Общие сведения о полимерах и материалах на их основе. использование полимеров на объектах хозяйствования, их пожарная опасность

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Полимером называют химическое вещество, имеющее большую молекулярную массу и состоящее из большого числа периодически повторяющихся фрагментов, связанных химическими связями. Указанные фрагменты называются элементарными звеньями.

Таким образом, признаки полимеров следующие: 1. очень большая молекулярная масса (десятки и сотни тысяч). 2. цепное строение молекул (чаще простые связи).

Следует отметить, что полимеры уже сегодня успешно конкурируют со всеми другими материалами, используемыми человечеством с древности.

Применение полимеров:

- полимеры биологического и медицинского назначения

- ионно - и электронно-обменные материалы

- тепло- и термостойкие пластики

- изоляторы

- строительные и конструкционные материалы

- ПАВы и материалы, стойкие к агрессивной среде.

Быстрое расширение производства полимеров привело к тому, что их пожароопасность (а все они горят лучше, чем дерево) стала национальным бедствием для многих стран. При их горении и разложении образуются различные вещества, в основном токсичные для человека. Знать опасные свойства образующихся веществ необходимо для успешной борьбы с ними.

Классификация полимеров

Классификация полимеров по составу основной цепи макромолекул (наиболее распространенная):

I. Карбоцепные ВМС - основные полимерные цепи построены только из углеродных атомов.

II. Гетероцепные ВМС - основные полимерные цепи, помимо атомов углерода, содержат гетероатомы (кислород, азот, фосфор, серу и т.д.).

III. Элементоорганические полимерные соединения - основные цепи макромолекул содержат элементы, не входящие в состав природных органических соединений (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn и др.).

Каждый класс подразделяется на отдельные группы в зависимости от строения цепи, наличия связей, количества и природы заместителей, боковых цепей. Гетероцепные соединения классифицируются, кроме того, с учетом природы и количества гетероатомов, а элементоорганические полимеры - в зависимости от сочетания углеводородных звеньев с атомами кремния, титана, алюминия и т.д.

Классификация по поведению при нагревании

- термопластичные - полимеры линейной или разветвлённой структуры, свойства которых обратимы при многократном нагревании и охлаждении;

- термореактивные - некоторые линейные и разветвлённые полимеры, макромолекулы которых при нагревании в результате происходящих между ними химических взаимодействий соединяются друг с другом; при этом образуются пространственные сетчатые структуры за счёт прочных химических связей. После прогрева, термореактивные полимеры обычно становятся неплавкими и нерастворимыми - происходит процесс их необратимого отверждения.

Классификация по горючести.

Эта классификация весьма приближенная, так как воспламенение и горение материалов зависят не только от природы материала, но и от температуры источника зажигания, условий воспламенения, формы изделия или конструкций и т.д.

Согласно этой классификации полимерные материалы делят на горючие, трудногорючие и негорючие. Из сгораемых материалов выделяют трудновоспламеняемые, а из них и трудносгораемые - самозатухающие.

Примеры сгораемых полимеров: полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилацетат, эпоксидные смолы, целлюлоза и т.д.

Примеры трудносгораемых полимеров: ПВХ, тефлон, фенолформальдегидные смолы, мочевиноформальдегидные смолы.

Классификация по способу получения (происхождения)

- природные (белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы) (животного и растительного происхождения);

- синтетические (полиэтилен, полипропилен и т. д.);

- искусственные (химическая модификация природных полимеров - эфиры целлюлозы).

Органические и неорганические полимеры.

Неорганические: кварц, силикаты, алмаз, графит, корунд, карбин, карбид бора и т.д.

Органические: каучуки, целлюлоза, крахмал, органическое стекло и т.д.

Физико-химические свойства полимеров.

1. Степень полимеризации - величина средняя (смесь молекул).

2. Труднорастворимы (растворимость падает с увеличением молекулярной массы).

3. Нелетучесть.

4. Нет точной Тпл. (усредненная).

5. Полимеры, содержащие в своём составе галогены, устойчивы к кислотам и щелочам (тефлон, ПВХ).

Полимеры, содержащие CN-группы, устойчивы к действию света, масла, бензинов (нитрон).

Основные реакции термического разложения и горения полимеров

Виды деструкции:

химическая (+Н2О, + кислоты, + щёлочи и т.д.);

механическая (необратимая деформация под действием нагрузки);

окислительная (О2 + нагрев);

термическая;

фотохимическая (h);

радиационные (n, , , - излучения);

биологическая (нитраты целлюлозы, ряд каучуков разлагаются под действием микроорганизмов).

