (химическая деструкция).

В реальных условиях работы изделий из полимеров все эти деструктирующие, а также структурирующие факторы действуют комбинированно и сильно усложняют разработку методов защиты полимеров от этих воздействий.

В широком смысле старением называется всякое изменение молекулярной, надмолекулярной и фазовой структуры полимерных материалов в процессе переработки, хранения или эксплуатации, приводящее к изменению их физико-механических свойств.

Тепловое воздействие является одной из наиболее часто встречающихся нагрузок при переработке и эксплуатации полимерных изделий.

Чувствительность различных материалов к нагреванию колеблется в достаточно широких пределах. Так, полиэтилен при нагревании деструктирует сравнительно медленно, полипропилен и полистирол быстрее, а ПВХ разлагается очень быстро.

Механодеструкция в большей степени протекает у полимеров в стеклообразном состоянии, в меньшей — в высокоэластическом и еще в меньшей — в вязкотекучем.

Химические реакции в полимерах вызываются также действием света или излучений высоких энергий. Обычно такие изменения вызываются светом с длинами волн 230—410 нм. При повышении температуры резко ускоряется процесс деструкции, который в этом случае называют фотолизом. Особенно чувствительны к действию света тонкие пленки из полимеров. Под действием ультрафиолетового облучения меняется окраска полимеров, уменьшается их прочность и вязкость растворов.

Для защиты полимеров и изделий из них от старения используют стабилизаторы — низкомолекулярные вещества, введение которых в полимерную композицию в очень малых количествах позволяет замедлить этот процесс.

Все эти особенности полимерных материалов необходимо учитывать при переработке промышленных отходов различных пластмасс, а также изделий из них, отслуживших необходимый срок (отходы потребления).

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Переработка промышленных отходов

 

Смотрите также:

 

Старение полимерных материалов

Старение полимерных материалов. Полимерные материалы, в виде ли покрытий, пленки или массивных конструкций, подвергаются целому комплексу функциональных
Это проявляется в более или менее ярко выраженном падении прочности и формуемости полимеров.

 

Пластмассы полимеры полимерные материалы

Полимеры по сравнению с металлическими материалами очень молоды.
К началу 20 столетия разработка синтетических методов получения высокополимеров создала широкую основу для развития производства полимерных материалов.

 

Производство полимерных материалов и изделий для отделки...

Основные технологические принципы производства полимерных материалов и изделий для отделки и облицовки.
Величина давления и температура полимерной массы зависят от вида полимера.

 

Материалы на основе полимеров. Выпускают полимерные материалы...

Выпускают полимерные материалы в виде листов, пленок, нетканых материалов, искусственных кож. Поливинилхлоридную декоративную отделочную пленку изготовляют для различных отраслей промышленности.

 

Рулонные битумно-полимерные материалы...

7.3. рулонные битумно-полимерные материалы. Несостоятельность битума и рубероида как кровельных материалов доказана и общепризнанна.
ИПП (изоатактический полипропилен) или стере регулярный полимер, обладает высокой степень кристалличности...

 

Полимеры ПВХ стеклопластик

Армирование превращает полимер в конструкционный материал. Изменение комплекса свойств с помощью комбинации материалов
Добавка металлических порошков на основе бронзы, меди, нержавеющей стали повышает теплопроводность полимерных материалов.

 

ПОЛИМЕРЫ. Полимерные связующие материалы

Полимерные связующие материалы. Полимерами являются высокомолекулярные вещества
Две первые группы полимеров вследствие практически неограниченной сырьевой базы для их производства являются основным связующим для большинства полимерных материалов.