История Полиуретана

Полиуретан можно найти в жидких покрытиях и красках, прочных эластомерах, таких как колеса роликов, жесткая изоляция, мягкая гибкая пена, эластичное волокно или цельная кожа. Независимо от того, как преобразуется полиуретан, основная химия является результатом гения одного человека, профессора Отто Байера (1902-1982).

Профессор доктор Отто Байер признан «отцом» индустрии полиуретанов за изобретение основного процесса полиаденизации диизоцианата.

Происхождение полиуретана относится к началу Второй мировой войны, когда оно было впервые разработано в качестве замены резины. Универсальность этого нового органического полимера и его способность заменять скудные материалы стимулировали многочисленные применения.

Во время Второй мировой войны полиуретановые покрытия использовались для пропитки бумаги и изготовления устойчивых к горчичному материалу предметов одежды, глянцевых покрытий самолета и химических и коррозионно-стойких покрытий для защиты металла, дерева и кирпичной кладки.

К концу войны полиуретановые покрытия изготавливались и использовались в промышленном масштабе и могут быть изготовлены на заказ для конкретных применений. К середине 50-х годов полиуретаны можно было найти в покрытиях и адгезивах, эластомерах и жестких пенопластах.

Только в конце 50-х годов были доступны удобные мягкие пенопласты. С рзвитием недорогого полиэфирного полиола гибкие пены открыли дверь в обивку и автомобильные приложения, которые мы знаем сегодня.

Продолжаются разработки препаратов, добавок и технологий обработки, таких как усиленные и конструкционные молдинги для наружных автомобильных деталей и однокомпонентных систем. Сегодня полиуретаны можно найти практически во всех, что мы касаемся — столы, стулья, автомобили, одежда, обувь, приборы, кровати, а также изоляция в наших стенах, крышах и молдингах в наших домах.

Основы: определение и свойства полимера

Если вам нужна основная информация о пластмассовых материалах, это место, где можно найти его. Здесь вы узнаете определение и свойства полимеров, другое название для пластмасс.

Простейшим определением полимера является полезный химикат из многих повторяющихся звеньев. Полимер может быть трехмерной сетью (подумайте о повторяющихся единицах, соединенных слева и справа, спереди и сзади, вверх и вниз) или двумерной сети (подумайте о повторяющихся единицах, соединенных слева, справа, вверх и вниз в лист) или одномерной сети (подумайте о повторяющихся единицах, связанных слева и справа в цепочке).

Каждый повторяющийся блок является «-мерным» или базовым блоком с «полимером», что означает много повторяющихся единиц. Повторяющиеся единицы часто состоят из углерода и водорода, а иногда и кислорода, азота, серы, хлора, фтора, фосфора и кремния. Чтобы сделать цепочку, многие звенья или «-меры» химически соединены или полимеризуются вместе.

Связывание бесчисленных полосок строительной бумаги вместе, чтобы сделать бумажные гирлянды или соединять сотни скрепки для образования цепей или набивки бусин, помогает визуализировать полимеры. Полимеры встречаются в природе и могут быть использованы для удовлетворения конкретных потребностей. Изготовленные полимеры могут быть трехмерными сетями, которые не расплавляются после образования. Такие сети называются полимерами THERMOSET.

Эпоксидные смолы, используемые в двухкомпонентных адгезивах, представляют собой термореактивные пластмассы. Изготовленные полимеры также могут быть одномерными цепями, которые могут быть расплавлены. Эти цепи являются термореактивными полимерами и также называются полимерами LINEAR. Пластиковые бутылки, пленки, чашки и волокна являются термопластичными пластиками.

Изготовленные полимеры могут быть трехмерными сетями, которые не расплавляются после образования. Такие сети называются полимерами THERMOSET. Эпоксидные смолы, используемые в двухкомпонентных адгезивах, представляют собой термореактивные пластмассы.

Изготовленные полимеры также могут быть одномерными цепями, которые могут быть расплавлены. Эти цепи являются термореактивными полимерами и также называются полимерами LINEAR. Пластиковые бутылки, пленки, чашки и волокна являются термопластичными пластиками. Изготовленные полимеры могут быть трехмерными сетями, которые не расплавляются после образования.

