Polioksymetylen
Ogólna budowa polioksymetylenów |
Powtarzająca się jednostka konstytucyjna (grupa oksymetylenowa) z POM-H. Formalnym lub rzeczywistym monomerem do syntezy jest formaldehyd . |
Powtarzające się jednostki konstytucyjne POM-C, gdzie m jest znacznie mniejsze niż k . Komonomerami są tutaj albo dioksolan, albo tlenek etylenu , które dodaje się tylko w niewielkich ilościach podczas syntezy. |
Element strukturalny nierozgałęzionej grupy acetalowej , która jest zaznaczona na niebiesko . Są dostępne z POM-H i POM-C i uzasadniają alternatywne oznaczenie tych polimerów jako poliacetale. |
Polioksymetyleny (w skrócie POM, zwane także poliacetalami ) to polimery termoplastyczne o dużej masie cząsteczkowej . Bezbarwne, częściowo krystaliczne polimery są używane głównie do produkcji wyprasek metodą wtrysku. Ze względu na dużą sztywność , niskie współczynniki tarcia i dobrą stabilność wymiarową polioksymetyleny są stosowane do produkcji części precyzyjnych. Charakterystycznym elementem strukturalnym jest nierozgałęziona grupa acetalowa (~ C - O - CH 2 –O - C ~).
Złożony z homopolimeru wytwarzanego formaldehydem nazywany jest POM-H i ma strukturę - (CH 2- O-) n (grupy oksymetylenowe). W uzupełnieniu do licznych grup acetalowych, że kopolimery (skrót POM C) również - (CH 2 ) m -O- elementów 2- lub 4 grupy metylenowe grupy. Służą do stabilizacji termicznej polimeru. POM-C ma podobne właściwości do POM-H.
historia
W latach dwudziestych Hermann Staudinger i Werner Kern systematycznie badali polimeryzację formaldehydu. Nie było jednak możliwe wytworzenie stabilizowanych polimerów o dostatecznie wysokim stopniu polimeryzacji. W latach czterdziestych DuPont badał produkcję czystego formaldehydu i udało mu się wyprodukować POM-H, który został opatentowany w 1956 roku. Pod koniec lat pięćdziesiątych POM-H był produkowany i sprzedawany pod nazwą handlową Delrin .
Celanese (Stany Zjednoczone) opracował POM-C, który był sprzedawany pod nazwą handlową Celcon w 1961 roku . W ramach joint venture z Hoechst (obecnie Ticona Kelsterbach ) POM-C był produkowany w Niemczech i sprzedawany pod nazwą handlową Hostaform . W 1971 roku POM-C pojawił się na rynku pod nazwą Ultraform ( BASF ).
nieruchomości
nieruchomości | POM-H | POM-C |
numer CAS | 9002-81-7 | |
gęstość | 1,43 g / cm 3 | 1,41 g / cm 3 |
Temperatura topnienia | 182 ° C | 166 ° C |
Temperatura zeszklenia | -60 ° C | -60 ° C |
Krótkotrwała, maksymalna temperatura aplikacji | 150 ° C | 140 ° C |
Długotrwała, maksymalna temperatura aplikacji | 110 ° C | 100 ° C |
Współczynnik rozszerzalności cieplnej 23–100 ° C | 23 · 10 −5 · K −1 | 14 · 10 −5 · K −1 |
Twardość kulkowa | 185 MPa | 165 MPa |
Współczynnik tarcia ślizgowego o stal | 0.34 | 0.32 |
Opór powierzchniowy | 1,00 x 10 +14 Ω | 1,00 x 10 +14 Ω |
Absorpcja wody | 0,050% | 0,050% |
Odporność na gorącą wodę / zasady | niespójny | warunkowo odporny |
POM charakteryzuje się dużą wytrzymałością , twardością i sztywnością w szerokim zakresie temperatur. Zachowuje wysoką wytrzymałość, ma wysoką odporność na ścieranie, niski współczynnik tarcia , wysoką odporność na ciepło , dobre właściwości ślizgowe, dobre właściwości elektryczne i dielektryczne oraz niską nasiąkliwość . Naturalny kolor jest nieprzezroczysty biały ze względu na wysoką krystaliczność , ale materiał można zabarwić na wszystkie kolory.
Krystaliczność POM-H sięga 80% i jest nieco wyższa niż POM-C do 75%. Temperatura topnienia krystalitu POM-H wynosi 175 ° C, a POM-C 164 do 172 ° C. Ze względu na wyższą temperaturę topnienia krystalitu POM-H ma nieco lepszą odporność na ciepło. POM-C jest nieco bardziej odporny na alkalia i gorącą wodę. Ogólnie POM ma słabą odporność na warunki atmosferyczne. Jeśli temperatura przetwarzania jest zbyt wysoka lub zostanie podgrzana powyżej 220 ° C, POM zaczyna się rozkładać termicznie. Tworzy między innymi. Formaldehyd o ostrym i drażniącym zapachu.
