Блоксополимер и гомополимер: особенности и отличия

Композитные материалы с металлической матрицей

При создании композитных материалов с металлической матрицей (МКМ) применяют алюминий, магний, никель, медь и другие металлы. Наполнителем служат высокопрочные волокна и тугоплавкие частицы разной дисперсности, не растворяющиеся в основном металле.

Свойства дисперсно-упрочненных металлических композитов изотропны, то есть одинаковы во всех направлениях. Добавление 5–10% армирующих наполнителей — тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов — приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам, увеличению жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы с металлической матрицей получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.

Этапы получения композиционных материалов с металлической матрицей следующие:

• Очистка поверхности волокон и матрицы.
• Объединение волокон матрицы.
• Получение МКМ методами пластической деформации, порошковой металлургии, литья или комбинированными методами.

Металлы, армированные волокнами

Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до +450- 500 °С вместо +250-300 °С.

Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создает значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование.

Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешиванием металла с порошком и последующим спеканием и так далее. Металлы, армированные волокнами, применяются в ракетной и авиационной технике и других отраслях.

Твёрдые сплавы

Твердые сплавы — это гетерогенные материалы, в которых частицы высокотвердых тугоплавких соединений5 сцементированы пластичным металлом-связкой — кобальтом, никелем, железом и их сплавами. Твердые сплавы обладают высокой твердостью и износостойкостью и сохраняют эти свойства при температуре 900 — 1500 °С.

В промышленности используются очень твердые материалы на основе кубического нитрида бора – боразон, эльбор. На его основе изготовлен гексанитовый сплав. Твердость этого сплава превышает твердость алмаза, а температура, которую он выдерживает, достигает +1930 °C. При работе резцом из гексанита производительность труда увеличивается в десять раз.

Рисунок 18 — Композит с металлической матрицей

Блоксополимер — стирол

Блоксополимеры стирола и метилметакрилата получены также сополимеризацией метилметакрилата с полистиролом, на концах макромолекул которого находятся атомы брома. Полистирол подобного строения образуется при полимеризации стирола в присутствии такого переносчика цепи, как бромтрихлорметан. После тщательного отделения полимера от исходных компонентов его растворяют в метилметакрилате.
 

Для получения блоксополимеров стирола и изопрена в качестве инициатора использовались органические соединения цезия.
 

Зависимость динамического модуля. ( / — 3 и модуля потерь Е ( / — 3 от температуры для двух образцов ВПС и смеси аналогичного состава ( 741.| Экспериментальная ( / и теоретическая ( 2 зависимости разрушающего напряжения при растяжении а для ВПС полиуретан — полиакрилат от содержания последнего СПА.

ВПС сравнимы с блоксополимером стирола с бутадиеном, однако значительно превосходят их статистические сополимеры. Способность полибутадиена в BHQ кристаллизоваться при растяжении обеспечивает этой сетчатой структуре более высокую прочность, чем у ВПСа.
 

Интересен новый метод получения блоксополимеров стирола с акрилонитрилом, заключающийся во взаимодействии живого полистирола с акрилонитрилом.
 

Шварк, Леви и Милкович получили блоксополимеры стирола и других мономеров, проводя реакцию в две и большее число стадий. Сначала полимеризуют стирол в тетрагидрофуране в присутствии натрийнаф-талинового комплекса, а затем, после его исчерпания, добавляют второй мономер, вводят второй блок в макромолекулу.
 

Диаграммы напряжение — деформация смесей ПЭ и ПС при введении в них привитых сополимеров стирола и этилена. содержание ПЭ в смеси.| Механические свойства смесей ПЭ-ПВХ.

Изучение влияния сополимеров на ударную прочность смесей показало, что только блоксополимеры стирола с этиленом существенно улучшают этот показатель. Ни привитые, ни статистические сополимеры не улучшают существенно ударную вязкость смесей.
 

Хиксом, Мелвиллем и другими разработан новый метод синтеза блоксополимеров стирола и метилметакрилата при фотополимеризации в присутствии фотосенсибилизатора в проточной системе. Проведены также кинетические исследования.
 

Разделение полибута-диенов с помощью одномерной ( а, б и двумерной ( в ТСХ в тетрахлорме-тане ( I и амилхлориде ( II.

