Пластмассы¶

Пластмассы (пластические массы, пластики) — класс полимерных материалов, способных приобретать заданную форму при нагревании и давлении и сохранять её после охлаждения. Основу пластмасс составляют высокомолекулярные соединения (полимеры), в состав также входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие добавки. Пластмассы обладают низкой плотностью, устойчивостью к коррозии, диэлектрическими свойствами и технологичностью, что обусловливает их широкое распространение во всех отраслях промышленности и быту.

¶История

Первой синтетической пластмассой принято считать бакелит, полученный бельгийским химиком Лео Бакеландом в 1907 году путём поликонденсации фенола и формальдегида. Ранее, в 1862 году, Александр Паркс представил паркезин (нитроцеллюлозу), а в 1870 году Джон Хайетт запатентовал целлулоид — первый термопластичный материал на основе нитрата целлюлозы. Массовое промышленное производство пластмасс началось в 1920–1930-х годах с разработкой полистирола, поливинилхлорида и полиметилметакрилата (оргстекла). Во время Второй мировой войны активно развивалось производство полиэтилена и нейлона. Во второй половине XX века появились высокопрочные инженерные пластики — поликарбонат, полиамиды, фторопласты.

¶Классификация

По поведению при нагревании пластмассы делят на две основные группы:

• Термопласты — при нагревании размягчаются и плавятся, при охлаждении затвердевают; процесс обратим, что позволяет перерабатывать их многократно. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат.
• Реактопласты (термореактивные) — при нагревании отверждаются (сшиваются) и в дальнейшем не плавятся и не растворяются. К ним относятся фенолформальдегидные смолы, эпоксидные смолы, полиуретаны, полиэфирные смолы.

По составу различают ненаполненные пластмассы (чистые полимеры) и наполненные, где в матрицу введены волокна, порошки или ткани для улучшения механических свойств. По применению выделяют конструкционные, электроизоляционные, оптические, фрикционные и другие пластики.

¶Свойства и состав

Физико-механические свойства пластмасс определяются типом полимера, молекулярной массой, степенью кристалличности и наличием добавок. Ключевыми характеристиками являются:

• низкая плотность (0,9–2,2 г/см³);
• высокая химическая стойкость к кислотам, щелочам и растворителям;
• низкая тепло- и электропроводность;
• способность к окрашиванию в любой цвет;
• устойчивость к гниению и биологическому воздействию.

Наполнители (стекловолокно, углеродное волокно, мел, тальк) повышают прочность, жёсткость и термостойкость. Пластификаторы увеличивают эластичность, а стабилизаторы замедляют старение под действием света и кислорода. Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, склонность к ползучести под нагрузкой и горючесть большинства составов.

¶Способы переработки

Основные методы формования изделий из термопластов:

• Литьё под давлением — расплавленный полимер впрыскивается в охлаждаемую форму; наиболее массовый способ производства.
• Экструзия — непрерывное выдавливание расплава через профилирующую головку для получения труб, плёнок, листов.
• Выдувное формование — применяется для изготовления полых изделий (бутылок, канистр).
• Вакуумное и пневматическое формование — из листовых заготовок.

Реактопласты перерабатывают прессованием и литьём под давлением с последующим отверждением в горячей форме. Вторичная переработка термопластов включает сортировку, дробление, грануляцию и повторное использование, однако свойства материала при этом ухудшаются.

¶Применение

Пластмассы используются практически во всех сферах деятельности:

• Упаковка — пищевая плёнка, бутылки, контейнеры, пакеты (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат).
• Строительство — трубы, оконные профили, утеплители (пенополистирол, поливинилхлорид), отделочные панели.
• Машиностроение и транспорт — детали автомобилей, корпуса приборов, подшипники, шестерни из полиамидов и полиацеталей.
• Электротехника — изоляция проводов, корпуса розеток и выключателей, печатные платы.
• Медицина — шприцы, катетеры, протезы, упаковка лекарств.
• Бытовая техника и электроника — корпуса телевизоров, телефонов, бытовых приборов.

¶Экологические аспекты

Основной проблемой, связанной с пластмассами, является накопление отходов в окружающей среде. Большинство пластиков не разлагается естественным путём в течение сотен лет, что приводит к загрязнению почв и Мирового океана, образованию микропластика. Для решения проблемы разрабатываются биоразлагаемые полимеры (полилактид, полигидроксиалканоаты), совершенствуются системы раздельного сбора и переработки, вводятся ограничения на использование одноразовой пластиковой посуды и упаковки. В России с 2019 года действует национальный проект «Экология», предусматривающий снижение объёмов захоронения отходов и увеличение доли переработки.

¶Интересные факты

• Ежегодно в мире производится более 400 миллионов тонн пластмасс, из которых около половины приходится на упаковку.
• Политетрафторэтилен (тефлон) был открыт случайно в 1938 году и является одним из самых химически инертных материалов.
• Первый полностью синтетический пластик — бакелит — до сих пор используется в производстве электроизоляционных деталей.