Наукоемкие технологии получения пластмасс, отвечающие эколого-экономическим показателям

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Задание на курсрвую работу....................................................................................

Введение……………………………………………………………………………3

1. Исходные компоненты пластмасс………………………………………...5
1. Основные виды пластмасс и их свойства……………………………..7
1. Фторопласт……………………………………………………………...7
2. Гетинакс ………………………………………………………………...7
3. Винипласт ………………………………………………………………7
4. Стеклопластики и органопластики…………………………………….8

Выводы к разделу  1………………………………………………………………10

2. Физико-механические характеристики пластмасс……………………...11
1. Механическая обработка. Методы обработки ……………………..12
2. Образование состава и свойств загрязнителей окружающей среды в процессе производства, эксплуатации и утилизации изделий из пластмасс………………………………………………………………13
3. Пожароопасность……………………………………………………...15

Выводы к разделу  2………………………………………………………………17

3. Применение пластмасс…………………………………………………...18
1. Российский рынок пластмасс, реализация…………………………..20

Выводы к разделу  3……………………………………………………………...21

4. Наукоемкие технологии получения пластмасс, отвечающие эколого-экономическим показателям…………………………………………….22
1. Металлоценовые катализаторы………………………………………23
2. Замена полиолефинам………………………………………………...24
3. Геосинетики……………………………………………………………24
4. Нанонаполнители……………………………………………………...25
5. Биоразлагаемые пластмассы………………………………………….25
6. WPC…………………………………………………………………….26

Выводы к разделу  4………………………………………………………………27

5. Экологические и экономические показатели пластмасс……………….28
1. Реализация современных пластмасс…………………………………29

Выводы к разделу  5………………………………………………………………32

Заключение……………………………………………………………………….33

Литература……………………………………………………………...............34

 

ВВЕДЕНИЕ

Вторая половина нынешнего  столетия ознаменовалась быстрым развитием  исследований и производства пластмасс. Широкое распространение этих материалов в промышленности, в частности  в качестве конструкционных материалов. Первой промышленной пластмассой был эбонит, полученный в 1843 г. вулканизацией натурального каучука серой [7].

       Пластмассы - материалы на основе органических природных, синтетических или органических полимеров, из которых можно после нагрева и приложения давления формовать изделия сложной конфигурации. Полимеры - это высоко молекулярные соединения, состоящие из длинных молекул с большим количеством одинаковых группировок атомов, соединенных химическими связями. Кроме полимера в пластмассе могут быть некоторые добавки.

      В  среднем пластмассы примерно в 2 раза легче алюминия и в 5-8 раз легче стали, меди  и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более  чем  в  10  раз  легче пробки. Прочность  некоторых  видов  пластмасс  даже  превосходит  прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др.    По химической  стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы  не  только  к действию влаги воздуха, но и  таких  сильнодействующих  химических  веществ, как кислоты  и  щелочи.         Обычно  пластмассы  являются  диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют  собой  лучшие  диэлектрики  из  всех известных  в  современной  технике. В  настоящее  время  известен  целый  ряд

пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что  позволяет применять их  для  изготовления  изделий,  работающих  в  широком  интервале температур [4].

         Переработка пластмасс - это совокупность технологических процессов, обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными конфигурацией, точностью и эксплуатационными свойствами.  
         Высокое качество изделия будет достигнуто, если выбранные материал и технологический процесс будут удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям изделия: электрической и механической прочности, диэлектрической проницаемости, прочности, плотности и т.п. Эти требования должны быть учтены при создании элементной базы (микросхем, микросборок и т.п.) и элементов базовых несущих конструкций (БНК), печатных плат, панелей, рам, стоек, каркасов и др.

      Роль пластмасс совсем не в том, чтобы служить заменителем каких-то материалов. Охватывая множество технических и экономических категорий, они открывают специальные области использования.

Народнохозяйственный эффект от внедрения полимерных материалов проявляется, например, тогда, когда  необходимо решить проблему коррозии и износа. Из-за коррозии и износа ГДР несет ежегодно убытки в размере от 1 до 2 млрд. марок, то есть от 1 до 2% национального дохода ГДР. В химической промышленности 50-60% производственных потерь, связанных с отказом материалов, вызывается коррозией и износом. Если при этом принять во внимание ежегодные затраты в размере 17 млрд. марок на мероприятия по поддержанию в исправности этих средств производства и 600 000 рабочих, которые осуществляют эти мероприятия, то можно представить значение обоснованного внедрения материалов. Постоянное расширение применения пластмасс в качестве конструкционных и защитных материалов создает материальные предпосылки» для ограничения этих затрат.

Там, где действуют механические и термические нагрузки, пластмассами зачастую можно заменить дорогие  высоколегированные металлические  материалы.

Успешное внедрение пластмасс  в качестве материала для подшипников  и их пригодность для восстановления металлических частей также подтверждает их техническое и экономическое  значение.

В соответствии с планируемой  структурой использования материалов пластмассы должны играть все большую  роль. Поэтому здесь ожидается  самый высокий прирост производства. Относительная доля металлических  материалов в структуре потребляемых материалов имеет заметную тенденцию  к снижению, хотя абсолютный объем  металлических материалов будет  еще возрастать.

С точки зрения экономии материала пластмассы также имеют  ряд преимуществ. Современная технология позволяет производить детали сложного профиля за один технологический  цикл, без последующей обработки  резанием, то есть без отходов. Применение новых конструкционных принципов  также делает возможной значительную экономию материала.

