Книги по строительству и ремонту

Технология полимеров

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Политетрафторэтилен является полимером этилена, у которого все атомы водорода замещены фтором; а у полптрпфторхлорэтпле-иа три атома водорода замещены фтором и одни хлором. Связь фтора с атомами углерода очень прочная (441,6 кДж/моль), поэтому эти полимеры характеризуются рядом новых, очень важных технических свойств: высокой теплостойкостью и химической стойкостью, хорошими диэлектрическими и антифрикционными свойствами и др.

1. Политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен производится в СССР с 1949 г. Сырьем для его получения является тетрафторэтилен СРг^СИа, представляющий собой бесцветный газ с температурой кипения —76,3°С и плавления —142,5°С. Пределы его взрываемое™ составляют 13,4— 46,4% (по объему).

Тетрафторэтилен легко полимеризуется суспензионным и блочным методами и в растворителях. Наиболее часто применяют суспензионную полимеризацию, так как при блочном методе затруднителен отвод тепла полимеризации, а в растворителях образуется полимер с пониженной молекулярной массой.

Полимеризация легко активизируется радикалами, образующимися при распаде перекисей и азосоединений; реакция значительно ускоряется при использовании окислительно-восстановительных систем. Кислород воздуха замедляет реакцию и снижает молекулярную массу полимера.

Суспензионную полимеризацию осуществляют в автоклавах из нержавеющей стали, снабженных мешалкой якорного типа и рубашкой для нагревания и охлаждения. В автоклав, предварительно заполненный азотом, подают воду (160 мае. ч.) и персульфат калия (ОД мае. ч.). Содержимое автоклава охлаждают и вакуумиру-ют, а затем вводят 10—15 мае. ч. тетрафторэтилена и при перемешивании поднимают температуру до 70—80°С. Реакция проводится под давлением 4—10 МПа. За 1 ч при 80°С образуется до 86% полимера. После окончания реакции содержимое автоклава охлаждают, мономер отгоняют азотом, а суспензию направляют в центрифугу. В зависимости от условий осаждения получают полимер в виде зернистого порошка или белых волокон, который затем промывают горячей водой н сушат.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) выпускают в виде рыхлого волокнистого порошка (фторолон-4) марок А, Б и В (ГОСТ 10007—72); тонкодисперсного порошка с частицами размером ОД— 0,3 мкм; водной суспензии 50—60%-ной концентрации и суспензии 58—65 % -ной концентрации.

Ввиду того что в политетрафторэтилене к углеродному скелету присоединяются только атомы фтора и связь углерод — фтор является одной из самых прочных, полимер обладает прекрасным сочетанием физических и химических свойств, которые невозможно найти ни в одном другом материале. Он не растворяется пи в одном из известных растворителей, является наиболее химически стойким материалом из всех известных полимеров, выдерживает высокие температуры (рабочая температура до 250°С), обладает исключительно низким коэффициентом трения (до 0,02), является одним из лучших диэлектриков.

Молекулы политетрафторэтилена построены в виде правильной зигзагообразной спиральной цепи. Полимер содержит до 80—85% кристаллической фазы. Аморфная часть имеет температуру стеклования —120°С, но даже и при более низкой температуре полимер не теряет эластичности ввиду гибкости макромолекул и небольшой величины межмолекулярных сил. Степень кристалличности, которую можно регулировать от 45 до 85% временем   и температурой переработки, оказывает влияние на физико-механические свойства политетрафторэтилена.

Фторолон-4, представляющий собой рыхлый, легко комкующий-ся порошок, при нагревании не переходит в вязкотекучее состояние и поэтому не может быть переработан обычными методами. Изделия из него изготовляют обычно путем таблетирования в пресс-форме при нормальной температуре и удельном давлении 30— 40 МПа с последующим спеканием при температуре 370±10°С в течение 2—5 ч в зависимости от размера заготовки и охлаждения. Охлаждение от 360 до 250°С нужно производить в печи медленно, а затем на воздухе или в воде. Из заготовок изделия получают также механической обработкой па любых стайках или путем штампования ударом.

Пленки из фторолона-4 получают путем снятия ее с заготовки на токарном станке (неориентированные) с последующей раскаткой на прокатном стане (ориентированные).

Политетрафторэтилен применяют в строительстве, в виде прокладок н уплотнительного материала в самых сильных коррозионных средах; для защиты аппаратов и конструкций от действия агрессивных веществ; в виде арматуры (кранов, клапанов, насосов); суспензию фторолона-4 используют для покрытий поверхностей металла, стекла, керамики и т. д. методом напыления, налива или окунания для защиты от действия воды, атмосферной и химической коррозии.

2. Политрифторхлорэтилен

Производство политрифторхлорэтилена (фторопласт-3) началось в СССР в 1951 г. Его получают полимеризацией трифторхлор-этилеиа, представляющего собой газ с температурой кипения 26,8°С и плавления 157,5°С. Качественные показатели его регламентируются ГОСТ 13744—76. Пределы взрываемости составляют 28,5 и 35,2% (по объему).

Полимеризацию трифторхлорэтилена можно осуществлять в растворе блочным или суспензионным методом. Наиболее удобным способом получения высокомолекулярного полнтрнфторхлорэтнле-на является суспензионный. Реакция полимеризации протекает в автоклавах из нержавеющей стали, куда подаются вода и трифтор-хлорэтнлен в соотношениях от 1 : 1 до 1:2, инициатор в количестве 0,01—0,5% от массы мономера, а также буферные соли для поддержания рН среды и восстановители — фосфат двухвалентного железа (0,01—0,5%) и бисульфат натрия (0,01—0,5% ). Реакция полимеризации протекает под давлением при рН —2,5—4,0 и температуре ниже 35°С до конверсии в 75—90%. После окончания полимеризации непрореагировавшнй трифторхлорэтилен удаляется азотом, а полученный полимер отделяется от водной среды, промывается горячей водой и сушится.

Высокомолекулярный полнтрифторхлорэтилен выпускают в виде белого рыхлого порошка или суспензии в органических жидкостях трех марок: марка СК — иестабнлизировапная суспензия, в которой полимер диспергирован в смеси этилового спирта и ксилола, взятых в соотношениях от 70 : 30 до 90 : 10; марка СВ —'Стабилизированная суспензия, в которой полимер диспергирован в смеси спирта с водой с добавкой поверхностно-активного вещества; марка С — суспензия, приготовленная на чистом этиловом спирте.

Политрифторхлорэтилен — кристаллический полимер, который при нормальной температуре не растворяется во всех органических растворителях, но при нагревании в некоторых набухает и даже растворяется. По химической стойкости ои уступает политетрафторэтилену, но все же обладает исключительной стойкостью к действию минеральных и органических кислот, щелочей, органических растворителей и окислителей. В зависимости от молекулярной массы политрифторхлорэтилен размягчается при температуре 110—280°С. Его физико-механические свойства зависят от степени кристалличности. Политрифторхлорэтилен может перерабатываться в изделия методами прессования, литья под давлением и экструзии при температурах 150—300°С (в зависимости от молекулярной массы).

Полнтрифторхлорэтилен применяют для получения покрытий по металлу, стеклу, фарфору, керамике и другим материалам для защиты их от коррозии (в виде суспензии), пленок и листов для антикоррозионных обкладок емкостей, аппаратуры, в виде прокладок и уплотнений и т. д.