Osnovnye-sposoby-polucheniya-polimerov

1.

Основные способы
получения полимеров и
полимерных
композиционных
материалов

2.

Что такое полимеры и мономеры?
Полимеры — это гигантские молекулы, состоящие из
повторяющихся меньших единиц, называемых
структурными звеньями, синтезируемые из мономеров.
Мономеры соединяются посредством химических
реакций, образуя длинные цепочки —
высокомолекулярные соединения.
Свойства полимеров, от гибкости до прочности,
напрямую зависят от их структуры и метода синтеза.

3.

Два главных метода синтеза полимеров
Полимеризация
Поликонденсация
(Аддитивный рост цепи)
(Ступенчатый рост)
Мономеры соединяются без потери атомов.
Соединение мономеров с выделением побочных
продуктов (например, воды или спиртов).
Похоже на сборку сложной модели, где в процессе
удаляются излишки.
Каждый из этих методов имеет свои особенности и находит применение в производстве различных материалов.

4.

Полимеризация: цепной
рост полимеров
Полимеризация — это процесс, при котором мономеры
последовательно присоединяются к растущей полимерной цепи.
Пример: Получение полиэтилена из этилена через радикальную
полимеризацию — классический пример цепного роста.
Три стадии процесса: инициация (начало), рост цепи
(наращивание) и обрыв цепи (остановка).
Варианты: Радикальная, катионная и анионная полимеризация,
каждая из которых использует различные типы активных центров.
Промышленные методы: Полимеризация может проводиться в
массе, в растворе, а также в форме эмульсии или суспензии для
различных применений.

5.

Виды полимеризации по среде проведения
В массе
В растворе
Высокая концентрация мономера, без растворителей.
Мономер растворен в инертном растворителе, что облегчает
Эффективно, но требует контроля тепла.
контроль температуры и вязкости.
Эмульсионная
Суспензионная
Мономер диспергирован в воде в виде микроскопических
Мономер диспергирован в воде в виде крупных частиц,
капель, стабилизированных эмульгаторами. Используется
образующих порошки.
для получения латексов.
Выбор среды проведения существенно влияет на свойства конечного полимера и его область применения.

6.

Поликонденсация: синтез с выделением побочных продуктов
• Пример: Получение полиамидов (нейлон),
полиэфиров (ПЭТ) и фенолоформальдегидных смол.
Мономеры для поликонденсации должны иметь две и более
функциональные группы (например, амин, карбоксил, гидроксил).
Процесс равновесный, что означает необходимость удаления
побочных продуктов (таких как вода, спирты или HCl) для
смещения равновесия в сторону образования полимера.
Этот метод позволяет создавать полимеры с заданными
свойствами и сложной архитектурой, включая линейные,
разветвленные и сшитые структуры.

7.

Современные методы контролируемой полимеризации
Революция в синтезе полимеров
Точный контроль
1
Позволяют точно регулировать молекулярную массу и структуру полимеров, обеспечивая
однородность.
Методы CRP
2
Включают такие техники, как ATRP (атомно-трансферная радикальная
полимеризация), RAFT (контролируемая обратимая передача цепи) и NMP
(нитроксид-опосредованная полимеризация).
Широкое применение
3
Незаменимы в биомедицине (носители лекарств), нанотехнологиях
(наночастицы) и производстве функциональных материалов.
Эти методы используются для создания высокоэффективных и специализированных полимеров для самых разных задач.

8.

Примеры промышленных полимеров и
способы их получения
Полиэтилен (ПЭ, ПЭВД – ПЭНП, ПЭНД – ПЭВП, LDPE, HDPE)
Производится радикальной или каталитической полимеризацией этилена. Пакеты, пленки, трубы.
Полистирол
Радикальная полимеризация стирола. Может быть сшит с дивинилбензолом. Упаковка, одноразовая
посуда.
Полиамиды (Нейлон)
Получают поликонденсацией диаминов и дикарбоновых кислот. Волокна, текстиль, инженерные
пластики.
Полиуретаны
Реакция изоцианатов с полиолами (особый вид поликонденсации без выделения воды). Пены,
покрытия, клеи.

9.

Визуализация: Схемы радикальной полимеризации и
поликонденсации
Обрый цепи: два
радикала соединяются
Инициация: мономер +
инициатор → радикал
Радикальная
полимеризация
Рост цепи: мономер
присоединяется к
радикалу
Поликонденсация
Реакция двух
мономеров → полимер
+ H2O
Наглядно демонстрируем ключевые различия и этапы каждого процесса, показывая, как из простых мономеров формируются сложные полимерные цепи.

10.

Итоги и перспективы
Будущее полимерной химии за инновациями и устойчивым развитием!
Фундаментальные основы
Полимеризация и поликонденсация остаются базовыми методами получения
практически всех полимеров, от повседневных пластиков до
высокотехнологичных материалов.
Новые возможности
Современные технологии, особенно контролируемые методы, открывают
безграничные возможности для создания материалов с уникальными, ранее
недостижимыми свойствами.
Проектирование будущего
Глубокое понимание химической сути этих процессов критически важно для
эффективного проектирования инновационных полимерных материалов,
отвечающих вызовам XXI века.

11.

Основные методы
получения полимерных
композитов: сырьё,
процессы, оборудование

12.