На основе исследований гидродинамики блоксополимеров в растворителях разного термодинамического качества установлено , что адсорбционная ТСХ весьма чувствительна к изменениям конформации двух — и трехблочного блоксополимера стирола и метилметакрилата. Так, в плохом для ПС и хорошем для ПММА растворителе ( например, в системе нитроэтан — ацетон) происходит коллапсирование ПС-блока с образованием плотного спиралеобразного ПС-домена, окруженного оболочкой ПММА. Такое внутримолекулярное фазовое разделение приводит к тому, что по мере увеличения молекулярной массы адсорбционные свойства блоксополимера приближаются к свойствам чистого ПММА. ПММА и блоксополимер с небольшим содержанием стирола существенно различаются по адсорбционным характеристикам в растворителе, одинаково хорошем для ПС и ПММА, например в системе бензол — метилэтилкетон. Можно предположить, что адсорбционные свойства ПММА и блоксополимера с малым содержанием стирола ( в особенности для блоксополимера с высокой М) наиболее сильно будут различаться в растворителе, который, будучи слабым вытеснителем, является термодинамически хорошим для ПС и плохим для ПММА.
 

Зависимость RJ полиметилметакрилата ( а и полистирола ( б разной молекулярной массы от содержания метанола ( в % в системе хлороформ — метанол при ТСХ на силикагеле.

При исследовании блоксополимеров важную роль играет определение примеси сопутствующих гомополимеров. Для подобного анализа блоксополимера стирола и этиленоксида была использована двумерная экстракционная ТСХ в системах цикло-гексан — бензол — ацетон ( 12: 4: 2) и пиридин — вода ( 3: 7), в которых удалось отделить от блоксополимера ПС и ПЭО.
 

Количественное определение состава трехконпонентных блоксополимеров стирола, метилнетакрилата и изопрена. Описаны пиролизер, методика анализа и обработка результатов.
 

Зависимость температуры плавления полиуретанового блок-бацината до определенного момента сополимера олигоэтиленадипи.

Керамические композитные материалы

Керамические композиционные материалы (ККМ) — это материалы, в которых матрица изготовлена из керамики, а арматура — из металлических или неметаллических наполнителей.

Армирование керамических материалов волокнами и дисперсными металлическими и керамическими частицами приводит к получению высокопрочных композитов.

Диапазон волокон, пригодных для армирования, ограничен свойствами исходного материала. Часто используются металлические волокна. Прочность на разрыв увеличивается не сильно, однако повышается термостойкость — материал меньше ломается при нагревании, но бывают случаи, когда прочность материала снижается. Это зависит от соотношения коэффициентов теплового расширения матрицы и армирующего компонента.

ККМ с металлическими волокнами изготавливаются методом горячего прессования. Используются вольфрамовые, молибденовые, ниобиевые и стальные волокна. Во время армирования образуется пластическая сетка, которая может создать целостность керамики после растрескивания и снизить риск преждевременного разрушения. Однако данный вид материалов имеет слабую стойкость к высокотемпературному окислению.

Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к появлению новых материалов, керметов с большей стойкостью к термоударам и теплопроводностью. Их получают обработкой смеси керамических порошков методами порошковой металлургии.

Порошки на основе никеля, железа, кобальта и хрома используются в качестве металлической связки в керметах. Для работы при температуре + 450-630 °C используются сплавы на основе оксида алюминия, при температурах не выше +1000 °C используются керметы на основе карбидов титана, а при более высоких температурах — на основе карбидов бора и кремния. Керметы на основе боридов переходных металлов обладают высокой термостойкостью и используются при изготовлении деталей ракетных двигателей.

Керамические композиты с углеродными волокнами перспективны для применения при высоких температурах.

Материалы «керамика — керамика» имеют большие перспективы из-за небольшой разницы в модулях упругости матрицы и наполнителя, коэффициентах расширения и способности работать до +2000 °C. Помимо металлокерамических твердых сплавов используются минералокерамические материалы. Они состоят из зерен оксидов металлов или синтетических минералов, соединенных синтетическим стеклом. Наиболее часто используемым является микролит. Для его производства используется корунд (кристаллический оксид алюминия) с добавлением оксида магния.

Микролиты обладают высокой химической стойкостью, твердостью, красностойкостью, однако очень хрупкие. Хрупкость и низкая прочность ограничивают область их применения. Их эффективно используют для обработки изделий из цветных металлов с малой глубиной резания, для чистовой обработки заготовок из стали и чугуна.

