Пластические массы

Синтетические полимеры

СВОЙСТВА И ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ПОЛИМЕРОВ

Полимерами называются высокомолекулярные вещества с молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся одинаковых звеньев. Полимеры могут быть природными (целлюлоза, крахмал, белок) и синтетическими (полиэтилен, полистирол, фенолформальдегидная смола). Синтетические полимеры получают тремя методами: полимеризацией, поликонденсацией и полимераналогическими превращениями.

Полимеризацией называется реакция последовательного присоединения молекул мономера к активному центру растущей макромолекулы. Для макромолекул с однотипными звеньями принято следующее написание: (-М-)_n, где М – элементарное звено цепи, n – число звеньев или степень полимеризации. Различают радикальную и ионную полимеризацию.

Пликонденсацией называется процесс образования полимеров при взаимодействии би- и многофункциональных соединений между собой, сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ: воды, хлористого водорода, аммиака и т.д.

Синтетические полимеры под действием кислорода воздуха, тепла, различных химических агентов – вода, кислоты, щелочи – подвергаются деструкции, т.е. происходит разрыв цепи, в результате чего полимеры изменяют свои свойства и теряют прочность.

Для сохранения свойств синтетических полимеров в них вводят различные добавки: антистарители, красители, наполнители и другие компонены.

Синтетические полимеры являются основой для получения пластических масс. Из общего количества синтетических полимеров, выработанных в последние годы, более 50% расходуется на производство пластических масс, около 33% — на производство синтетических волокон и примерно 17% приходится на долю синтетического каучука.

Пластическими массами называют материалы, полученные на основе полимеров, содержащие различные добавки и способные под влиянием- температуры и давления формоваться, становиться пластичными. В состав
пластических масс, кроме полимера, входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, отвердители, смазывающие вещества и др. В качестве наполнителей применяют порошкообразные, волокнистые и листообразные горючие и негорючие вещества. Содержание наполнителя в пластмассах 30—70%.

К порошкообразным наполнителям относятся вещества минерального происхождения — кварцевая мука, мел, тальк и другие измельченные материалы. Эти наполнители придают пластмассе тепло- и кислотостойкость, увеличивают твердость, а также удешевляют пластмассу и повышают ее долговечность, что особенно важно для пластмасс, применяемых в строительстве.

Пластификаторы вводят в пластические массы для увеличения их эластичности. Кроме того, пластификаторы улучшают другие свойства полимеров — морозостойкость, негорючесть, стойкость к действию ультрафиолетового света, а также облегчают условия переработки. Пластификаторы должны совмещаться с полимером, быть химически инертными и малолетучими. В качестве пластификаторов в пластических массах применяют главным образом сложные эфиры различных, кислот, а также низкомолекулярные полиэфиры.

Стабилизаторы — вещества, которые вводят в пластмассы для повышения их стойкости к действию тепла, света, кислорода воздуха и т. д., т. е. для замедления старения полимера, протекающего при переработке и эксплуатации. В качестве стабилизаторов применяют большое число органических и металлорганических соединений.

Красители и пигменты придают пластическим массам определенный цвет. Они должны иметь живые тона, не давать грязноватого оттенка, обладать химической стабильностью. В качестве красителей применяют такие органические красители, как нигрозин, пигмент желтый, хризондин, в качестве пигментов — охру, мумию, сурик, умбру, ультрамарин, оксид хрома, белила.

Отвердители вводят в некоторые полимеры для перевода их в неплавкое и нерастворимое состояние. В качестве отвердителей применяют различные перекиси и гидроперекиси, третичные амины, ангидриды различных
кислот и др. В ряде случаев для сокращения времени отверждения применяют ускорители отверждения.

Смазывающие вещества вводят в пластические массы для пре-дотвращения прилипания к пресс-формам (олеиновая кислота, стеарин и др.).

В основном все пластические массы, полученные полимеризацией, под действием источника зажигания плавятся, разлагаются, продукты разложения образуют с воздухом горючие смеси, которые воспламеняются и горят. Температура воспламенения пластических масс выше 200 ^оС, температура самовоспламенения выше 400 °С. Теплота сгорания полимеров составляет более 31 500 кДж/кг. В условиях пожара температура горения может достигать 1300°С. Смеси пыли пластических масс с воздухом взрывоопасны.

Продукты разложения токсичны. В состав продуктов разложения входят синильная кислота НСN, оксид углерода СО, оксиды азота N0, N0₂, хлористый водород НС1 и др.

Пластмассы плохо смачиваются водой, поэтому при тушении их желательно применять смачиватели.

Если в состав пластических масс входят негорючие компоненты (асбест, стеклянное волокно, тальк), то пожарная опасность таких пластических масс снижается. При добавлении в состав пластических масс горючих веществ (бумаги, ткани, древесной муки и др.) пожарная опасность их повышается. В условиях пожара пластические массы на основе полимеризационных смол размягчаются, плавятся, воспламеняются и горят.

Пластические массы на основе полиэтилена представляют собой твердые, белые, роговидные вещества, устойчивые к действию растворителей и концентрированных кислот; они являются хорошими диэлектриками. Температура плавления около 300 °С. При температуре выше 100 °С происходит их окисление и изменение физико-химических свойств. Для замедления процессов старения добавляют от 1 до 10 % стабилизаторов (фенолы, ароматические диамины). Пластические массы на основе полиэтилена горят светящимся пламенем. Температура воспламенения выше 300°С, температура самовоспламенения выше 400 °С. В условиях пожара выделяется большое количество тепла. Теплота сгорания составляет 47767 кДж/кг. При нагревании они деполимеризуются с выделением горючих газообразных продуктов, которые с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси. Продукты деполимеризации токсичны. Пыль полимера образует с воздухом взрывоопасные смеси с НКПВ - 12,6 г/м³.

