Применение полимеров в жизни

Производство полимеров в промышленных масштабах началось в начале 20-го века. Практически одновременно промышленность начала производить искусственные полимеры методом переработки целлюлозы и синтетические полимеры методом переработки низкомолекулярного сырья (фенола, формальдегида, стирола, винилхлорида, акрила). Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Достоинства полимерных материалов — достаточно высокие прочность и износостойкость, хорошие антифрикционные свойства и химическая стойкость. Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы).

На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Применение полимерных материалов в домашнем хозяйстве с самого начала было одной из первых задач промышленности, производящей полимеры. Полиэтиленовые ведра, тазы много легче металлических - вот и желанное облегчение труда. На предприятиях общественного питания мы встречаем небьющуюся легкую пластмассовую посуду.

Полимерные материалы находят все большее применение в производстве мебели. Моющиеся обои из пенистого материала обеспечивают одновременно уют и праздничную обстановку в помещении. Современные надежные в эксплуатации покрытия для пола, изготавливаемые из полимерных материалов, также облегчают уборку помещений.

Сегодня никого уже не удивляет водопроводная арматура из полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена или аминопластов. Привычным стал телефонный аппарат из полимерных материалов.

Приблизительно 25% производимых пластмасс в самых разнообразных формах находят применение в строительстве. Неразрушающиеся прозрачные элементы, как правило из стеклопластиков, заменяют традиционные конструкции из армированного бьющегося стекла. Такие конструкции применяют, например, в строительстве теплиц, так как они не корродируют во влажной атмосфере и, кроме того, проницаемы для света. Известны пластмассовые конструкции диаметром до 43 м и высотой до 36 м, которые служат для защиты радарных установок от атмосферного влияния.

В последние годы в строительстве внедряются многослойные легкие строительные элементы для перекрытий. Так называемые сандвич-конструкции состоят из покрывающих слоев на основе алюминия, асбоцементного или жестковолокнистого полотна, которые соединены с жестким пенополиуретаном или пенополистиролом. Такие конструктивные элементы отличаются сравнительно небольшой массой, их температурная область эксплуатации простирается до 100 °С.

Свыше 30% производимых пластмасс используется в машино- и аппаратостроении в качестве конструкционных материалов. В машиностроении в центре внимания находится, конечно, экономичность изготовления элементов конструкций. Уплотнения всех видов, зубчатые колеса с осями и втулками, дисковые кулачки, осевые и радиальные колеса, элементы сцепления, подшипники скольжения, катушки зубчатых передач и многие другие профильные детали оказались весьма эффективными в эксплуатации.

Большая жесткость, способность точно сохранять заданные размеры, хорошее скольжение и износостойкость -достоинства, которые обеспечивают многофункциональность внедряемых полимерных материалов.

В аппаратостроении, особенно для химической промышленности, значение полимеров определяется их высокой коррозионной стойкостью. При температуре до 100 °С и умеренных механических нагрузках имеются благоприятные предпосылки для замены высоколегированных сталей полимерными материалами.

Поливинилхлорид, полиэтилен высокого давления, полипропилен, полибутен, политетрафторэтилен и стеклопластики-наиболее интересные в этом отношении материалы. Для конструкций, на которые вместе с механическими нагрузками действует агрессивная среда, особенно важную роль играют стеклопластики на основе термопластичных смол.

Трубы, складские и транспортные резервуары, очистные башни для коррозионноактивных отходящих газов, дымовые трубы, вентиляционные элементы для колпачковых тарелок, гальванотехническая аппаратура, установки для получения хлора и щелочей электролитическим методом, реакционные колонны, насосы и многие другие подобные области применения - вот примеры использования полимеров в качестве конструкционных материалов.

Упаковочная техника потребляет 20-25% всех производимых пластмасс, то есть столько же, сколько строительство. Традиционные упаковочные материалы, такие как бумага, дерево, веревки и ткани из растительных волокон, гораздо быстрее приходят в негодность.

Упаковочные пленки удовлетворяют более широким требованиям, чем традиционные материалы. Они прозрачны и на них можно печатать это обеспечивает упаковке привлекательный вид. Физиологическая инертность, так же как непроницаемость для газов и водяных паров, особенно ценятся при упаковке пищевых продуктов. Пленки бывают полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные, из поливинилового спирта и целлофана толщиной от 20 до 200 мкм.

Другие новые возможности в упаковочной технике появились благодаря пенопластам, прежде всего пенополистиролу с плотностью 25-30 кг/м3. Новая упаковочная техника особенно ценна для транспортировки хрупких дорогих высококачественных приборов, например электронных ламп, пишущих машин, телевизионных аппаратов, так как позволяет существенно ограничить повреждения.

