Clasificación de materiales sintéticos.
Los tres principales materiales sintéticos se denominan plásticos, caucho sintético y fibras sintéticas. Son compuestos de alto peso molecular sintetizados a partir de compuestos de bajo peso molecular mediante métodos artificiales, también llamados polímeros, y su peso molecular relativo puede ser superior a 10.000. Los polímeros naturales incluyen almidón, celulosa, caucho natural y proteínas. Los tres principales materiales sintéticos son los polímeros sintéticos. Los materiales sintéticos están reemplazando cada vez más a los metales como materiales importantes utilizados en la sociedad moderna. El primero en descubrir la existencia del plástico fue el químico alemán Bayer a finales del siglo XIX. Combinó fenol y formaldehído para obtener una sustancia parecida a una resina. Desafortunadamente, no sabía para qué se podría utilizar.
En 1907, el químico industrial estadounidense Baekeland volvió a estudiar la reacción entre el fenol y el formaldehído y añadió una cantidad adecuada de relleno. Descubrió que el producto era resistente y tenía buenas propiedades aislantes. Como resultado, en 1910 se construyó la primera fábrica de productos plásticos de la historia con una producción anual de 1.000 toneladas. En 1939, el volumen del producto había aumentado a más de 200.000 toneladas. Aunque el cloruro de vinilo se descubrió en 1912, en 1932 se convirtió en plástico, producido por la empresa británica Benemann. En 1947, los químicos estadounidenses Geileliu y Kong Ning sintetizaron poliestireno. No fue hasta la década de 1950 que el químico alemán Ziegler y el químico italiano Nape inventaron nuevos agentes de polimerización catalítica, que llevaron a la industria de fabricación de plástico a su apogeo. Desde entonces, han surgido variedades de plástico de alto rendimiento como hongos después de una lluvia, y cientos de los más comunes incluyen polipropileno, ABS, polisulfona y policarbono. La producción anual mundial ha superado los 60 millones de toneladas, lo que equivale a la producción total de madera y cemento. En cuanto a las fibras sintéticas, inicialmente se desarrollaron basándose en la transformación de fibras naturales.
En 1855, el químico alemán Andima trató por primera vez ramas de morera con ácido nítrico concentrado para obtener una fibra que, lamentablemente, era propensa a deflagrarse y no podía utilizarse. En 1884, el químico británico Swain sintetizó "rayón seguro" utilizando ácido nítrico y fibra, y lo exhibió en la Exposición de París de 1889, lo que causó sensación.
En 1935, el químico estadounidense Carlos Carlos sintetizó nailon-66 a partir de hexanodiol y ácido adípico, lanzando al mercado la primera fibra sintética del mundo. En 1937, el Instituto Alemán de Investigación Orgánica sintetizó el nailon-6.
En 1939, el químico japonés Ichiro Rouda sintetizó fibra de nailon que era resistente al agua y al calor. En 1940, el químico británico Dixon sintetizó fibra de poliéster y la puso en producción ese año, con una producción de 50.000 toneladas. Hoy en día, la producción de fibras sintéticas aumenta día a día y la producción anual en el mundo ha alcanzado los 15 millones de toneladas, superando la producción de fibras naturales.
Entre las fibras sintéticas, el polipropileno, el nailon, el acrílico, el polipropileno, el vinilón y el cloro son denominadas las "seis fibras principales".
Las "seis fibras principales" tienen todas las ventajas de alta resistencia, buena elasticidad, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión química, ausencia de moho, ausencia de miedo a los insectos, ausencia de contracción, etc., y cada una también tiene su propio desempeño único. Además de ser usados por humanos, también tienen muchos usos en la producción y la defensa nacional. Por ejemplo, el nailon se puede utilizar para fabricar prendas de vestir, cuerdas para paracaídas, cuerdas para neumáticos, cables y redes de pesca, etc.