Bez specjalnej obróbki powierzchni POM można łączyć tylko w ograniczonym zakresie . Przyczepność klejów (głównie żywic epoksydowych ) można poprawić przez specjalne wytrawianie powierzchni .
Produkcja
Rozróżnia się homopolimery i kopolimery , które można wytwarzać różnymi procesami.
Homopolimer
Monomery | |
formaldehyd |
Trioksan |
Homopolimer polioksymetylenu (POM-H) ma strukturę - (CH 2 –O–) n i jest wytwarzany z formaldehydu lub trioksanu . Dlatego POM-H jest również znany jako poliformaldehyd lub politrioksan. Polioksymetylen można otrzymać przez kationową polimeryzację trioksanu z łańcuchem z otwarciem pierścienia. Jednak POM-H jest głównie otrzymywany przez anionową polimeryzację łańcuchową formaldehydu. W obu przypadkach powstałe makrocząsteczki stają się mniej stabilnymi półacetalami (R - CH 2 –O - CH 2 –OH). Pod wpływem stresu kwasowego lub termicznego prowadzi to do depolimeryzacji z uwolnieniem formaldehydu. Grupy końcowe są zamykane przez estryfikację w celu stabilizacji .
Poliformaldehyd
Formaldehyd jest wytwarzany w procesie polimeryzacji zawiesinowej w cykloheksanie jako rozpuszczalniku. W pierwszym etapie uzyskuje się bezwodny formaldehyd. Stosunkowo krótkołańcuchowy paraformaldehyd jest depolimeryzowany do formaldehydu pod wpływem ciepła :
Polimeryzację inicjuje zasada, taka jak metanolan sodu .
Wzrost zachodzi w anionowej polimeryzacji łańcuchowej .
Zakończenie następuje z powodu śladów wody lub metanolu.
Polimer jest stabilizowany przed depolimeryzacją termiczną poprzez reakcję z bezwodnikiem octowym .
Politrioksan
Trioksan otrzymuje się przez trimeryzację formaldehydu w kwaśnym roztworze wodnym. Cyklizacja zachodzi poprzez nukleofilową addycję karbonylo-O do karbonylo-C sąsiedniej cząsteczki aldehydu.
Polimeryzacja trioksanu zachodzi jako kationowa polimeryzacja łańcucha z otwarciem pierścienia . Silne kwasy protonowe, takie jak kwas siarkowy , kwas trifluorooctowy lub trifluorek boru BF 3 (również w postaci eteratu dietylowego trifluorku boru ) oraz sole takie jak chlorek żelaza (III) (FeCl 3 ) i chlorek cyny (IV) (SnCl 4 ) są używane jako katalizatory .
Kationowy inicjator przyłącza się do atomu tlenu trioksanu i w pierwszym etapie prowadzi do powstania jonu oksoniowego . W fazie początkowej powstaje tylko formaldehyd i oligomery. Następnie system dąży do osiągnięcia równowagi między formaldehydem a oligomerami. Dopiero wtedy rozpoczyna się propagacja do makrocząsteczek.
W tym przypadku konieczna jest również stabilizacja polimeru przed depolimeryzacją termiczną. Dodatek innych cyklicznych eterów, takich jak dioksolan, jest oczywisty , co prowadzi do stabilnego kopolimeru.
Kopolimer
Komonomery | ||
Oksiran |
Dioksolan |
1,3-dioksepan |
Kopolimery (POM-C) powstają w wyniku kationowej kopolimeryzacji trioksanu z oksiranem , dioksolanem lub 1,3-dioksepanem z otwarciem pierścienia . Udział komonomeru mieści się w zakresie od 2 do 4%. Komonomery są włączane do rosnącego polimeru w sposób losowy.
Dla stabilizacji termicznej makrocząsteczek z niestabilnymi hemiacetali jako grupy końcowe, formaldehyd odszczepia się niejednorodnie przez hydrolizę NH 3 w temperaturze 100 ° C lub w jednorodnej stopionej w 170-220 ° C aż do zaniku hemiacetalu występuje jako grupa końcowa.
przetwarzanie
Materiał można przetwarzać metodą wtrysku w temperaturze 180 do 220 ° C (POM-H) lub 180 do 230 ° C (POM-C). Może być również przetwarzany przez wytłaczanie z rozdmuchem . POM półprodukty są dobrze nadaje się do dalszej obróbki.
posługiwać się
Granulki POM są używane do form wtryskowych. Jako półfabrykat nadaje się do obróbki skrawaniem B. dostępny jako profil wytłaczany; można go obrabiać lepiej niż większość innych tworzyw sztucznych.
