Polimerek

Polipropilén molekulák láncai.

Polimerek(görögül πολύ- - sok; μέρος - rész) - szervetlen és szerves, amorf és kristályos anyagok, amelyeket különféle atomcsoportok ismételt ismétlésével nyernek, úgynevezett "monomer egységeket", amelyek kémiai vagy koordinációs kötésekkel hosszú makromolekulákká kapcsolódnak. A polimer nagy molekulatömegű vegyület: a polimerben lévő monomer egységek számának (polimerizációs foknak) elég nagynak kell lennie. Sok esetben az egységek száma elegendőnek tekinthető egy molekula polimerként való besorolásához, ha a molekulatulajdonságok nem változnak a következő monomer egység hozzáadásakor. A polimerek általában több ezer és több millió közötti molekulatömegű anyagok.

Ha a makromolekulák közötti kötést gyenge Van der Waals-erők segítségével hajtják végre, akkor ezeket hőre lágyuló műanyagoknak, ha kémiai kötések segítségével - hőre lágyuló anyagoknak nevezik. A lineáris polimerek közé tartozik például a cellulóz, az elágazó láncú polimerek, például az amilopektin, összetett térbeli, háromdimenziós szerkezetű polimereket tartalmaznak.

A polimer szerkezetében megkülönböztethető egy monomer kapcsolat - egy ismétlődő szerkezeti fragmentum, amely több atomot tartalmaz. A polimerek nagyszámú azonos szerkezetű ismétlődő csoportból (egységből) állnak, például polivinil-klorid (-CH 2 -CHCl-) n, természetes gumi stb. Azok a nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek molekulái többféle ismétlődő csoportot tartalmaznak: kopolimereknek vagy heteropolimereknek nevezzük.

A polimer monomerekből polimerizációs vagy polikondenzációs reakciók eredményeként jön létre. A polimerek között számos természetes vegyület található: fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok, gumi és egyéb szerves anyagok. A legtöbb esetben a fogalom szerves vegyületekre vonatkozik, de sok szervetlen polimer létezik. A természetes eredetű elemek legegyszerűbb vegyületeiből szintetikus úton nagyszámú polimert állítanak elő polimerizációval, polikondenzációval és kémiai átalakításokkal. A polimerek nevei a monomer nevéből, előtaggal jönnek létre poli-: poli etilén, poli propilén, poli vinil-acetát stb.

Sajátosságok

Különleges mechanikai tulajdonságok:

• rugalmasság - nagy reverzibilis alakváltozások képessége viszonylag kis terhelés mellett (gumik);
• üveges és kristályos polimerek (műanyagok, szerves üveg) alacsony ridegsége;
• a makromolekulák tájékozódási képessége irányított mechanikai mező hatására (szálak és filmek gyártásánál használják).

A polimer megoldások jellemzői:

• magas oldatviszkozitás alacsony polimerkoncentráció mellett;
• a polimer feloldódása a duzzadás szakaszán keresztül megy végbe.

Különleges kémiai tulajdonságok:

• a fizikai és mechanikai tulajdonságainak drámai megváltoztatásának képessége kis mennyiségű reagens hatására (gumi vulkanizálás, bőrcserzés stb.).

A polimerek különleges tulajdonságait nemcsak nagy molekulatömegük magyarázza, hanem az is, hogy a makromolekulák láncszerkezettel rendelkeznek és rugalmasak.

Osztályozás

A kémiai összetétel szerint az összes polimert fel kell osztani organikus, organoelem, szervetlen.

• szerves polimerek.
• szerves elem polimerek. Szervetlen atomokat (Si, Ti, Al) tartalmaznak szerves gyökökkel kombinálva a szerves gyökök főláncában. A természetben nem léteznek. Egy mesterségesen előállított képviselő a szerves szilíciumvegyületek.

Megjegyzendő, hogy a műszaki anyagokban gyakran alkalmazzák a polimerek különböző csoportjainak kombinációit. Ez kompozíciós anyagok (pl. üvegszál).

A makromolekulák alakja szerint a polimereket lineáris, elágazó (speciális eset - csillag alakú), szalagos, lapos, fésű alakú, polimer hálózatokra és így tovább osztják.

A polimereket polaritás szerint osztályozzák (ez befolyásolja az oldhatóságot különböző folyadékokban). A polimer egységek polaritását a dipólusok jelenléte határozza meg összetételükben - olyan molekulák, amelyek pozitív és negatív töltések szétválasztott eloszlásával rendelkeznek. A nem poláris kapcsolatokban az atomok kötéseinek dipólusmomentumai kölcsönösen kompenzálódnak. Azokat a polimereket, amelyek egységei jelentős polaritással rendelkeznek, un hidrofil vagy poláris. Polimerek nem poláris egységekkel - nem poláris, hidrofób. A poláris és nem poláris egységeket egyaránt tartalmazó polimereket nevezzük amfifil. Azokat a homopolimereket, amelyek mindegyike tartalmaz poláris és nem poláris nagy csoportokat, nevezzük amfifil homopolimerek.

A fűtéssel kapcsolatban a polimereket a következőkre osztják hőre lágyulóés hőre keményedő. hőre lágyuló a polimerek (polietilén, polipropilén, polisztirol) melegítéskor meglágyulnak, egyenletesen megolvadnak, hűtve pedig megkeményednek. Ez a folyamat visszafordítható. hőre keményedő Hevítéskor a polimerek olvadás nélkül visszafordíthatatlan kémiai lebomláson mennek keresztül. A hőre keményedő polimerek molekulái nem lineáris szerkezetűek, amelyeket lánc polimer molekulák térhálósításával (például vulkanizálásával) nyernek. A hőre keményedő polimerek rugalmassági tulajdonságai magasabbak, mint a hőre keményedő polimereké, azonban a hőre keményedő polimerek gyakorlatilag nem folynak, így kisebb a törési feszültségük.

Természetes szerves polimerek képződnek növényi és állati szervezetekben. Ezek közül a legfontosabbak a növények és állatok testét nagymértékben alkotó poliszacharidok, fehérjék és nukleinsavak, amelyek a földi élet működését biztosítják. Úgy gondolják, hogy a földi élet kialakulásának döntő állomása az volt, hogy egyszerű szerves molekulákból bonyolultabb makromolekuláris molekulák alakultak ki (lásd: Kémiai evolúció).

Típusok

szintetikus polimerek. Mesterséges polimer anyagok

Az ember már régóta használ természetes polimer anyagokat életében. Ilyenek a ruhagyártáshoz használt bőr, szőrme, gyapjú, selyem, pamut stb., különféle kötőanyagok (cement, mész, agyag), amelyek megfelelő feldolgozás után térbeli polimer testeket képeznek, amelyeket széles körben használnak építőanyagként. A láncpolimerek ipari gyártása azonban a 20. század elején megkezdődött, bár ennek előfeltételei már korábban megjelentek.

A polimerek ipari gyártása szinte azonnal két irányba fejlődött - természetes szerves polimerek mesterséges polimer anyagokká történő feldolgozásával, illetve szintetikus polimerek kinyerésével szerves kis molekulatömegű vegyületekből.

Az első esetben a nagy kapacitású gyártás cellulózra épül. A fizikailag módosított cellulózból az első polimer anyagot - celluloidot - a 20. század elején állították elő. A cellulóz-éterek és -észterek nagyüzemi gyártását a második világháború előtt és után szervezték meg, és a mai napig tart. Ezek alapján fóliákat, szálakat, festékeket és lakkokat, valamint sűrítőanyagokat állítanak elő. Meg kell jegyezni, hogy a mozi és a fényképezés fejlődése csak egy átlátszó nitrocellulózfilm megjelenése miatt volt lehetséges.

A szintetikus polimerek gyártása 1906-ban kezdődött, amikor L. Baekeland szabadalmaztatta az úgynevezett bakelit gyantát - a fenol és formaldehid kondenzációjának termékét, amely hevítés hatására háromdimenziós polimerré alakul. Évtizedek óta használják elektromos műszerdobozokban, akkumulátorokban, televíziókban, aljzatokban és egyebekben, ma már gyakrabban használják kötőanyagként és ragasztóként.

Henry Ford erőfeszítéseinek köszönhetően az első világháború előtt megindult az autóipar rohamos fejlődése, amely először természetes, majd szintetikus gumira épült. Ez utóbbi gyártását a második világháború előestéjén sajátították el a Szovjetunióban, Angliában, Németországban és az USA-ban. Ugyanebben az években elsajátították a kiváló elektromos szigetelőanyagnak számító polisztirol és polivinil-klorid ipari gyártását, valamint a polimetil-metakrilátot – a "plexiüvegnek" nevezett szerves üveg nélkül lehetetlen lett volna a háborús években tömeges repülőgépgyártás.