Fibra de poliamida (nylon): buena solidez y resistencia al desgaste. Confecciona prendas de punto, tejidos mixtos, tejidos industriales, cordones para neumáticos, redes de pesca y cables.
Fibra de poliéster (poliéster): buena elasticidad, alta resistencia, mala absorción de agua. Fabricar materiales textiles, materiales aislantes eléctricos, redes de pesca, cuerdas, cordones para neumáticos, paracaídas, trajes espaciales, etc. También se puede convertir en película para producir películas, cintas de audio y vídeo, tarjetas magnéticas, etc.
Fibra de poliacrilonitrilo (fibra acrílica): ligera y elástica, conocida como “lana artificial”. Se puede mezclar con lana, algodón, etc. para fabricar lana, tejidos de lana, tejidos de algodón, pieles artificiales, alfombras, cortinas, etc.
Fibra de alcohol polivinílico (vinilo): Tiene una excelente higroscopicidad y se la conoce como “algodón sintético”. Se puede mezclar con algodón para fabricar tejidos de mezcla de fibra y algodón, telas filtrantes, lonas, cintas transportadoras, etc.
Fibra de cloruro de polivinilo (clorofibra): retardante de llama, resistente a ácidos y álcalis y con poca higroscopicidad. Puede tejer mosquiteros para ventanas, mosquiteros, bolsas de malla y cuerdas, y fabricar lana, mantas, guata de algodón, tela filtrante, etc.
Fibra de polipropileno (polipropileno): resistente a la abrasión, alta resistencia, resistencia a ácidos y álcalis, mala resistencia al envejecimiento. Confeccionar alfombras, bolsas tejidas, cuerdas, telas filtrantes, materiales de embalaje, etc. El caucho sintético también comenzó imitando y transformando el caucho natural.
En 1838, el trabajador estadounidense Goode utilizó deliberadamente trementina, azufre y carbonato de calcio para calentar caucho en bruto a altas temperaturas para obtener caucho con excelentes propiedades. Desde entonces, el caucho se ha vuelto famoso y ampliamente utilizado como neumáticos, cables aislados, etc.
Debido al rápido desarrollo de las industrias automovilística y aeronáutica, la producción de caucho natural es limitada y no puede satisfacer la creciente demanda. Especialmente durante la Primera Guerra Mundial, Alemania fue bloqueada por la marina británica y no pudo obtener caucho del sudeste asiático y América del Sur. Necesitaba urgentemente sustitutos para satisfacer sus necesidades urgentes. En ese momento, los químicos alemanes utilizaron por primera vez acetileno y acetona para sintetizar 2.350 toneladas de caucho de 2,3-dimetilbutadieno para satisfacer las necesidades urgentes de la guerra. En la década de 1930, después de la guerra, los científicos sintetizaron caucho de estireno-butadieno y caucho de nitrilo. Aunque el costo era más alto que el del caucho natural, la calidad era básicamente cercana a la del caucho natural. En 1932, el químico estadounidense Newland cloró y polimerizó por primera vez acetileno para obtener un monómero de cloro-1,3-butadieno y luego lo polimerizó en caucho de cloropreno. Tiene las ventajas de resistencia al oxígeno, resistencia a terremotos, resistencia al calor, etc., y su rendimiento ha superado al del caucho natural. Desde la década de 1950, la producción de caucho sintético ha duplicado la de caucho natural, alcanzando una producción anual de 6 millones de toneladas. Los materiales sintéticos orgánicos no son sustancias puras, sino mezclas. La razón principal es que durante la reacción de polimerización de la materia orgánica, algunas moléculas con cadenas moleculares más largas a menudo se rompen, formando así moléculas con estructuras similares pero con diferentes pesos moleculares. , incluso si tienen el mismo tipo de estructura y propiedades químicas y físicas similares, no pueden llamarse sustancias puras. Para dar un ejemplo simple, en compuestos orgánicos simples como los alcanos, cuanto mayor es el peso molecular, es menos probable que alcance un nivel "puro". Es inevitable que el hexano licuado no se mezcle con butano, pentano, heptano y. otros compuestos orgánicos similares.
