Химия в нашей жизни
Скачать 4.31 Mb.
|
1.8. Органические полупроводники и синтетические металлы Органические полупроводники, синтетические металлы и родственные вещества рассматриваются в этой главе потому, что они, чаще всего (но не всегда), относятся к полимерным материалам. Электропроводность полупроводников лежит между высокой (порядка 105 Ом-1см-1) электропроводностью металлов и низкой (ниже 10-10 Ом-1см-1) у неметаллов. Электропроводность полупроводников растет с повышением температуры. Кроме температуры, на электропроводность полупроводников влияют освещение, облучение потоком ионов, электрические поля, наличие примесей и др. Эта изменчивость свойств полупроводников в зависимости от различных факторов предопределяет их широкое применение. Полупроводниками являются р-элементы, расположенные в средней части периодической системы (бор, углерод, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, селен, теллур, сурьма) и ряд соединений этих элементов. Обладают свойствами полупроводников и некоторые органические вещества. Молекулы органических полупроводников обычно содержат систему сопряженных -связей. Внешнее воздействие, например освещение, вызывает возбуждение в системе -связей, и это приводит к появлению электрических зарядов. К органическим полупроводникам относятся соединения с конденсированными ароматическими ядрами (нафталин, антрацен, пирен и т.д., а также их производные), молекулярные комплексы с переносом заряда, соединения с линейными цепочками, содержащие сопряженные связи, а также многие полимерные материалы. Именно они наиболее перспективны [105]. На их основе получают полупроводниковые материалы с заданным набором ценных свойств [106]. Эти материалы являются базой современной микроэлектроники: интегральных схем, транзисторов, тиристоров, вентилей и др. Полупроводниковые материалы применяются в лазерах и светодиодах (фотоприемниках), детекторах ядерного излучения, термохолодильниках, высокоточных термометрах, датчиках магнитных полей и т.д. Перспективной областью применения полупроводниковых материалов является солнечная энергетика. О  чень интересны органические соединения (часто полимеры), обладающие металлической проводимостью. Их называют органическими («синтетическими») металлами, и значительная часть их представлена органическими соединениями серы. Например, типичным примером синтетического металла является полимерная серосодержащая структура — политиофентетрафтороборат Синтетические металлы всё шире применяются в качестве неметаллических проводников. Модифицируя структуру этих полимерных молекул, можно придавать им новые ценные свойства, отсутствующие у истинных металлов, т.е. конструировать принципиально новые материалы и изделия. Синтетические металлы применяются еще и в качестве сверхпроводников, электродов в химических источниках тока, для записи и преобразования всевозможной информации и т.д. В последние годы наблюдается лавинообразный рост информации о рассматриваемых материалах. В рамках этой книги рассмотрим лишь некоторые примеры. В американском университете Карнеги синтезированы новые политиофены, их блок-сополимеры и разработаны новые области применения для нужд полупроводниковой техники [107]. В Северозападном университете получены новые тиофеновые полупроводники n-типа [108]. Они представляют собой политиофены общей формулы г  де R, R1 и R2 — водород, фтор, фторалкил и др.; x, y и z 1. Преимуществом таких материалов является их высокая термическая стабильность. Они предназначены для производства тонкопленочных транзисторов и печатных плат нового поколения. Р  азработан способ получения сопряженных олиго- и полифенотиазинов для применения в качестве дырочных полупроводников [109]. Эти олигомеры и полимеры имеют общее строение(где R, R1 — водород, остатки ароматических или гетероциклических колец, алкенов, алкинов и др.; R2 — водород, алкил, арил или гетерил; А — ароматический или гетероароматический цикл). Соединения этой структуры могут использоваться в качестве дырочных полупроводников в органических светодиодах и полевых транзисторах. На факультете прикладной химии университета Хиросимы (Япония) изучено влияние сопряженных заместителей на оптические, электрохимические свойства и способность к переносу электронов в молекулах дитиофеносиланов структуры  где R и R1 — водород, фенил (СН3)3Si–, 4–(СН3)3SiС6Н4 и др. Интересно, что эти соединения, наряду с полупроводниковыми, обладают еще и электролюминесцентными свойствами [110]. Благодаря этому они перспективны в качестве альтернативных источников светового излучения. В исследовательском центре фирмы «Сименс А.