Se numesc mase plastice materialele produse pe baza de polimeri, capabile de a capata la incalzire forma ce li se da si de a o pastra dupa racier. Dupa cantitatea in care se produc ele ocupa primul loc printer materialele polimere. Ele se caracterizeaza printr-o rezistenta mecanica mare, densitate mica, stabilitate chimica inalta, proprietati termoizolante si electroizolante etc. Masele plastice se fabrica din materii prime usor accesibile, din ele pot fi confectionate usor cele mai felurite articole. Toate aceste avantaje au determinat utilizarea lor in diversele ramuri ale economiei nationale si ale tehnicii, in viata de toate zilele.
Aproape toate masele plastice contin, in afara de polimeri (denumiti adesea rasini), componenti care le confera anumite calitati; substanta polimere serveste in ele in calitate de liant. O masa plastica este constituita din materialul de implutura ( faina de lemn, teseturi,azbest, fibre de sticla s.a.), care ii reduc costul si ii imbunatatesc proprietatile mecanice, plastifianti( de exemplu esteri cu punctual de fierbere inalt), care le sporesc elasticitaea, le reduc fragilitatea, stabilizatori (antioxidanti, fotostabilizatori), care contribuie la pastrarea proprietatilor maselor plastice in timpul proceselor de prelucrare si in timpul utilizarii, coloranti, care le dau culoarea necesara, si alte substante.
Polimerii termoplastici( de exemplu polietilena) la incalzire devin moi si in aceasta stare isi schimba usor forma. La racire ele se solidifica din nou si isi pastreaza forma capatata. Din polimerii termoplastici pot fi formate prin incalzire si presiune diferite articole care in caz de necessitate pot fi din nou supuse aceluias mod de prelucrare.
Polimerii termoreactivi la incalzire devin plastici, apoi isi pierd plasticitatea devinind nefuzibili si insolubili, deoarece intre macromoleculele lor liare au loc interactiuni chimice, formindu-se o structura tridimensionala ( ca in cazul vulcanizarii cauciucului). Un astfele de material nu mai poate fi supus prelucrarii a doua oara: el a capatat o structura spatiala si si-a pierdut plasticitatea - proprietate necesara pentru acest scop.
POLIETILENA
In drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebita importanta a avut descoperirea facuta de Karl Ziegler, in anul 1954, si anume ca amestecul de combinatii organo-aluminice si tetraclorura de titan catalizeaza polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pana la acea data, polietilena se obtinea numai prin polimerizarea radicalica la presiuni de ordinul catorva mii sau chiar zeci de mii de atmosfere (5000-20.000 atmosfere, conducand la asa numita polietilena de presiune inalta si foarte inalta sau polietilena de densitate joasa (0,92 g/cm3). Macromoleculele acestui polimer prezinta numeroase ramificatii, ceea ce face ca materialul plastic sa aiba o cristalinitate de numai 40-50%. Ca urmare, polietilena de densitate joasa se caracterizeaza prin rezistenta termica si mecanica relativ scazute (polietilena moale).
Procedeul Ziegler a revolutionat tehnologia de obtinere a polietilenei, permitand obtinerea industriala a acesteia la presiuni de numai cateva atmosfere.
Polietilena obtinuta prin procedeul Ziegler este cunoscuta sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 g/cm3) sau polietilena dura. Pe langa utilizarile clasice in domeniul ambalajelor, ea are si alte intrebuintari, cum ar fi: conducte de presiune, izolatii electrice, rezervoare foarte mari, ambarcatiuni usoare sau chiar roti dintate.
Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltata cu succes de lucrarile lui Giulio Natta si ale scolii sale. In anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizarii stereospecifice care permite obtinerea polimerilor stereoregulati, folosind drept catalizator de polimerizare produsii de reactie ai combinatiilor organo-aluminice cu compusii materialelor traditionale (asa numitii catalizatori Ziegler-Natta). Importanta acestor descoperiri rezulta si din faptul ca in 1963, celor doi savanti le-a fost decernat premiul Nobel pentru chimie.