- Inżynieria mechaniczna : koła zębate , elementy ślizgowe i prowadzące, części obudowy , elementy sprężynowe , łańcuchy , śruby , nakrętki , koła wentylatorów , części pomp , korpusy zaworów
- Elektrotechnika : izolatory , szpulki , złącza , części do urządzeń elektronicznych, np. B. Telewizory i telefony
- Konstrukcja pojazdu : kolumna kierownicy (w tym dźwignia zmiany biegów świateł, kierunkowskazów), podnośniki szyb, systemy zamków drzwi, osłony przegubów
- Konstrukcja modelu : cienkościenne, bardziej narażone na obciążenia części modeli kolejowych, takie jak wózki i drążki kierownicze. POM łatwiej pęka pod obciążeniem niż ABS , ale jest półprzezroczysty w jasnych kolorach i nie można go malować.
- Medycyna : wstrzykiwacz do insuliny
- Konstrukcja mebli : okucia , zamki , klamki , zawiasy czy nawet rolety firanek
- Konstrukcja : tuleje do mocowania punktowego w konstrukcjach ze szkła strukturalnego
- Opakowania : puszki aerozolowe , zbiorniki samochodowe , ampułki gazowe
- Sport : akcesoria do paintballa , zwłaszcza śruby
- Odzież : zamki błyskawiczne
- Muzyka : Tortex - plectra na instrumenty szarpane jako zamiennik plectry z szylkretowej skorupy ; Pióra z delrinu do klawesynów w miejsce piór kruczych ; niektóre instrumenty dęte, zwłaszcza irlandzkie flety i gwizdki blaszane
- Gastronomia : grupa zaparzająca w w pełni automatycznych ekspresach do kawy
- Chemia fizyczna : przesuwająca się bariera skali filmu . Materiał hydrofobowy jest wystarczająco ciężki, aby zapobiec prześlizgiwaniu się monowarstwy.
- Zapalniczki : obudowa
- E-papieros : kroplówki
Stosowanie POM do produkcji przedmiotów mających kontakt z żywnością jest uregulowane w Kodeksie żywności, dóbr konsumpcyjnych i pasz . Można stosować tylko POM o wskaźniku topnienia maksymalnie 50 g na 10 min (MFI 190 / 2,16). Ponadto regulowane są maksymalne dopuszczalne proporcje katalizatorów i innych substancji potrzebnych do produkcji i przetwarzania. POM nie nadaje się do przechowywania i pakowania kwaśnych produktów o wartości pH poniżej 2,5.
Udziały rynkowe
Liderami na rynku ok. 780 000 ton POM w 2006 r. Byli:
- około 25%: Ticona
- około 20%: DuPont
- ok. 20%: tworzywa sztuczne
- ok. 10%: Mitsubishi Gas Chemical
- ok. 10%: KEP
- ok. 15%: inne
Indywidualne dowody
- ↑ Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure , 3. wydanie, Carl Hanser, Monachium, 2011, s.389.
- ↑ a b Sigrid Lüftl, PM Visakh, Sarath Chandran: Podręcznik polioksymetylenu: struktura, właściwości, zastosowania i ich nanokompozyty , Wiley, New Jersey, 2014, s. 2f. (Ograniczony podgląd)
- ↑ a b c d e f g h i j k Baza danych tworzyw sztucznych KUNDERT AG, wpis POM-H
- ↑ a b c d e f g h i j k Baza danych tworzyw sztucznych KUNDERT AG, wpis POM-C
- ↑ a b c d Wolfgang Kaiser, Kunststoffchemie für Ingenieure , 3. wydanie, Carl Hanser, Monachium, 2011, s. 384 i nast.
- ↑ a b Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie , 3. wydanie, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, s. 128.
- ↑ Gerd habenicht: Gluing: Basics, Technology, Applications , Springer-Verlag, Berlin, 2013, str. 616. (Ograniczony podgląd)
- ↑ Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie , 3. wydanie, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, s.113 .
- ↑ Eberhard Breitmaier, Günther Jung: Organischen Chemie , 7. wydanie, Thieme, Stuttgart, 2012, s. 321.
- ↑ Olagoke Olabisi, Kolapo Adewale: Handbook of Thermoplastics , CRC-Press, Boca Raton, 2016, s. 268. (Ograniczony podgląd)
- ^ Wolfgang Kaiser: Kunststoffchemie für Ingenieure , 3. wydanie, Carl Hanser, Monachium, 2011, s. 386 i nast.
- ↑ Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie , 3. wydanie, Wiley-VCH, Weinheim, 2014, s.116 .
- ↑ Opis autorstwa Duran Group .
- ↑ Przykłady półproduktów firmy Kern , dostęp 18 maja 2021 r
- ^ Tworzywa sztuczne w ruchu spożywczym Carl Heymanns Verlag KG, XXXIII. Żywice acetalowe od 1 czerwca 2007 r.
- ↑ Polioksymetylen (POM) , kunststoffe.de.