-Г.» установлено, что некоторые арилированные моно- и бифункциональные 2-аминотиофены и 2-аминотиазолы строения соответственно   представляют собой новый вид органических полупроводников с дырочной проводимостью [111]. Положительные заряды («дырки»), ответственные за этот тип проводимости, возникают в результате электронных перемещений по сложной системе многочисленных двойных связей, с участием неподелённых электронных пар аминного азота и тиофеновой серы. А  мериканская фирма «Ай-Би-Эм» запатентовала способ получения водорастворимых производных олигомерного гексатиофена(где R — полярные группы: фосфо-, карбокси-, амино- и т.п.) и применения этих органических олигомерных полупроводников в качестве полупроводниковых каналов в тонкопленочных транзисторах [112]. В электрофотографических, электронных, оптических, электрооптических и электролюминесцентных устройствах в качестве органических переносчиков электрических зарядов предложено применять моно-, олиго- и полидитиенопиридины, содержащие в цепи звено общей формулы  г  де R, R1 и R2 — водород, галоген, алкил или циклоалкил [113]. Та же фирма, в качестве частного случая, запатентовала тиенотиофены с боковым полимеризуемым фрагментом(где R — водород, Cl, CN, фенил или С1–С5–алкил; L — химическая связь или связывающая группа; R1 — галоген или фторированный C1–C15–алкил; R2 — водород, F, Cl, прямой или разветвленный алкил или циклоалкил) для применения в оптических, электрооптических или электронных устройствах [114]. Естественно, в первую очередь по этому изобретению будут использоваться метакрилатные производные олигомерных тиенотиофенов. К. Шираиши и Т. Ямамото (Япония) осуществили синтез полимеров с м-фениленовыми звеньями в основной цепи и тиофеновыми фрагментами типов   и в виде боковых заместителей [115]. Эти новые серосодержащие полимеры обладают свойствами органических ферромагнетиков с набором ценных характеристик для практического применения. Из приведенных выше немногих примеров видны большие возможности этого направления для развития самых перспективных отраслей современной техники. 1.9. Другие полимерные материалы Кроме рассмотренных выше, к полимерным материалам относятся многочисленные клеи, герметики, смазки, компаунды, пленки, лаки и лакокрасочные материалы, искусственная кожа и другие. Кратко рассмотрим некоторые из них. Клеи (адгезивы). Клеи бывают природные и синтетические, неорганические и органические. Природные клеи, в свою очередь, подразделяются на животные (например казеиновые) и растительные (на основе крахмала, натурального каучука и др.). Неорганические клеи также имеют разновидности: силикатные, фосфатные, керамические и другие. По неорганическим клеям имеется довольно старая, но не утратившая значения монография [116]. Наиболее важными являются органические синтетические клеи на основе полимеров и олигомеров (иногда мономеров). Это — эпоксидные, карбамидные, полиэфирные, полиуретановые, фенол–формальдегидные и другие синтетические клеи на основе олигомеров, полимеров и синтетических смол. Ассортимент таких клеёв очень широк [117-122]. Столь же широка и область их применения: склеивание древесины, фанеры, пластмасс, металлов, керамики, стёкол, бумаги, ткани, кожи и т.д. Синтетические клеи используют при изготовлении конструкций в промышленности и быту, для приклеивания теплозащиты и теплоизоляции в авиации и ракетной техники, в производстве оптических изделий, мебели, в строительстве, в приборостроении и электронике, для соединения живых тканей в медицине, в производстве липких лент и нетканых материалов, для изготовления тары и упаковки, для переплета книг и альбомов, в производстве одежды и обуви и т.д. Высококачественные синтетические клеи получаются на основе эпоксидов различных непредельных соединений. Для производства клеёв перспективны и органические соединения серы. Например, запатентованы новые, отверждаемые под действием УФ-излучения, клеевые составы для изготовления цифровых универсальных дисков. Основу этих клеёв составляют сульфиды, полисульфиды и другие серосодержащие соединения. Герметики. Герметизирующие средства (герметики) предназначены для устранения зазоров в различных устройствах и конструкциях, через которые могут утекать жидкость или газ, являющиеся рабочими средами. По химической природе герметики — это вязкие жидкости или пасты, изготавливаемые на основе полимерных материалов. Их наносят на зазор, и они через какое-то время образуют твердый герметизирующий слой. Это происходит в результате отверждения (вулканизации) полимерной основы или просто по причине испарения растворителя. Известны герметики, которые не претерпевают на зазоре никаких изменений. Это — невысыхающие замазки. Создание высококачественного герметика представляет собой сложную научно–техническую задачу, потому что к герметику предъявляется совокупность требований. Он должен быть прочным, эластичным, обладать хорошей прилипаемостью (адгезией) к материалу конструкции, способностью выдерживать низкие и высокие температуры, быть устойчивым к рабочей среде, не подвергаться действию влаги, света, атмосферного кислорода и озона, не вызывать коррозии рабочей поверхности конструкции, обладать стойкостью к ионизирующим излучениям, иметь хорошие диэлектрические свойства и т.