Пластмасса как материал¶

Пластмасса (пластмассы, пластические массы) — класс синтетических или природных высокомолекулярных материалов (полимеров), способных при нагревании или давлении принимать заданную форму и сохранять её после охлаждения или отверждения. Основу пластмасс составляют полимеры — длинные цепные молекулы, построенные из повторяющихся звеньев (мономеров). Именно полимерная структура определяет лёгкость, пластичность, химическую стойкость и электроизоляционные свойства материала.

¶Состав и строение

Помимо полимерной основы (связующего), в состав пластмасс вводят добавки:

Наполнители — повышают прочность, жёсткость, снижают стоимость (стекловолокно, тальк, мел, древесная мука).
Пластификаторы — увеличивают гибкость и эластичность (фталаты, сложные эфиры).
Стабилизаторы — замедляют старение под действием света, тепла, кислорода.
Красители и пигменты — придают цвет.
Антипирены — снижают горючесть.
Смазки — облегчают переработку.

Соотношение компонентов определяет свойства конкретной марки материала.

¶Классификация

По поведению при нагреве пластмассы делят на две основные группы.

¶Термопласты

Размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении, причём процесс обратим. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол, полиэтилентерефталат (ПЭТ), поликарбонат, полиамиды. Изделия из термопластов можно перерабатывать многократно, что важно для вторичной переработки.

¶Реактопласты (термореактивные)

При нагревании необратимо отверждаются за счёт химических реакций образования поперечных связей. Повторный нагрев приводит не к размягчению, а к разрушению. Примеры: фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, карбамидные смолы, а также резина (вулканизированный каучук).

По другим признакам выделяют:

по природе полимера — на синтетические и на основе природных полимеров (целлулоид, казеиновые);
по физико-механическим свойствам — жёсткие, полумягкие, мягкие;
по применению — конструкционные, электроизоляционные, оптически прозрачные, ударопрочные, теплостойкие.

¶История

Первым промышленным пластиком стал целлулоид — нитрат целлюлозы с камфорой, запатентованный в 1869 году в США как заменитель слоновой кости в бильярдных шарах. В 1907 году бельгийский химик Лео Бакеланд получил первый полностью синтетический реактопласт — бакелит (фенолформальдегидную смолу). В 1930-е годы началось массовое производство поливинилхлорида, полистирола, полиамидов; в 1950-е — полиэтилена и полипропилена. В СССР развитие промышленности пластмасс активно шло с 1950–1960-х годов, создавались крупные производства в Нижнекамске, Уфе, Томске, Москве.

¶Методы переработки

Основные технологии:

Экструзия — выдавливание расплава через профилирующую головку (трубы, плёнки, профили).
Литьё под давлением — впрыск расплава в пресс-форму (корпуса, детали, посуда).
Выдувное формование — изготовление полых изделий (бутылки, канистры).
Прессование — для реактопластов.
Термоформование — из листовых заготовок.
Ротационное формование — крупногабаритные полые изделия.

¶Применение

Пластмассы применяются практически во всех отраслях:

Упаковка — плёнки, бутылки, контейнеры, пакеты.
Строительство — трубы, сайдинг, оконные профили, изоляция, линолеум.
Машиностроение и авиация — лёгкие детали, композиты со стекло- и углеволокном.
Электротехника — изоляция проводов, корпуса приборов.
Медицина — шприцы, катетеры, системы переливания, протезы.
Быт — посуда, мебель, игрушки, текстиль (полиэстер, нейлон).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества: малая плотность, химическая стойкость, электроизоляция, низкая стоимость, лёгкость формообразования, возможность получения заданных свойств.

Недостатки: невысокая термостойкость у многих марок, склонность к старению, горючесть, низкая твёрдость по сравнению с металлами, а главное — длительное разложение в природе, что создаёт экологическую проблему.

¶Экология и переработка

Большая часть пластмасс разлагается от десятков до сотен лет. Для решения проблемы применяют:

механическую переработку (измельчение и повторное формование);
химическую переработку (пиролиз, деполимеризация);
энергетическое использование (сжигание с рекуперацией тепла);
производство биоразлагаемых полимеров (на основе крахмала, полимолочной кислоты).

В России и других странах действуют системы раздельного сбора и маркировки пластиков по коду переработки (цифры 1–7 в треугольнике). Развитие замкнутых циклов производства рассматривается как ключевое направление снижения пластикового загрязнения.

¶Значение

Пластмассы стали одним из базовых материалов современной промышленности и быта: их мировое производство превышает сотни миллионов тонн в год. Они позволяют снижать массу конструкций, экономить металл и древесину, обеспечивать доступность товаров. Одновременно рост объёмов пластиковых отходов ставит задачи совершенствования переработки и разработки новых экологичных материалов.

Источники: Большая российская энциклопедия; учебные издания по материаловедению и технологии полимеров; отраслевые обзоры химической промышленности.