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСХОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПЛАСТМАСС

 

      Основными компонентами пластических масс служат связующие (полимеры) и наполнители. При необходимости вводят также разнообразные добавки — пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, красители и пр. 
Синтетические полимеры — высокомолекулярные соединения, полученные из низкомолекулярных веществ — мономеров в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Молекулярная масса полимеров обычно не менее 10 000. В состав их макромолекул входит более 1000 атомов. Исходными материалами для производства синтетических полимеров обеих групп являются природный газ, каменный уголь и нефть. Из исходного сырья изготавливают низкомолекулярные соединения — мономеры. В зависимости от способа получения полимеры разделяют на полимеризационные и поликонденсационные.

      Полимеризация — это реакция, при которой высокомолекулярное вещество возникает из низкомолекулярного (мономера) без отщепления побочных продуктов. Простейшим примером полимеризации является реакция образования полиэтилена (—СН2— — СН2—)n из мономера — этилена СН2 = СН2: 
 
…СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + ... -> ... — СН2— СН2— СН2— СН2—...

Смолы, способные при нагревании многократно размягчаться и приобретать пластичность, а при охлаждении отверждаться, называют термопластичными, они имеют линейное или разветвленное строение и получаются преимущественно реакцией полимеризации (полиметилметакрилат (оргстекло), полиэтилен, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, полистирол и пр.). Смолы с пространственным строением макромолекул не могут после отверждения вновь при нагревании приобретать пластичность и называются термореактивными (реактопластами). К ним относится большинство поликонденсационных смол (фенолформальдегидные, эпоксидные полиэфирные, мочевино-формальдегидные и пр.) [1].

Характерными физико-механическими  свойствами, по которым классифицируют полимерные материалы, являются упругость  и деформативная способность. Высокомолекулярные соединения, способные под действием внешних сил деформироваться обратимо, называют эластиками (эластомерами), пластически, т. е. необратимо,— пластиками (пластомерами). К эластикам относятся, например, разнообразные каучуки, а к пластикам — большинство полимеров, образующих пластмассы.

Наполнители вводят для улучшения ряда свойств и снижения стоимости пластмассы. Наполнители бывают органические и минеральные, порошкообразные, волокнистые (хлопковые, асбестовые, стеклянные волокна) и листовые( бумага, хлопчато-бумажная, стеклянная, асбестовая ткань, древесный шпон). Порошкообразными наполнителями служат опилки, древесная и кварцевая мука, слюда, окись алюминия, цемент, алюминиевую пудру, целлюлоза, тальк и пр.

      Пластификаторы применяют для придания пластичности, улучшения формовочных свойств и эластичности пластмасс. В строительстве применяют низко- и высокомолекулярные пластификаторы. Из низкомолекулярных пластификаторов используют эфиры фталевой (дибутилфталат, диоктилфталат) и фосфорной (трикрезилфосфат) кислоты.

      Растворители - органические летучие жидкости, снижающие вязкость полимеров и композиций и образующие со связующими истинные растворы, стабильные во времени. Разбавители - это тоже органические жидкости, но способные растворять полимеры только в смеси с активным растворителем или образующие с ним устойчивые смеси (суспензии или эмульсии).

      Отвердители придают способность термореактивным олигомерам полимеризоваться и способствуют переходу пластично-вязкой композиции в твердое состояние. В ряде случаев отвердителями могут быть кислород или влага, содержащиеся в воздухе.

      Вещества, способные видоизменить полимер с целью устранения или ограничения тех или иных недостатков, например хрупкости, горючести, плохой растворимости и т. п., называют модификаторами.

        Стабилизаторы и антиоксиданты тормозят старение пластмасс под действием солнечного света и кислорода воздуха, повышают долговечность пластмассовых изделий.

        Красящие вещества включают пигменты - тонкодисперсные цветные порошки, минеральные или органические, не растворимые в пленкообразующих веществах и органических растворителях, и красители - синтетические продукты, хорошо растворимые в жидких компонентах пластмасс.

В составе пластмасс могут  быть специальные добавки, влияющие на их свойства. Например, для получения  ячеистых пластмасс к полимерам  добавляют порофоры (порообразователи) - твердые, жидкие или газообразные вещества, вспенивающие пластмассу.

2. Основные виды пластмасс и их свойства

 

1. Фторопласт

     Помимо высокой химической стойкости фторопласта-4 почти ко всем агрессивным средам, очень ценной для химической промышленности является его эксплуатационная температура, которая находится в пределах от минус 190 до плюс 250 градусов, фторопласта-4 используется при эксплуатации трубопроводов для транспортировки высоко агрессивных сред, футеровки реакторов, аппаратов колонного типа, запорной арматуры, насосов, ёмкостей для хранения химически активных сред, прокладочно-уплотнительных деталей контактирующих с агрессивными средами и др.

    Однако фторопласт-4 имеет существенный недостаток: адгезия его к металлам и другим материалам крайне низка, что ограничивает его применение для обкладки аппаратов или в качестве пленочного покрытия. Имеются сведения, что при обработке поверхности аппаратов раствором металлического натрия в жидком аммиаке можно достигнуть удовлетворительной адгезии фторонласта-4 к металлам, дереву, пластмассам и др. и клеить его обычными клеями (бакелитовым лаком и др.).

2. Гетинакс

Гетинакс - электроизоляционный материал на бумажной основе, имеющий слоистую структуру. Такую структуру получают путем горячего прессования бумаги, которую предварительно пропитывают термореактивным связующим. Основу его составляет смола либо фенолформальдегидная, либо эпоксидная.   
Диапазон длительно допустимой рабочей температуры - от -65°С до +120°С.