A háború után újraindult a háború előtt megkezdett poliamid szál és szövet (kapron, nylon) gyártása. Az 50-es években. 20. század kifejlesztették a poliészterszálat, és elsajátították a lavsan vagy polietilén-tereftalát elnevezésű, erre épülő szövetek előállítását. A polipropilén és a nitron - poliakrilnitrilből készült mesterséges gyapjú - zárja a szintetikus szálak listáját, amelyeket a modern emberek ruházati és ipari tevékenységekhez használnak. Az első esetben ezeket a szálakat nagyon gyakran természetes cellulóz- vagy fehérjeszálakkal (pamut, gyapjú, selyem) kombinálják. A polimerek világában korszakos esemény volt a XX. század 50-es éveinek közepén történt felfedezés és a Ziegler-Natta katalizátorok gyors ipari fejlődése, amely a poliolefinek és mindenekelőtt polipropilén alapú polimer anyagok megjelenéséhez vezetett. -nyomásos polietilén (előtte polietilén előállítása kb. 1000 atm nyomáson), valamint kristályosodásra képes sztereoreguláris polimerek. Ezután a tömeggyártásba bevezették a poliuretánokat - a legelterjedtebb tömítőanyagokat, ragasztókat és porózus lágy anyagokat (habgumi), valamint a polisziloxánokat - organoelem polimereket, amelyek nagyobb hőállósággal és rugalmassággal rendelkeznek a szerves polimerekhez képest.

A listát a 60-70-es években szintetizált, úgynevezett egyedi polimerek zárják. 20. század Ide tartoznak az aromás poliamidok, poliimidek, poliészterek, poliészter-ketonok stb.; e polimerek nélkülözhetetlen tulajdonsága az aromás ciklusok és (vagy) aromás kondenzált szerkezetek jelenléte. A szilárdság és a hőállóság kiemelkedő értékeinek kombinációja jellemzi őket.

Tűzálló polimerek

Sok polimer, például poliuretánok, poliészterek és epoxigyanták hajlamosak meggyulladni, ami a gyakorlatban gyakran elfogadhatatlan. Ennek megakadályozására különféle adalékanyagokat vagy halogénezett polimereket használnak. A halogénezett telítetlen polimereket úgy állítják elő, hogy klórozott vagy brómozott monomereket, például hexaklór-endometilén-tetrahidroftálsavat (HCEMTFA), dibróm-opentil-glikolt vagy tetrabróm-ftálsavat adnak a kondenzációba. Az ilyen polimerek fő hátránya, hogy égéskor korróziót okozó gázok szabadulhatnak fel, amelyek káros hatással lehetnek a közeli elektronikára. A magas környezetbiztonsági követelmények miatt kiemelt figyelmet fordítanak a halogénmentes komponensekre: foszforvegyületekre és fém-hidroxidok.

Az alumínium-hidroxid hatása azon a tényen alapul, hogy magas hőmérsékleten víz szabadul fel, ami megakadályozza az égést. A hatás eléréséhez nagy mennyiségű alumínium-hidroxidot kell hozzáadni: 4 tömegrész egy rész telítetlen poliészter gyantához.

Az ammónium-pirofoszfát más elven működik: elszenesedést okoz, ami egy üveges pirofoszfátréteggel együtt elszigeteli a műanyagot az oxigéntől, gátolva a tűz terjedését.

Új, ígéretes töltőanyag a réteges alumínium-szilikátok, amelyek gyártása Oroszországban folyik.

Alkalmazás

A polimereket értékes tulajdonságaik miatt használják a gépiparban, a textiliparban, a mezőgazdaságban és az orvostudományban, az autó- és hajógyártásban, a repülőgépgyártásban, valamint a mindennapi életben (textil- és bőrtermékek, edények, ragasztók és lakkok, ékszerek és egyéb cikkek). Makromolekuláris vegyületek alapján gumit, szálakat, műanyagokat, fóliákat és festékbevonatokat állítanak elő. Az élő szervezetek minden szövete makromolekuláris vegyület.

Polimer tudomány

A polimerek tudománya a második világháború kezdetén kezdett önálló tudományterületként fejlődni, és az 50-es években alakult ki egészében. században, amikor felismerték a polimerek szerepét a technikai haladás fejlődésében és a biológiai objektumok élettevékenységében. Szoros rokonságban áll a fizikával, a fizikai, kolloid- és szerves kémiával, és a modern molekuláris biológia egyik alapvetésének tekinthető, melynek vizsgálati tárgyai a biopolimerek.

Polimerizáció és polikondenzáció

A monomerből polimer előállításának reakcióját polimerizációnak nevezzük. A polimerizáció során egy anyag gáz- vagy folyékony halmazállapotból nagyon sűrű folyékony vagy szilárd halmazállapotúvá válhat. A polimerizációs reakciót nem kíséri kis molekulatömegű melléktermékek eliminálása. A polimerizáció során a polimert és a monomert azonos elemösszetétel jellemzi.

A kettős kötésekkel rendelkező vegyületek polimerizációja általában a láncmechanizmus szerint megy végbe. A láncreakció elindításához szükséges, hogy az aktív részecskék a kezdeti inert tömegből származzanak. A láncreakciókban egy részecske több ezer inaktív molekulát von be a reakcióba, és hosszú láncot alkot. Az elsődleges aktív központok a szabad gyökök és az ionok.

A gyökök egy molekula részei, amelyek egy elektronpár megszakadásakor keletkeznek, és párosítatlan elektront tartalmaznak (például metil-CH 3 -, fenil-C 6 H 6 -, etilcsoport C 2 H 5 - stb.). A kezdeti gyökök és ionok képződése hő, fény, különféle ionizáló sugárzások, speciálisan bevezetett katalizátorok hatására történhet.

A polimerizációs reakción túlmenően a polimerek polikondenzációval is előállíthatók - egy olyan reakció, amelyben a polimer atomok átrendeződnek, és víz vagy más kis molekulatömegű anyagok szabadulnak fel a reakciószférából.

A polimerek jellemzői

A polimerek legfontosabb jellemzői a kémiai összetétel, a molekulatömeg MM és az MWD molekulatömeg-eloszlása, a makromolekulák elágazási foka és flexibilitása, a sztereoregularitás (lásd Sztereoreguláris polimerek) stb. A polimerek tulajdonságai jelentősen függenek ezektől a jellemzőktől.

A makromolekulában lévő kémiai egységek száma határozza meg a hosszát, és ezt n polimerizációs foknak nevezzük. Például egy polietilén molekula (-CH 2 -CH 2 -) n n kémiai egységből áll etilén CH 2 \u003d CH 2. Egy kémiai egység M molekulatömegének és a polimerizáció fokának szorzata a makromolekula MM molekulatömege. M és n értékétől függően a polimerek molekulatömege nagyon széles tartományban változhat, 3-tól. 10 2-től 2-ig. 10 6 egység.

Egy és ugyanazon polimer makromolekuláinak molekulatömegétől függően a következőket feltételesen megkülönböztetjük:

Monomer - kis molekulatömegű kiindulási termék;

Oligomerek - MM-t tartalmazó polimerek< 540, представляют собой низкомолекулярный продукт полимеризации или поликонденсации. Свойства олигомеров существенно зависят от молекулярной массы и, следовательно, от степени полимеризации.

A polimerek molekulatömege 5. 10 3< ММ < 5 . 10 5 . К этой группе принадлежит абсолютное большинство разновидностей полимеров. Свойства полимеров от числа мономерных звеньев в цепи зависят значительно меньше, чем у олигомеров.

Az ultranagy molekulatömegű polimerek MM > 5. 10 5 .

A molekuláris szint jellemzi a makromolekulák kémiai szerkezetét, amelyet általában a monomer egységek kémiai jellege és az intermonomer kötések típusa határoz meg.

Az egyszerű anyagokkal ellentétben a polimer sok makromolekulából áll, amelyek molekulatömege változó. Ezért a polimereket átlagos MW érték jellemzi. Vagyis a polimer polimolekuláris. Ebben a tekintetben a polimerek fizikai-kémiai tulajdonságainak leírásakor viszonylag széles tartományban adják meg molekulatömegük értékét. Így például az alacsony sűrűségű polietilén esetében az (1,9-4,8) értékeket adják meg. 10 4 . A molekulatömeg-eloszlás (MWD) a polimer heterogenitását tükrözi a láncméret és ennek következtében az alkotó makromolekulák molekulatömege szempontjából. Minél közelebb van az MWD az egységhez, annál egyenletesebb a polimer molekulák mérete.

A polimerek főbb fizikai paraméterei (szilárdság, hővezető képesség, dilatometrikus jellemzők, jellemző hőmérsékletek) gyakorlatilag függetlenek a molekulatömegtől. A polimerek molekulatömege befolyásolja olvadékaik reológiai paramétereit, termikus deformációját és számos működési tulajdonságot. Ezenkívül jelentősen függ a polimerek előállítási módjától, vagyis a szintézisük berendezésétől és technológiájától.