Магнитные, пористые и контактные материалы, полученные методами порошковой металлургии, широко используются в промышленности. Из жаропрочного кермета изготавливаются детали газовых турбин, арматура для электропечей, детали ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используются для изготовления режущих инструментов и деталей.

Кроме того, керметы используются в специальных областях техники — это тепловыделяющие элементы ядерных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и так далее.

Перспективно использование стеклокерамических и углеродокерамических композиционных материалов для конструкционных и теплозащитных целей («Стекларм», «Геларм», «Карбокс» и другие).

Области применения композитных материалов многочисленны. Помимо авиакосмической, ракетной и других специальных отраслей, они востребованы в строительстве энергетических турбин, автомобильной, горнодобывающей, металлургической промышленности, строительстве и т. д. Спектр применения этих материалов постоянно расширяется.

Технологический процесс изготовления керамических композитов

Керамические композиты получают горячим прессованием, таблетированием с последующим спеканием под давлением или шликерным литьем волокна заливаются суспензией из матричного материала, которая также спекается после сушки. Керамические материалы имеют высокую температуру плавления, как правило, высокую стойкость к окислению.

Рисунок 19 — Керамические композиты

Блоксополимеры в производстве упаковки и пищевой промышленности

Блоксополимеры – это класс полимерных материалов, состоящих из двух или более различных полимерных блоков, соединенных между собой. Эти материалы обладают уникальными свойствами, которые делают их востребованными в различных отраслях промышленности, включая производство упаковки и пищевую промышленность.

Преимущества блоксополимеров в производстве упаковки

• Высокая прочность: блоксополимеры обладают отличной механической прочностью, что позволяет использовать их для производства упаковочных материалов, способных выдерживать различные механические нагрузки, такие как удары и сжатие.
• Устойчивость к воздействию влаги и химических веществ: блоксополимеры не впитывают влагу и хорошо сохраняют свои свойства при контакте с различными химическими веществами, что делает их идеальными для производства упаковки пищевых продуктов, а также химических и фармацевтических препаратов.
• Барьерные свойства: блоксополимеры могут обладать отличными барьерными свойствами, которые позволяют им сохранять качество и свежесть упакованных продуктов, защищая их от воздействия кислорода, влаги, света и других факторов.
• Возможность создания многослойных структур: блоксополимеры можно комбинировать с другими материалами, такими как металлы или другие полимеры, для создания многослойных упаковочных материалов с различными свойствами, например, с повышенной прочностью или барьерными свойствами.

Применение блоксополимеров в пищевой промышленности

Блоксополимеры широко используются в производстве упаковки пищевых продуктов. Они обеспечивают сохранность и безопасность пищевых продуктов, а также улучшают их внешний вид и представление на прилавках магазинов. Некоторые из применений блоксополимеров в пищевой промышленности включают:

• Упаковка пищевых продуктов: блоксополимеры используются для производства пленки, пакетов, контейнеров и других упаковочных материалов, которые сохраняют свежесть и качество пищевых продуктов.
• Мультислойные упаковки: блоксополимеры могут быть использованы в комбинации с другими материалами для создания многослойных упаковочных материалов с различными свойствами, такими как барьерные свойства, защита от света и влаги.
• Этикетки и наклейки: блоксополимеры могут быть использованы для создания прочных и устойчивых к влаге этикеток и наклеек, которые сохраняют свойства даже при длительном контакте с жидкостями.

Блоксополимеры играют важную роль в производстве упаковки и пищевой промышленности, обеспечивая безопасность, сохранность и привлекательность пищевых продуктов. Их уникальные свойства делают их незаменимыми материалами для создания современной упаковки и обеспечения качества продуктов на протяжении их всего срока годности.

Что такое блоксополимер

Блоксополимер – это особый вид полимера, состоящий из минимум двух отличных друг от друга полимерных блоков, которые связаны между собой. Эти блоки могут быть различной химической природы и могут обладать разными физическими и химическими свойствами.

Главное отличие блоксополимеров от других типов полимеров заключается в их структуре. Обычные полимеры состоят из однородной последовательности повторяющихся единиц, в то время как блоксополимеры имеют неоднородную структуру, состоящую из различных блоков. Это делает их особенно интересными и полезными во многих областях, таких как материаловедение, химия, фармацевтика и биология.

