ДЛЯ ЧОГО- ЗШИВАЮТЬ - ПОЛІЕТИЛЕН PLASTCOM GROUP
ШУКАЄМО ДИЛЕРІВ У РЕГІОНАХ КАЗАХСТАНУ І КРАЇНАХ ЄАЕС!
ОПТОВІ ПОСТАВКИ, ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗНИЖКИ
Для чого "зшивають" поліетилен?
Поліетилен- дуже поширений у промисловості та побуті полімер, одержуваний методом полімеризації Етилену. Зі звичайним поліетиленом асоціюється безліч предметів побуту. Популярність поліетилену надали його дешевизна та видатні хімічні та фізичні властивості. Він не дорогий у виробництві, нетоксичний, фізіологічно інертний, легко обробляється, водонепроникний, має високу хімічну стійкість, практично не кородує, має прийнятну механічну і відмінну діелектричну міцність і т.д. Не дивно, що поліетилен займає перше місце у світі за обсягами виробництва серед усіх органічних речовин! Для додаткового поліпшення фізичних властивостей поліетилену та розширення сфери його застосування вчені вигадали технологію, яка називається "зшивкою".
"Зшивання" поліетилену називають фізичний процес, який модифікує внутрішню молекулярну структуру матеріалу без зміни хімічного складу речовини. Робиться це для того, щоб надати матеріалу нові, корисні фізичні властивості, що дозволяють суттєво розширити сфери його застосування.
Говорячи сухою науковою мовою,зшивка поліетилену- це процес зв'язки ланок його молекул в широку тривимірну сітку, шляхом утворення поперечних зв'язків. Звучить незрозуміло? Насправді все просто, розглянемо цей процес докладніше.
Мал. 1.Молекула етилену
Зі шкільного курсу хімії ми пам'ятаємо, що всі речовини складаються з атомів, які у свою чергу групуються в молекули. Від того, наскільки міцним буде зв'язок між атомами, безпосередньо залежать властивості речовини. Чи буде вонотвердим, рідким або газоподібним, чи воно активно вступатиме в хімічні реакції або буде стабільним (інертним, хіміко неактивним), чи воно горітиме і т.д. - все залежить від міцності та структури хімічних зв'язків між атомами речовини.
Для того, щоб зрозуміти фізико-хімічні процеси, що відбуваються при зшиванні поліетилену, необхідно нагадати, що таке полімери та як вони утворюються. Розглянемо просту органічну речовину: Етилен (C2H4). Етилен є безбарвним горючим газом зі слабким запахом. Його молекула складається з двох атомів вуглецю (C) та двох атомів водню (H). Вуглець у молекулі етилену здатний утворювати чотири міцні хімічні зв'язки, а водень лише одну (хімічні зв'язки між атомами прийнято позначати штрихами). Молекула Етилена самодостатня, вона не має вільних атомів, всі хімічні зв'язки знаходяться "при справі". У етилену найбільш міцним є зв'язок між атомами вуглецю, оскільки вона подвійна, а зв'язки вуглецю з воднем не дуже міцні. Подвійний зв'язок між атомами вуглецю теж має особливості: один із зв'язків менш міцний ніж інший. Запам'ятаємо цю особливість, вона нам трохи згодом знадобиться.
Щоб розірвати будь-який хімічний зв'язок між атомами, потрібно подолати силу міжатомного тяжіння. Зробити це можна за допомогою додаткової енергії, повідомленої (переданої) атомам, причому ця енергія має бути більшою, ніж енергія міжатомної взаємодії. І не важливо, яким шляхом (хімічним чи фізичним) здійснюватиметься дія. Головне – щоб воно було достатнім! Нагрів - найпростіший приклад повідомлення речовини додаткової енергії. Саме тому багато хімічних реакцій протікають тільки при високих температурах.
У випадку з етиленом одного нагріву виявляється недостатньо, алеіснує низка інших способів, що дозволяють частково розірвати подвійний зв'язок між атомами вуглецю, витягуючи молекулу етилену у дволанковий ланцюжок. Кожну ланку цього ланцюжка називають мономером, від грецького слова "монос" - один і "мерос" - частина. Чому ми говоримо про частковий розрив? Тому що фактично із двох зв'язків розривається лише один, менш міцний. А далі починає відбуватися цікаве: кожна з цих напіврозірваних молекул, володіючи двома вільними та готовими для з'єднання хімічними зв'язками, прагне їх задіяти. При цьому мономери починають з'єднуватися один з одним послідовно, утворюючи своєрідний нескінченний ланцюжок, перетворюючись по суті в одну макромолекулу, яку називають полімером (від грецького "Полі" - багато і "мерос" - частина). Подібним чином утворюються й інші полімери (поліпропілен, полівінілхлорид, політетрофторетилен і т.д.) ланцюжки яких можуть мати схожу або складнішу будову.