Такие сети называются полимерами THERMOSET. Эпоксидные смолы, используемые в двухкомпонентных адгезивах, представляют собой термореактивные пластмассы. Изготовленные полимеры также могут быть одномерными цепями, которые могут быть расплавлены. Эти цепи являются термореактивными полимерами и также называются полимерами LINEAR. Пластиковые бутылки, пленки, чашки и волокна являются термопластичными пластиками.

Полимеры изобилуют природой. Конечными природными полимерами являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), которые определяют жизнь. Шелк паука, волосы и рог — это белковые полимеры.

Крахмал может быть полимером, как целлюлоза в древесине. Каучуковый латекс и целлюлоза используются в качестве сырья для изготовления полимерной резины и пластмасс. Первым синтетическим пластиком был Bakelite, созданный в 1909 году для телефонного корпуса и электрических компонентов. Первым изготовленным полимерным волокном был район, из целлюлозы, в 1910 году. Нейлон был изобретен в 1935 году, преследуя синтетический шелковый паук.

Структура полимеров

Многие общие классы полимеров состоят из углеводородов, соединений углерода и водорода. Эти полимеры специально изготовлены из атомов углерода, связанных друг с другом, один к другому, в длинные цепи, которые называются основой полимера. Из-за природы углерода один или несколько других атомов могут быть присоединены к каждому углеродному атому в позвоночнике.

Существуют полимеры, которые содержат только атомы углерода и водорода. Примерами этого являются полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол и полиметилпентен. Поливинилхлорид (ПВХ) имеет хлор, присоединенный к углеродному скелету. Тефлон имеет фтор, присоединенный к углеродному скелету.

Другие обычные изготовленные полимеры имеют основные цепи, которые включают элементы, отличные от углерода. Нейлоны содержат атомы азота в основной цепи повторного блока. Полиэфиры и поликарбонаты содержат кислород в позвоночнике.

Существуют также некоторые полимеры, которые вместо углеродной основы имеют кремний или фосфорную основу. Они считаются неорганическими полимерами. Одним из наиболее известных кремниевых полимеров является Silly Putty .

Молекулярная композиция полимеров

Подумайте, как лапша спагетти смотрит на тарелку. Они похожи на то, как линейные полимеры могут быть организованы, если они не имеют определенного порядка или являются аморфными. Контроль процесса полимеризации и закалки расплавленных полимеров может привести к аморфной организации.

Аморфное расположение молекул не имеет дальнего порядка или формы, в которых располагаются полимерные цепи. Аморфные полимеры обычно прозрачны. Это важная характеристика для многих применений, таких как обертывание пищевых продуктов, пластиковые окна, фары и контактные линзы.

Очевидно, что не все полимеры прозрачны. Полимерные цепи в объектах, которые являются полупрозрачными и непрозрачными, могут иметь кристаллическую структуру. По определению, кристаллическая структура имеет атомы, ионы или в этом случае молекулы, расположенные в разных образцах.

Вы, как правило, думаете о кристаллических структурах в столовой соли и драгоценных камнях, но они могут возникать в пластмассах. Так же, как закалка может производить аморфные устройства, обработка может контролировать степень кристалличности для тех полимеров, которые способны кристаллизоваться.

Некоторые полимеры сконструированы так, чтобы никогда не могли кристаллизоваться. Другие предназначены для кристаллизации. Чем выше степень кристалличности, тем меньше свет может проходить через полимер. Таким образом, степень прозрачности или непрозрачности полимера может напрямую влиять на его кристалличность.

Ученые и инженеры всегда производят более полезные материалы, манипулируя молекулярной структурой, которая влияет на конечный полимер. Производители и переработчики внедряют различные наполнители, подкрепления и добавки в базовые полимеры, расширяя возможности продукта.

Характеристики полимеров

Большинство изготовленных полимеров являются термопластичными, а это означает, что после образования полимера его можно снова и снова нагревать и реформировать. Это свойство позволяет легко обрабатывать и облегчает переработку. Другая группа, термореактивные, не может быть переплавлена. Как только эти полимеры сформированы, повторный нагрев приведет к тому, что материал в конечном итоге ухудшится, но не расплавится.

Каждый полимер имеет очень отчетливые характеристики, но большинство полимеров имеют следующие общие характеристики.

