În drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebita importanta a avut descoperirea facuta de Karl Ziegler, în anul 1954, si anume ca amestecul de combinatii organo-aluminice si tetraclorura de titan catalizeaza polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pâna la acea data, polietilena se obtinea numai prin polimerizarea radicalica la presiuni de ordinul câtorva mii sau chiar zeci de mii de atmosfere (5000-20.000) atmosfere, conducând la asa numita polietilena de presiune înalta si foarte înalta 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, permitând obtinerea industriala a acesteia la presiuni de numai câteva atmosfere. Aceasta polietilena este formata în principal din macromolecule liniare, cu foarte putine ramificatii, ceea ce permite împachetarea usoara a macromoleculelor. Drept urmare, creste continutul în faza cristalina pâna la 94%, iar proprietatile termomecanice ale acestui material plastic sunt considerabil îmbunatatite.
Polietilena obtinuta prin procedeul Ziegler este cunoscuta sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 g/cm3) sau polietilena dura. Pe lânga utilizarile clasice în domeniul ambalajelor, ea are si alte întrebuintari, 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. În 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 în 1963, celor doi savanti le-a fost decernat premiul Nobel pentru chimie.
Cu acesti catalizatori au fost polimerizati cei mai diversi momomeri, obtinnându-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). În 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 când polipropilena atactica, amorfa are intervalul de înmuiere la 100-120°C. Deosebit de interesanta este obtinerea unor polimeri de propilena stereobloc. Sinteza decurge astfel încât în macromolecule se gasesc blocuri cristaline si amorfe. Un asemenea material plastic se topeste într-un interval larg de temperatura, (100-170°C) ceea ce îi faciliteaza prelucrarea.
Pentru a îmbunatati calitatile maselor plastice se recurge si la alte procedee. Materialele plastice izotactice se utilizeaza atât ca atare, cât 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 în acelasi timp creste si pretul lor.
Alte cai e modificare a proprietatilor materialelor plastice constau în formarea de aliaje între ele, grefari de macromolecule pe un material dat etc.
Iata pe scurt câteva dintre cele mai interesante domenii de aplicare a materialelor plastice.
Industria de ambalaje este si va ramâne si în viitor în lume principalul consumator de materiale plastice. Se estimeaza ca rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi în continuare în medie de 10% anual în lume, iar pe tari o dezvoltare proportionala cu produsul national brut. Materialele plastice au patruns adânc în domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor si foliilor metalice, extinderea si perfectionarea sistemelor de ambalaje.
În domeniul materialelor de constructii, masele plastice îsi vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingându-se ritmuri de crestere a productiei si consumului de 10-15%. Principalele categorii de produse sunt profilele din materiale plastice ca înlocuitor ai tablelor ondulate si profilelor metalice, panourile stratificate, elementele prefabricate cu izolatie termica si fonica din spume poliuretanice, retele sanitare si electice cuprinzând 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, în 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 înregistrat cel mai înalt ritm de asimilare a mateeialelor plastice: în 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 în constructia de masini se diversifica si se multiplica continuu.
În agricultura ponderea ce mai mare o detin filmele de polietilena de joasa presiune, folosite pentru mentinerea umiditatii solului, protejarea culturilor în sere si solarii, impermeabilitatea rezervoarelor si canalelor.
***
Alte domenii de aplicatii ale materialelor sintetice polimere sunt tehnicile de vârf. Iata câteva exemple:
Industria aerospatiala. Conditiile principale impuse materialelor plastice utilizate în 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 cât 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 îmbunatatirea 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.
Industria chimica. În acest domeniu, materialele plastice îsi gasesc cele mai diverse aplicatii, începând de la conducte pâna la piese componente ale pompelor si compresoarelor care lucreaza în medii corozive, gratie greutatii scazute si rezistentei chimice si mecanice ridicate al acestor materiale. Dar materialele plastice cunosc utilizari importante chiar în constructia unor aparate si utilaje la care cu greu si-ar fi putut închipui cineva ca se poate renunta la metal. S-au executat astfel reactoare chimice din polipropilena izotactica si poliester armat cu fibre de sticla având o capacitate de nu mai putin de 48 t, diametrul reactorului fiind de 3m, iar înaltimea de 7,5m.