Szerint a szerkezet a makromolekulák osztják lineáris, sematikusan jelölve -А-А-А-А-А-, (például természetes gumi); elágazó, oldalsó ágakkal (például amilopektin); és retikuláris vagy térhálós, ha a szomszédos makromolekulák térhálósítottak (pl. kikeményedett epoxigyanták). Az erősen térhálósított polimerek oldhatatlanok, nem olvadnak és nem képesek nagy rugalmasságú alakváltozásokra.

A lineáris polimerek sajátos fizikai-kémiai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezen tulajdonságok közül a legfontosabbak: nagy szilárdságú anizotróp, erősen orientált szálak és filmek kialakítására való képesség, nagy, hosszú távon kialakuló reverzibilis alakváltozások képessége, az oldódás előtti erősen rugalmas állapotban való duzzadás képessége; nagy viszkozitású oldatok. Ez a tulajdonságkészlet a makromolekulák nagy molekulatömegének, láncszerkezetének és rugalmasságának köszönhető.

Azokat a polimereket, amelyek molekulái azonos monomer egységekből állnak, homopolimereknek nevezzük, például polivinil-kloridnak, polikaproamidnak, cellulóznak. Azokat a polimereket, amelyek makromolekulái többféle monomer egységet tartalmaznak, kopolimereknek nevezzük. Azokat a kopolimereket, amelyekben az egyes típusú láncszemek kellően hosszú, folytonos szekvenciákat alkotnak, amelyek egymást helyettesítik a makromolekulán belül, blokk-kopolimereknek nevezzük. Egy kémiai szerkezetű makromolekula belső (nem terminális) láncszemeihez egy vagy több más szerkezetű lánc kapcsolódhat. Sztereoblokk kopolimereknek nevezzük azokat a polimereket, amelyekben a kötés egyes sztereoizomerjei kellően hosszú folyamatos szekvenciákat alkotnak, amelyek egymást helyettesítik egy makromolekulán belül.

A polimer makromolekulák fizikai szerveződése alkotja a legfontosabb fogalmakat, amelyek meghatározzák a polimerek domináns tulajdonságait, nevezetesen a hőre lágyuló képességet és a hőre keményedést.

A lineáris és elágazó polimerek a hőre lágyuló polimerek vagy hőre lágyuló műanyagok egy osztályát alkotják, a térbeli polimerek pedig a hőre keményedő polimerek vagy hőre lágyuló műanyagok osztályát.

Irodalom

• Polimerek enciklopédiája, 1-3. kötet, ch. szerk. V. A. Kargin, M., 1972-77;
• Makhlis F. A., Fedyukin D. L., Terminológiai kézikönyv a gumiról, M., 1989;
• Krivoshey V.N., Csomagolás polimer anyagokból, M., 1990;
• Sheftel V. O., Káros anyagok műanyagokban, M., 1991;

Előszó

Minden típusú polimer anyag olyan anyag, amelyben minden molekula több tíz vagy százezer azonos atomcsoportból álló lánc, amelyek sorba kapcsolódnak, és ugyanaz az atomcsoport ritmikusan sokszor ismétlődik.

Tartalom

A fő polimer anyagok a gyanták és a műanyagok. Attól függően, hogy hőre lágyuló polimerről vagy hőre keményedő anyagról van-e szó, az anyag vagy többször meglágyul és megkeményedhet, vagy egyszeri melegítéssel szilárd halmazállapotúvá alakulhat, és végleg elveszítheti olvadási képességét. A leggyakrabban használt modern polimer anyagok a diszperziók, latexek és ragasztók.

Mik azok az építő polimer anyagok

Mik azok a polimer anyagok és hogyan használják őket az építőiparban? Minden típusú polimer anyag olyan anyag, amelyben minden molekula több tíz vagy százezer azonos atomcsoportból álló lánc, amelyek sorba kapcsolódnak, és ugyanaz az atomcsoport ritmikusan sokszor ismétlődik.

A polimer anyagok fő típusait hőre lágyuló és hőre keményedő anyagokra osztják. A hőre lágyuló polimerek képesek többszörösen lágyulni és megkeményedni a hőmérséklet változásával, valamint könnyen megduzzadnak és szerves oldószerekben oldódnak. Ide tartoznak a polisztirol, polietilén és polivinil-klorid (polivinil-klorid) gyanták és műanyagok.

A hőre keményedő polimer anyagok fő tulajdonsága, hogy hevítéskor oldhatatlan szilárd állapotba kerülnek, és visszafordíthatatlanul elveszik az olvadási képességet. Ilyen polimerek a fenol-formaldehid és a karbamid-formaldehid, a poliészter és az epoxigyanták.

Az építőiparban bizonyos típusú polimer anyagok hő, fény és levegő oxigén hatására idővel megváltoztatják tulajdonságaikat: elvesztik rugalmasságukat, rugalmasságukat, vagyis elöregednek.

A modern építőipari polimer anyagok öregedésének megakadályozására speciális stabilizátorokat (öregedésgátló szereket) használnak, amelyek ólom, bárium, kadmium stb. különféle fémorganikus vegyületei. Például a tinuvin P-t stabilizátorként használják.

Mik azok a polimer anyagok, és melyek a fő jellemzőik, ezen az oldalon megtudhatja.

Polimer műanyagok és tulajdonságaik

A polimer anyagok egyik fő típusa a műanyag. Szerves anyagok csoportját alkotják, amelyek szintetikus vagy természetes gyantaszerű nagy molekulatömegű anyagokon alapulnak, amelyek melegítés és nyomás hatására formálhatók, stabilan megtartva a nekik adott formát.

A polimer műanyagok jó hő- és elektromos szigetelő tulajdonságokkal, korrózióállósággal és tartóssággal rendelkeznek. A műanyagok átlagos sűrűsége 15-2200 kg/m3; nyomószilárdság - 120-160 MPa. A műanyagok jó elektromos és hőszigetelő tulajdonságokkal, korrózióállósággal és tartóssággal rendelkeznek. Néhányuk átlátszó és erősen tapadó, és hajlamos vékony filmeket és védőbevonatot képezni. Ezeket a polimer anyagokat tulajdonságaik miatt széles körben alkalmazzák az építőiparban, főleg kötőanyagokkal, fémekkel és kőanyagokkal kombinálva.

A műanyagok kötőanyagból – polimerből, töltőanyagból, lágyítóból és kötésgyorsítóból – állnak. A színes műanyagok gyártása során ásványi színezékeket is használnak.

Az ilyen típusú polimer anyagok gyártása során töltőanyagként szerves és ásványi porokat, azbesztet, fa- és üvegszálakat, papírt, üveg- és pamutszöveteket, fafurnérokat, azbesztkartonokat stb. használnak. A töltőanyagok nemcsak a gyártás költségeit csökkentik. anyag, hanem javítja a műanyagok egyedi tulajdonságait is: növeli a keménységet, szilárdságot, savállóságot és hőállóságot. Kémiailag inertnek, nem illékonynak és nem mérgezőnek kell lenniük. A műanyagok gyártása során lágyítók a cinksav, az alumínium-sztearát és mások, amelyek nagyobb plaszticitást adnak az anyagnak. A műanyagokban katalizátorokat (gyorsítókat) használnak a térhálósodás felgyorsítására. A katalizátorra példa a mész vagy az urotropin, amelyeket fenol-formaldehid polimerek kikeményítésére használnak.

Szintetikus polimer anyagok és alkalmazásaik

Az előállítás módja szerint a szintetikus polimer anyagok két osztályba sorolhatók: A osztály - láncpolimerizációval nyert polimerek; B osztály - polikondenzációval és fokozatos polimerizációval nyert polimerek.

A polimerizációs folyamat ugyanazon és különböző molekulák kombinációja. A polimerizáció során nem képződnek melléktermékek.

A polikondenzációs folyamat kis molekulatömegű anyagok nagyszámú azonos és különböző polireaktív molekulájának kombinációja, amelynek eredményeként nagy molekulatömegű anyag képződik. A polikondenzációs folyamat során víz, hidrogén-klorid, ammónia és egyéb anyagok szabadulnak fel.

Szilikon gyanták a makromolekuláris vegyületek egy speciális csoportja. Ezeknek a polimer építőanyagoknak a sajátossága, hogy szerves és szervetlen anyagok tulajdonságaival is rendelkeznek.

Ezen polimer anyagok fizikai és mechanikai jellemzői gyakorlatilag függetlenek a hőmérséklet-ingadozásoktól a hagyományos gyantákhoz képest, emellett nagy hidrofób tulajdonságokkal és hőállósággal rendelkeznek. A szilikongyantákat különféle termékek előállítására használják, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletnek (400-500 °C).