Полимеры могут быть очень устойчивы к химическим веществам. Рассмотрите все чистящие жидкости в вашем доме, которые упакованы в пластик. Чтение предупреждающих надписей, которые описывают, что происходит, когда химическое вещество контактирует с кожей или глазами или попадает внутрь, будет подчеркивать необходимость химической стойкости в пластиковой упаковке.

В то время как растворители легко растворяют некоторые пластмассы, другие пластмассы обеспечивают безопасную, не разрушаемую упаковку для агрессивных растворителей.

Полимеры могут быть как тепловыми, так и электрическими изоляторами. Прогулка по вашему дому укрепит эту концепцию, поскольку вы рассматриваете все приборы, шнуры, электрические розетки и проводку, которые сделаны или покрыты полимерными материалами.

Термическая стойкость проявляется на кухне с ручками для посуды и кастрюль, изготовленными из полимеров, ручками для кофе, пенопластом холодильников и морозильников, изолированными чашками, кулерами и посудой с микроволновой печью. Термическое нижнее белье, которое многие лыжники носят, изготовлено из полипропилена, а волокнистый наполнитель в зимних куртках — акрил и полиэстер.

Как правило, полимеры очень легкие по весу со значительной степенью прочности. Рассмотрим диапазон применений: от игрушек до каркасной структуры космических станций или от тонкого нейлонового волокна в колготках до кевлара, который используется в пуленепробиваемых жилетах. Некоторые полимеры плавают в воде, а другие тонут. Но, по сравнению с плотностью камня, бетона, стали, меди или алюминия, все пластмассы — легкие материалы.

Полимеры могут обрабатываться различными способами.  Экструзия производит тонкие волокна или тяжелые трубы или пленки или бутылки с пищевыми продуктами. Литье под давлением может производить очень сложные детали или большие панели кузова.

Пластмассы можно формовать в барабаны или смешивать с растворителями, чтобы стать клеями или красками. Эластомеры и некоторые пластмассы растягиваются и очень гибкие. Некоторые пластмассы растягиваются в процессе обработки, чтобы удерживать их форму, например бутылки с безалкогольными напитками. Другие полимеры могут быть вспенены как полистирол (Styrofoam ™), полиуретан и полиэтилен.

Полимеры — это материалы с кажущимся безграничным диапазоном характеристик и цветов. Полимеры обладают многими присущими свойствами, которые могут быть дополнительно улучшены с помощью широкого спектра добавок для расширения их использования и применения.

Полимеры могут быть изготовлены для имитации хлопковых, шелковых и шерстяных волокон; фарфор и мрамор; и алюминия и цинка. Полимеры могут также выпускать возможные продукты, которые не всегда бывают из природного мира, такие как прозрачные листы и гибкие пленки.

Полимеры обычно изготавливаются из нефти, но не всегда.  Многие полимеры изготовлены из повторяющихся звеньев, полученных из природного газа или угля или сырой нефти. Но блок повторяющихся блоков блоков иногда может быть изготовлен из возобновляемых материалов, таких как полимолочная кислота из кукурузы или целлюлозы из хлопкового линта.

Некоторые пластмассы всегда изготавливались из возобновляемых материалов, таких как ацетат целлюлозы, используемый для рукоятки отверток и подарочной ленты. Когда строительные блоки могут быть сделаны более экономично из возобновляемых материалов, чем из ископаемых видов топлива, либо старые пластмассы найдут новое сырье или новые пластмассы.

Полимеры могут использоваться для изготовления предметов, которые не имеют альтернатив из других материалов.   Полимеры могут быть сделаны в прозрачные, водонепроницаемые пленки. ПВХ используется для изготовления медицинских труб и мешков для крови, которые продлевают срок годности продуктов крови и крови.

ПВХ безопасно подает легковоспламеняющийся кислород в не горючую гибкую трубку. И антитромбогенный материал, такой как гепарин, может быть включен в гибкие катетеры из ПВХ для операции на открытом сердце, диализа и сбора крови. Многие медицинские устройства полагаются на полимеры, чтобы обеспечить эффективное функционирование.

Управление твердыми отходами

Обращаясь ко всем превосходным характеристикам полимеров, не менее важно обсудить некоторые проблемы, связанные с материалами. Большинство пластмасс ухудшаются при полном солнечном свете, но никогда не разлагаются полностью при захоронении на свалках.

