Viktiga industripolymerer , kemiska föreningar som används vid tillverkning av syntetiska industriella material.
Vid kommersiell produktion av plast, elastomerer, konstgjorda fibrer, lim och ytbeläggningar används en enorm mängd polymerer. Det finns många sätt att klassificera dessa föreningar. I artikeln industripolymerer, kemi av, polymerer kategoriseras efter om de bildas genom kedjetillväxt eller stegtillväxtreaktioner. I plast (termoplastiska och värmehärdande hartser) delas polymerer mellan de som är lösliga i selektiva lösningsmedel och kan mjukgöras reversibelt av värme (termoplaster) och de som bildar tredimensionella nätverk som inte är lösliga och inte kan mjukas upp av värme utan sönderdelning. (värmehärdare). I artikeln konstgjorda fibrer klassificeras fibrer som antingen tillverkade av modifierade naturliga polymerer eller tillverkade av helt syntetiska polymerer.
I den här artikeln delas de viktigaste kommersiellt använda polymererna genom sammansättningen av deras "ryggrader", kedjorna av länkade upprepande enheter som utgör makromolekylerna. Klassificerad enligt komposition är industripolymerer antingen kolkedjepolymerer (även kallade vinyler) eller heterokedjepolymerer (även kallade icke-kolkedjekedjor eller nonvinyler). I kolkedjepolymerer, som namnet antyder, består ryggraden av bindningar mellan kolatomer; i heterokedjepolymerer är ett antal andra element sammanlänkade i ryggraden, inklusive syre, kväve, svavel och kisel.
Kolkedjepolymerer
Polyolefiner och besläktade polymerer
Överlägset de viktigaste industripolymererna (till exempel praktiskt taget all råvara) är polymeriserade olefiner. Olefiner är kolväten (föreningar som innehåller väte [H] och kol [C]) vars molekyler innehåller ett par kolatomer kopplade ihop genom en dubbelbindning. Oftast härledda från naturgas eller från lågmolekylära beståndsdelar av petroleum, de inkluderar eten, propen och buten (butylen).
Olefinmolekyler är allmänt representerad av den kemiska formeln CH 2 = CHR, med R representerar en atom eller vidhängande molekylgruppen med varierande sammansättning. Som den upprepande enheten i en polymer molekyl kan deras kemiska struktur representeras som:
Kompositionen och strukturen för R avgör vilken av det stora utbudet av möjliga egenskaper som kommer att demonstreras av polymeren.
Polyeten (PE)
Etylen, som ofta produceras genom krackning av etangas, utgör grunden för den största enskilda plastklassen, polyetenen. Etenmonomer har den kemiska sammansättningen CH 2 = CH 2 ; som den upprepande enheten av polyeten har den följande kemiska struktur:
Denna enkla struktur kan produceras i linjära eller grenade former, såsom de som illustreras i figurerna 1 och 2. Förgrenade versioner är kända som lågdensitetspolyeten (LDPE) eller linjär lågdensitetspolyeten (LLDPE); de linjära versionerna är kända som polyeten med hög densitet (HDPE) och polyeten med ultrahög molekylvikt (UHMWPE).
År 1899 observerade en tysk kemist, Hans von Pechmann, bildandet av en vit fällning under autosönderdelningen av diazometan i eter. I 1900 denna förening identifierades av de tyska kemister Eugen Bamberger och Friedrich Tschirner som polymetylen ([CH 2 ] n ), en polymer som är praktiskt taget identisk med polyeten. 1935 erhöll de brittiska kemisterna Eric Fawcett och Reginald Gibson vaxartad, fast PE medan de försökte reagera eten med bensaldehyd vid högt tryck. Eftersom produkten hade liten potential användes utvecklingen långsamt. Som ett resultat producerades den första industriella PE - faktiskt en oregelbundet grenad LDPE - först 1939 av Imperial Chemical Industries (ICI). Den användes först under andra världskriget som en isolator för radarkablar.