Cu acesti catalizatori au fost polimerizati cei mai diversi momomeri, obtinnandu-se materiale plastice cu proprietati noi. Una din proprietatile de baza este aceea ca sunt apte de a cristaliza, datorita aranjamentului spatial regulat al monomerilor si ai substituentilor acestora, faptul acesta conferindu-le o rezistenta mecanica si termica superioara celor ale materialelor plastice atactice (nestereoregulate). In acest sens o mare realizare a constituit-o obtinerea polipropilenei izotactice cu structura cristalina a carei temperatura de topire este de circa 165°C, pe cand polipropilena atactica, amorfa are intervalul de inmuiere la 100-120°C. Deosebit de interesanta este obtinerea unor polimeri de propilena stereobloc. Sinteza decurge astfel incat in macromolecule se gasesc blocuri cristaline si amorfe. Un asemenea material plastic se topeste intr-un interval larg de temperatura, (100-170°C) ceea ce ii faciliteaza prelucrarea.
Pentru a imbunatati calitatile maselor plastice se recurge si la alte procedee. Materialele plastice izotactice se utilizeaza atat ca atare, cat si sub forma compozitiilor lor ranforsate (cu fibre de sticla, grafit, fibre de azbest etc). Ranforsarea (armarea) materialelor plastice mareste mult rezistenta mecanica si greutatea specifica, dar in acelasi timp creste si pretul lor.
Alte cai e modificare a proprietatilor materialelor plastice constau in formarea de aliaje intre ele, grefari de macromolecule pe un material dat etc. (- CH2-CH2-)n este o substanta solida, de culoare alba, termoplastica, putin grasoasa la pipait, asemanatoare cu parafina. Acesta asemanare poate fi inteleasa daca vom lua in consideratie faptulca acest polimer prezinta prin structura sa o idrocartbura saturata (parafina) cu o masa moleculara mare. De aci se poate trage concluzia despre inflamabilitatea polietilenei si despre stabilitatea ei chimica fata de reagenti. Polietilena arde cu o flacara albastrie luminoasa. Solutiile de acizi, baze si oxidanti( permanganat de caliu) asupra ei nu influenteaza. Acidul azotic concentrat o distruge.
POLIPROPILENA
(-CH2-CH-)n este foarte asemanatoare cu polietilena.
CH3
Ea de asemenea este un material solid, grasos la pipait, de culoare alba, termoplastic. Ca si polietilena ea poate fi considerate hidrocarbura macromoleculara saturata (masa moleculara -80 000 - 200 000). Este un polimer stabil la mediile agresive. Spre deosebire de polietilena, ea devine moale la o temperatura mai inalta( de 160-170 C) si are o rezistenta mai mare. La prima vedere aceasta pare de neinteles. Prezenta in prolipropilena a numeroase grupe laterale - CH3 ar fi trebuit sa impiedice la alipirea macromoleculeleor una de alta. Rezistenta polimerului si temperatura lui de topire in acest caz ar fi trebuit nu sa creasca, ci sa descreasca. Pentru a intelege aceasta "contradictie", este necesar sa examinam mai profound structura acestei substante.In procesul de polimerizare moleculele de propilena(sau de alt monomer cu o structura asemanatoare)pot sa se uneasca unele cu altele in diferite moduri, de exemplu:
CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH -
CH3 CH3 CH3 CH3
CH2 - CH - CH - CH2 - CH2 - CH - CH - CH2 -
CH3 CH3 CH3 CH3
Primul procedeu se numeste "cap-coada", cel de-al doilea procedeu-"coada-cap". E posibila si o varianta mixta de combinare.Polimerizarea propilenei se realizeaza in prezenta de catalizatori, ceea ce contribuie la formarea dintre toti polimerii posibili a polimerului cu o structura regulata corespunzatoare principiului "cap-coada", caracterizata printr-o succesiune dreapta a grupelor metil in catena.Grupele- CH3 capata in cazul unei polimerizari de acest fel o orientare spatiala regulata. Daca ne vom inchipui ca atomii de carbon, care formeaza macromolecula zigzag, sint situati intr-un singur plan, atunci grupele metil vor fi situate sau de una si aceeasi parte a acestui plan, sau se vor succeed regulat de ambele parti ale lui.Clorura de polivinil(- CH2 - CH -)n - este un poilimer termoplastic, ale carui macromoleculele au o structura de tipul "cap-coada"(Mr de la 10 000 pine la 150 000). Ea se obtine prin polimerizarea prin radicali a clorurii de vinil CH2=CH. In prezenta de initiatori, din a caror dezintegrare rezulta radicali liberi pentru inceputul cresterii catenei. Faceti schema unei macromolecule crescinde de polimer prin formarea successive de radicali liberi.Pe baza de clorura de polivinil se obtin mase plastice de doua tipuri: viniplast , care are o regiditate considerabila, si plasticat, care e un material ceva mai moale. Pentru a preveni descompunerea acestui polimer, in masele plastice fabricate pe baza lui se introduc stabilizatori, iar pentru a obtine plasticate moi se introduc si plastifianti.Din viniplast se fabrica tevi rezistente la actiunea agentilor chimici, piese pentru aparatajul chimic, cutii de accumulator si multe altele.
