Синтетичні високомолекулярні сполуки

Синтетичні високомолекулярні речовини

Все більше використовують синтетичні високомолекулярні речовини (полімери). Поряд із добре відомими їхніми властивостями: низька густина, стійкість проти агресивного середовища, добрі діелектричні і теплофізичні показники, стійкість проти стирання. Деякі з них мають велику міцність на розрив -- до 2000 кг/мм2 і термостійкість до 1000°С. Головною проблемою полімерів є їх недовговічність. Неможливо нині уявити собі економіку і повсякденне життя без синтетичних каучуків, без хімічних волокон, з яких виготовляють одяг, вироби технічного призначення. Все більше використовуються пластмаси. Це лінолеум для підлоги й плівкові матеріали для стін, санітарно-технічні вироби і тепло- та звукоізоляційні матеріали. А синтетичні смоли й відходи деревообробки впроваджуються у виробництво деревинно-стружкових і деревинно-волокнистих плит. Дуже поширеним матеріалом є папір -- продукт переробки целюлози. Але такий папір малостійкий проти вологи, сонячного світла, коливань температури. Він швидко висихає, починає ламатись. Хіміки в папір вводять синтетичні волокна (лавсан, нітрон, поліпропілен, вінол). Папір з акрилових волокон не боїться розведених соляної, азотної і сірчаної кислот. Його можна використовувати як електроізолятор в агресивних середовищах до температури 130 °С. Папір на основі фторопласту не чутливий до дії кислот і лугів. Дуже міцний і хімічно стійкий папір із нейлонових і поліефірних волокон, з нього виготовляють фільтри для агресивних рідин. Целюлозний папір, що містить 20--30 % графітового волокна, проводить електричний струм і в той же час має великий опір. Папір із чистого вуглецю відзначається високою хімічною стійкістю і малою теплопровідністю. Він є основою шаруватих пластиків для виготовлення апаратів, що працюють під високим тиском і при високих температурах, і як упаковка при транспортуванні радіоактивних ізотопів.

Кераміка

Це дуже різноманітна група матеріалів, які добувають спіканням порошків природного і штучного походження. Хоча пружність кераміки обмежена, коефіцієнт її термічного розширення змінюється в широких інтервалах. Серед керамічних матеріалів є ізолятори і надпровідники. Порівняно з металами й полімерами керамічні матеріали стійкіші проти зносу, корозії і радіації. Кераміка доступна й має невичерпні джерела сировини. До керамічних матеріалів відносять карбіди і нітриди силіцію, оксиди алюмінію та магнію. З них виготовляють форми для литва, сопла ракет, турбін, футерують печі тощо. Важливим технічним завданням є створення керамічних газотурбінних, дизельних двигунів і двигунів внутрішнього згоряння різного призначення. Новими й перспективними матеріалами стають композити. Це неоднорідні системи, що мають матрицю і наповнювач, які перебувають у фізико-хімічній взаємодії. Композиційні матеріали міцні і жаростійкі. Так, композит із 80 % сплаву залізо-нікель-кобальт-хром і 20 % нітрату силіцію використовують у теплообмінних апаратах, газових турбінах, ракетних двигунах, бо він жаростійкий (до 1100 °С).