Las fibras sintéticas y el caucho sintético son importantes materiales sintéticos orgánicos. La aparición de materiales sintéticos orgánicos es un complemento a los recursos naturales, y la química juega un papel importante en el desarrollo de nuevos materiales sintéticos orgánicos. Los materiales definitivamente crearán un futuro mejor para la humanidad. El uso de materiales sintéticos orgánicos tendrá un impacto en el medio ambiente, como la contaminación blanca. Los materiales hechos de compuestos poliméricos orgánicos son materiales poliméricos orgánicos. El algodón, la lana y el caucho natural son todos materiales poliméricos orgánicos naturales, mientras que los plásticos, las fibras sintéticas y el caucho sintético más utilizados en la vida diaria son materiales poliméricos orgánicos sintéticos, denominados materiales sintéticos.
La aparición de materiales sintéticos orgánicos es un gran avance en la historia del desarrollo material. Desde entonces, la humanidad se ha deshecho de la historia de depender únicamente de materiales naturales y ha dado un gran paso adelante en el desarrollo. En comparación con los materiales naturales, los materiales sintéticos tienen muchas propiedades excelentes, los materiales sintéticos son inseparables de nuestra vida diaria, de la industria moderna, de la agricultura, de la ciencia y la tecnología de defensa y de otros campos. Dado que la mayoría de los compuestos poliméricos están compuestos de moléculas pequeñas, a menudo se les llama polímeros. Por ejemplo, el polietileno es un compuesto polimérico compuesto por miles de moléculas de etileno. Cuando las moléculas pequeñas se conectan para formar polímeros, algunas forman cadenas largas y otras forman cadenas en una red. El material polimérico con estructura de cadena se funde cuando se calienta, se solidifica después de enfriarse y puede volver a fundirse después de calentarse, por lo que tiene termoplasticidad. Este material polimérico puede procesarse repetidamente y usarse muchas veces. Puede convertirse en una película y estirarse en seda. o prensado en diversas formas necesarias para la agricultura industrial y la vida diaria, etc. Los geosintéticos son el término general para los materiales sintéticos utilizados en aplicaciones de ingeniería civil. Como tipo de material de ingeniería civil, se fabrica a partir de polímeros sintéticos (como plásticos, fibras químicas, caucho sintético, etc.) en varios tipos de productos, que se colocan en el interior, en la superficie del suelo o entre varios cuerpos de suelo. , desempeñan el papel de fortalecer o proteger el suelo. Las “Especificaciones Técnicas para la Aplicación de Materiales Geosintéticos” dividen los materiales geosintéticos en tipos como geotextiles, geomembranas, geomateriales especiales y geocompuestos. Los materiales geotécnicos especiales incluyen bolsas de geomembrana, georedes, almohadillas de geored, geoceldas, almohadillas de geotextil de bentonita, espuma de poliestireno (EPS), etc. Los materiales geocompuestos se componen de los diversos materiales mencionados anteriormente, como geomembrana compuesta, geotextil compuesto, geotextil compuesto, materiales compuestos impermeables y de drenaje (cinturones de drenaje, tuberías de drenaje), etc.
1. Geotextiles
El proceso de fabricación de geotextiles consiste en procesar primero materias primas poliméricas en filamentos, fibras cortas, hilos o tiras, y luego fabricar geotextiles con una estructura plana. Los geotextiles se pueden dividir en geotextiles tejidos (tejidos) y geotextiles no tejidos (no tejidos) según el método de fabricación. El geotextil tejido se compone de dos conjuntos paralelos de hilos de urdimbre y trama ortogonales u oblicuos entretejidos. Los geotextiles no tejidos se fabrican disponiendo fibras de forma direccional o aleatoria y luego procesándolas. Según los diferentes métodos de conexión de fibras, se puede dividir en tres tipos de métodos de conexión: conexión química (adhesiva), conexión térmica y conexión mecánica.