Что такое полимерные композиты?
Полимерные композиты — это современные материалы,
состоящие из двух основных компонентов:
Полимерная матрица: служит связующим звеном и
определяет основные свойства.
Армирующие наполнители: придают материалу
прочность, жёсткость и другие улучшенные
характеристики.
Эти материалы позволяют объединять свойства
компонентов, значительно улучшая механические,
термические, химические и электрические параметры.
Их применение охватывает критически важные отрасли: от авиации и автомобилестроения до строительства и медицины.

13.

Сырьё для полимерных композитов
Полимерная матрица
Армирующие наполнители
Основа композита. Включает
Ключевые требования
Необходимы высокая
термопласты (полиэтилен,
Придают прочность и жёсткость.
совместимость компонентов,
полипропилен, ПВХ), которые
Могут быть в виде волокон
термостойкость для сохранения
плавятся при нагревании, и
(стекловолокно, углеродное
свойств при высоких
термореактивы (эпоксидные,
волокно, арамид) или порошков
температурах и достаточная
полиэфирные смолы),
(металлические, керамические).
механическая прочность для
необратимо затвердевающие при
отверждении.
заданной области применения.

14.

Подготовка армирующих волокнистых полуфабрикатов
Эффективность композита во многом зависит от равномерного распределения и адгезии армирующих волокон с полимерной матрицей.
1
2
3
Премиксы
Волокниты и Таблетки
Равномерное распределение
Состоят из резаных волокон и
Смеси, содержащие волокна и
Критически важно для достижения
термопластичной матрицы в виде
термореактивные смолы. Могут быть в
однородных механических свойств
гранул. Это позволяет удобно дозировать и
виде густых масс или спрессованных
композита. Качественная адгезия волокон
перерабатывать материал.
таблеток для удобства дальнейшего
к матрице обеспечивает эффективную
формования.
передачу нагрузок.

15.

Основные технологические методы получения композитов
Литьё и инфузия
Отверждение
Форма и уплотнение
Пресс-формование
Каждый метод адаптирован для определённого типа полимерной матрицы и армирующих наполнителей, обеспечивая оптимальные свойства конечного

16.

Оборудование для производства полимерных
композитов
Прессы
Обеспечивают точное контролирование температуры и давления, необходимое для отверждения термореактивных смол
или формования термопластов.
Вакуумные камеры
Используются для инфузии смол и процессов отверждения. Помогают удалить пузырьки воздуха, повышая плотность и
качество композита.
Экструдеры и Смесители
Предназначены для плавления и смешивания полимеров с наполнителями, а также для формирования профилей или
гранул из расплава.
Установки для напыления
Применяются для нанесения покрытий или создания композитов сложной формы методом напыления.

17.

Особенности процессов и контроль
качества
Качество полимерных композитов напрямую зависит от строгого соблюдения технологических
параметров и тщательного контроля на каждом этапе производства.
Температура и время отверждения
Эти параметры критичны для достижения максимальной прочности и стабильности
полимерной матрицы, предотвращая неполное отверждение или деградацию.
Давление
Обеспечивает плотность материала, минимизирует пористость и улучшает адгезию между
матрицей и наполнителем.
Контроль адгезии
Необходим для эффективной передачи нагрузок от матрицы к волокнам, что напрямую
влияет на механические характеристики композита.
Неразрушающий контроль
Методы, такие как ультразвуковая дефектоскопия и рентгенография, а также микроскопия,
используются для выявления дефектов и оценки структуры без повреждения образца.

18.

Примеры современных композитов и инноваций
Эпоксидные композиты с металлами
Нанокомпозиты
Аддитивное производство
Применяются для изготовления деталей с
Материалы с добавлением наночастиц,
Автоматизированные методы 3D-печати
уникальными свойствами, например, водопроводных
обеспечивающие улучшенную термостойкость,
композитами позволяют создавать детали сложной
деталей из эпоксидных композитов с серым чугуном.
механическую прочность и новые функциональные
геометрии с заданными свойствами.
возможности.

19.

Преимущества и недостатки технологий
Преимущества
Недостатки
Высокая прочность при низком весе: Идеально для конструкций, где критичен вес.
Сложность обеспечения однородности: Распределение наполнителя должно быть идеальным.
Возможность создания сложных форм: Расширяет дизайнерские и инженерные возможности.
Проблемы адгезии: Слабое сцепление матрицы и наполнителя снижает свойства.
Экономия топлива и ресурсов: В транспорте снижение веса напрямую ведёт к уменьшению потребления энергии.
Необходимость точного контроля: Параметры процесса (температура, давление) требуют строгого соблюдения.
Коррозионная стойкость: Многие композиты не подвержены ржавчине и химическому воздействию.
Высокая стоимость: Разработка и производство требуют значительных инвестиций.

20.

Заключение
Полимерные композиты являются вадным направлением в воздании современных
материалов, открывая путь к инновациям в самых разных отраслях.
01
02
Выбор сырья и метода
производства
Современные технологии
Эти факторы определяют конечные
уникальными характеристиками,
свойства композита, его
превосходящими традиционные металлы
эксплуатационные характеристики и
и сплавы.
Позволяют создавать материалы с
стоимость.
03
Инновации
Полимерные композиты — ключ к развитию в промышленности, транспорте,
медицине и других высокотехнологичных областях.