Напівпровідники

Виготовляють з речовин високої чистоти. Величезні споруди, деталі космічних і підводних кораблів, найточніші оптичні прилади неможливо створити без скла. Звичайне, або віконне, скло має чимало вад: легко б'ється, тріскається від незначного перепаду температур. Це не може задовольнити потреби науки, техніки і побуту. Сучасна хімічна технологія створила цілу низку матеріалів зі скла з найрізноманітнішими сферами використання: Введення мінімальних кількостей сполук Феруму (ІІІ), Плюмбуму, Титану і Хрому дало змогу добути скло, яке добре пропускає ультрафіолетові промені. Тому його використовують у будівництві соляріїв, зимових садів, плавальних басейнів. А скло з підвищеним вмістом сполук металів затримує ультрафіолетові промені. Так, сполуки Феруму(II) надають склу властивості затримувати теплові й інфрачервоні промені і тому в приміщеннях з таким склом завжди прохолодно. Скло, яке містить підвищену кількість важких металів, непрозоре для радіації, тому годиться для виготовлення оглядових віконець у «гарячих зонах» атомних реакторів. При загартуванні скла вдалося добути дуже міцний матеріал. У нашій державі його називають сталініт. Він пружний, як стальна пружина, лист сталініту витримує удар чавунної кульки масою в 1 кг з метрової висоти, яка відскакує від його поверхні, як від кам'яної плити. Багатошарове скло, виготовлене з тонких 0,05 мм листів скла 50 і більше листів за допомогою спеціального клею, стійке проти ударів куль, мікрометеоритів, різних перепадів температур.

Особливої уваги заслуговують склокристалічні матеріали, добуті введенням у розплавлене скло каталізаторів, головним чином ТіО2, які викликають утворення центрів кристалізації. Такі частково закристалізовані стекла назвали ситалами. Деякі види ситалів добувають на основі металургійних або паливних шлаків. Це міцні, хімічно і термічно стійкі матеріали з малим тепловим розширенням, добрі діелектрики, деякі їхні кращі зразки міцніші високо вуглецевої сталі. Нині властивості таких матеріалів інтенсивно вивчаються, вони мають великі перспективи використання. Порівняно новими матеріалами є склопластики, які добувають із скломаси і смол. Цей моноліт в 3--4 рази міцніший за звичайну сталь, в 4 рази легший за неї, не піддається корозії. З нього виготовляють вагони, корпуси кораблів і навіть ракети.

Висновок

Для здійснення кожного хіміко-технологічного процесу потрібна апаратура, виготовлена з таких матеріалів, які здатні опиратися різним агресивним впливам, у тім числі хімічним, механічним, термічним, електричним, часом і радіаційним та біологічним. Хімія робить суттєвий внесок у створення різноманітних матеріалів: металічних і неметалічних. Серед металічних матеріалів найчастіше використовуються сплави на основі заліза -- чавун і сталь, на основі міді -- латунь і бронза, на основі алюмінію, магнію, нікелю, ніобію, титану,танталу, цирконію та інших металів. З металічних сплавів виготовляються теплообмінники, ємкості, мішалки, трубопроводи, контактні апарати, колони. Для поліпшення якості металічних матеріалів використовують порошкову металургію. Вона включає процеси виробництва металічних порошків і спікання з них виробів. Серед неметалічних матеріалів важливого значення набули полімери на основі фенол формальдегідних смол, поліетилену і фторопластів. До групи неметалічних матеріалів належать і такі традиційні матеріали, як кераміка, порцеляна, фаянс, скло, цемент, бетон, графіт, які знаходять дедалі нове і нове використання.

Останнім часом вимоги до матеріалів неухильно зростають. Це пояснюється тим, що значно ширше застосовуються тепер екстремальні впливи -- надвисокі й наднизькі тиски та температури, ударні й вибухові хвилі, іонізуючі випромінювання, ферменти. З огляду на це зростає також роль хімії у створенні нових матеріалів, здатних опиратися цим впливам. Особливе місце серед нових матеріалів посідають композити. Композиційні матеріали, що складаються з пластичної основи та наповнювача,називаються композитами. Серед композитів виділяють кермети (кераміко-металічні матеріали), норпласти і піни. В Україні започатковані принципово нові методи добування композитів, наприклад на основі боридів металів. Освоєно метод прямого синтезу силіцидів з металу й силіцію, а також безпосереднє відновлення оксидів металів силіцієм. Багатьма своїми властивостями композити значно перевищують традиційні матеріали, завдяки чому потреби суспільства в них і взагалі у нових матеріалах безперервно зростають.

Як бачимо, роль хімії у створенні різноманітних матеріалів, з яких розглянули лише деякі, дуже велика.