Основные свойства блоксополимеров

Блоксополимеры обладают несколькими уникальными свойствами, которые делают их привлекательными для различных приложений:

1. Фазовая сегрегация: Блоки в блоксополимере имеют разные химические структуры и физические свойства, что позволяет им разделяться на микроскопические домены. Это приводит к образованию упорядоченных структур, таких как сферические или цилиндрические микрофазы.
2. Термодинамическая стабильность: Блоки в блоксополимере стремятся к минимизации свободной энергии системы, поэтому блоки образуют устойчивые фазы, которые могут сохраняться даже при изменении условий окружающей среды.
3. Механические свойства: Блоксополимеры обладают уникальными механическими свойствами, такими как эластичность, пластичность и устойчивость к разрыву. Это делает блоксополимеры ценными материалами для создания гибких и прочных изделий.
4. Химическая функционализация: Блоксополимеры могут быть химически модифицированы для придания им дополнительных свойств. Например, один из блоков может быть функционализирован для образования активных центров, которые могут использоваться для катализа химических реакций.

Применение блоксополимеров

Блоксополимеры имеют широкое применение в различных областях, включая:

• Материаловедение: Блоксополимеры используются для создания новых материалов с контролируемыми свойствами, такими как прочность, гибкость и эластичность. Эти материалы могут использоваться в производстве упаковки, электроники, медицинских приспособлений и других изделий.
• Фармацевтика: Блоксополимеры могут быть использованы для создания носителей лекарственных веществ, которые обеспечивают контролируемое и долговременное высвобождение препаратов в организме. Это позволяет улучшить эффективность лекарств и уменьшить их побочные эффекты.
• Нанотехнологии: Блоксополимеры могут использоваться для создания наноструктурных материалов и наночастиц, которые имеют уникальные свойства и широкий спектр приложений в электронике, оптике, каталитической химии и других областях.
• Биотехнологии: Блоксополимеры могут быть использованы для разработки носителей для доставки генетической информации или лекарственных веществ в клетки организма. Это открывает новые возможности в области лечения генетических заболеваний и разработки новых методов биологического исследования.

В целом, блоксополимеры представляют собой важный класс полимерных материалов, который обладает уникальными свойствами и имеет широкий спектр применения в различных областях науки и технологии.

Блоксополимеризация

Блоксополимеризация значительно расширяет возможности комбинирования свойств различных гомополимеров в одном продукте.
 

Блоксополимеризация является своеобразным методом модификации гомополимеров. Блоксополимеры устойчивые, нерасслаивающиеся системы, хотя по свойствам и напоминают смесь гомополимеров; этим они отличаются от обычных статистических сополимеров, где нет ярких проявлений свойств, характерных для отдельных гомополимеров.
 

Блоксополимеризацию часто применяют для соединения макромолекул с целью получения полимера высокого молекулярного веса из полимеров значительно более низкого молекулярного веса, поскольку прямым синтезом не удается достигнуть требуемой высокой степени полимеризации. Привитые сополимеры получают, присоединяя к макромолекуле одного полимера длинные боковые ответвления макромолекул другого полимера так, чтобы они были расположены на значительном расстоянии друг от друга.
 

Блоксополимеризацией макрорадикалов можно получать и такие сополимеры, которые не синтезируются из смеси мономеров. Этим методом удается также сочетать блоки аморфных полимеров с блоками полимеров, обладающих высокой степенью кристалличности, достигая таким приемом стабильной самопластикации полимера. Методом соединения макрорадикалоз получены блоксополимеры полистирола и натурального каучука, полистирола и полибутадиена, полистирола и полиакрилонитри-ла, полистирола и полиметилметакрилата. При взаимном соединении макрорадикалов образуется и некоторое количество гомополимеров, которые отделяют от блоксополимеров селективным растворением.
 

При блоксополимеризации получаются сополимеры, которые нельзя получить путем обычной сополимеризации различных мономеров и которые по свойствам отличаются от простых сополимеров.
 

При блоксополимеризации получаются сополимеры, которые нельзя получить путем обычной сополимеризации.
 

Разновидностью блоксополимеризации является привитая полимеризация, но в этом случае к уже готовой макромолекуле полимера где-либо в средней части ее наращивается вторая цепь другого полимера. В этом случае макромолекула должна иметь участки, где возможна прививка новой цепи.
 

Метод блоксополимеризации открывает широкие возможности для получения продуктов с заданными структурой и свойствами.
 

Метод блоксополимеризации дает возможность получить новые сополимеры из линейных полимеров при взаимодействии их между собой или из смеси линейного полимера и мономера.
 

