Классификация и ассортимент пластмасс

                                                 Содержание 
 

1. Понятие пластмасс

     2. Классификация и ассортимент пластмасс

    2.1 Классификация пластмасс

    2.2 Ассортимент пластмасс

3. Свойства пластмасс

4. Классификация и характеристика ассортимента хозяйственных товаров из

  пластмасс

5.Методы обработки

6. Переработка пластиковых отходов и система маркировки пластика

    6.1Способы переработки пластиковых отходов

6.2Система маркировки пластика

7. Объём производства и структура потребления пластмасс

8. Применение пластических масс в различных областях техники

Приложение А Внешний вид изделий из пластмассы

Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1.Понятие пластмасс 

     Пластмассы  (пластические массы, пластики) — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

     Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, от 10 000 до 500 000 и более; для  сравнения, кислород (O2) имеет молекулярную массу 32. Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое  число атомов.

     Название  «пластмассы» означает, что эти материалы  под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять  после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически  деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.  Классификация и ассортимент пластмасс

     2.1 Классификация пластмасс осуществляется по ряду признаков.

     1) По составу они делятся на простые (оргстекло), сложные (композиционные).

     Органическое  стекло - это техническое название оптически прозрачных твердых материалов на основе органических полимеров: поликрилатов, полистирола, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида в соединении с метилметакрилатом. 
Получение органического стекла: В промышленности органическое стекло это листовой материал, который получают полимеризацией в блоке с метилметакрилатом. Реакция осуществляется в формах, собранных из листов силикатного стекла, стали или алюминия; между ними помещают эластичные прокладки, толщина которых  и определяет толщину листа стекла. Чтобы избежать дефектов в листе, вызываемых значительной усадок (23%) реакционной массы, процесс проводят следующими образами: вначале получают так называемый форполимер (сиропообразная жидкость с большой вязкостью), которую затем заливают в форму и полимеризуют. Пластификаторы, красители, замутнители, стабилизаторы и другие, в зависимости от назначения стекла, вводят в форполимер, смесь тщательно перемешивают, вакумируют, фильтруют, заливают в герметизированные формы, которые помещают в камеры с циркулирующим теплым воздухом или ванны с теплой водой. По окончании полимеризации листы стекла извлекают из форм и подвергают окончательной обработке. 
          Свойства органического стекла: молярная масса до 2х106, исключительно прозрачно, обладает высокой проницаемостью для лучей видимого и ультрафиолетового цвета, хорошие физико-механические и электроизоляционные свойства, атмосферостойкое, устойчиво к действию разбавленных кислот и щелочей, воды, спиртов, жиров и минеральных масел; физиологически безвредно и стойко к биологическим средам; размягчается при температуре несколько выше 1200 по Цельсию и легко перерабатывается. Органическое стекло можно перерабатывать вакуумно и пневмоформированием, штампованием; его можно обрабатывать механически. 
          Использование органического стекла:

     Используется  в транспортном машиностроении, авиационной  и светотехнической промышленности, строительстве и архитектуре, приборостроении, для изготовления вывесок и реклам, бытовых изделий и др. Применяется  как конструкционный материал для  остекления парников и теплиц, куполов, окон, веранд и декоративной отделки  зданий, для изготовления деталей  приборов и инструментов, протезов - в медицине, линз и призм в  оптике, труб в пищевой промышленности.

     Сложные (композиционные ) пластмассы содержат значительное количества (до нескольких десятков процентов) других компонентов: наполнителей, пластификаторов, газообразователей, отвердителей.

     2) По природе связующего  вещества они делятся на пластмассы на основе синтетических смол, пластмассы на основе видоизменённых природных полимеров(эфиров целлюлозы).

     Некоторые органические пластические материалы  встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных  деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные  органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяются природные  полимеры — целлюлоза, каучук или  канифоль; чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным  химическим реакциям. Например, целлюлозу  посредством разнообразных реакций  можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука можно получить резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.

     Хотя  модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс  являются синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в  готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легко доступные побочные продукты угольной и нефтяной промышленности или производства удобрений.

     3) По физико – механическим свойствам( при температуре С пластмассы подразделяются на жесткие пластики, полужесткие пластики, мягкие пластики.

     Жесткие пластики – твердые упругие материалы с высоким модулем упругости и малым удлинением при испытании образцов на растяжение (фенопласты, аминопласты, полистирол и др.). Под действием внешних нагрузок, ниже разрушающих, они длительное время сохраняют свою форму при нормальных  и повышенных температурах.

     Полужесткие – твердые упругие материалы со средними величинами модуля упругости и высоким общим и остаточным удлинением при растяжении (полиэтилен и др.).