д. Кроме того, герметик должен отверждаться (вулканизироваться) при невысокой, лучше всего при комнатной температуре. При отверждении не должны выделятся токсичные летучие вещества, а сам процесс отверждения не должен быть длительным. Основой большинства герметиков являются синтетические каучуки, причем наиболее подходят полисульфидные каучуки (тиоколы). Таким образом, проблема создания герметиков в значительной мере связана с успехами химии органических соединений серы. Полисульфидные герметики применяются для герметизации соединений в кабинах, приборных отсеках самолетов и ракет, кузовах и бензобаках автомобилей, водонепроницаемых переборках и отсеках подводных лодок и надводных судов. Кроме того, герметики служат при уплотнении соединений трубопроводов, ликвидации протечек в нефтехранилищах, при защите от воды и механического воздействия деталей приборов в электронике и радиотехнике. Герметики часто используют в качестве клеёв и замазок. Интересное и практически важное направление связано с жидкими углеводородными каучуками [123]. Особенно перспективны жидкие эпоксидированные каучуки. Они являются основой высококачественных герметиков, клеёв, заливочных составов, коррозионностойких покрытий, эмалей для изделий микроэлектроники, электротехники, строительства и т.д. [124–126]. Дополнительные возможности открывает введение в структуру эпоксидированных жидких каучуков аминогрупп. Такие аминированные жидкие эпоксидные каучуки перспективны для использования в лакокрасочной и резино-технической промышленности. Интересны и латексы сополимеров различных виниловых и акриловых мономеров, например латексы полифункциональных сополимеров бутадиена и стирола с акрилатами [127]. Эти разработки велись в Ярославском государственном техническом университете с целью создания новых клеёв, герметиков и светочувствительных полимерных композиций. Последние пригодны для применения при записи и обработке голографической информации. В Казанском государственном технологическом университете выполнена интересная диссертация по получению и исследованию герметиков на основе модифицированных полисульфидных олигомеров [127]. Исследования и разработки в этой области активно ведутся и за рубежом. Одно из недавних изобретений по созданию новых эффективных герметиков принадлежит японской фирме «Идэмицу» [128]. Эта фирма разработала полимерные композиции на основе полиариленсульфидов для герметизации (капсулирования) деталей микроэлектроники. По составу и применению к герметикам близки разного рода мастики и замазки. Их применяют для отделочных работ в строительстве, ремонтных работ, защитных покрытий и многих других целей. Они находят широкое применение в быту [129]. В отдельную группу выделяют компаунды — специальные составы, предназначенные для заливки или пропитки деталей электронной, радио- и электроаппаратуры с целью электроизоляции, защиты от внешней среды и механических воздействий. Основой компаундов также являются полимерные материалы [130]. Пленки и пленкообразователи. Пленки (почти исключительно — полимерные) представляют собой тонкие, обычно не более 0,5 мм, слои полимеров, как правило синтетических. Изготовление пленок осуществляют различными способами по специальной и довольно сложной технологии, основы которой описаны в фундаментальной, хотя и несколько устаревшей, монографии [131]. Пленкообразователи — это полимеры или олигомеры, которые при нанесении тем или иным способом на твердую поверхность образуют твердые пленки. Являются основой всех лакокрасочных материалов [132–133]. При изготовлении пленок используются различные полимеры: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиамиды, полиуретаны и др. Широкое распространение получили многослойные пленки из синтетических полимеров [134]. Такие пленки получают соединением обычных однослойных пленок между собой или с бумагой, фольгой, тканью при помощи специальных клеёв. Пленки должны обладать комплексом ценных свойств: прозрачностью, прочностью, термо- и морозостойкостью, низкой газопроницаемостью, жиро- и маслостойкостью, водостойкостью (а специальные пленки — и стойкостью ко многим химическим веществам), нетоксичностью и т.