1 В современной специальной литературе пластмассами (пластическими массами) называют материалы, содержащие полимеры (химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок), которые в период формования изделий находятся в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, в процессе эксплуатации— в стеклообразном или кристаллическом состоянии. См.: Энциклопедия полимеров, т. 1—2, М., 1972—1974 (прим. науч, ред )
Атом углерода — основа огромного большинства полимерных материалов. Графически его можно представить в виде шара с четырьмя равномерно расположенными валентностями или связями, к которым могут подсоединяться другие атомы. Например, атом водорода одновалентен, поэтому к одному атому углерода можно подсоединить четыре атома водорода. В результате получается метан. Или же два атома кислорода, каждый с двумя связями, могут соединиться с одним атомом углерода, в результате чего получается двуокись углерода.
Следующая вариация: один атом углерода соединяется с другим атомом углерода. Если связь двойная, то к оставшимся связям подсоединяются атомы водорода: так получается этилен. Если связь между двумя атомами углерода тройная, то образуется ацетилен.
Соединения с такими множественными связями называются ненасыщенными; это означает, что при определенных обстоятельствах валентности могут отделиться и присоединиться к другим веществам — или к другим молекулам такого же типа.
Например, мономеры этилена, упомянутые выше, могут соединяться в цепь, образуя материал, который известен как полиэтилен. (Название полиэтилен часто заменяют сокращенным названием политен.)
Длинная цепь мономеров (простейшая группа атомов, из которых состоит цепь) называется полимером, очень длинная цепь называется высшим полимером.
Свободные связи на конце цепи могут быть закрыты отдельными атомами или группами атомов или же конец цепи может соединяться с ее началом.
Такой материал, как полиэтилен, состоит из большого количества таких цепей, которые чрезвычайно прочны внутри, но очень слабо связаны между собой.
Это означает, что цепи могут скользить и скользят относительно друг друга, и когда это случается, материал изменяет свою форму. Например, если образец полиэтилена нагрузить, цепи могут сдвинуться относительно друг друга, а если груз убрать, они могут и не вернуться в первоначальное положение. Это явление известно под названием ползучести.
Если материал нагреть, он начнет размягчаться и в конце концов потечет. Тогда ему можно придать любую форму. Это происходит в результате ослабления связей между цепями, которые легко могут двигаться относительно друг друга: совсем как нагретые консервированные спагетти. Такой материал принадлежит к группе термопластов, материалов, которые под воздействием тепла размягчаются, а после охлаждения затвердевают в некоторых случаях до точки хрупкости; эти материалы можно неоднократно размягчать и возвращать в твердое состояние с помощью нагревания и последующего охлаждения.
Термопластичные материалы, например полистирол, поливинилхлорид (ПВХ), полиамид (нейлон), полипропилен, полиметилметакрилат (акриловые) и многие другие, можно сравнительно легко регенерировать и повторно использовать благодаря их способности к неоднократному размягчению и затвердеванию. Это свойство нельзя отнести к другой группе —термореактивным пластмассам.
Исходя из молекулярной структуры, в некоторых случаях молекулы (или мономеры) могут соединяться с другими молекулами не только в виде цепи, но и сетеобразно. (Для более наглядного объяснения объемные химические структуры представлены здесь в плоскостном изображении.)
Эта сеть образована за счет очень сильных связей между цепями, которые препятствуют скольжению цепей относительно друг друга и формируют материал, остающийся жестким при любых температурах (за исключением температур его распада) и, следовательно, не подверженный ползучести. В таких материалах молекулы очень близко расположены друг к другу, и даже растворитель не может проникнуть между цепями и вызвать рассеивание. Поэтому материалы эти в основном нерастворимы.
Материалы с поперечной связью принадлежат к группе термореактивных пластмасс. В начальной стадии они термопластичны, но в результате химической реакции (часто, но не всегда тепловой) возникают поперечные связи, которые образуют твердый материал, не поддающийся повторному размягчению.