Ezeknek a szintetikus polimer anyagoknak a fő alkalmazási területe a betonok és habarcsok gyártása a tartósságuk növelése érdekében. Természetes és mesterséges kőanyagok (beton, mészkő, travertin, márvány stb.) védőbevonataként is használatosak. Az impregnálás 6-10 évig fejti ki védő hatását, utána meg kell újítani.

Természetes kőtermékek és egyéb épületszerkezetek felületeinek impregnálásához hidrofóbizáló szerves szilícium folyadékokat (GCL) használnak, amelyeket felhasználás előtt szerves oldószerekkel oldanak fel, valamint 50%-os vizes emulziót (tejfehér), amelyet használat előtt vízzel kevernek össze. 1:10 arányban.

Polivinil-acetát diszperzió (PVA) vinil-acetát polimerizációjának terméke vizes közegben iniciátor és védőkolloid jelenlétében. Ez egy viszkózus, fehér színű folyadék, homogén, sikolyok és idegen zárványok nélkül.

A viszkozitástól függően a PVA-t három fokozatban állítják elő: H - alacsony viszkozitású, C - közepes viszkozitású, B - magas viszkozitású. Polimer cementhabarcsok, masztixek, paszták gyártására használják, amelyeket burkolómunkákhoz használnak.

Szintetikus latex SKS-65GP- butadién és sztirol együttes polimerizálásának terméke 35:65 (tömeg) arányban vizes emulzióban, emulgeálószerként szintetikus zsírsavak nekal és nátriumszappan felhasználásával. Az SKS-65GP latexet polimerbetonok, emulziós festékek, masztixek és paszták gyártásához használják burkolómunkákhoz. A latexet különféle bevonatok felhordásához is használják.

Ennek a polimer építőanyagnak a latex SKS-65GP fizikai és kémiai tulajdonságai:

• szárazanyag-tartalom, %, legalább 47;
• polimerizálatlan sztirol tartalom, %, legfeljebb 0,08;
• a hidrogénionok koncentrációja (pH), legalább 11;
• felületi feszültség, dyne/cm2, legfeljebb 40;
• viszkozitás, s - 11-15;
• hamutartalom, %, legfeljebb 1,5.

A szintetikus latex SKS-ZOSHR butadién és sztirol együttes polimerizálásának terméke vizes emulzióban, kötőanyagként vagy ragasztóanyagként használják burkolómunkákban.

Az SKS-ZOSHR latex fizikai és kémiai tulajdonságai:

• szárazanyag-tartalom, %, legalább 33;
• kocsonyásodási hőmérséklet, °С, legfeljebb 14;
• szabad lúgtartalom, %, legfeljebb 0,15.

A polimer ragasztók jellemzői

A polimer ragasztókat folyadékok, porok és filmek formájában állítják elő.

A folyékony ragasztóknak két típusa van. Az első típusú ragasztókészítmények a gumik, gyanták vagy cellulózszármazékok szerves illékony oldószerben (alkoholban vagy acetonban) oldva. Az oldószer elpárologtatása után szilárd ragasztó kötés jön létre. A második típusú ragasztókészítmények speciálisan ragasztókhoz készített gyanták vizes oldatai. Az ilyen oldatok megfelelő tárolás esetén nem sűrűsödnek be több hónapig. A folyékony ragasztók 40-70% szilárd ragasztót tartalmaznak.

A folyékony ragasztók közül a melamin-formaldehid, a fenol-formaldehid, a karbamid-formaldehid, a gumi, az epoxi, a polivinil-acetát, valamint a szilikon hozzáadásával készült ragasztók a legelterjedtebbek.

A CMC-ragasztót (karboxi-metil-cellulóz nátriumsója) masztixek és oldatok gyártásához használják.

Karbinol ragasztó (vinil-acetilén-karbolén)- Világos narancssárga színű, viszkózus átlátszó folyadék, amely nagy tapadóképességgel rendelkezik. Ezért univerzálisnak nevezik. Különféle anyagok ragasztására alkalmas, akár beton, kő, fém, fa is. A keményített karbinol ragasztó ellenáll az olajoknak, savaknak, lúgoknak, benzinnek, acetonnak és víznek.

A tömény salétromsavat vagy benzoil-peroxidot katalizátorként használják a karbinol ragasztó keményedésének felgyorsítására. Ez utóbbi egy robbanópor, ezért tűztől távol kell tárolni.

A karbinol ragasztót két összetételű karbinol szirup (100 tömegóra) alapján állítják elő: az 1. benzoil-peroxidot (1-3 tömegh.) adják hozzá keményítőként, a 2. - tömény salétromsavat (1- 2 tömegóra). h.).

A karbinol ragasztót 20°C hőmérsékleten és sötétben tárolják, mivel a fény hatására elveszti tapadóképességét.

Epoxi ragasztó Tiszta, viszkózus, világosbarna színű folyadék, erős ragadóssággal. Kő, beton, kerámia burkolólapok ragasztására szolgál. A megkeményedett epoxi ragasztóanyag ellenáll a savaknak, lúgoknak, oldószereknek, víznek, valamint nagy mechanikai terhelésnek. Az epoxigyanta keményítők polietilén-poliamin vagy hexametilén-diamin, a dibutil-ftolát pedig lágyító.

Meghatározás

Történeti hivatkozás

Polimer tudomány

Polimerizáció

A polimerizáció típusai

Történelmi adat

Szintetikus polimerek. Mesterséges polimer anyagok

polietilén

Polisztirol

PVC

műanyagok

Osztályozás polimerek

A polimerek jellemzői

Biopolimerek

Nukleinsavak

Poliszacharidok

Cellulóz

Keményítő

Polikondenzáció

Lineáris és 3D polikondenzáció

Polikondenzációval szintetizált polimerek fő ipari csoportjai

Polikondenzáció a természetes vegyületek kémiájában

Poliamidok

Polikarbonátok

Poliészterek

polimeráz láncreakció

Sztori

PCR lefolytatása

Reakció komponensek

kopolimerek

Poliuretánok

Nyugta

Tulajdonságok

Folyékony kristály polimer

Elasztomer

Hőre lágyuló műanyagok

A polimer az(a görög πολύ- - "sok" és μέρος - "rész" szóból - nagy molekulatömegű vegyület, nagy molekulatömegű anyag (több ezertől több millióig), nagyszámú ismétlődő atomcsoportból áll azonos vagy eltérő szerkezetű - összetett láncszemek , amelyeket kémiai vagy koordinációs kötések kötnek össze hosszú lineáris (például cellulóz) vagy elágazó (például amilopektin) láncokká, valamint térbeli, háromdimenziós struktúrákká.

Szerkezetében gyakran megkülönböztethető egy monomer - egy ismétlődő szerkezeti fragmentum, amely több atomot tartalmaz. A polimerek nagyszámú, azonos szerkezetű ismétlődő csoportból (linkből) állnak, például polivinil-kloridnak (-CH2-CHCl-) n, természetes guminak, stb. csoportokat kopolimereknek nevezzük.

A polimer monomerekből polimerizációs vagy polikondenzációs reakciók eredményeként jön létre. A polimerek között számos természetes vegyület található: fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok, gumi és egyéb szerves anyagok. A legtöbb esetben a fogalom szerves vegyületekre vonatkozik, de sok szervetlen polimer létezik. A természetes eredetű elemek legegyszerűbb vegyületeiből szintetikus úton nagyszámú polimert állítanak elő polimerizációval, polikondenzációval és kémiai átalakításokkal. A polimerek nevei a monomer nevéből jönnek létre poli- előtaggal: polietilén, polipropilén, polivinil-acetát ...

A polimereket értékes tulajdonságaik miatt a gépiparban, a textiliparban, a mezőgazdaságban és az orvostudományban, az autó- és hajógyártásban, valamint a mindennapi életben használják (textil- és bőripari cikkek, edények, ragasztók és lakkok, ékszerek és egyéb cikkek). Makromolekuláris vegyületek, gumi, rostok, műanyagok, fóliák és bevonatok. Az élő szervezetek minden szövete makromolekuláris vegyület.

Történeti hivatkozás

A "polimer" kifejezést I. Berzelius vezette be a tudományba 1833-ban, az izoméria egy speciális típusának jelölésére, amelyben az azonos összetételű anyagok (polimerek) eltérő molekulatömegűek, például etilén és butilén, oxigén és ózon. Így a kifejezés tartalma nem felelt meg a P-vel kapcsolatos modern elképzeléseknek. Az "igazi" szintetikus polimereket ekkor még nem ismerték.