д. Для производства высококачественных пленок применяются и полимеры на основе органических соединений серы. Полисульфоновые и полиэфирсульфоновые пленки обладают, наряду с перечисленными выше качествами, еще и высокой термической и радиационной стойкостью. Они могут использоваться в диапазоне температуры от –60 С до +130 С. А пленки из полифениленсульфидов могут выдерживать и более высокую температуру, в связи с чем применяются в изделиях специальной техники. Благодаря своим уникальным ценным свойствам, пленки применяются во многих отраслях современной техники. Одно из самых важных применений — для электроизоляции проводов, кабелей, обмоток трансформаторов и других электрических машин, в качестве диэлектриков для конденсаторов. Пленки применяются для изготовления кино-, фото- и рентгеновских пленок, магнитных носителей информации. Они незаменимы в пищевой промышленности, торговле и быту: упаковка пищевых продуктов, товаров широкого потребления, жидких и сыпучих парфюмерно-косметических и химических товаров. Трудно представить повседневную жизнь без уже привычных полиэтиленовых пакетов. Полистирольные пленки применяются в качестве облицовочного материала для панелей холодильников. Полипропиленовые пленки используют для укрытия теплиц. Пленкообразователи бывают природные (например высыхающие растительные масла) и синтетические (типа перечисленных выше полимеров для пленок). К настоящему времени последние доминируют. Их наносят на твердую поверхность различными способами, чаще всего в виде растворов. Требования к свойствам пленкообразователей во многом аналогичны таковым для пленок. Сходны и области их применения. Бытовые клеи и родственные материалы. Бытовые клеи характеризуются рядом особенностей и специфических требований. Они должны быть по возможности универсальными, быстро и прочно склеивать материалы при мягких условиях применения (комнатная температура и атмосферное давление), не выделять пахучих и токсичных летучих компонентов, быть безвредными для человека и домашних животных, быть недорогими и доступными для производства и розничной продажи в достаточно больших количествах. Для обеспечения этих требований в бытовые клеевые составы вводят различные добавки: наполнители, отвердители и ускорители отверждения, стабилизаторы, пластификаторы, консерванты и т.д. Разнообразны и формы применения бытовых клеёв: порошки, пленки, липкие ленты, пасты, жидкости, эмульсии, суспензии, аэрозоли и др. Для применения в быту издавна используют неорганические клеи, например, силикатные. Традиционная область их применения — канцелярские работы (склеивание бумаги, картона и пр.). Но неорганические клеи пригодны и для склеивания стекла, керамики, асбеста и др. Столь же привычны для бытового применения и природные клеи — животные (обычно казеиновые) и растительные (чаще всего на основе крахмала). Весьма распространен казеиновый канцелярский клей. Он нетоксичен, эффективен и не горит. Крахмальные клеи и до сих пор еще используются для склеивания бумаги, приклеивания обоев. Для мелкого ремонта обуви в бытовых условиях применяют резиновые клеи — растворы натурального каучука в бензине. В настоящее время усиливаются тенденции к применению в быту разнообразных синтетических клеёв, которые быстро вытесняют вышеупомянутые традиционные средства. Возможности синтетических клеёв гораздо шире, а их свойства можно легко и целенаправленно изменять. Весьма популярны эпоксидные клеи. Главное их достоинство — универсальность. Эти клеи получают на основе эпоксидных смол. В столярных работах часто применяют дешевые карбамидные клеи, получаемые на основе синтетических мочевино-формальдегидных смол, а также полиэфирные клеи на основе олигоэфиракрилатов. Для переплетения книг и альбомов часто применяют полиамидные и полиакриловые клеи, для ремонта одежды — поливинилацетатные клеи, для склеивания кожи и замши — поливинилхлоридные клеи, для производства бытовых липких лент — полиолефиновые клеи и т.д. Одним их лучших универсальных бытовых клеёв является импортный универсальный клей «Момент». Он разработан фирмой «Хенкель» (Германия), а его производство налажено ОАО «Хенкель–Эра» в г. Тосно Ленинградской области, по лицензии «Хенкель». Это — клей на синтетической полимерной основе, предназначенный для склеивания в различных сочетаниях дерева, металла, поливинилхлорида, кожи, резины, войлока, декоративно–слоистых пластиков, стекла, керамики, фарфора. Но его нельзя использовать для склеивания посуды, предназначенной для приготовления и приема пищи (клей довольно токсичен). Еще один недостаток этого клея — горючесть. В быту широко применяются материалы, которые не являются клеями, но, так или иначе, родственны клеям по характеру применения. Они предназначены для соединения и скрепления различных деталей и узлов, а также для усиления сцепления и фиксации покрытий с твердой поверхностью. Это всевозможные грунтовки, шпатлевки, замазки, мастики и др. Грунтовки — это материалы для нижних слоев лакокрасочных покрытий, обеспечивающие их прочное сцепление с окрашиваемой поверхностью. Основой грунтовок являются природные и синтетические пленкообразующие полимерные материалы: смолы (полиэфирные, эпоксидные и др.), эфиры целлюлозы, поливинилацетали и т.