Методами блоксополимеризации в последние годы получены новые поверхностно-активные вещества, обладающие эмульгирующим и смачивающим действием.
 

Сущность блоксополимеризации заключается в том, что относительно короткие полимерные блоки ( состоящие из некоторого числа элементарных звеньев т, п и др.) имеют активные концевые группы, посредством которых блоки связываются в длинные цепи макромолекул. В этих цепях наблюдается правильная повторяемость однородных блоков.
 

Макромо-лекулярпыми инициаторами блоксополимеризации могут быть полимерные радикалы, образующиеся при механич.
 

При проведении блоксополимеризации в промышленном масштабе это обстоятельство может вызвать значительные затруднения, так как в ходе образования различных блоков надо отводить различное количество тепла.
 

Схема параллельной блоксополимеризации ( бельгийский патент 591623 и Hoechst.

Другой модификацией блоксополимеризации является одновременное получение различных полимеров в двух реакторах ( рис. V.12) Образующиеся в реакторах и сохраняющие активность продукты вводят затем в третий сосуд, куда подают новый олефин или смесь олефинов.
 

Гомополимеры. Сополимеры. Стереоизомеры

Полимеры, построенные одинаковых мономеров называют гомополимерами (homopolymer), из разных — сополимерами (copolymer).

Для некоторых типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия — тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:

     — изотактический (isotactic) — боковые группы расположены по одну сторону полимерной цепи;
     — синдиотактический (syndiotactic) — боковые группы последовательно чередуются по одну и другую сторону полимерной цепи;
     — атактическиий (atactic) — беспорядочное расположение боковых групп по одну и другую сторону полимерной цепи.

Развитие технологи синтеза полимеров с использованием металлоценовых катализаторов, позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров.

В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом в отличие от обычного аморфного атактического полистирола.

По структуре сополимеры делят на несколько типов:

     — блок-сополимер (block-copolymer) — регулярное чередование последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи;
     — статистический сополимер (random copolymer) — нерегулярное чередование последовательностей звеньев;
     — привитой сополимер (graft copolymer) — имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи;
     — чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) —  регулярное чередование звеньев в основной цепи.

В последнее время большое развитие получили интерполимеры — сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).

Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др. 

Применение в медицине

Блоксополимеры нашли широкое применение в различных областях медицины благодаря своим уникальным свойствам. Вот некоторые из них:

1. Создание материалов для имплантатов

Блоксополимеры могут быть использованы для создания материалов, которые применяются в качестве имплантатов. Эти материалы обладают высокой биосовместимостью, что позволяет им взаимодействовать с тканями и органами без негативных последствий. Благодаря этому, блоксополимеры могут быть использованы в качестве материалов для создания различных имплантатов, таких как искусственные суставы, стенты, оболочки для трансплантантов и т.д.

2. Производство лекарственных препаратов

Блоксополимеры также нашли свое применение в производстве лекарственных препаратов. Они могут использоваться в качестве носителей для доставки лекарственных веществ к определенным местам в организме. Блоксополимеры могут быть специально спроектированы таким образом, чтобы контролировать скорость и способность доставки лекарственных веществ, что позволяет улучшить эффективность лечения и снизить побочные эффекты.

3. Создание биосенсоров

Блоксополимеры также могут быть использованы для создания биосенсоров — устройств, которые помогают обнаруживать и измерять определенные биологические молекулы или процессы. Блоксополимеры могут быть специально спроектированы таким образом, чтобы реагировать на определенные биомаркеры или изменения в биологической среде, и передавать информацию о них. Это позволяет использовать биосенсоры для диагностики различных заболеваний, контроля состояния пациента и мониторинга лечения.

4. Применение в косметологии

Блоксополимеры также находят применение в косметологии. Они могут использоваться в качестве основы для создания косметических средств, таких как кремы, лосьоны, маски и т.д. Благодаря своей способности контролировать эффективность доставки активных ингредиентов и улучшить их стабильность, блоксополимеры позволяют создавать более эффективные и длительно действующие косметические продукты.

5. Применение в хирургии

Блоксополимеры могут быть использованы в хирургии для создания различных медицинских инструментов и устройств. Они могут быть использованы для создания материалов, которые обладают нужными химическими, физическими и механическими свойствами для применения в хирургических операциях. Например, блоксополимеры могут использоваться для создания материалов для швов, кожных пластик и других хирургических процедур.