A P. sorozatot nyilván már a 19. század első felében szerezték be. A vegyészek azonban ekkor általában megpróbálták elnyomni a polimerizációt és a polikondenzációt, ami a fő kémiai reakció termékeinek "gyantájához", vagyis valójában gyanták képződéséhez vezetett (eddig a gyantákat gyakran gyantának nevezték). A szintetikus P. első említése 1838-ból (polivinilidén-klorid) és 1839-ből (polisztirol) származik.

A petrolkémiai kémia csak akkor merült fel, amikor A. M. Butlerov megalkotta a kémiai szerkezet elméletét (a 19. század 60-as évek eleje). A. M. Butlerov a molekulák szerkezete és relatív stabilitása közötti kapcsolatot tanulmányozta, ami polimerizációs reakciókban nyilvánul meg. A gumi tudománya (az 1920-as évek végéig) elsősorban a gumiszintetizáló módszerek intenzív kutatásának köszönhető, amelyben számos ország vezető tudósai vettek részt (H. Bouchard, W. Tilden, a német tudós K. Garries, IL Kondakov, SV Lebedev és mások). A 30-as években. bizonyítást nyert a szabadgyökös (H. Staudinger és mások) és az ionos (F. Whitmore amerikai tudós és mások) polimerizációs mechanizmusainak megléte. W. Carothers munkája fontos szerepet játszott a polikondenzációval kapcsolatos elképzelések kidolgozásában.

A 20-as évek elejétől. 20. század A poliuretán szerkezetére vonatkozó elméleti koncepciók is kidolgozás alatt állnak, kezdetben azt feltételezték, hogy az olyan biopolimerek, mint a cellulóz, keményítő, gumi, fehérjék, valamint néhány, hozzájuk hasonló tulajdonságú szintetikus poliuretán (például poliizoprén) kisméretű olyan molekulák, amelyek oldatban nem kovalens kötések következtében szokatlan módon kolloid természetű komplexekké asszociálódhatnak (a "kis blokkok" elmélete). A polimerek, mint makromolekulákból, szokatlanul nagy molekulatömegű részecskékből álló anyagok alapvetően új ötletének szerzője G. Staudinger volt. E tudós elképzeléseinek győzelme (az 1940-es évek elejére) arra késztette, hogy a pirotechnikát a kémia és a fizika minőségileg új tárgyának tekintse.

Polimer tudomány

A polimerek tudománya a második világháború kezdetén kezdett önálló tudományterületként fejlődni, és az 50-es években alakult ki egészében. században, amikor felismerték a polimerek szerepét a technikai haladás fejlődésében és a biológiai objektumok élettevékenységében. Szoros rokonságban áll a fizikával, a fizikai, kolloid- és szerves kémiával, és a modern molekuláris biológia egyik alapvetésének tekinthető, melynek vizsgálati tárgyai a biopolimerek.

Polimerizáció

Polimerizáció (görög polimerek - sok részből állnak) - nagy molekulatömegű anyag (polimer) képződése kis molekulatömegű anyag (monomer, oligomer) molekuláinak ismételt rögzítésével egy növekvő polimer molekulában lévő aktív centrumokhoz. A polimer részét képező monomer molekula az ún. monomer egység. A monomer és a polimer elemi összetétele (molekulaképlete) megközelítőleg azonos.

A monomerek általában több kötést tartalmazó vegyületek, amelyek képesek megnyílni, hogy új kötéseket alakítsanak ki más molekulákkal, biztosítva a lánc növekedését.

A polimerizációs mechanizmus általában több kapcsolódó lépésből áll:

Kezdeményezés - aktív polimerizációs központok megjelenése;

A lánc növekedése (folytatása) - folyamat következetes csatlakozás monomer molekulák a központokba;

Láncátvitel - az aktív központ átmenete egy másik molekulára;

Láncelágazás - több aktív központ kialakulása egyből;

A lánc megszakadása - az aktív központok halála.

A polimerizáció típusai

1. A polimerizáció osztályozása többféle jellemzőn alapulhat:

A monomer molekulák típusainak száma:

Homopolimerizáció - azonos monomerek polimerizációja;

A kopolimerizáció két vagy több különböző monomer polimerizációja.

2. Az aktív hely természete és mechanizmusa folyamat:

Gyökös polimerizáció - az aktív centrumok szabad gyökök;

Ionos polimerizáció - az aktív centrumok ionok vagy polarizált molekulák;

3. A monomerek fázisállapota:

Gázfázisú polimerizáció;

Folyékony fázisú polimerizáció;

szilárd fázisú polimerizáció.

4. Annak a régiónak a szerkezete, amelyben az aktív központok koncentrálódnak:

Volumetrikus polimerizáció - polimerizáció a monomer teljes térfogatában;

Frontális polimerizáció - polimerizáció keskeny terjedő frontban;

Emulziós polimerizáció - polimerizáció nagy diszperzitású monomer részecskék felületén emulzióban.

5. Kezdeményezés módja:

Fotopolimerizáció;

Termikus polimerizáció;

Sugárzási polimerizáció stb.

6. A kapott polimer szerkezeti jellemzői:

Sztereoreguláris polimerizáció - polimerizáció rendezett térszerkezetű polimerek képződésével;

7. A polimerizáció technológiai jellemzői:

Polimerizáció nagy nyomáson stb.

8. A monomerek kémiai természete:

Olefinek polimerizációja stb.

A polimerek kémiai átalakulásának alapja egyes funkciós csoportok másokkal való helyettesítése, amely a polimerizáció mértékének megváltoztatása nélkül megy végbe.

történelmi adat

A polimerizációt már a 19. század közepén felfedezték, szinte egy időben az első polimerizálható monomerek (sztirol, izoprén, vinil-klorid, metakrilsav stb.) izolálásával. A polimerizáció, mint a monomermolekulák közötti valódi kémiai kötések kialakításának láncfolyamatának lényegét azonban csak az 1920-as és 1930-as években ismerték fel. századnak köszönhetően munka G. Staudinger, S. V. Lebegyev, B. V. Byzov, K. Ziegler. Staudinger kémikus 1922-ben bebizonyította, hogy a polimerek nagy molekulákból álló vegyületek, amelyek atomjait kovalens kötés köti össze.

szintetikus polimerek. Mesterséges polimer anyagok

Az ember már régóta használ természetes polimer anyagokat életében. Ezek a ruházati cikkek gyártásához használt bőr, szőrme, gyapjú, selyem stb., különféle kötőanyagok (cement, mész, agyag), amelyek megfelelő megmunkálással térbeli polimer testeket képeznek, amelyeket széles körben használnak építőanyagként. A láncpolimerek azonban a 20. század elején elkezdődtek, bár ennek előfeltételei már korábban megteremtődtek.

Majdnem azonnal ipari termelés A polimerek két irányban fejlődtek ki - természetes szerves polimerek mesterséges polimer anyagokká történő feldolgozásával, illetve szerves, kis molekulatömegű vegyületekből szintetikus polimerek kinyerésével.

Az első esetben a nagy kapacitású gyártás cellulózra épül. A fizikailag módosított cellulózból az első polimer anyagot - celluloidot - a 20. század elején állították elő. A második világháború előtt és után is megszervezték a cellulóz-éterek és -észterek nagyüzemi gyártását. háborúkés a mai napig létezik. Ezek alapján fóliákat, szálakat, festékeket és lakkokat, valamint sűrítőanyagokat állítanak elő. Meg kell jegyezni, hogy a mozi és a fényképezés fejlődése csak a nitrocellulózból készült átlátszó film megjelenése miatt volt lehetséges.

A szintetikus polimerek gyártása 1906-ban kezdődött, amikor L. Bakeland szabadalmaztatta az úgynevezett bakelit gyantát - termék fenol és formaldehid kondenzációja, amely hevítés hatására háromdimenziós polimerré alakul. Évtizedek óta használják elektromos készülékek, akkumulátorok, televíziók, aljzatok stb. házainak gyártására, ma már gyakrabban használják kötőanyagként és ragasztóként.

Henry Ford erőfeszítéseinek köszönhetően az első világ előtt háború megindult az autóipar rohamos fejlődése, először a természetes, majd a szintetikus gumi bázisán. Ez utóbbi gyártását a második világháború előestéjén sajátították el a Szovjet Szocialista Köztársaságok Uniójában (), Angliában, a Német Köztársaságban és az USA-ban. Ugyanebben az években elsajátították ipari termelés a polisztirol és a polivinil-klorid, amelyek kiváló elektromos szigetelő anyagok, valamint a polimetil-metakrilát – a "plexiüvegnek" nevezett szerves üveg nélkül lehetetlen lett volna a háborús években tömeges repülőgépgyártás.