д. Существуют грунтовки по металлам, по дереву, тканям, штукатурке, кирпичу, бетону и др. В качестве примера можно упомянуть грунтовку «Старатели». Это универсальная проникающая грунтовка, с антисептическими добавками. Предназначена для обеспечения лучшей адгезии наносимых материалов (красок, шпатлевок, клеёв) к основам из штукатурки, бетона и кирпича, а также для придания прочности поверхностям и уменьшением расхода лакокрасочных материалов. Химической основой этой грунтовки являются акриловые полимеры. Грунтовку наносят кистью, валиком или краскопульверизатором при температуре от 5 до 30 С. Изготовитель этой грунтовки — ООО «Старатели» (г. Лыткарино, Моск. обл.). Шпатлевки (шпаклевки) — это лакокрасочные материалы, которые используют для выравнивания (шпатлевания) шероховатостей, заделки трещин, выбоин, пазов и других дефектов твердой поверхности перед окрашиванием. Основой шпатлевок, как и грунтовок, являются полимерные пленкообразователи. К ним добавляют различные наполнители, пигменты и растворители. Известны клеевые, масляные, лаковые и другие шпатлевки. В состав шпатлевок могут входить еще и отвердители, стабилизаторы, ПАВ, пластификаторы и другие компоненты. В некоторые шпатлевки непосредственно перед применением вводят отвердители. Примером является отечественная масляно-клеевая шпатлевка ООО «Барельеф-Строй» (Москва). Её используют для заполнения пор, неровностей, трещин и для выравнивания поверхностей (бетонных, гипсовых, оштукатуренных, деревянных, асбоцементных, картонных и др.) стен, перегородок и потолков во внутренних помещениях, подлежащих окраске эмалями, масляными, водоэмульсионными красками, а также под оклейку обоями. Продолжительность высыхания 24 часа. В состав этой шпатлевки входят олифа, карбонат кальция (мел), эмульгатор, загуститель, консервант. Замазки используют в работах по остеклению, строительству, ремонту, отделке, футеровке. Замазки бывают отверждающиеся, неотверждающиеся и клеящие. Отверждающиеся замазки представляют собой пасты из мела (до 80 % масс.) и связующих (олифа и др.). Эти пасты затвердевают в течение 1-5 недель и после этого не растрескиваются и не крошатся. Такие замазки чаще всего применяют при остеклении оконных проёмов. Неотверждающиеся замазки остаются вязкими, практически не высыхают. Они содержат парафин, канифоль, растительные масла. Клеящие замазки (их иногда называют мастиками) служат для заделывания щелей и трещин в полах, плинтусах, оконных рамах, а также для уплотнения швов, стыков и для герметизации соединений в радиоэлектронной аппаратуре и различных приборах. Клеящие замазки применяют и в химических лабораториях для скрепления стеклянных, пластмассовых и металлических деталей. Хорошо известна химикам «менделеевская замазка», применяемая в расплавленном виде. В ее состав входят 100 массовых частей канифоли, 25 м.ч. воска, 40 м.ч. пемзы или охры и 0,1 м.ч. олифы. Мастики — это химические материалы для работ по строительству, ремонту, отделке и футеровке, а также для защиты от коррозии, улучшения внешнего вида и продления срока службы изделий. Для ухода за паркетными полами применяют восковые мастики. Они состоят из 30 % воска или парафина, 67 % растворителя (чаще всего скипидара) и полиметилсилоксана (до 3 %). В случае окрашенных деревянных полов или линолеума используют разбавляемую водой (обычно 1:8) мастику, состоящую из воска или стеарина, ПАВ и красителей. Для натирки полов используют также водоэмульсионные мастики. В их состав вводят полимеры, позволяющие получать твердые блестящие пленки, устойчивые к воде. Известны также клеящие мастики, иногда называемые замазками. По сравнению с клеями эти мастики обладают повышенной вязкостью и содержат различные наполнители. Для футеровки химической аппаратуры, работающей в кислой или щелочной среде, применяют полимерные мастики: фенольные, полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые и др. В строительстве для кровельных работ часто применяют мастики на основе битумов и дёгтя с различными наполнителями. Для укладки на полы керамической плитки служат цементно-песчаные мастики. В их состав входят полимеры. Пример состава такой мастики: 