În prezent se utilizeaza schimbatoare de caldura pentru racirea lichidelor corozive cu tuburi din politetrafluoretilena. Materialele folosite prezinta o rezistenta mult mai mare la coroziune decât tuburile din fonta, având un cost similar dar o greutate mult mai mica. S-au construit de asemenea tuburi de atomizare a materialelor, de 15m înaltime si 25m diametru, placate în interior cu politetrafluoretilena, pentru solutiile concentrate de saruri alcaline. Politetrafluoretilena, având proprietati antiaderente împiedica formarea crustelor pe peretii turnului.
Industria electronica. Sunt cunoscute în general proprietatile electroizolante ale polimerilor sintetici. S-au gasit însa utilizari ale materialelor plastice si ca înlocuitori de materiale conductoare si semiconductoare traditionale. Utilizarea lor în acest domeniu se bazeaza pe urmatoarele considerente:
Materialele plastice cu conductbilitate electrica se realizeaza pe doua cai principale. Prima este de obtinere de amestecuri polimerice electroconductibile prin introducerea de grafit sau pulberi metalice în masa materialului. Cea de a doua consta în realizarea polimerilor cu structuri moleculare particulare, prin sinteza directa sau prin modificarea catenei polimerice, ca de exemplu: poliftalocianina, polifenocen, polimeri de condensare.
Materialele plastice semiconductoare sunt de doua tipuri:
Schimbarile cele mai spectaculoase nu au loc însa în domeniul asa numitilor polimeri clasici. Anii '80 au marcat dezvoltarea unui sector deosebit de important al sintezei materialelor plastice- cel al polimerilor speciali. Produsi în cantitati mici, în conditii speciale, ei sunt capabili sa ofere utilizatorilor performante ridicate.
Simpla aditivare, de exemplu, a cunoscutelor rasini epoxi cu fibre de carbon, duce la aparitia unui material al carui modul de elasticitate specifica este de 10 ori mai mare decât al celor mai bune oteluri produse în acea vreme.
Alte modificari, de data aceasta în însasi structura polimerilor, pot aduce calitati spectaculoase în comportamentul acestora. De exemplu daca lanturile hidrocarbonate ale polimerilor nu sunt lasate sa se plieze la întâmplare ci sunt întinse prin etirare, ia nastere o structura semicristalina a masei de material plastic care este caracterizata de o mare reziatenta mecanica. Un alt exemplu îl constituie articulatiile din plipropilena etirata, care datorita structurii cristaline rezista la milioane de îndoiri.
O alta posibilitate de a modifica srtructura masei de polimeri o constituie legarea chimica a lanturilor hidrocarbonate între ele. Rezulta asa-numitii polimeri reticulati, care se aseamana cu o retea tridimensionala. Caracteristice pentru aceasta structura sunt infuzibilitatea, o rigiditate neobisnuita, insolubilitate în orice dizolvant.
Materialele plastice speciale se impun tot mai mult si prin calitatile lor optice. Cele mai spectaculoase realizari le consemneaza fibrele optice din polimeri acrilici sau poliamidici, care au o ductibilitate, o rezistenta si o elasicitate mult superioare fibrelor din sticla minerala. În sfârsit , în acelasi domeniu sunt de mentionat polimerii cu structura tridimensionala de foarte mare regularitate, cilindrica sau în lamele echidistante. Ei sunt foarte asemanatori cristalelor lichide. Daca distantele dintre cilindri sau lamele sunt de ordinul lungimilor de unda ale radiatiilor luminoase, are loc un proces de difractie a acestora. Astfel, un material plastic cu o asemenea structura se comporta ca un colorant irizant.
De asemenea, polimerilor sintetici li se poate conferi capacitatea de a conduce curentul electric sau pot deveni electreti—substante cu încarcatura electrica bipolara permanenta.
În sfârsit, cea mai interesanta aventura a materialelor plastice, pare sa devina în 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. Cât de utila ar fi o asemenea proprietate pe lânga medicina viitorului este usor de imaginat, la nivelul actual de cunostinte de care dispunem.
| Cele mai ok referate! www.referateok.ro |