A háború után újraindult a háború előtt megkezdett poliamid szál és szövet (kapron, nylon) gyártása. Az 50-es években. 20. század kifejlesztették a poliészterszálat, és elsajátították a lavsan vagy polietilén-tereftalát elnevezésű, erre épülő szövetek előállítását. A polipropilén és a nitron - poliakrilnitrilből készült mesterséges gyapjú zárja a szintetikus szálak listáját, amelyeket a modern emberek ruházati és ipari tevékenységekhez használnak. Az első esetben ezeket a rostokat nagyon gyakran természetes cellulóz- vagy fehérjerostokkal kombinálják ( pamut-, gyapjú, selyem). A polimerek világában korszakos esemény volt a XX. század 50-es éveinek közepén történt felfedezés és a Ziegler-Natta katalizátorok gyors ipari fejlődése, amely a poliolefinek és mindenekelőtt polipropilén alapú polimer anyagok megjelenéséhez vezetett. -nyomásos polietilén (előtte polietilén előállítása kb. 1000 atm nyomáson), valamint kristályosodásra képes sztereoreguláris polimerek. Ezután a tömeggyártásba bevezették a poliuretánokat - a legelterjedtebb tömítőanyagokat, ragasztókat és porózus lágy anyagokat (habgumi), valamint a polisziloxánokat - organoelem polimereket, amelyek nagyobb hőállósággal és rugalmassággal rendelkeznek a szerves polimerekhez képest.

A listát a 60-70-es években szintetizált, úgynevezett egyedi polimerek zárják. 20. század Ide tartoznak az aromás poliamidok, poliimidek, poliészterek, poliészter-ketonok stb.; e polimerek nélkülözhetetlen tulajdonsága az aromás ciklusok és (vagy) aromás kondenzált szerkezetek jelenléte. A szilárdság és a hőállóság kiemelkedő értékeinek kombinációja jellemzi őket.

polietilén

Hőre lágyuló polimer, fehér. A polietilén az etilén (etén) polimerje.

V ipar etilén nagy nyomáson és alacsony vagy közepes nyomáson történő polimerizálásával nyerik. A polietilén szerkezetét és tulajdonságait az előállítás módja határozza meg. A legelterjedtebb márkák átlagos tömegmolekulatömege 30-800 ezer; a kristályosság és a sűrűség foka 20 °C-on 50% és 0,918-0,930 g/cm3 kis sűrűségű polietilénnél és 75-90% és 0,955-0,968 g/cm3 nagy sűrűségű polietilénnél. A sűrűség növekedésével nő a keménység, a hajlítási modulus, a folyáshatár és a vegyszerállóság. A polietilén egyesíti a nagy szakítószilárdságot (10-45 MN/m2, vagy 100-450 kgf/cm2) a rugalmassággal (relatív szakadási nyúlás 500-1000%). Jó elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik (például a dielektromos veszteség érintője 2×10-4-4×10-4 -120 és 120°C közötti hőmérsékleten és 10-50 kHz frekvencián). Ellenáll bármilyen koncentrációjú lúgnak, szerves savaknak, tömény sósavnak és hidrogén-fluoridnak; salétromsav, klór és fluor tönkreteszi; 80 C felett oldódik alifás és aromás szénhidrogénekben és ezek halogénszármazékaiban; viszonylag ellenáll a radioaktív sugárzásnak; ártalmatlan; üzemi hőmérséklet tartomány -80 ё -120 és 60 ё 100 C között.

A polietilén az egyik legolcsóbb polimer, amely egyesíti az értékes tulajdonságokat a hőre lágyuló műanyagoknál ismert minden nagy teljesítményű eljárással feldolgozható képességgel. Ezért a polimerizáció globális termelésében műanyagok A polietilén az első helyet foglalja el.

A polietilén fóliák, csövek (beleértve a szennyvíz és agresszív folyadékok, fővezetékek) gyártására szolgál, profilozott kereskedelmi cikk, vezetékek és kábelek szigetelése, tartályok (palackok, kannák, tartályok), galvánfürdők, szaniterek, szálak stb., széles körben használják a technológia különböző ágaiban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben. A legelterjedtebb az alacsony sűrűségű polietilén. A polietilén klórozásának és klórszulfonálásának termékei szintén nagy műszaki jelentőséggel bírnak.

Sajátosságok

Különleges mechanikai tulajdonságok:

• rugalmasság - nagy reverzibilis alakváltozások képessége viszonylag kis terhelés mellett (gumik);
• üveges és kristályos polimerek (műanyagok, szerves üveg) alacsony ridegsége;
• a makromolekulák tájékozódási képessége irányított mechanikai mező hatására (szálak és filmek gyártásánál használják).

A polimer megoldások jellemzői:

• magas oldatviszkozitás alacsony polimerkoncentráció mellett;
• a polimer feloldódása a duzzadás szakaszán keresztül megy végbe.

Különleges kémiai tulajdonságok:

• a fizikai és mechanikai tulajdonságainak drámai megváltoztatásának képessége kis mennyiségű reagens hatására (gumi vulkanizálás, bőrcserzés stb.).

A polimerek különleges tulajdonságait nemcsak nagy molekulatömegük magyarázza, hanem az is, hogy a makromolekulák láncszerkezettel rendelkeznek és rugalmasak.

Osztályozás

A kémiai összetétel szerint az összes polimert fel kell osztani organikus, organoelem, szervetlen.

• szerves polimerek.
• szerves elem polimerek. Szervetlen atomokat (Si, Ti, Al) tartalmaznak szerves gyökökkel kombinálva a szerves gyökök főláncában. A természetben nem léteznek. Egy mesterségesen előállított képviselő a szerves szilíciumvegyületek.

Megjegyzendő, hogy a műszaki anyagokban gyakran alkalmazzák a polimerek különböző csoportjainak kombinációit. Ez kompozíciós anyagok (pl. üvegszál).

A makromolekulák alakja szerint a polimereket lineáris, elágazó (speciális eset - csillag alakú), szalagos, lapos, fésű alakú, polimer hálózatokra és így tovább osztják.

A polimereket polaritás szerint osztályozzák (ez befolyásolja az oldhatóságot különböző folyadékokban). A polimer egységek polaritását a dipólusok jelenléte határozza meg összetételükben - olyan molekulák, amelyek pozitív és negatív töltések szétválasztott eloszlásával rendelkeznek. A nem poláris kapcsolatokban az atomok kötéseinek dipólusmomentumai kölcsönösen kompenzálódnak. Azokat a polimereket, amelyek egységei jelentős polaritással rendelkeznek, un hidrofil vagy poláris. Polimerek nem poláris egységekkel - nem poláris, hidrofób. A poláris és nem poláris egységeket egyaránt tartalmazó polimereket nevezzük amfifil. Azokat a homopolimereket, amelyek mindegyike tartalmaz poláris és nem poláris nagy csoportokat, nevezzük amfifil homopolimerek.

A fűtéssel kapcsolatban a polimereket a következőkre osztják hőre lágyulóés hőre keményedő. hőre lágyuló a polimerek (polietilén, polipropilén, polisztirol) melegítéskor meglágyulnak, egyenletesen megolvadnak, hűtve pedig megkeményednek. Ez a folyamat visszafordítható. hőre keményedő Hevítéskor a polimerek olvadás nélkül visszafordíthatatlan kémiai lebomláson mennek keresztül. A hőre keményedő polimerek molekulái nem lineáris szerkezetűek, amelyeket lánc polimer molekulák térhálósításával (például vulkanizálásával) nyernek. A hőre keményedő polimerek rugalmassági tulajdonságai magasabbak, mint a hőre keményedő polimereké, azonban a hőre keményedő polimerek gyakorlatilag nem folynak, így kisebb a törési feszültségük.

Természetes szerves polimerek képződnek növényi és állati szervezetekben. Ezek közül a legfontosabbak a növények és állatok testét nagymértékben alkotó poliszacharidok, fehérjék és nukleinsavak, amelyek a földi élet működését biztosítják. Úgy gondolják, hogy a földi élet kialakulásának döntő állomása az volt, hogy egyszerű szerves molekulákból bonyolultabb makromolekuláris molekulák alakultak ki (lásd: Kémiai evolúció).

Típusok

szintetikus polimerek. Mesterséges polimer anyagok

Az ember már régóta használ természetes polimer anyagokat életében. Ilyenek a ruhagyártáshoz használt bőr, szőrme, gyapjú, selyem, pamut stb., különféle kötőanyagok (cement, mész, agyag), amelyek megfelelő feldolgozás után térbeli polimer testeket képeznek, amelyeket széles körben használnak építőanyagként. A láncpolimerek ipari gyártása azonban a 20. század elején megkezdődött, bár ennek előfeltételei már korábban megjelentek.

A polimerek ipari gyártása szinte azonnal két irányba fejlődött - természetes szerves polimerek mesterséges polimer anyagokká történő feldolgozásával, illetve szintetikus polimerek kinyerésével szerves kis molekulatömegű vegyületekből.