POLISTIRENUL
(- CH2 - CH - )n.
C6H5 C6H5
Monomerul acestui polimer este stirenul CH2=CH. El reprezinta o imbinare de hidrocarburi nesaturate cu hidrocarburi saturate, ca si cum ar fi etilena, in a carui molecula un atom de hydrogen este substituit cu un radical de fenil - C6H5, sau benzen, in a carui molecula atomul de hydrogen este substituit cu un radical de vinil CH2=CH-. Polisterenul are o structura liniara, masa moleculara de la 50 000 pana la 300 000. Se obtine prin polimerizarea monomeruluiin prezenta de initiatori.
Spre deosebire de polimerii examinati mai inainte, polistirenul la incalzire se depolimerizeaza foarte usor, adica se dezintegreaza, formind monomerul initial:
-CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH - . nCH2=CH
C6H5 C6H5 C6H5 C6H5
Unul din dezavantajele polistirenului este rezistenta relativ mica la lovire, ceea ce-I reduce domeniile de utilizare. In present datorita cauciucului la sintetizarea polimerului se obtine polistiren rezistent la lovire. Acest polistiren este acum cel mai raspindit.O varietate de polimer este penopolistirenul. El se obtine, adaugind in timpul prepararii materialului a unei subtante de spumare. Ca rezultat polistirenul capata o structura asemanatoare cu o spuma solidificata cu porii inchisi. Acesta este un material foarte usor. Penopolistirenul se utilizeaza in calitate de material termo- si fonoizolator, la constructii, in tehnica frigorifica, industria mobilei.
MASELE PLASTICE FENOLFORMALDEHIDE
Rasina fenol- formaldehidica este o substanta macromoleculara care constituie baza maselor plastice ea se sintetizeaza nu prin polimerizare, ci prin reactia de policondensare si dupa proprietati nu e termoplastica, ci termoreactiva. Prin aceste doua particularitati si se deosebeste de celelalte mase plastice.Aceasta rasina se sintetizeaza prin incalzirea fenolului impreuna cu aldehida formica in prezenta de acizi sau de baze in calitate de catalizatori.Rasinele fenolformaldehidice se utilizeaza, de regula, ca parti componente ale diferitelor materiale artificiale. In afara de poilimeri care joaca rolul de lianti, in compozitia lor intra materiale de umplutura, substante de solidificare, coloranti si altele. In procesul de prelucrare la executarea articolelor din ele, de exemplu in timpul presarii la cald, o astfel de masa plastica la inceput e termoplastica, umple bine forma, apoi in timpul incalzirii si sub actiunea presiunii in ea se formeaza structura spatiala si ea devine articol solid monolit.
Articolele produse pe baza de mase plastice fenolformaldehidice se caracterizeaza printr-o rezistenta mecanica, rezistenta termica si stabilitate mare la actiunea acizilor, prin proprietati dielectrice bune.Din masele plastice fenolformaldehidice, la care in calitate de material de umplutura serveste faina de lemn, se prepara pulberi de presare, iar din acestea - prin presare la cald - un larg asortiment de articole electrotehnice, precum si multe aparate de uz casnic.Utilizind in calitate de material de umplutura materiale fibroase, de exemplu linters de bumbac, se obtin materialele cu fibre.Daca in calitate de material de umplutura se foloseste tesatura de bumbac, se obtine o masa plastica rezistenta denumita textolit ( piatra textila). Din ea se executa piese deosebit de importante pentru masini. Sunt foarte cunoscute materialele plastice cu straturi lemnoase. Ele se obtin prin prelucrarea furnirului de lemn cu rasina formaldehidica si prin presarea lui ulterioara. Fiind un material rezistent si ieftin, se folosesc in industria constructoare de masini, in transport, in diverse ramuri ale tehnicii, precum si pentru fabricarea mobilei.