     Мягкие  пластики – эластичные материалы с аморфной структурой и низким модулем упругости. Исчезновение обратимой части их деформации при нормальной температуре происходит с замедленной скоростью (поливинилхлоридный пластикат, полиизобутен, пенополиуретан и др.).

     4) В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

     Термопласты. Все линейные или слегка разветвленные полимеры термопластичны. Это означает, что они могут многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом, в сущности, физическом процессе, похожем на повторяющиеся расплавление и кристаллизацию металла, химических изменений не происходит.

     Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Материалы такого рода называют реактопластами. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.

     Хотя  доля термореактивных смол в общем  выпуске полимеров для пластмасс  составляет всего около 25%, фактически объём производства реактопластов  выше, чем термопластов, из-за высокой  степени наполнения (60—80%) смолы.

     5) По типу химических  реакций, лежащих в основе синтеза синтетических смол, пластмассы делятся на 2 группы:

     1. Пластмассы на основе полимеризационных смол, полученные в результате реакции полимеризации. Это:

     1)полиэфелины (полиэтилен, полипропилен, полиизобутен),

     2)винилпласты (пластики на основе поливинилхлорида, поливинилого спирта и поливинил ацетата),

     3)полистиролы,

     4)фторопласты,

     5)полиакрилаты,

     6)полиформальдегид;

     2. Пластмассы на основе поликонденсационных смол, полученные в результате реакции поликонденсации. Это:

     1) фенопласты,

     2) аминопласты,

     3) полиамиды,

     4) полиэфиры,

     5) полиэнокоиды,

     6) полиуретаны,

     7)кремнийорганические пластики.    
6) По характеру микро- и макроструктуры:

     - однородные (ненаполненные) – состоящие только из связующих веществ;

     - неоднородные (с наполнителями) –  фенопласты, аминопласты.

     Термореактивные смолы по своей природе хрупки и, за исключением фенольных, редко  используются без волокнистых наполнителей. Чаще всего применяются древесные опилки, хлопковые очесы, целлюлозные волокна и ткани, асбест и стекловолокно. Последнее позволяет получать слоистые структуры со значительно большей прочностью, чем целлюлозные или органические волокна.

     2.2 Ассортимент пластмасс:

     - полиэтилен

     - полистирол

     - полипропилен

     - поливинилхлорид. 
          Полиэтилен [-CH2-CH2-]n .Термопластичен. При нагревании размягчается - можно вытянуть нити. Горит, синим пламенем, при этом плавиться, и образует капли. Пластичен, эластичен, прочен, тонкие пленки прозрачные, не пропускают ультрафиолетовые лучи; обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию щелочей любых концентраций, органических кислот, концентрированной соляной и плавиковой кислот; сравнительно стоек к радиоактивным излучениям. При t0 выше 80 0C растворяется в алифатических и ароматических углеводородах и их галогенопроизводных.   Идет на изготовление пленок, труб, профилированных изделий, изоляции проводов и кабеля, емкостей, гальванических ванн, санитарно-технических изделий, волокон , также из него делают емкости для хранения агрессивных жидкостей, посудохозяйственные изделия, предметы галантереи. 
          Помимо полиэтилена общего назначения выпускаются его многие специальные модификации, среди которых: антистатический, с повышенной адгезионной способностью, светостабилизированный, самозатухающий, ингибитированный (для защиты от коррозии), электропроводящий (для экранирования). 
           Главный недостаток полиэтилена - сравнительно низкая нагревостойкость. 
           Полистирол[-CH2-CH(C6H5)-]n . Термопластичен. Твердый, прозрачный, хрупкий неполярный полимер, широко применяющийся в электротехнике,  хороший диэлектрик, влагостоек. Имеет повышенную теплостойкость, ударопрочность, антистатические свойства, пенистость легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматических и хлорированных алифатических углеводородах, физиологически безвреден, однако для полистирола характерны сравнительно низкая теплостойкость и значительная хрупкость. В радиоэлектронике он находит применение для герметизации изделий, когда надо обеспечить минимальные механические напряжения, создать временную изоляцию от воздействия тепла, излучаемого другими элементами. Также полистирол применяют для изготовления посуды, контактирующей с холодными пищевыми продуктами, игрушек, осветительной арматуры и галантерейных изделий.

     Полипропилен[-CH2-CH(CH3)-]n. Термопластичен. Обладает свойствами высокой ударной прочности, высокой стойкости к многократным изгибам, низкой паро- и газопроницаемости; хороший диэлектрик, плохо проводит тепло, не растворяется в органических растворителях, устойчив к воздействию кипящей воды и щелочей, но темнеет и разрушается под действием HNO3, H2SO4 и хромовой смеси. Обладает низкой термо- и светостойкостью. Из пропилена изготавливают волокна и пленки, сохраняющие гибкость при 100-1300 С, пенопласт, детали машин, профилированные изделия, трубы, различную арматуру, контейнеры, бытовые изделия и др.

