Что такое полимеры

Полимерами называют сложные вещества, которые состоят из множества одинаковых или разных по строению звеньев, соединенных в длинные макромолекулы координационными или химическими связями. Структура материала и способ производства определяет его физико-механические свойства. В нашей статье мы подробно рассмотрим, что такое полимер, какие бывают виды и их особенности. 

Из чего состоят полимеры?

Каждая молекула, которая повторяется много раз, обычно состоит из 4 элементов:

• Водорода;
• Азота;
• Кислорода;
• Углерода.

Эти компоненты могут варьироваться в различных сочетаниях, из которых можно сделать полимерный материал с уникальными свойствами. Например, ПЭТ и кевлар относятся к полимерам. Оба материала эластичные и имеют легкий вес. Но ПЭТ используют в производстве бутылок, а из кевлара делают каски и бронежилеты. Последний имеет в составе перечисленные 4 элемента, но отличается атомной решеткой. Поэтому материал превосходит сталь в 5 раз. 

Свойства полимерных материалов

Характеристики материала и конечной продукции зависят от того, из чего делают полимеры и каким методом. Но в целом можно выделить свойства, которыми обладают многие разновидности в той или иной степени:

• Хорошая эластичность;
• Низкая теплопроводность;
• Высокая прочность на разрыв;
• Не вступают в реакции с химическими веществами;
• Отсутствие токопроводимости;
• Большинство видов полимеров не растворимы в воде;
• Низкий коэффициент температурного нагрева, хотя некоторые варианты выдерживают температуры до +160 °C;
• Способность к восстановлению первоначальной формы;
• Износостойкость, устойчивость к истиранию;
• Прозрачный цвет или возможность окрашивания в любой оттенок из таблицы RAL.

Классификация и виды полимеров

Существует множество параметров, по которым классифицируют полимерные материалы. Рассмотрим вкратце каждый из них. 

Химический состав

• Органические — созданы из органических звеньев главной цепи;
• Неорганические — полимеры, у которых молекулы состоят из неорганических боковых цепей ;
• Элементоорганические — сочетают в себе неорганические звенья и углеводородные группы. 

Происхождение полимеров

• Природные — материалы естественного происхождения. Эти полимеры созданы природой без участия человека. Примеры: кожа, древесина, белки, натуральный каучук;
• Искусственные — полимеры на основе природных материалов, которые синтезируют для получения материала с определенными свойствами. Наиболее распространенными видами являются: пластмассы, вискоза, целлулоид;
• Синтетические — высокомолекулярные соединения, образующиеся в результате полимеризации мономеров или поликонденсации. Это продукт человеческого вмешательства, который не встречается в природе. Многие синтетические полимеры окружают нас в повседневной жизни: полиэтилен, полиуретан, капрон, полипропилен.

Структура

По строению макромолекул, выделяют 3 вида полимеров:

• Линейные — материалы с соединением мономеров в одной цепи, что придает готовой продукции высокую эластичность. Примером служат термопластичные эластомеры и натуральный каучук;
• Разветвленные — полимеры с боковыми ответвлениями цепи;
• Сетчатые — разветвленные цепи с поперечными связями, бывают пространственными и плоскими. 

Существуют еще такие понятия, как гомополимеры и гетерополимеры. Первые состоят из однотипных мономерных звеньев. Гетерополимеры называют также сополимеры. Их отличие состоит в том, что в состав включены звенья с разным строением. Например, в промышленности часто используются сополимеры стирола с бутадиеном, из которых делают термоэластопласты (ТЭП). 

Агрегатное состояние

Полимеры в твердом виде используются в производстве тактильных изделий, которые постоянно нас окружают в быту. Материалы придают готовым товарам жесткость и относительно высокую прочность. Наиболее распространенными являются эластичные полимеры. 

Существуют также жидкие полимеры. Что относится к полимерам данного типа? Это лакокрасочные материалы, клей, строительные растворы и др. 

Состояние при нагреве и охлаждении

Это первый критерий, который учитывают производители при выборе сырьевого материала. 