Las ventajas destacadas de los geotextiles son su peso ligero, buena continuidad general (se pueden convertir en un área más grande del conjunto), construcción conveniente, alta resistencia a la tracción, buena resistencia a la corrosión y resistencia a la erosión microbiana. La desventaja es que tiene baja resistencia a los rayos UV sin un tratamiento especial. Si se expone al exterior, envejecerá fácilmente bajo los rayos UV directos. Sin embargo, si no se expone directamente, las propiedades antienvejecimiento y de durabilidad siguen siendo altas.
2. Geomembrana
Las geomembranas generalmente se pueden dividir en dos categorías: asfalto y polímero (polímero sintético). Actualmente, las geomembranas que contienen asfalto son principalmente de tipo compuesto (incluidos geotextiles tejidos o no tejidos), y el asfalto se utiliza como aglutinante de infiltración. Las geomembranas poliméricas se dividen en geomembranas plásticas, geomembranas elásticas y geomembranas combinadas según los diferentes materiales principales. Una gran cantidad de prácticas de ingeniería han demostrado que las geomembranas tienen buena impermeabilidad, gran elasticidad y capacidad para adaptarse a la deformación, se pueden aplicar a diferentes condiciones de construcción y tensiones de trabajo y tienen buena resistencia al envejecimiento bajo el agua y en el suelo. pendiente. La geomembrana tiene excelentes propiedades anti-filtración e impermeables.
3. Geomalla
La geomalla es un material geosintético importante en comparación con otros materiales geosintéticos, tiene un rendimiento y eficacia únicos. Las geomallas se utilizan a menudo como refuerzos para estructuras de suelo reforzado o refuerzos para materiales compuestos. Las geomallas se dividen en dos tipos: fibra de vidrio y fibra de poliéster.
1) Plásticos
Perfora láminas de polímero extruido (las materias primas son principalmente polipropileno o polietileno de alta densidad) y luego las calienta y realiza un estiramiento direccional. La rejilla estirada unidireccional solo se fabrica estirando la placa a lo largo de la dirección longitudinal, mientras que la rejilla estirada bidireccional se fabrica continuando estirando la rejilla estirada unidireccional en la dirección perpendicular a su longitud. Dado que los polímeros de la geomalla reorganizarán su orientación durante el proceso de calentamiento y alargamiento, la fuerza de unión entre las cadenas moleculares se fortalece, logrando así el propósito de mejorar su resistencia. Su alargamiento es sólo del 10% al 15% del de la placa original. Si se agregan materiales antienvejecimiento como el negro de carbón a la geomalla, puede tener mejores propiedades de durabilidad, como resistencia a los ácidos, a los álcalis, a la corrosión y al envejecimiento.
2) Tipo de fibra de vidrio
Este tipo de geomalla está hecha de fibra de vidrio de alta resistencia, en ocasiones con adhesivo autoadhesivo sensible a la presión y tratamiento superficial de impregnación asfáltica para hacer la rejilla. y El pavimento asfáltico está estrechamente integrado en uno solo. A medida que aumenta la fuerza de entrelazamiento de los materiales de tierra y piedra en la geomalla, el coeficiente de fricción entre ellos aumenta significativamente (hasta 0,8 a 1,0). La resistencia a la extracción de la geomalla incrustada en el suelo se debe a la fricción y la mordida. La fuerza con el suelo es fuerte y aumenta significativamente, por lo que es un buen material de refuerzo.
Al mismo tiempo, la geomalla es una malla plana liviana y flexible que es fácil de cortar y conectar en el sitio. También se puede superponer y conectar, es fácil de construir y no requiere maquinaria de construcción especial. y técnicos profesionales.