     Поливинилхлорид (-CH2-CH-) n. Термопластичен. При нагревании размягчается. Горит небольшим пламенем, образуя черный хрупкий шарик. При горении чувствуется острый запах. Достаточно прочен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Ограниченно растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородов. Устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, промышленных газов, бензина, керосина, жиров, спиртов. Стоек к окислению и практически негорюч, обладает невысокой теплостойкостью.    Применяется для производства искусственной кожи, плащей, клеенки, труб, изоляционного материала для электрических проводов, стройматериалов.  
 

3.Свойства пластмасс 

1.Химические  свойства

           С точки зрения химического поведения полимер похож на мономер (или мономеры), из которого (или которых) он получен. Углеводороды этилен H2C=CH2, пропилен H2C=CH–CH3 и стирол H2C=CH–C6H5 претерпевают присоединительную полимеризацию, образуя полиэтилен, полипропилен и полистирол со следующими структурами. 
        Эти полимеры ведут себя как углеводороды. Они, например, растворимы в углеводородах, не смачиваются водой, не реагируют с кислотами и основаниями, горят, подобно углеводородам,  нитроваться и- в случае полистирола -могут хлорироваться, бромироваться и сульфироваться.

     Прозрачность. Аморфные полимеры - светлые и прозрачные. Степень прозрачности оценивается  по пропусканию света. У полиметилметакрилатов  она наибольшая (свыше 90% светопропускания); полистирол и органические простые  и сложные эфиры целлюлозы  также обладают хорошей светопроницаемостью.

     Хладостойкость существенна для гибких элементов, используемых на открытом воздухе или в холодильниках. Сополимеризация и использование пластификаторов позволяет пластмассам удовлетворительно выдерживать низкие температуры.

     Хемостойкость. Некоторые пластические материалы обладают исключительной устойчивостью к кислотам, щелочам и растворителям. Термореактивные смолы в общем не поддаются воздействию обычных растворителей. Щелочи и кислоты мало влияют на фенольные пластмассы, хотя их наполнители в некоторых случаях могут набухать. Пластмассы на основе мочевины слегка набухают в водных растворах, пластмассы на основе меламина несколько более устойчивы.

     Некоторые растворители влияют на большинство  термопластов. Углеводородные смолы  обычно растворимы в ароматических  углеводородах, но вода и низшие спирты не влияют на них. Полистирол чрезвычайно  устойчив к сильным минеральным  кислотам и щелочам. Поливиниловый  спирт устойчив практически ко всем органическим растворителям, но растворим  в воде. Ацетат целлюлозы проявляет  хорошую устойчивость почти ко всем растворителям, кроме кетонов, однако поглощает некоторое количество воды. Ацетат-, пропионат-, бутират- и этилцеллюлозы не подвержены воздействию влаги.

     2.Оптические свойства.

     Пластические  материалы бывают различной степени  прозрачности - от совершенно прозрачных до матовых. Все аморфные полимеры прозрачны, тогда как в частично-кристаллических полимерах появляется некоторая мутность из-за различий в показателях преломления кристаллических и аморфных областей, которые неодинаково отклоняют световые лучи; при этом свет рассеивается и материал выглядит мутным. Если степень кристалличности низка и средний размер кристаллических областей мал, менее 500 Å (1 Å = 10-10 м), тонкая пленка материала еще прозрачна (например, майлар, саран, профакс). Высокая же степень кристалличности и более крупные кристаллические области придают дымчатость даже тонким пленкам (например, полиэтилен, найлон-6, найлон-6,6).

     3.Физические свойства. 
          Физические свойства полимера, напротив, зависят не только от характера мономера, но в большей степени от среднего количества мономерных звеньев в цепи и от того, как цепи расположены в конечной макромолекуле.  
           Все синтетические и используемые в промышленности природные полимеры содержат цепи с различным числом мономерных единиц. Это число называют степенью полимеризации (СП) и обычно пользуются его средним значением, поскольку цепи не одинаковы по длине. Средняя длина цепи и СП может быть определена  измерением-экспериментально несколькими методами (например, осмометрией   измерением-осмотического давления различных растворов; вискозиметрией   измерением светорассеяния различными-вязкости; оптическими методами  растворами; ультрацентрифугированием, при котором вещества разделяются по их плотности). СП особенно важна при определении механических свойств полимера, поскольку при прочих равных условиях более длинные цепи налагаются друг на друга более эффективно и порождают большие силы сцепления. Можно сказать, что заметная механическая прочность наблюдается уже при СП 50–100, достигая максимума при СП выше 1000.

     4. Электрические свойства.