Термопластичные — полимерные материалы, которые при воздействии высоких температур размягчаются и начинают плавиться, а при низких температурах становятся твердыми. Этот процесс является обратимым и может происходить многократно. Данное свойство термопластов обусловлено сохранением ковалентных связей, несмотря на разрушение слабых межмолекулярных. 

Реактопласты или термореактивные полимеры — это соединения, у которых разрушаются связывающие цепи при нагреве. После термообработки, материалы становятся твердыми и не могут менять свою форму. Попытки размягчить полимер под высокими температурами заканчиваются его разрушением. Еще реактопласты являются нерастворимыми, поэтому набухают исключительно в растворителях. 

Дополнительные параметры

Полимеры также классифицируют по следующим параметрам:

Параметр	Виды
Способ синтеза	Полимеризация	Поликонденсация
Фазовое состояние	Аморфные	Кристаллические
Полярность	Полярные	Неполярные	Смешанные
Пространственное строение	Изотактические	Синдиотактические	Атактические

Где используются полимеры?

Благодаря дешевизне производства и доступности сырьевых материалов, полимеры нашли широкое применение во многих сферах и отраслях промышленности. 

Повседневная продукция

Каждый человек постоянно использует изделия из полимеров в быту. Среди них чаще всего встречаются:

• Упаковки и пакеты;
• Канцелярские предметы;
• Детские игрушки;
• Ручки для кастрюль и сковородок;
• Защитные оболочки кабельной продукции;
• Элементы электроники и электротехники: защитные кожухи, детали корпусов, рукояти, противоскользящие накладки;
• Пластиковые емкости: от горшков до бочек;
• Зубные щетки, расчески, а также другие средства личной гигиены, ухода за кожей и волосами;
• Подошвы для обуви и многое другое. 

Строительные работы

В строительстве широко применяются термопластичные эластомеры на основе SEBS и SBS, которые стремительно замещают привычные нам силиконы и пластмассы. Из них изготавливают:

• Элементы сетей инженерно-технического обеспечения: трубы, кабели, фитинги и др.;
• Уплотнители в оконных и дверных конструкциях;
• Материалы для обустройства облицовочных панелей;
• Герметики, которыми заполняют щели;
• Изделия для вентиляционных систем и вытяжек;
• Заборы, сетки или другие ограждения. 

Медицинская промышленность

80% медицинской продукции, о которой все мы слышали, сделана из полимеров. Например:

• Груши;
• Шприцы;
• Растворимые капсулы для лекарственных препаратов;
• Системы для переливания крови;
• Некоторые хирургические инструменты;
• Расходные материалы для стоматологии;
• Протезы, имплантаты;
• Бахилы;
• Оправы очков;
• Посуда для лабораторных условий. 

В группу полимеров входит поликарбонат, который активно применяют для изготовления искусственного сердца. Знакомая многим девушкам гиалуроновая кислота тоже сделана из полимеров. 

Пищевая промышленность

Многие виды полимеров, особенно группы термопластов, отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и допускаются к контакту с продуктами питания. Это обуславливает их широкое применение в производстве:

• Пластиковой и одноразовой посуды;
• Бутылки;
• Упаковок для пищевых продуктов в виде пленок и герметичных контейнеров, предупреждающих попадание влаги и грязи;
• Устройств для пищевых цехов;
• Уплотнительных элементов;
• Пробок для бутылок. 

Сельское хозяйство

Появление полимеров стало настоящим открытием для садоводов, фермеров и промышленных предприятий, поскольку привело к удешевлению производства следующих изделий:

• Сеток для флористики;
• Тепличных конструкций;
• Тканей для грядок, защищающих культуры от воздействия сорняков;
• Защитных пленок;
• Оросительных систем. 

Автомобильная промышленность

Сложно найти компонент автомобиля, в котором не было бы полимера:

• Покрытия педалей;
• Коврики;
• Отделка элементов салона и кузова;
• Уплотнения;
• Обивка кресел;
• Шины и многое другое. 

Материалы также широко используют в нефтегазовой, машиностроительной, коммунальной сфере. Теперь Вы знаете, что такое полимеры и насколько важное значение они имеют в нашей жизни.