Мал. 2.Перетворення етилену на поліетилен
Нарешті ми дійшли і до самої зшивки. Зшивання поліетилену - ні що інше, як спосіб з'єднання окремих ланцюжків полімеру між собою. Якщо після полімеризації ми отримуємо окремі нитки речовини, то за допомогою зшивки ми з'єднуємо ці нитки в мережу. Зрозуміло, що будь-яка тканина набагато міцніша за окремі нитки, з яких вона складається, тому зшитий поліетилен стає більш міцним і тугоплавким і здатний витримати вищу температуру, ніж його звичайний, незшитий аналог.
Для здійснення процесу зшивки необхідно розірвати деякі другорядні міжатомні зв'язки у кожного ланцюжка і використовувати їх для з'єднання ланцюжків між собою. Зробити це можна різними способами, але всі вони поділяються на два види: фізичний та хімічний.Зауважимо, що при дії на поліетилен найлегше розриваються менш міцні хімічні зв'язки, якими є зв'язки між вуглецем та воднем. При цьому зв'язок вуглець-вуглець, як міцніший залишається цілим і сам полімерний ланцюжок при зшивці не пошкоджується.
Нарешті ми дійшли і до самої зшивки.Сшивка поліетилену- ні що інше, як спосіб з'єднання окремих ланцюжків полімеру між собою. Якщо після полімеризації ми отримуємо окремі нитки речовини, то за допомогою зшивки ми з'єднуємо ці нитки в мережу. Зрозуміло, що будь-яка тканина набагато міцніша за окремі нитки, з яких вона складається, тому зшитий поліетилен стає більш міцним і тугоплавким і здатний витримати вищу температуру, ніж його звичайний, незшитий аналог.
Для здійснення процесу зшивки необхідно розірвати деякі другорядні міжатомні зв'язки у кожного ланцюжка і використовувати їх для з'єднання ланцюжків між собою. Зробити це можна різними способами, але всі вони поділяються на два види: фізичний та хімічний. Зауважимо, що при дії на поліетилен найлегше розриваються менш міцні хімічні зв'язки, якими є зв'язки між вуглецем та воднем. При цьому зв'язок вуглець-вуглець, як міцніший залишається цілим і сам полімерний ланцюжок при зшивці не пошкоджується.
При опроміненні поліетилену потоком високоенергетичних заряджених частинок (рентгенівське або гама-випромінювання), що генеруються спеціальним акселератором (прискорювачем), деякі атоми водню відщеплюються від полімерних ланцюжків. Некомпенсовані вільні зв'язки атомів вуглецю відразу прагнуть знову вступити в реакцію, але вже не з воднем, а один з одним, "зшиваючись", утворюючи між собою додатковий міцний зв'язок. "Зайві" атоми водню так само взаємодіють між собою,виділяючись у вигляді молекулярного водню (H2).
В результаті з'являється міцна тривимірна мережа з полімерних ланцюжків етилену. Речовина переходить з аморфного стану в кристалічний, адже впорядковану сітчасту структуру зшитого поліетилену цілком можна порівняти з кристалічною решіткою багатьох твердих речовин. Ось чому цей процес називається поперечним зшиванням поліетилену, хоча іноді зустрічається й інші терміни: модифікований поліетилен, радіаційно-модифікований поліетилен, радіаційно-зшитий поліетилен і т.д.
Мал. 3.Зшитий поліетилен
Після зшивання, крім підвищення температури половіння, матеріал набуває ще однієї цінної властивості - "пам'ять" форми, оскільки з аморфного шматка пластаси він перетворюється на речовину з чіткою структурою всередині. Розтягуючи підігрітий модифікований поліетилен, ми порушуємо внутрішню рівновагу в його новостворених хімічних зв'язках, викликаючи пружну напругу в його структурі. Після охолодження поліетилен застигає, зберігаючи свою нову форму. Але тільки-но його знову нагріють, поліетилен прагне повернутися до початкового, рівноважного стану, в якому міжмолекулярні зв'язки почуваються найбільш комфортно. Тут буде доречна аналогія з дитячими гойдалками. Уявіть, що Ви сильно відхилили гойдалку і миттєво заморозили їх у шматку льоду. Щойно лід розтане, гойдалки повернуться у своє природне становище.
Без зшитого поліетилену або поліпропілену зараз неможливо уявити полімерні водонапірні водопровідні труби, які прийшли на зміну залізним, що іржавіють. З холодною водою все зрозуміло, але гарячу воду труба зі звичайного поліетилену довго витримати не може - розплавиться! А пошитому це завдання цілком під силу!