Az első esetben a nagy kapacitású gyártás cellulózra épül. A fizikailag módosított cellulózból az első polimer anyagot - celluloidot - a 20. század elején állították elő. A cellulóz-éterek és -észterek nagyüzemi gyártását a második világháború előtt és után szervezték meg, és a mai napig tart. Ezek alapján fóliákat, szálakat, festékeket és lakkokat, valamint sűrítőanyagokat állítanak elő. Meg kell jegyezni, hogy a mozi és a fényképezés fejlődése csak egy átlátszó nitrocellulózfilm megjelenése miatt volt lehetséges.

A szintetikus polimerek gyártása 1906-ban kezdődött, amikor L. Baekeland szabadalmaztatta az úgynevezett bakelit gyantát - a fenol és formaldehid kondenzációjának termékét, amely hevítés hatására háromdimenziós polimerré alakul. Évtizedek óta használják elektromos műszerdobozokban, akkumulátorokban, televíziókban, aljzatokban és egyebekben, ma már gyakrabban használják kötőanyagként és ragasztóként.

Henry Ford erőfeszítéseinek köszönhetően az első világháború előtt megindult az autóipar rohamos fejlődése, amely először természetes, majd szintetikus gumira épült. Ez utóbbi gyártását a második világháború előestéjén sajátították el a Szovjetunióban, Angliában, Németországban és az USA-ban. Ugyanebben az években elsajátították a kiváló elektromos szigetelőanyagnak számító polisztirol és polivinil-klorid ipari gyártását, valamint a polimetil-metakrilátot – a "plexiüvegnek" nevezett szerves üveg nélkül lehetetlen lett volna a háborús években tömeges repülőgépgyártás.

A háború után újraindult a háború előtt megkezdett poliamid szál és szövet (kapron, nylon) gyártása. Az 50-es években. 20. század kifejlesztették a poliészterszálat, és elsajátították a lavsan vagy polietilén-tereftalát elnevezésű, erre épülő szövetek előállítását. A polipropilén és a nitron - poliakrilnitrilből készült mesterséges gyapjú - zárja a szintetikus szálak listáját, amelyeket a modern emberek ruházati és ipari tevékenységekhez használnak. Az első esetben ezeket a szálakat nagyon gyakran természetes cellulóz- vagy fehérjeszálakkal (pamut, gyapjú, selyem) kombinálják. A polimerek világában korszakos esemény volt a XX. század 50-es éveinek közepén történt felfedezés és a Ziegler-Natta katalizátorok gyors ipari fejlődése, amely a poliolefinek és mindenekelőtt polipropilén alapú polimer anyagok megjelenéséhez vezetett. -nyomásos polietilén (előtte polietilén gyártása kb. 1000 atm nyomáson), valamint kristályosodásra képes sztereoreguláris polimerek. Ezután a tömeggyártásba bevezették a poliuretánokat - a legelterjedtebb tömítőanyagokat, ragasztókat és porózus lágy anyagokat (habgumi), valamint a polisziloxánokat - organoelem polimereket, amelyek nagyobb hőállósággal és rugalmassággal rendelkeznek a szerves polimerekhez képest.

A listát a 60-70-es években szintetizált, úgynevezett egyedi polimerek zárják. 20. század Ide tartoznak az aromás poliamidok, poliimidek, poliészterek, poliészter-ketonok stb.; e polimerek nélkülözhetetlen tulajdonsága az aromás ciklusok és (vagy) aromás kondenzált szerkezetek jelenléte. A szilárdság és a hőállóság kiemelkedő értékeinek kombinációja jellemzi őket.

Tűzálló polimerek

Sok polimer, például poliuretánok, poliészterek és epoxigyanták hajlamosak meggyulladni, ami a gyakorlatban gyakran elfogadhatatlan. Ennek megakadályozására különféle adalékanyagokat vagy halogénezett polimereket használnak. A halogénezett telítetlen polimereket úgy állítják elő, hogy klórozott vagy brómozott monomereket, például hexaklór-endometilén-tetrahidroftálsavat (HCEMTFA), dibróm-opentil-glikolt vagy tetrabróm-ftálsavat adnak a kondenzációba. Az ilyen polimerek fő hátránya, hogy égéskor korróziót okozó gázok szabadulhatnak fel, amelyek káros hatással lehetnek a közeli elektronikára. A magas környezetbiztonsági követelmények miatt kiemelt figyelmet fordítanak a halogénmentes komponensekre: foszforvegyületekre és fém-hidroxidok.

Az alumínium-hidroxid hatása azon a tényen alapul, hogy magas hőmérsékleten víz szabadul fel, ami megakadályozza az égést. A hatás eléréséhez nagy mennyiségű alumínium-hidroxidot kell hozzáadni: 4 tömegrész egy rész telítetlen poliészter gyantához.

Az ammónium-pirofoszfát más elven működik: elszenesedést okoz, ami egy üveges pirofoszfátréteggel együtt elszigeteli a műanyagot az oxigéntől, gátolva a tűz terjedését.

Új ígéretes töltőanyag a réteges alumínium-szilikátok, amelyek előállítása

Alkalmazás

A polimereket értékes tulajdonságaik miatt használják a gépiparban, a textiliparban, a mezőgazdaságban és az orvostudományban, az autó- és hajógyártásban, a repülőgépgyártásban, valamint a mindennapi életben (textil- és bőrtermékek, edények, ragasztók és lakkok, ékszerek és egyéb cikkek). Makromolekuláris vegyületek alapján gumit, szálakat, műanyagokat, fóliákat és festékbevonatokat állítanak elő. Az élő szervezetek minden szövete makromolekuláris vegyület.

Polimer tudomány

A polimerek tudománya a második világháború kezdetén kezdett önálló tudományterületként fejlődni, és az 50-es években alakult ki egészében. században, amikor felismerték a polimerek szerepét a technikai haladás fejlődésében és a biológiai objektumok élettevékenységében. Szoros rokonságban áll a fizikával, a fizikai, kolloid- és szerves kémiával, és a modern molekuláris biológia egyik alapvetésének tekinthető, melynek vizsgálati tárgyai a biopolimerek.

Hasonló információk.

Természetes és szintetikus makromolekuláris vegyületek (polimerek)

A nagy molekulatömegű vegyületek vagy polimerek nagy molekulatömegű (száz, ezres és milliós nagyságrendű) összetett anyagok, amelyek molekulái sok ismétlődő elemi egységből épülnek fel, amelyek kölcsönhatás és kombináció eredményeként jönnek létre. egymással azonos vagy különböző egyszerű molekulák - monomerek.

A következő két folyamat vezet makromolekuláris vegyületek kialakulásához: a) polimerizációs reakció - az a folyamat, amelynek eredményeként egy kis molekulatömegű vegyület (monomer) molekulái kovalens kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, és egy új anyagot (polimert) képeznek, amelynek molekulatömege egész számmal nagyobb, mint az a monomer; a polimerizáció főleg a többszörös (kettős vagy hármas) kötést tartalmazó vegyületekre jellemző; b) polikondenzációs reakció - két vagy több funkciós csoportot tartalmazó, kis molekulatömegű vegyületekből polimer előállításának folyamata, amelynek során e csoportok következtében olyan anyagok szabadulnak fel, mint a víz, ammónia, hidrogén-halogenid stb.; a polimer elemi egységének összetétele ebben az esetben eltér a kiindulási monomer összetételétől.

Példák természetes makromolekuláris vegyületek szolgálhat az elemi egységekből felépülő keményítő és cellulóz, amelyek monoszacharid (glükóz) maradékok, valamint fehérjék, amelyek elemi egységei az aminosavak; ide tartoznak a természetes gumik is (lásd alább).

Egyre nagyobb jelentőséget kapnak szintetikus makromolekuláris vegyületek vagy ahogy másképpen nevezik, szintetikus polimerek. Különféle anyagokról van szó, amelyeket általában elérhető és olcsó nyersanyagokból szintetizálnak; ezek alapján műanyag masszákat (műanyagokat) kapnak - összetett kompozíciókat, amelyekbe különféle töltőanyagokat és adalékanyagokat vezetnek be, amelyek megadják a polimereknek a szükséges műszaki tulajdonságokat, valamint szintetikus szálakat (lásd a 177. §-t).

