1.3. Полимерные материалы
Ассортимент полимерных материалов, применяемых в химических лабораториях, увеличивается с каждым годом. В этом раз-Деле приведены только наиболее известные полимеры, многократно испытанные в тех или иных экспериментах.
Фторопласт-4 (тефлон в США, полифлон в Японии, хостафлон в Германии, флюон в Англии) - политетрафторэтилен с повторяющейся формульной единицей (-CF2-CF2)n, обладает высокой химической устойчивостью.
На фторопласт-4 не действуют кипящие фтороводородная, серная, азотная, фосфорная кислоты и их различные смеси. Не изменяется он в расплавах КОН, NaOH и K2S2O7. Полимер стоек в кипящих органических растворителях. Фтор, трифторид хлора, дифторид кислорода оказывают заметное действие на фторопласт-4 только при температуре выше 150 °С. Щелочные металлы и их оксиды при температуре выше 200 °С быстро разрушают полимер.
Изделия из фторопласта-4 применяют в интервале температур от -190 до +260 °С. Разложение полимера начинается при температуре выше 360 °С.
Фторопласт-4 физиологически безвреден, обладает низким коэффициентом трения, превосходными диэлектрическими свойствами, но низкой теплопроводностью. Он не сваривается и с трудом склеивается. Основные виды скрепления узлов фторопластовых установок и сосудов - фланцевые и резьбовые. Из этого полимера производят стаканы, чашки, трубки, шланги, сильфоны, пластины для фильтрования.
Фторопласт-3 (дайфлон в Японии, кель-F в США) - поли-хлортрифторэтилен с формульной единицей (CF2-CCIF)n. Это прозрачный полимер, несколько уступающий фторопласту-4 по химической и термической устойчивости. Фторопласт-3 начинает разлагаться при температуре выше 200 °С. Сосуды из него можно охлаждать жидким азотом, не опасаясь растрескивания, они не теряют при этом своей газонепроницаемости.
Фторопласт-3 стоек к действию большинства кислот, растворителей и окисляющих реагентов, включая фтор. При нагревании полимер набухает в хлорсодержащих растворителях (СС14, СНСl3, CH2CI2 и др.), толуоле, диэтиловом эфире, с увеличением массы до 20%.
Из фторопласта-3 производят мерную посуду, колбы, чашки и различные узлы установок для получения особо чистых веществ.
Полиэтилен - молочно-прозрачный полимер с формульной единицей (~CH2-)n. Он известен двух видов: полиэтилен высокого давления (политен, луколен), устойчивый до 100 °С, и полиэтилен низкого давления (хостален), сохраняющий свою, прочность до 120 °С. В сосудах из полиэтилена низкого давления можно кипятить воду, не опасаясь изменения их формы. Однако он не переносит охлаждения до низких температур и уже ниже -30 °С становится твердым, как стекло.
На полиэтилен обоих видов даже при температуре 100 °С не оказывают действия концентрированные галогеноводородные кислоты, кроме HF, Н3РO4, 30%-й HNO3 и 50%-го водного раствора КОН или NaOH. В концентрированной H2SO4 он устойчив при температуре ниже 40 °С, в ее среде полиэтилен лишь светлеет. В органических растворителях полиэтилен набухает. Среди всех полимерных материалов полиэтилен обладает наименьшей проницаемостью для водяных паров.
Из полиэтилена производят мерную посуду для работ с фто-роводородной кислотой любой концентрации. Следует иметь в виду, что полиэтилен, полученный при низком давлении, содержит включения соединений металлов, попавших в полимер из катализатора. Зольность такого полиэтилена довольно высокая и колеблется от 0,4 до 2,0%.
Полиэтилен можно сваривать при нагревании горячим воздухом.
Полипропилен (моплен, новолен, профакс и др.) - полимер с формульной единицей [-СН2-СН(СН3)-]n, устойчив к воздействию температур от -20 до +140 °С. По химической устойчивости полипропилен уступает только фторопластам. При температуре 20 °С на него не действуют водные растворы всех галогеноводородных кислот, фосфорная, хлорная (до 10%), азотная (до 50%) и серная (до 90%) кислоты. Он не разрушается в водных растворах гидроксидов калия и натрия, аммиака, пероксида водорода.
Ароматические, алифатические и хлорированные углеводороды вызывают при температурах 25-30 °С лишь небольшое набухание полимера. Органические кислоты и галогены абсорбируются полипропиленом и медленно диффундируют через него. Для полипропилена характерна высокая стойкость к многократным изгибам и истиранию.
Из полипропилена готовят высококачественную мерную посуду и многочисленные изделия лабораторного назначения, шланги и пробки.
Поливинилхлорид (винидур, саран, вестолит, хосталит, винол, сикрон, ниппеон, джеон и др.) - полимер с формульной единицей состава (-СН2-СНС1-)n. Он может быть и прозрачным, и окрашенным в светлый красно-коричневый цвет. Полимер применяют в температурном интервале от -20 до +60 °С; при более высокой температуре поливинилхлорид переходит в резинообразное состояние, а при температуре ниже -20 °С становится ломким. При нагревании до 110 °С и выше полимер разлагается с выделением НСl.
Поливинилхлорид устойчив к действию водных растворов солей, КОН и NaOH (до 50%), концентрированных водных растворов галогеноводородных кислот, этанола, метанола и алифатических углеводородов. Все другие органические растворители вызывают набухание полимера.
Поливинилхлорид растворяется в циклогексаноне, диметил-формамиде, ацетоне, ограниченно - в бензоле.
Полиметилметакрилат (органическое стекло, плексиглас, диакон и др.) - полимер с формульной единицей [-СН2-С(СН3)(СООСНз)-]n. Он прозрачен, легко поддается механической обработке, свариванию и склеиванию. Органическое стекло более устойчиво к действию водных растворов оснований, чем силикатное стекло. При температуре ниже 90 °С на него не действуют разбавленные водные растворы кислот, кроме НСООН и СН3СООН. В концентрированных кислотах полимер набухает, а в полярных органических растворителях частично теряет свою массу и растрескивается в поверхностном слое ("серебрение" полимера).
Полиметилметакрилат растворяется в ацетоне, хлороформе, бензоле, дихлорэтане, тетрахлориде углерода. При температуре выше 120 °С полимер разрушается с изменением окраски до желто-красной.
Полиакрилаты - полиэфиры различных дикарбоновых кислот и двухатомных фенолов (марки Ф-1, Ф-16, Д-1 и др.). Они обладают достаточной термической устойчивостью (до 200-300 °С). Особенно устойчив к нагреванию полиакрилат Ф-16 (полифенолфталеиндифенилфталиддикарбонат) и полиакрилаты на основе гексафтордиана и бис-(4-оксифенил)флуорена, выдерживающие нагревание соответственно до 320 и 500 °С.
Полиакрилаты не взаимодействуют с водой и не растворяются в органических растворителях, кроме хлорированных углеводородов. Это перспективный конструкционный материал для изготовления химической посуды и других изделий.