Domenii de aplicare a materialelor plastice
- Industria de ambalaje este si va ramane si in viitor in lume principalul consumator de materiale plastice. Se estimeaza ca rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi in continuare in medie de 10% anual in lume, iar pe tari o dezvoltare proportionala cu produsul national brut. Materialele plastice au patruns adanc in domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor si foliilor metalice, extinderea si perfectionarea sistemelor de ambalaje.
- In domeniul materialelor de constructii, masele plastice isi vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingandu-se ritmuri de crestere a productiei si consumului de 10-15%. Principalele categorii de produse sunt profilele din materiale plastice ca inlocuitor ai tablelor ondulate si profilelor metalice, panourile stratificate, elementele prefabricate cu izolatie termica si fonica din spume poliuretanice, retele sanitare si electice cuprinzand tevi din policlorura de vinil si poliolefine, instalatii sanitare din poliesteri armati, polimeri acrilici sau aliaje din diferite materiale plastice cum ar fi acrilonitrilul, butadiena si stirenul(ABS).
- Electrotehnica si electronica, beneficiari traditionali ai materialelor polimere, au cunoscut o patrundere relativ importanta a maselor plastice, in special polmerii traditionali ca policlorura de vinil, polietilena, polistirenul dar si unele mase plastice speciale cum sunt policarbonatii, poliacetalii, polifenilen oxidul etc.
- Industria constructiilor de masini si autovehicule a inregistrat cel mai inalt ritm de asimilare a mateeialelor plastice: in medie, pe plan mondial, 44% anual. Principalele tipuri de polimeri folositi sunt policlorura de vinil, poliolefinele si polimerii stirenici. Directiile de utilizare a materialelor plastice in constructia de masini se diversifica si se multiplica continuu.
- In agricultura ponderea ce mai mare o detin filmele de polietilena de joasa presiune, folosite pentru mentinerea umiditatii solului, protejarea culturilor in sere si solarii, impermeabilitatea rezervoarelor si canalelor.
- Industria aerospatiala. Conditiile principale impuse materialelor plastice utilizate in acest domeniu sunt: sa reziste la temperaturi ridicate si scazute, sa nu arda, iar daca ard sa nu produca fum. Astfel hublourile avioanelor se confectioneaza din policarbonat rezistent la foc si care are si o exceptionala rezistenta la soc. Pentru cabinele de pasageri se fosesc laminate din rasina epoxidica sau fenolica ranforsate cu fibre de sticla si acoperite cu un strat metalic subtire pentru o cat mai buna rezistenta la foc. La constructia navelor spatiale se utilizeaza placi cu structura sandwich de grafit-rasina epoxidica-bor-aluminiu care rezista la temperaturi ridicate.
- Industria nucleara. Politetrafluoretilena si politriclorfluoretilena, care rezista la compusii fluorurati agresivi cum este si hexaflurura de uraniu, se utilizeaza la instalatiile industriale destinate separarii izotopice a uraniului, ca elemente de legatura pentru pompe si compresoare, conducte, clape de vane etc. Pentru imbunatatirea rezistentei fata de radiatiile beta sau de amestecurile de radiatii si neutroni provenite de la pilele nucleare se utilizeaza polimeri fluorurati (fluoroplaste) grefati radiochimic cu monomeri de stiren, metil-metacrilat etc.
In sfarsit, cea mai interesanta aventura a materialelor plastice, pare sa devina in viitor, biocompatibilitatea. Prin grefarea pe lantul polimerului a unor grupari chimice adecvate se spera ca acesta nu va mai fi considerat strain de organismul uman. Cat de utila ar fi o asemenea proprietate pe langa medicina viitorului este usor de imaginat, la nivelul actual de cunostinte de care dispunem.