Температура самовоспламенения аэровзвеси 800°С, максимальное давление при взрыве пылевоздушных смесей равно 0,56 МПа. Полиэтилен применяют для изготовления труб, пленок, электроизоляционных и других материалов.

Пластические массы на основе полистирола представляют собой твердые, прозрачные и хрупкие вещества, растворимые в бензоле, толуоле и других ароматических углеводородах, являются хорошими диэлектриками. Для уменьшения хрупкости проводят сополимеризацию полистирола с каучуком. В этом случае получают ударопрочное вещество. Температура плавления и воспламенения выше 200°С, температура cамо-воспламенения выше 400°С. Горят сильно коптящим пламенем. В условиях пожара выделяется большое количество тепла. Теплота сгорания выше 37800 кДж/кг. Пыль полистирола с воздухом взрывоопасна (НКПВ-15 г/м³). Температура самовоспламенения аэровзвеси 488 °С. Максимальное давление при взрыве пылевоздушных смесей равно 0,65МПа. Осевшая пыль пожароопасна. Температура тления 200 °С. Полистирол применяют в строительстве для изготовления ванн, раковин, деталей холодильников, облицовочных плиток, теплоизоляционных материалов (пенопласты), в электротехнической промышленности, широко применяют в быту.

Пластические массы на основе поливинилхлорида представляют собой твердые, прозрачные вещества. Они не растворяются в щелочах, кислотах и большинстве органических растворителей, являются хорошими диэлект-
риками. При температуре 120—150°С разлагаются. При нагревании вспучиваются, обугливаются с выделением хлористого водорода НС1. Пыли поливинилхлорида с воздухом взрывоопасны (НКПВ-100 г/м³). Температура самовоспламенения аэровзвеси 500 °С. Максимальное давление при взрыве пылевоздушных смесей равно 0,28 МПа. Пластические массы на основе поливинилхлорида выпускают без пластификаторов (винипласт) и с пластификатором (пластикат). В качестве пластификатора чаще всего добавляют дибутилфталат и трикрезилфосфат. На основе поливинилхлоридных пластмасс изготовляют линолеум, искусственную кожу, клеенку, трубы, травильные ванны, баки аккумуляторов и др.

Свойства пластических масс на основе синтетических
полимеров, полученных поликонденсацией. Фенолформальдегидные смолы получаются при взаимодействии фенолов с альдегидами в присутствии кислых и щелочных катализаторов. Приостановив процесс на промежуточной стадии, можно получить полимер, называемый резолом.
Это твердая, очень хрупкая, прозрачная аморфная масса янтарного цвета, которая легко растворяется в спирте, ацетоне, бензоле и при 60—90 °С переходит в жидкое состояние. При дальнейшем нагревании резола образуются неплавкие и нерастворимые продукты — резиты.

Пластические массы па основе резольных смол устойчивы к действию химических реактивов, воды, являются хорошими диэлектриками. Если в состав пластмассы на основе резольных смол входит несгораемый наполнитель (стеклянное волокно, стеклянная ткань, асбест), то такие пластические массы являются трудносгораемыми и горят только в присутствии постороннего источника зажигания. Пыль пластмасс, взвешенная в воздухе, взрывоопасна. Нижний концентрационный предел воспламенения 22,7 г/м³. Температура самовоспламенения аэровзвеси 500°С. Осевшая пыль пожароопасна. При теполовой обработке пластических масс, например при вальцевании и сушке прессматериалов, выделяются пары фенола, анилина, формальдегида, которые при попадании в организм в значительных количествах могут вызвать отравление.

Пластические массы на основе фенолформальдегидных полимеров применяют в строительстве для производства древесноволокнистых, древесностружечных плит, древеснослоистых пластиков, бумажнослоистых пластиков и др. Например, текстолит получают прессованием тканей органического происхождения, предварительно пропитанных резольной фенолформальдегидной смолой. Для производства текстолита применяют хлопчатобумажные ткани — бязь, шифон, нанку и др., а также ткани на основе синтетических волокон. Свойства текстолита зависят от вида и толщины ткани, характера переплетения в ней нитей, от соотношения наполнителя и связующего. Содержание связующего обычно составляет 40—50 %.

Пластические массы на основе меламино-формалъдегидных полимеров — продукта поликонденсации меламина с формальдегидом — представляют собой твердые прозрачные или желтые материалы с хорошей теплостойкостью и водостойкостью. Для растворения в органических растворителях и совмещения с различными наполнителями их модифицируют, т. е. изменяют свойства, вводя различные добавки. Пластические массы на основе меламино-формальдсгидных смол относятся к трудновоспламеняемым, т. е. они способны гореть при длительном воздействии пламени. На основе меламино-формальдегидных полимеров с добавкой наполнителей (древесного шпона, целлюлозы, ткани, бумаги, стеклядного волокна) прессованием под давлением па прессах получают облицовочные плиты, стеклопластики и другие пластические массы.

При горении пластических масс на основе поликонденсационных полимеров выделяется большое количество токсичных продуктов разложения (оксид углерода, оксиды азота). Тушить их следует водой, воздушно-механической и химической пенами, применяя изолирующие
противогазы.