     Все органические пластмассы являются изоляторами, а потому находят применение в  электротехнике и электронике. Характеризуются электропроводностью и электризуемостью. Большинство пластмасс (полиэтилен) проявляют высокие диэлектрические свойства, т.е. накапливают заряды статического электричества при трении.

     5. Термические свойства.

     В таблице 1 показаны критические температуры Tст и Tпл ряда важных промышленных термопластов. Все реактопласты после того, как произошла сшивка цепей, становятся твердыми и жесткими. 

Таблица 1. Температура стекловарения Тст и температура плавления Тпл некоторых

                    пластических полимерных материалов

     Пластмассы  характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими  электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным  размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

     Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50—250 кгс на шарик  диаметром 5 мм.

     Теплостойкость  по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 × 15 × 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 × 15 мм, равное 50 кгс/см², разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

     Теплостойкость  по Вика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

     Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться  хрупко.

     Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т.п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

     Термостойкость. Некоторые пластические материалы, особенно полиимиды, кремнийорганические  полимеры и тефлон, проявляют исключительную термостойкость, но с трудом поддаются прямому прессованию или литьевому формованию. Силиконовые каучуки можно формовать как резину, но процесс вулканизации продолжительный, а продукты непрочны. Тефлон можно медленно выдавливать при высоких температурах; получающиеся изделия тверды и устойчивы (без деструкции и разложения) при температурах до 260° С в течение длительного времени. Несмотря на несколько бóльшую термостойкость, термоотверждающиеся пластики (реактопласты) не выдерживают продолжительного нагрева до 200° С; этот предел можно повысить примерно до 250° С добавлением минеральных наполнителей.

     6.Технические свойства пластмасс. Механические и физические свойства пластмасс можно изменять в широких пределах смешиванием полимеров, добавлением пластификаторов и наполнителей, подбором условий формования и конструкции формуемых изделий.

     Наполнители. Наилучшие результаты получены рациональным подбором наполнителей. Термореактивные смолы по своей природе хрупки и, за исключением фенольных, редко используются без волокнистых наполнителей. Чаще всего применяются древесные опилки, хлопковые очесы, целлюлозные волокна и ткани, асбест и стекловолокно. Последнее позволяет получать слоистые структуры со значительно большей прочностью, чем целлюлозные или органические волокна.

     7. Плотность большинства пластмасс лежит в пределах 0,92-1,54 г/см3, что много ниже плотности легких металлов. Введение хлора в молекулу повышает плотность - например, у поливинилхлорида она равна 1,7 г/см3. У полипропилена наименьшая плотность среди пластиков; полистирол лишь чуть тяжелее воды. У пластиков с минеральными наполнителями плотность возрастает пропорционально содержанию наполнителя. Пенопласты и сотовые структуры, сделанные из бумаги и тканей, пропитанных пластиками, открывают возможность получения легких материалов высокой прочности.

     8. Механические свойства.

     Характеризуют отношение пластмасс к действию внешних сил, к ним относят: прочность, твердость, жесткость и упругопластические свойства.

     Прочность на растяжение. Предел прочности на растяжение есть максимальное растягивающее  усилие, которое материал может выдержать  без разрыва. Большинство пластмасс  имеют предел прочности на растяжение в диапазоне 48-83 МПа; в некоторых  случаях волокнистые наполнители  увеличивают прочность на растяжение. Линейные кристаллические материалы, подобные найлону, после ориентации вытягиванием значительно повышают свою прочность на растяжение (до 276-414 МПа).

     Прочность на сжатие. Предел прочности на сжатие есть максимальное давление, которое  материал может выдержать без  изменения (уменьшения) объема. Армированные пластики обладают более высокими пределами  прочности на сжатие (более 200 МПа), чем  ненаполненные винильные полимеры (ок. 70 МПа).

     Ударопрочность. Наполнители, особенно волокнистые, повышают ударопрочность и обычно используются в термореактивных смолах. Некоторые линейные термопласты, например найлон, полиформальдегид и поликарбонаты, обладают исключительной ударопрочностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Классификация и характеристика ассортимента хозяйственных товаров из пластмасс

     По  функциональному назначению хозяйственные  товары из пластмасс делятся на следующие  группы:

     - посудохозяйственные изделия;

     - изделия для ванной и для  туалета;

     - изделия для сада и огорода;

     - бытовая мебель и предметы  для интерьера жилых помещений;

     - для упаковки пищевых продучтов и пищевых веществ.

     Посудохозяйственные изделия с учетом свойств контактирующих с ними веществ по назначению делят на посуду (или изделия), контактирующую и не контактирующую с пищевыми продуктами.

     Изделия, контактирующие  с пищевыми продуктами, по более узкому назначению с учетом консинстенции и термического состояния продуктов делят на 3 группы: