Bahan polimer: teknologi, jenis, produksi, dan aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Bahan polimer adalah senyawa kimia bermolekul tinggi yang terdiri dari banyak monomer (unit) molekul kecil dengan struktur yang sama. Seringkali, komponen monomer berikut digunakan untuk pembuatan polimer: etilen, vinil klorida, vinil deklorida, vinil asetat, propilena, metil metakrilat, tetrafluoroetilen, stirena, urea, melamin, formaldehida, fenol. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan secara rinci apa itu bahan polimer, apa sifat kimia dan fisiknya, klasifikasi dan jenisnya.

Jenis polimer

Fitur molekul bahan ini adalah berat molekul besar, yang sesuai dengan nilai berikut: >5103. Senyawa dengan tingkat yang lebih rendah dari parameter ini (M=500-5000) disebut oligomer. Dalam senyawa dengan berat molekul rendah, massanya kurang dari 500. Jenis bahan polimer berikut dibedakan: sintetis dan alami. Yang terakhir termasuk karet alam, mika, wol, asbes, selulosa, dll. Namun, tempat utama ditempati oleh polimer sintetis, yang diperoleh sebagai hasil dari proses sintesis kimia dari senyawa dengan berat molekul rendah. tergantungdari metode pembuatan bahan bermolekul tinggi, polimer dibedakan, yang dibuat baik dengan polikondensasi atau dengan reaksi adisi.

Polimerisasi

Proses ini merupakan penggabungan komponen berbobot molekul rendah menjadi berbobot molekul tinggi sehingga diperoleh rantai yang panjang. Tingkat polimerisasi adalah jumlah "mer" dalam molekul dari komposisi tertentu. Paling sering, bahan polimer mengandung dari seribu hingga sepuluh ribu unitnya. Senyawa yang umum digunakan berikut ini diperoleh dengan polimerisasi: polietilen, polipropilen, polivinil klorida, politetrafluoroetilena, polistirena, polibutadiena, dll.

Polikondensasi

Proses ini adalah reaksi bertahap, yang terdiri dari menggabungkan sejumlah besar monomer dari jenis yang sama, atau sepasang kelompok yang berbeda (A dan B) menjadi polikapasitor (makromolekul) dengan pembentukan simultan sebagai berikut produk sampingan: metil alkohol, karbon dioksida, hidrogen klorida, amonia, air, dll. Polikondensasi menghasilkan silikon, polisulfon, polikarbonat, plastik amino, plastik fenolik, poliester, poliamida, dan bahan polimer lainnya.

Polyaddition

Proses ini dipahami sebagai pembentukan polimer sebagai hasil reaksi dari beberapa penambahan komponen monomer yang mengandung kombinasi reaksi pembatas menjadi monomer dari gugus tak jenuh (siklus aktif atau ikatan rangkap). Tidak seperti polikondensasi, reaksi poliadisi berlangsung tanpa produk sampingan. Proses terpenting dari teknologi ini adalah pengawetan resin epoksi dan produksi poliuretan.

Klasifikasi polimer

Komposisi semua bahan polimer dibagi menjadi anorganik, organik dan organoelemen. Yang pertama (kaca silikat, mika, asbes, keramik, dll.) Tidak mengandung atom karbon. Mereka didasarkan pada oksida aluminium, magnesium, silikon, dll. Polimer organik merupakan kelas yang paling luas, mereka mengandung atom karbon, hidrogen, nitrogen, belerang, halogen dan oksigen. Bahan polimer organoelemen adalah senyawa yang dalam rantai utamanya memiliki, selain yang terdaftar, atom silikon, aluminium, titanium, dan elemen lain yang dapat bergabung dengan radikal organik. Kombinasi seperti itu tidak terjadi di alam. Ini adalah polimer sintetis eksklusif. Perwakilan karakteristik kelompok ini adalah senyawa berbasis organosilikon, rantai utamanya dibangun dari atom oksigen dan silikon.

Untuk mendapatkan polimer dengan sifat yang diperlukan, teknologi sering kali tidak menggunakan zat "murni", tetapi kombinasinya dengan komponen organik atau anorganik. Contoh yang baik adalah bahan bangunan polimer: logam-plastik, plastik, fiberglass, beton polimer.

Struktur polimer

Keunikan sifat-sifat bahan ini adalah karena strukturnya, yang, pada gilirannya, dibagi menjadi beberapa jenis berikut: bercabang linier, linier, spasialdengan kelompok molekul besar dan struktur geometris yang sangat spesifik, serta tangga. Mari kita pertimbangkan secara singkat masing-masing.