60 % песка, 20 % портландцемента и 20 % карбоксиметилцеллюлозы в виде 3 %-ного водного раствора. Для приклеивания к полам линолеума применяют, в частности, мастику следующего состава: 25 % хлоропренового каучука, 25 % каолина, 20 % этилацетата, 20 % бензина и 10 % инден-кумароновой смолы. Смазки. Под этим коротким термином часто понимают разного рода смазочные материалы: смазочные масла, вязкие (пластичные) смазочные средства, смазочно-охлаждающие жидкости, твердые смазки [135]. Комплекс свойств смазочных материалов обеспечивает снижение трения между трущимися деталями машин, уменьшение износа, предотвращение задиров и другой порчи трущихся поверхностей. Чем жестче режим эксплуатации (высокая температура, высокая механическая нагрузка и т.д.), тем выше требования к качеству и комплексу свойств смазок. Это обеспечивается введением в состав смазок тех или иных модификаторов — присадок. Они будут рассмотрены отдельно. Смазочные масла — важнейшая разновидность смазочных материалов. Смазочные масла бывают растительные, животные, нефтяные и синтетические. Обычные растительные масла (подсолнечное, льняное, конопляное и другие) общеизвестны. Из животных масел чаще всего используются касторовое и костное масла. Более важна классификация смазочных масел по назначению: моторные (автолы, газотурбинные и т.п.), трансмиссионные, приборные, редукторные, технологические, консервационные, медицинские, парфюмерные и другие масла. Важнейшими эксплуатационными характеристиками смазочных масел являются смазывающая эффективность, вязкость, термическая стабильность, низкотемпературные свойства, антикоррозионные свойства, моющая способность, совместимость с материалом изделия, способность отработавшего масла к регенерации и т.д. Иногда смазка должна обладать сугубо специальными свойствами. Например, фирма «Ай-Би-Эм» (США) создала электропроводящую смазку, не содержащую железа и предназначенную для использования в дисководах компьютеров и других электронных приборов [136]. В основе смазки лежит сополимер 1-децена с SO2 в молярном соотношении 1:1. Готовый состав содержит 33 % этого сополимера, 66 % толуола и 1 % присадок. Есть и другие примеры, но их рассмотрение выходит за рамки книги. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) применяют с целью снизить трение при обработке металлов резанием, уменьшить износ режущего инструмента и охладить его в процессе работы, смыть стружку и предотвратить коррозию [137]. В качестве СОЖ используют жидкие нефтепродукты, водные растворы электролитов и различные эмульсии. Для повышения эффективности СОЖ добавляют присадки, главным образом поверхностно-активные вещества (ПАВ). Лаки и лакокрасочные материалы. Лаки — это растворы пленкообразователей в воде или, чаще, в органических растворителях. Лаки наносят на поверхность изделия с помощью кисти, распылителя, налива и пр. Цель нанесения — отделка, улучшение внешнего вида, защита от коррозии или другого нежелательного внешнего воздействия и т.д. Лаки бывают мебельные, консервные, электроизоляционные и др. Для эффективного действия лаки должны иметь подходящую вязкость, растекаемость по поверхности, скорость высыхания (отверждения), нетоксичность и другие необходимые характеристики. Лакокрасочные материалы — это широкое понятие, включающее собственно лаки, а также краски, грунтовки, шпатлевки и пр. Важнейшим видом лакокрасочных материалов являются разнообразные лакокрасочные покрытия. Они образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов, нанесенных тем или иным способом на поверхность конструкции или изделия. Важнейшее назначение лакокрасочных покрытий — защита материалов от разрушения (металлов — от коррозии, дерева — от гниения, пластмасс — от нежелательного атмосферного влияния) и декоративная отделка поверхности. Качественные лакокрасочные покрытия могут обладать такими свойствами, как атмосферостойкость, водостойкость, масло- и бензостойкость, химическая стойкость, термостойкость, морозостойкость, электроизолирующая способность, светоотражающая способность, способность к люминесценции, огнезащищающая способность, звукоизолирующая способность и др. Лакокрасочные покрытия изготавливают из различных лакокрасочных материалов и классифицируют по свойствам соответствующих пленкообразователей (битумные, полиэфирные. эфирцеллюлозные, полиуретановые, и др.). При получении лакокрасочных покрытий широко используют и различные масла (олифы, масляные краски и пр.). Применение лакокрасочных покрытий охватывает все отрасли народного хозяйства, они широко применяются в быту. Мировое производство лакокрасочных материалов исчисляется десятками миллионов тонн ежегодно. Большинство лакокрасочных покрытий