Теплозащитная упаковка на определенное время без дополнительных мероприятий гарантирует, что температура транспортируемых товаров, чувствительных к воздействию тепла или холода, будет поддерживаться на определенном уровне. Так, для сохранения рыбы, транспортируемой в ящиках из пенополистирола, требуется только около половины обычно необходимого льда.

Зато мусор, возникающий после использования полимерных упаковочных материалов, также породил новые проблемы. Часть его не горит, а при горении некоторых видов полимеров отщепляются ядовитые продукты. Гнить пластмассовый мусор не может.

Для полного изменения упаковочной техники требуется дальнейшее развитие этих материалов и разработка способов безопасного уничтожения образующегося пластмассового мусора.

Пластмассы с их прекрасными диэлектрическими свойствами, можно сказать, подтолкнули развитие электротехники и электроники. Корпуса катушек и контактов, штепсельные соединения, монтажные платы, цоколи реле, программные переключатели, а также печатные платы - вот только некоторые примеры применения полимеров в этих важных отраслях промышленности.

Раньше задачу электроизоляции возлагали на керамику, фарфор и резину. Сегодня возросшие требования к электроизоляционным свойствам и необходимость снижения электрических потерь удовлетворяется почти исключительно полимерами.

В электронике высокоэкономичное массовое производство сложных деталей, особенно с учетом возрастающей их миниатюризации, создало хорошие предпосылки для внедрения термопластов.

В настоящее время полимеры вошли в каждый дом, а применение полимерных материалов охватило множество самых различных сфер, которые, казалось бы, не имеют ничего общего между собой. Каждый год растет уровень потребления полимерных материалов и спрос на них, расширяется сфера применения и рынок полимерной продукции.

Трудно переоценить значение полимеров в нашей жизни. Они окружают нас буквально со всех сторон. Это важнейший материал, из которого сделаны постоянно используемые нами предметы. В последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения.

Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из них стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применять в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей, несущих значительные нагрузки.

Рассматриваемая область постоянно развивается, за счет чего стали появляться композитные материалы. Они обходятся намного дороже полимеров, но при этом обладают исключительными физическими, химическими и механическими качествами. В ближайшее время полимерные материалы будут все также активно применяться в самых различных областях, так как альтернативы для их замены пока не существует.

Мировое производство полимеров в 2016 г. составило 270 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Жизнедеятельность общества неизбежно связана с образованием отходов на всех стадиях производства и переработки полимерных материалов.

В океанах планеты сосредоточено такое количество мусора, что можно уже говорить о новых рукотворных материках, образованных из плавающих кусков пластмасс. Этот «бульон» из пластмасс представляют угрозу всему живому.

Как отмечается в отчете Еврокомиссии, пластик составляет около 80 процентов всего морского мусора. Только в европейских водах каждый год оказывается около 150 тысяч тонн пластика. Это лишь небольшая часть из 8 миллионов тонн по всему миру. Ученые предупреждают, что такой «пластиковый суп» из мелких частиц пластика диаметром всего 5 миллиметров угрожает здоровью естественной океанической среды.

В процессе распада пластика получается своего рода суспензия. Морские обитатели, рыба и птица принимают ее за кормовые организмы, поэтому заглатывают. Так, в рыбе, пойманной у берегов Калифорнии и Индонезии, которую продают на местных рынках, были обнаружены пластмассовые отходы и текстильные волокна.

По подсчётам около 90% всех морских птиц, погибающих на берегу, умирают от того, что съедают различный пластиковый мусор, принимая его за пищу.

На настоящий момент не существует эффективных программ по очистке океана от загрязнения пластиком, и проблема усугубляется с каждым годом.

Люди научились получать полимерные материалы, но пока не научились их массово перерабатывать и использовать их так, чтобы не загрязнять окружающий нас мир. Именно эта задача стоит сейчас перед техническим прогрессом. И не смотря ни на что, можно с уверенностью сказать, что полимерам принадлежит будущее.

1. Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин
2. Основы химии полимеров, пер. с англ.; Тагер А. А.
3. Основы химии высокомолекулярных соединений, Лосев И. П., Тростянская Е. Б.
4. Тара из полимерных материалов - Кривошей В. Н.
5. Материалы будущего, пер. с нем. A. Г. Екимова Н. А. Катуркина B. В. Михайлова
6. Технология пластических масс, Бранцхин E. А., Шульгина Э. С.
7. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы, Платэ Н.А., Шибаев В.П.

Перейти к содержанию
Исследовательской работы "Полимеры"