Bahan polimer dengan struktur bercabang linier, selain rantai utama molekul, memiliki cabang samping. Polimer ini termasuk polipropilen dan poliisobutilena.

Bahan dengan struktur linier memiliki rantai zigzag atau spiral yang panjang. Makromolekul mereka terutama dicirikan oleh pengulangan situs dalam satu kelompok struktural tautan atau unit kimia rantai. Polimer dengan struktur linier dibedakan dengan adanya makromolekul yang sangat panjang dengan perbedaan yang signifikan dalam sifat ikatan di sepanjang rantai dan di antara mereka. Ini mengacu pada ikatan antarmolekul dan kimia. Makromolekul bahan tersebut sangat fleksibel. Dan properti ini adalah dasar dari rantai polimer, yang mengarah pada karakteristik baru secara kualitatif: elastisitas tinggi, serta tidak adanya kerapuhan dalam keadaan sembuh.

Dan sekarang mari kita cari tahu apa itu bahan polimer dengan struktur spasial. Zat-zat ini terbentuk, ketika makromolekul digabungkan satu sama lain, ikatan kimia yang kuat dalam arah melintang. Akibatnya, struktur mesh diperoleh, yang memiliki basis mesh yang tidak seragam atau spasial. Polimer jenis ini memiliki ketahanan panas dan kekakuan yang lebih besar daripada polimer linier. Bahan-bahan ini adalah dasar dari banyak zat non-logam struktural.

Molekul bahan polimer dengan struktur tangga terdiri dari sepasang rantai yang dihubungkan oleh ikatan kimia. Ini termasukpolimer organosilikon, yang ditandai dengan peningkatan kekakuan, ketahanan panas, selain itu, mereka tidak berinteraksi dengan pelarut organik.

Komposisi fasa polimer

Material ini adalah sistem yang terdiri dari daerah amorf dan kristal. Yang pertama membantu mengurangi kekakuan, membuat polimer elastis, yaitu, mampu melakukan deformasi reversibel yang besar. Fase kristal membantu meningkatkan kekuatan, kekerasan, modulus elastisitas, dan parameter lainnya, sekaligus mengurangi fleksibilitas molekul zat. Rasio volume semua area tersebut dengan volume total disebut tingkat kristalisasi, di mana tingkat maksimum (hingga 80%) memiliki polipropilena, fluoroplas, polietilen densitas tinggi. Polivinil klorida, polietilen densitas rendah memiliki tingkat kristalisasi yang lebih rendah.

Tergantung pada bagaimana bahan polimer berperilaku saat dipanaskan, mereka biasanya dibagi menjadi termoset dan termoplastik.

Polimer termoset

Bahan-bahan ini terutama memiliki struktur linier. Ketika dipanaskan, mereka melunak, tetapi sebagai akibat dari reaksi kimia yang terjadi di dalamnya, struktur berubah menjadi spasial, dan zat berubah menjadi padat. Kedepannya kualitas ini tetap terjaga. Bahan komposit polimer dibangun berdasarkan prinsip ini. Pemanasan selanjutnya tidak melunakkan zat, tetapi hanya menyebabkan dekomposisi. Campuran termoset jadi tidak larut atau meleleh, oleh karena itutidak diperbolehkan untuk mendaur ulangnya. Jenis bahan ini termasuk silikon epoksi, fenol-formaldehida, dan resin lainnya.

Polimer termoplastik

Bahan-bahan ini, ketika dipanaskan, pertama-tama melunak, kemudian meleleh, dan kemudian mengeras ketika didinginkan. Polimer termoplastik tidak mengalami perubahan kimia selama perawatan ini. Hal ini membuat proses benar-benar reversibel. Zat jenis ini memiliki struktur makromolekul bercabang linier atau linier, di antaranya gaya kecil bekerja dan sama sekali tidak ada ikatan kimia. Ini termasuk polietilen, poliamida, polistiren, dll. Teknologi bahan polimer jenis termoplastik menyediakan produksinya dengan pencetakan injeksi dalam cetakan berpendingin air, pengepresan, ekstrusi, peniupan, dan metode lainnya.