являются многослойными. Каждый слой выполняет свою функцию: нижний слой — это грунтовка, обеспечивающая адгезию; промежуточный слой — шпатлевка, обеспечивающая выравнивание поверхности и наружный слой — собственно лакокрасочное покрытие с целью отделки и защиты изделия. Нанесение лакокрасочного покрытия — это сложный технологический процесс, который тем сложнее, чем больше задач это покрытие должно выполнять [139]. Основой лакокрасочных материалов, естественно, являются красители, природные или синтетические. В наши дни природные красители утратили былое значение и уступили место синтетическим. Но они и до сих пор применяются в пищевой и парфюмерной промышленности. Синтетические красители весьма многообразны. Достижения современной химической науки и технологии позволяют синтезировать и выпускать в промышленном масштабе сложные по строению органические красители, обладающие заданным комплексом ценных свойств. Цвет красителя обусловлен наличием в его молекуле хромофорной системы — совокупности сопряженных кратных связей и различных функциональных групп. Последние выполняют и другие функции: способность растворятся в водных (группы SO3H, COOH, NH2 и др.) и неводных (додецил, третбутил и пр.) средах, химически связываться с окрашиваемым материалом (дихлортриазиновые, сульфоновые и другие группы), образовывать комплексные соединения с металлами (орто-расположенные гидроксильные, карбоксильные и другие заместители). Таким образом, современный синтетический краситель — это в полном смысле слова наукоёмкий продукт. Создаваемая им окраска должна быть устойчива к различным воздействиям как в условиях последующей переработке, так и при эксплуатации. Окрашенное изделие должно выдерживать обработку горячей водой и паром, действие высоких температур, различные погодные условия, действие света, атмосферного кислорода и озона, морской воды, сохраняться при стирке и глажении, трении в сухом и мокром состоянии и т.д. С  уществует многоплановая классификация синтетических красителей по их техническим свойствам, по растворимости в воде и неводных растворителях, по природе окрашиваемых материалов, по способам крашения, по химическому строению. Мы кратко коснемся лишь химической классификации. Арилметановые красители содержат в молекулах фрагменты арил метанов типа (R, R1, R2 и R3 — различные заместители, среди которых могут быть и сульфогруппы). Н  апример, в случае следующих заместителей:получается ярко-голубой краситель, пригодный для приготовления чернил и типографских красок. К этой же химической группе красителей относится и хорошо известный химикам–аналитикам фенолфталеин — индикатор, бесцветный в кислой и нейтральной средах и малиновый в щелочной среде:  А  нтрахиноновые красители содержат в молекулах фрагмент антрахинона. Они относятся к числу наиболее распространенных. Сам антрахинонимеет желтую окраску. Вводя в его молекулу различные заместители (алкил–, амино–, окси–, алкокси– и др. группы), изменяя их количество и взаимное положение, можно в широких пределах варьировать цвета и оттенки красителей. В качестве заместителей в молекулу антрахинона вводят и сульфогруппы. Например, антрахиноновый краситель сложного строения с тремя сульфогруппами (в виде натриевой соли) и  меет синий цвет и используется для окраски хлопка [140]. Обращает на себя внимание особенность расположения сульфогрупп: две из них расположены в орто-положении к аминному азоту, а третья — в мета-положении. Вообще, малейшие нюансы химического строения могут сильно повлиять на свойства продукта. Азиновые красители — это производные 1,4–диазина (пиразина), конденсированного с кольцами бензола или нафталина. В качестве заместителей содержат фенильные, фениламиновые группы, а также сульфогруппы. Наличие сульфогрупп характерно для очень многих красителей — эти группы обеспечивают растворимость красителя в воде и полярных органических растворителях (ацетон, бутанол, целлозольвы и др.). Кроме того, сульфогруппы повышают вероятность химического связывания красителя с окрашиваемым материалом, что иногда имеет большое значение для устойчивости окрашивания. Примером азинового красителя является «кислотный голубой» формулы  Азокрасители содержат в молекулах одну или нескольких азогрупп –N=N–, связывающих между собой фрагменты ароматических или гетероароматических соединений. Примеры азокрасителей:     В этот тип красителей входят представители всех цветов и оттенков. На долю азокрасителей приходится более половины всех производимых красителей. Применяются для крашения тканей, кожи, бумаги, пластмасс, резин, при изготовлении цветных карандашей и т.