Однако другие материалы, такие как стекло, бумага или алюминий, также не разлагаются на свалках. Некоторые биопласты разлагаются на двуокись углерода и воду, однако, в специально разработанных средствах для компостирования пищевых отходов ТОЛЬКО. При других обстоятельствах они не подвергаются биодеградации.

За 2005 год 1показатель EPA твердых бытовых отходов до переработки в США показал, что пластмассы составили 11,8 процента нашего мусора по сравнению с бумагой, которая составляла 34,2 процента. Стекло и металлы составляли 12,8% по весу. И отделка ярусов составляла 13,1 процента твердых бытовых отходов по весу.

Пищевые отходы составили 11,9 процента муниципальных твердых отходов. Характеристики, которые делают полимеры такими привлекательными и полезными, легкими и почти безграничными физическими формами многих полимеров, предназначенных для обеспечения конкретного внешнего вида и функциональности, делают сложную переработку после потребителя.

Когда могут быть собраны достаточно использованные пластиковые изделия, компании разрабатывают технологию для переработки использованных пластмасс. Скорость рециркуляции для всех пластмасс не такая высокая, как хотелось бы. Но, коэффициент рециркуляции для 1 170 000,2 .

Заявки на переработанные пластмассы растут с каждым днем. Переработанные пластмассы могут быть смешаны с девственной пластмассой (пластик, который ранее не обрабатывался) без ущерба для свойств во многих областях применения. Переработанные пластмассы используются для изготовления полимерных пиломатериалов для использования в столах для пикника, заборов и открытых игровых площадок, что обеспечивает низкий уровень обслуживания, отсутствие осколков и экономию натуральных пиломатериалов.

Пластик из безалкогольных напитков и бутылок с водой можно формовать в волокно для производства ковра или в новые бутылки с пищевыми продуктами. Повторное использование замкнутого цикла происходит, но иногда наиболее ценное использование для переработанного пластика относится к применению, отличному от первоначального использования.

Вариант для пластмасс, которые не перерабатываются, особенно загрязненные, такие как использованная пищевая упаковка или подгузники, может быть системой отходов в энергию (WTE). В 2005 году в системах WTE было обработано 13,6% твердых бытовых отходов США 1 . Когда населенные пункты решают использовать системы «отходы к энергии» для управления твердыми отходами, пластмассы могут быть полезным компонентом.

Контролируемое сжигание полимеров вырабатывает тепловую энергию. Тепловая энергия, создаваемая горящими пластиковыми коммунальными отходами, не только может быть преобразована в электрическую энергию, но также помогает сжигать влажный мусор, который присутствует. Бумага также выделяет тепло при сжигании, но не так сильно, как пластики. С другой стороны, стекло, алюминий и другие металлы не выделяют никакой энергии при сжигании.

Чтобы лучше понять процесс сжигания, подумайте о том, что дым сходит с горящего предмета. Если бы кто-то зажег дым освещенным пропановым факелом, можно было бы заметить, что дым исчезает. Это упражнение иллюстрирует, что побочные продукты неполного сгорания все еще легко воспламеняются. Правильное сжигание сжигает материал и побочные продукты первоначального сжигания, а также заботится о воздухе и твердых выбросах для обеспечения общественной безопасности.

Компостируемые пластмассы

Некоторые пластмассы можно компостировать либо из-за специальных добавок, либо из-за конструкции полимеров. Компостируемые пластмассы часто требуют более интенсивных условий для разложения, чем в складских сваях на заднем дворе. Для компостируемых пластмасс предлагаются коммерческие компостеры. В 2005 году, компостирование обработало 8,4% твердых бытовых отходов США.

Пластмассы также могут быть надежно заполнены землей, хотя ценный энергетический ресурс пластмасс будет потерян для утилизации или захвата энергии. В 2005 году 54,3% твердых бытовых отходов США были заполнены землей. Пластмассы используются для вывоза полигонов, чтобы улавливать фильтрат, а грунтовые воды не загрязнены. Неразрушающие пластмассы помогают стабилизировать почву, так что после того, как свалка будет закрыта, земля может быть достаточно стабильной для полезных фьючерсов.

Полимеры влияют каждый день на нашу жизнь. Эти материалы имеют так много разнообразных характеристик и приложений, что их полезность может быть измерена только нашим воображением. Полимеры — это материалы прошлого, настоящего и будущих поколений.