Человечество использовало природные полимерные материалы, такие как дерево, кожа и шерсть, с начала истории, но синтетические полимеры стали возможны только после развития технологии изготовления каучука в 1800-х годах.Первый синтетический полимерный материал, целлулоид, был изобретен Джоном Уэсли Хаяттом в 1869 году из нитрата целлюлозы и камфоры.Крупным прорывом в области синтетических полимеров стало изобретение бакелита Лео Хендриком Бекеландом в 1907 году. Работы Германа Штаудингера в 1920-х годах ясно продемонстрировали макромолекулярную природу длинных цепочек повторяющихся звеньев.1 Слово «полимер» происходит от греческого языка и означает «множество». части».Быстрый рост полимерной промышленности начался незадолго до Второй мировой войны с разработки акриловых полимеров, полистирола, нейлона, полиуретанов и последующего внедрения полиэтилена, полиэтилентерефталата, полипропилена и других полимеров в 1940-х и 1950-х годах.Хотя в 1945 году было произведено всего около 1 миллиона тонн, производство пластмасс по объему превысило производство стали в 1981 году, и с тех пор этот разрыв постоянно растет.
Чистые полимеры редко перерабатываются самостоятельно.Их смешивают с другими материалами, как правило, путем механического смешивания или смешивания в расплавленном состоянии для получения гранул, порошков или кусков, которые будут использоваться в последующих операциях обработки.2 Такие составные продукты называются «пластмассами», что по-гречески означает «податливые».Соединения могут включать наполнители (для снижения стоимости), армирующие вещества, другие полимеры, красители, антипирены, стабилизаторы (для предотвращения порчи от света, тепла или других факторов окружающей среды) и различные технологические добавки.
Синтетические полимеры можно разделить на две категории.Термопласты (самый большой объем) можно плавить при нагревании, затвердевать при охлаждении и многократно переплавлять.Основными типами являются полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), поливинилхлорид (ПВХ), поликарбонат (ПК), полиметилметакрилат (ПММА), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полиамид (ПА, нейлон).Реактопласты затвердевают под действием тепла и давления за счет сшивания, т.е. создания постоянных трехмерных сеток.Их нельзя размягчить путем нагревания для повторной обработки.Бакелит, эпоксидные смолы и большинство полиуретанов являются термореактивными.
Настоящий обзор посвящен исключительно переработке термопластов.Коммерческие термопласты классифицируются в зависимости от их характеристик как «товарные» (низкие характеристики, такие как ПЭ, ПП, ПС и ПВХ), «технические» (например, ПК, нейлон и ПЭТ) или «улучшенные» (самые высокие характеристики, такие как жидкокристаллические полимеры (LCP), полифениленсульфид (PPS) и полиэфирэфиркетон (PEEK)).Ожидаемый взрывной рост в области машиностроения и современных полимеров не оправдался.Использование пластмасс постоянно росло на протяжении последних трех десятилетий, но в основном в товарной категории.В настоящее время товарные полимеры составляют ~88% от объёма производства3, конструкционные пластмассы ~12% и менее 1%.Хотя цены на современные полимеры за килограмм намного выше, чем на товарные полимеры, их глобальная ценность для экономики все еще очень мала.
Товарные пластмассы имеют низкую прочность и жесткость по сравнению с металлами или керамикой и склонны к ползучести под действием приложенной силы.Они также имеют температурные ограничения при использовании в качестве твердых веществ (большинство из них плавятся в диапазоне 100–250°C).Модуль упругости товарных пластиков составляет ~1 ГПа (по сравнению с 210 ГПа для стали).Значительного улучшения качества можно добиться за счет выравнивания полимерных цепей.На самом деле связи углерод-углерод очень прочны, и были произведены однослойные полиэтилены со значениями модуля, превышающими значения модуля стали.Высокая ориентация может быть достигнута с помощью специальных технологий обработки, например экструзии и последующей вытяжки при низких температурах.При низких температурах полимерные цепи имеют ограниченную подвижность и ориентация сохраняется после растяжения.Недавние открытия и разработки одноцентровых катализаторов на основе металлоцена привели к появлению новых сортов товарных полимеров с контролируемой молекулярной архитектурой и улучшенными свойствами.
Мировое производство полимеров выросло3 с 27 миллионов тонн в 1975 году до ~200 миллионов тонн в год в 2000 году и продолжает расти.Согласно недавнему отчету4, поставки изделий из пластмасс в США в 2000 году составили 330 миллиардов долларов, а в добывающих отраслях объем продаж составил 90 миллиардов долларов, в результате чего годовой общий объем составил 420 миллиардов долларов.Общая занятость оценивается в 2,4 миллиона человек – около 2% рабочей силы США.Рост полимерной промышленности является результатом уникального сочетания свойств пластиковых изделий, которые включают простоту формования и изготовления, низкую плотность, устойчивость к коррозии, электрическую и тепловую изоляцию, а также часто благоприятную жесткость и ударную вязкость на единицу веса.
Время публикации: 04 февраля 2018 г.