Sifat kimia

Polimer dapat berada dalam keadaan berikut: fase padat, cair, amorf, kristal, serta deformasi yang sangat elastis, kental, dan seperti kaca. Meluasnya penggunaan bahan polimer karena ketahanannya yang tinggi terhadap berbagai media agresif, seperti asam pekat dan alkali. Mereka tidak tunduk pada korosi elektrokimia. Selain itu, dengan peningkatan berat molekulnya, kelarutan bahan dalam pelarut organik menurun. Dan polimer, yang memiliki struktur tiga dimensi, umumnya tidak terpengaruh oleh cairan yang disebutkan.

Sifat fisik

Kebanyakan polimer adalah isolator, selain itu, mereka adalah bahan non-magnetik. Dari semua bahan struktural yang digunakan, hanya mereka yang memiliki konduktivitas termal terendah dan kapasitas panas tertinggi, serta penyusutan termal (sekitar dua puluh kali lebih banyak daripada logam). Alasan hilangnya kekencangan berbagai rakitan penyegelan dalam kondisi suhu rendah adalah apa yang disebut transisi kaca karet, serta perbedaan tajam antara koefisien ekspansi logam dan karet dalam keadaan vitrifikasi.

Sifat mekanis

Bahan polimer memiliki berbagai karakteristik mekanis, yang sangat bergantung pada strukturnya. Selain parameter ini, berbagai faktor eksternal dapat memiliki pengaruh besar pada sifat mekanik suatu zat. Ini termasuk: suhu, frekuensi, durasi atau laju pembebanan, jenis keadaan tegangan, tekanan, sifat lingkungan, perlakuan panas, dll. Fitur dari sifat mekanik bahan polimer adalah kekuatannya yang relatif tinggi pada kekakuan yang sangat rendah (dibandingkan menjadi logam).

Polimer biasanya dibagi menjadi padat, modulus elastisitasnya sesuai dengan E=1–10 GPa (serat, film, plastik), dan zat lunak yang sangat elastis, modulus elastisitasnya adalah E=1– 10 MPa (karet). Pola dan mekanisme penghancuran keduanya berbeda.

Bahan polimer dicirikan oleh sifat anisotropi yang nyata, serta penurunan kekuatan, pengembangan creep di bawah pemuatan jangka panjang. Bersama-sama dengan ini merekamemiliki ketahanan lelah yang relatif tinggi. Dibandingkan dengan logam, mereka berbeda dalam ketergantungan yang lebih tajam dari sifat mekanik pada suhu. Salah satu ciri utama bahan polimer adalah deformabilitas (kelenturan). Menurut parameter ini, dalam rentang suhu yang luas, biasanya untuk mengevaluasi sifat operasional dan teknologi utamanya.

Bahan lantai polimer

Sekarang mari kita pertimbangkan salah satu opsi untuk aplikasi praktis polimer, yang mengungkapkan rangkaian lengkap bahan-bahan ini. Zat-zat ini banyak digunakan dalam pekerjaan konstruksi dan perbaikan dan penyelesaian, khususnya di lantai. Popularitas besar dijelaskan oleh karakteristik zat yang dimaksud: mereka tahan terhadap abrasi, memiliki konduktivitas termal yang rendah, memiliki sedikit penyerapan air, cukup kuat dan keras, dan memiliki kualitas cat dan pernis yang tinggi. Produksi bahan polimer secara kondisional dapat dibagi menjadi tiga kelompok: linoleum (digulung), produk ubin dan campuran untuk pemasangan lantai mulus. Mari kita lihat satu per satu sekarang.

Linoleum dibuat berdasarkan berbagai jenis pengisi dan polimer. Mereka mungkin juga termasuk plasticizer, alat bantu pemrosesan dan pigmen. Tergantung pada jenis bahan polimer, poliester (gliftalat), polivinil klorida, karet, coloxylin dan pelapis lainnya dibedakan. Selain itu, menurut strukturnya, mereka dibagi menjadi tanpa dasar dan dengan dasar isolasi suara dan panas, lapisan tunggal dan multi-lapisan, dengan lapisan halus dan lembut.dan permukaan bergelombang, serta tunggal dan multi-warna.

Bahan ubin yang dibuat berdasarkan komponen polimer memiliki abrasi, ketahanan kimia, dan daya tahan yang sangat rendah. Tergantung pada jenis bahan bakunya, jenis produk polimer ini dibagi menjadi kumaron-polivinil klorida, kumaron, polivinil klorida, karet, fenolit, ubin bitumen, serta chipboard dan papan serat.

Bahan untuk lantai mulus adalah yang paling nyaman dan higienis untuk digunakan, mereka memiliki kekuatan tinggi. Campuran ini biasanya dibagi menjadi semen polimer, beton polimer dan polivinil asetat.