При разложении полимеров образуется твердый (коксовый остаток), жидкие и газообразные вещества. Жидкие и газообразные вещества называются, "летучими". Выделение "летучих" веществ - признак разложения полимеров.

Температура, при которой начинают выделяться "летучие" вещества - температура начала разложения.

Конечными продуктами разложения сложного вещества (полимеров) является простые вещества (C2H2 - C, H2 , капрон - C, H2, O2, N2). Распад на простые вещества возможен при Т - 3000С.

На пожаре Т 1500С и состав выделяющихся веществ сложный - (H2, CO, C2H4, C2H6, СН4, СО2, НСN, NН3 и т.д.).

Молекулы с более высокой молекулярной массой составляют сложные вещества. Таким образом, при воздействии сравнительно низких температур (до 500-600С) на полимер, летучие вещества в своём составе будут содержать больше смолистых и меньше газообразных веществ. С повышением температуры образование газообразных веществ увеличивается.

В зависимости от того, разложение полимеров идёт в присутствии или отсутствии О2 воздуха, различают термическое и термоокислительное разложение.

Под термическим разложением понимают распад полимерного материала под действием температуры в отсутствии окислителя (относительное движение составляющих приводит к разрушению связей). Термическая деструкция обычно идёт по радикальному механизму. При этом происходит деполимеризация, т.е. отщепление мономеров.

Термоокислительная деструкция - процесс разрушения макромолекул под действием высоких температур в присутствии кислорода. Этот процесс может идти при более низких температурах, чем термическая деструкция.

Первичные продукты - перекиси, при распаде которых образуются свободные радикалы.

Особенности горения полимеров.

1. Для сгорания единицы веса полимера требуются большие объёмы воздуха (в 1.5 - 2 раза больше, чем для древесины - 4.5 м3/кг);

2. Образуются большие объемы продуктов горения;

3. Значительный недожог - образуется дым;

4. Содержится много токсичных продуктов недожога (CO, NO2, HCl, HCN, C и т.д.);

5. Плавление и растекание - распространение пожара;

6. Высокая температура горения - 1100 - 1300 оC;

7. Высокая излучательная способность у пламени.

Состав продуктов разложения и горения полимеров.

Древесина состоит из целлюлозы (52 - 59 %), лигнина (21 - 28 %), гемицеллюлозы, смолы, терпены и т.д.

Лигнин обуславливает одеревенение растительных тканей, заполняет пространство древесными клетками, где накапливается до 70 %. Аморфная масса желто-коричневого цвета. Нерастворим в крепкой H2SO4. Молекулярный вес 10 тысяч и выше.

Гемицеллюлоза - ряд сложных полисахаридов, служащих материалов для стенок клеток и запасными веществами для получения сахара. Неоднородна. Нерастворима в воде, не обладает восстановительными свойствами.

Целлюлоза - углевод, из которого строится состав растений (клетчатка). При полном гидролизе она целиком распадается на глюкозу. Её очень много в хлопке, льне. Минеральные кислоты ее осахаривают.

До 110С удаляется влага, 150-200С - продукты разложения состоят в основном из СО2 и Н2О. При температуре свыше 200С образуются газообразные горючие вещества: СО, углеводороды, Н2 и т.д.

В лабораторных условиях в первую очередь разлагается гемицеллюлоза - 220-250С, затем целлюлоза - 280-350С, затем лигнин - 280-500С. полимер химический молекулярный термоокислительный

Максимальный выход летучих веществ наблюдается при 270-450С (до 80 %).

При 400-500С - в остатке почти нет летучих веществ - тление. В состав смолистых веществ входят вода, фенолы, этиленгликоль, углеводороды, спирты, кислоты, воск, и т.д.

ПВХ материалы.

Распад начинается уже при температуре 160-180С. Образуется HCI (до 95 % хлора переходит в него).

Хлоропреновый каучук и резина.

Повышенная термическая устойчивость (такое строение, наличие галогена). Выделение НСI начинается при 200-250С и заканчивается при 400С.

Тефлон.

Устойчив термически до 400С. Способен к горению только в среде, обогащенной кислородом. В условиях пожара разлагается до мономера С2F4.

Капрон, нитрон, шерсть.

Продукты горения: СО, СО2, Н2О, СnН2n+2, HCN, NO, NO2, NH3 и другие (для шерсти - SO2, H2S, S - в виде жёлтого дыма). Комбинированное действие.

Размещено на Allbest.ru