1930 upptäckte Carl Shipp Marvel, en amerikansk kemist som arbetade som konsult på EI du Pont de Nemours & Company, Inc., en produkt med hög densitet, men DuPont misslyckades med att erkänna materialets potential. Det överlämnades till Karl Ziegler vid Kaiser Wilhelm (nu Max Planck) institut för kolforskning i Mülheim an der Ruhr, Ger., Att vinna Nobelpriset för kemi 1963 för att uppfinna linjär HDPE - som Ziegler faktiskt producerade tillsammans med Erhard Holzkamp i 1953, katalysera reaktionen vid lågt tryck med en organometallisk förening hädanefter känd som en Ziegler-katalysator. Genom att använda olika katalysatorer och polymerisationsmetoder producerade forskare därefter PE med olika egenskaper och strukturer. LLDPE introducerades till exempel av Phillips Petroleum Company 1968.
LDPE framställs av gasformig eten under mycket höga tryck (upp till 350 megapascal eller 50 000 pund per kvadrattum) och höga temperaturer (upp till 350 ° C eller 660 ° F) i närvaro av peroxidinitiatorer. Dessa processer ger en polymerstruktur med både långa och korta grenar. Som ett resultat är LDPE endast delvis kristallint, vilket ger ett material med hög flexibilitet. Dess huvudsakliga användningsområden är förpackningsfilm, papperskorgen och livsmedelspåsar, jordbruksbark, tråd- och kabelisolering, klämflaskor, leksaker och hushållsartiklar.
Några LDPE får reagera med klor (Cl) eller med klor och svaveldioxid (SO 2 ) för att införa klor- eller klorsulfonylföreningarna grupper längs polymerkedjorna. Sådana modifieringar resulterar i klorerad polyeten (CM) eller klorsulfonerad polyeten (CSM), ett praktiskt taget icke-kristallint och elastiskt material. I en process som liknar vulkanisering kan tvärbindning av molekylerna utföras genom klor- eller klorsulfonylgrupperna, vilket gör materialet till ett gummiaktigt fast ämne. Eftersom deras huvudsakliga polymerkedjor är mättade är CM- och CSM-elastomerer mycket resistenta mot oxidation och ozonattack, och deras klorhalt ger viss flamresistens och motstånd mot svullnad av kolväteoljor. De används främst för slangar, remmar, värmebeständiga tätningar och belagda tyger.
LLDPE liknar strukturellt LDPE. Den tillverkas genom sampolymerisation av eten med 1-buten och mindre mängder av 1-hexen och 1-okten med användning av Ziegler-Natta eller metallocenkatalysatorer. Den resulterande strukturen har en linjär ryggrad, men den har korta, enhetliga grenar som, precis som de längre grenarna av LDPE, hindrar polymerkedjorna från att packas tätt i varandra. De huvudsakliga fördelarna med LLDPE är att polymerisationsförhållandena är mindre energiintensiva och att polymerens egenskaper kan ändras genom att variera typen och mängden sammonomer (monomer sampolymeriserad med eten). Sammantaget har LLDPE liknande egenskaper som LDPE och konkurrerar om samma marknader.
HDPE tillverkas vid låga temperaturer och tryck med Ziegler-Natta- och metallocenkatalysatorer eller aktiverad kromoxid (känd som en Phillips-katalysator). Bristen på grenar gör att polymerkedjorna kan packas tätt ihop, vilket resulterar i ett tätt, högkristallint material med hög hållfasthet och måttlig styvhet. Användningen inkluderar formgjutna flaskor för mjölk- och hushållsrengöringsmedel och formsprutade hinkar, flasklock, apparathus och leksaker.
UHMWPE tillverkas med molekylvikter på 3 miljoner till 6 miljoner atomenheter, i motsats till 500 000 atomenheter för HDPE. Dessa polymerer kan spinnas i fibrer och dras, eller sträckas, till ett högkristallint tillstånd, vilket resulterar i hög styvhet och en draghållfasthet många gånger den för stål. Garner tillverkade av dessa fibrer är vävda i skottsäkra västar.