д. [140,141]. Азометиновые красители содержат в молекулах азометиновый фрагмент  , входящий в систему сопряженных двойных связей. Например, из 1 моль 1,3-дииминоизоиндолина и 2 молей 2-амино-6-метокси-бензотиазола при нагревании получают азометиновый  красный пигмент: Пигменты такого типа служат основой многих лакокрасочных материалов [142]. Т  иазиновые красители содержат в молекулах тиазиновый фрагмент, как например в «метиленовом голубом»: Этот краситель, который еще называют «метиленовой синью», относится по химическому строению к сульфониевым солям. Является тиазиновым красителем и применяется для изготовления цветных карандашей, окрашивания бумаги и в качестве аналитического реагента для спектрофотометрического определения многих веществ. Кроме того, метиленовый голубой является лекарственным антисептическим средством. Хинониминовые красители содержат в молекулах фрагмент пара–хинонимина  . Некоторые красители этой группы содержат в молекулах сульфидную серу: С    казанное выше далеко не исчерпывает большой самостоятельной темы о красителях. Мы лишь слегка коснулись ее в том плане, что красители являются составной частью синтетических лакокрасочных (часто — полимерных) материалов (таблица 3). Для более подробного ознакомления можно рекомендовать хорошую переводную монографию [142]. В нашей стране работает много заводов по выпуску лакокрасочной продукции. Крупные предприятия есть и в Ярославле. В творческом сотрудничестве с заводчанами работает отраслевая и вузовская наука. В Ярославском государственном техническом университете синтезированы новые органические соединения серы, перспективные для применения в производстве лакокрасочных материалов. К ним относятся, например, новые замещенные бензимидазолы, оксазолы и тиазолы типа  , где X — группы NH, O или S [143]. Интересные исследования и разработки по созданию новых лакокрасочных материалов ведутся в ЯГТУ под руководством профессора И.В. Голикова. В частности, синтезированы и изучены полимеры диоксоланметакрилатов [144]. Они пригодны для использования в производстве лакокрасочных покрытий, органических стекол и других изделий оптического назначения. |
Похожие:
 | Аналитическая химия учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | | Устный журнал «Химия в нашей жизни» Ведущий 1 Рабочая программа составлена на основании рабочего учебного плана по фгос, переутвержденного ученым советом юргту (нпи) протоколом... |
| Пасха красная «Молитесь за монахов — они корень нашей жизни. И как бы ни рубили древо нашей жизни, оно даст еще зеленую поросль, пока жив его животворящий... | | Высокомолекулярные соединения учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... |
| Химические основы биологических процессов учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | | Информатика в нашей жизни Тематический вечер «Информатика в нашей жизни» — это внеклассное занятие для учащихся viii—xi классов средней школы. Вечер – заключительное... |
 | Урок закрепления-повторения Защита проектов По теме «Средства массовой информации в нашей жизни» Социокультурный аспект – знакомство с мнениями одноклассников о том, какое место занимают сми в нашей жизни, характеристикой различных... | | Рабочая программа элективного курса по химии «Химия в нашей жизни» Программа включает как теоретический материал, так и практический. Кроме того, данный курс направлен на удовлетворение познавательных... |
| Урок в шестом классе по теме «Животные в нашей жизни» Задачи урока: активизация навыков монологической речи по теме «Животные в нашей жизни»;актуализация навыков письма, чтения и аудирования;... | | Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... ... |
| Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... «Неорганическая химия»; «Аналитическая химия»; «Органическая химия»; «Физическая химия» | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Образование». Никто и не мечтал о чуде. Но оно свершилось… «Научно – технический прогресс проник во все области нашей жизни». Так... |
| Рабочая программа по дисциплине б пищевая химия Ооп впо направления 260100. 62 Продукты питания из растительного сырья. Дисциплина преподается в 5 семестре и методически взаимосвязана... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Один из важных моментов здоровых отношений это умонастроение оптимизма. Но когда это доходит до нашей духовной практики его важность... |
| Урок обобщения по теме: «Право в нашей жизни» Урок – обобщения по теме: «Право в нашей жизни». Для учащихся 11 «А» профильного класса | | Разработка урока одноатомные спирты и их роль в жизни человека По дисциплине «химия» Методическая разработка предназначена для проведения теоретического занятия по дисциплине «Химия» по теме «Одноатомные спирты и их... |