A polimerek számos természetes anyag (fémek, fa, bőr, ragasztók stb.) értékes helyettesítői. A szintetikus szálak sikeresen helyettesítik a természetes szálakat - selyem, gyapjú, pamut. Ugyanakkor fontos hangsúlyozni, hogy a szintetikus polimer alapú anyagok számos tulajdonságban gyakran felülmúlják a természetes anyagokat. Lehetőség van műanyag masszák, szálak és egyéb vegyületek előállítása meghatározott műszaki tulajdonságokkal. Ez lehetővé teszi a modern technológia számos olyan problémájának megoldását, amelyeket nem lehet csak természetes anyagok felhasználásával megoldani.

polimerizációs gyanták. A polimerizációs gyanták közé tartoznak a túlnyomórészt etilén szénhidrogének vagy származékaik polimerizációs reakciójával nyert polimerek.

polietilén- az etilén polimerizációja során keletkező polimer, például amikor 150-250 MPa-ra préselik 150-250 °C-on ( nagynyomású polietilén)

vagy rövidítve:

A polimerizációs reakció egy telítetlen vegyület (ebben az esetben az etilén) számos molekulájában a kettős kötések felnyílásának eredménye, majd ezeknek a molekuláknak a kombinációja egymással egy óriási makromolekulává. Érték P kifejezi polimerizációs fok- a makromolekulát alkotó monomer egységek számát jelzi. Az etilén polimerizációjának kezdetét kis mennyiségű (0,05-0,1%) oxigén bevezetése okozza.

Olyan katalizátorokat találtak, amelyeknek köszönhetően az etilén alacsony nyomáson polimerizálódik. Például trietil-alumínium (C 2 H 5) 3 Al jelenlétében titán (IV)-klorid TiCl 4 (Ziegler-katalizátor) hozzáadásával a polimerizáció atmoszférikus nyomáson megy végbe (kiderül alacsony nyomású polietilén)" króm-oxidokon (Phillips katalizátor) a polimer legfeljebb 10 MPa nyomáson képződik ( közepes nyomású polietilén).

A polietilén egy telített szénhidrogén, amelynek molekulatömege 10 000-400 000. Színtelen, vékony rétegben áttetsző, vastag rétegekben fehér, viaszos, de szilárd anyag, olvadáspontja 110-125 0 C. Kiemelten ellenálló és vízálló. ellenállás, alacsony gázáteresztő képesség. Használják elektromos szigetelőanyagként, valamint csomagolóanyagként használt fóliák gyártásához, könnyű törhetetlen edények, tömlők és vegyipari csővezetékek gyártásához. A polietilén tulajdonságai az előállítás módjától függenek; például a nagynyomású polietilénnek kisebb a sűrűsége és kisebb a molekulatömege (10 000-45 000), mint az alacsony nyomású polietilénnek (molekulatömeg 70 000-400 000), ami befolyásolja a műszaki tulajdonságokat. Élelmiszerekkel való érintkezéskor csak nagynyomású polietilén megengedett, mivel az alacsony nyomású polietilén katalizátormaradványokat - az emberi egészségre káros nehézfém-vegyületeket - tartalmazhat.

polipropilén - propilénből, a telítetlen etilén szénhidrogének homológja az etilén után:

A polimerizáció katalizátorok jelenlétében megy végbe. A polimerizáció körülményeitől függően polipropilént kapunk, amely a makromolekulák szerkezetében és ennek következtében tulajdonságaiban is különbözik. Kinézetre gumiszerű massza, többé-kevésbé kemény és rugalmas. Magasabb olvadáspontjában különbözik a polietiléntől. Például a 80 000 feletti molekulatömegű polipropilén 174-175 0 C-on olvad.

A polipropilént elektromos szigetelésre, védőfóliák, csövek, tömlők, fogaskerekek, műszeralkatrészek, valamint nagy szilárdságú és vegyszerálló szálak gyártására használják. Ez utóbbit kötelek, halászhálók stb. gyártásához használják. A polipropilén fóliák sokkal átlátszóbbak és erősebbek, mint a polietilén fóliák, a polipropilén csomagolású élelmiszerek sterilizálhatók, főzhetők és melegíthetők.

polisztirol - a sztirol polimerizációja során keletkezik:

Átlátszó üveges massza formájában kaphatjuk meg. Szerves üvegként, ipari cikkek (gombok, fésűk stb.) gyártásához használják, elektromos szigetelőként.

PVC(polivinil-klorid) - vinil-klorid polimerizálásával nyerik:

Ez egy rugalmas massza, nagyon ellenáll a savaknak és lúgoknak. Széles körben használják csövek és tartályok bélelésére a vegyiparban. Elektromos vezetékek szigetelésére, műbőr, linóleum, vízálló esőkabát készítésére használják. A polivinil-klorid klórozását kapjuk perklór-vinilgyanta.

Politetrafluor-etilén- tetrafluor-etilén polimer:

A politetrafluor-etilén műanyag ún teflon vagy fluoroplaszt. Nagyon ellenáll a lúgoknak, tömény savaknak és egyéb reagenseknek. Kémiailag kiválóan ellenáll az aranynak és a platinának. Nem gyúlékony, magas dielektromos tulajdonságokkal rendelkezik. Vegyészetben, elektrotechnikában használják.

Poliakrilátokés poliakrilnitril. Telítetlen polimerek akril CH 2 \u003d CH-COOH és metakril CH 2 \u003d C (CH 3) -COOH savak, különösen ezek metil-észterei - metil-akrilátés metil-metakrilát, valamint akrilsav nitril(vagy akrilnitril) CH 2 =CH-C=N, - ennek a savnak a származéka, amelyben a -COOH karboxilcsoport helyén -C=N csoport található. Ezen polimerek közül a legfontosabbak szerkezetét a következő képletekkel fejezzük ki:

A polimetil-akrilát és a polimetil-metakrilát szilárd, színtelen, átlátszó, hő- és fényálló, ultraibolya sugárzást áteresztő polimerek. Tartós és könnyű lapokat készítenek szerves üveg, széles körben használják különféle termékekhez. poliakrilnitrilből készült nitron(vagy orlon)- kötöttáru, szövet (jelmez és műszaki) gyártásához használt szintetikus szál.

Gumi- rugalmas anyagok, amelyekből speciális feldolgozással nyerik a gumit. A technológiában a gumiabroncsokat gumiból készítik járművekhez, repülőgépekhez, kerékpárokhoz; a gumikat elektromos szigetelésre, valamint ipari cikkek és orvosi eszközök gyártására használják.

Természetes (természetes) gumi(HK) egy nagy molekulatömegű telítetlen szénhidrogén, amelynek molekulái nagyszámú kettős kötést tartalmaznak; összetétele a (C 5 H 8) w képlettel fejezhető ki (ahol az érték P 1000 és 3000 között mozog); ez egy izoprén polimer:

Amint az ebből a sémából látható, az izoprén polimerizációja során mindkét kettős kötése megnyílik, és a polimer elemi egységében kettős kötés jelenik meg egy új helyen - a 2 és 3 szénatomok között.

A természetes gumi a guminövények, elsősorban a trópusi növények tejszerű nedvében található (például a brazil Hevea fa). Egy másik természetes termék guttapercha- szintén izoprén polimerje, de eltérő molekulakonfigurációval.

A nyersgumi ragacsos, törékeny, és a hőmérséklet enyhe csökkenésével törékennyé válik. Annak érdekében, hogy a gumiból készült termékek a szükséges szilárdságot és rugalmasságot biztosítsák, a gumit alá kell vetni vulkanizálás - ként vezetnek bele, majd felmelegítik. A vulkanizált gumit ún radír.

A vulkanizálás során a kén csatlakozik a gumi makromolekulák kettős kötéseihez, és „térhálósítja” azokat, diszulfid „hidakat” képezve.

A vulkanizálás következtében a gumi elveszti plaszticitását, rugalmassá válik.

Az S.V. által javasolt módszer szerint Lebedev (1874-1934), a szintetikus gumi (CK) előállításának kiindulási anyaga a telítetlen szénhidrogén-butadién vagy divinil, amely izoprénhez hasonlóan polimerizálódik:

Lebegyev szerint az eredeti butadiént etil-alkoholból nyerik. Most úgy fejlesztették ki, hogy butánhoz kapcsolódó kőolajgázból nyerjék.

Jelenleg a vegyipar számos különböző típusú szintetikus gumit gyárt, amelyek bizonyos tulajdonságaiban felülmúlják a természetes gumit. A polibutadién gumi (SCR) mellett széles körben használják kopolimer gumik - kopolimerizációs termékek ( kopolimerizáció) butadién más telítetlen vegyületekkel, mint például sztirol (CKC) vagy akrilnitril (SKN):

Ezeknek a gumiknak a molekuláiban a butadién egységek sztirol, illetve akrilnitril egységekkel váltakoznak.

Kondenzációs gyanták - ezek közé tartoznak a polikondenzációs reakcióval nyert polimerek.

Fenol-formaldehid gyanták. Ezek a makromolekuláris vegyületek a fenol (C 6 H 5 OH) és formaldehid (CH 2 \u003d O) kölcsönhatása eredményeként keletkeznek savak (HC1 stb.) vagy lúgok (NaOH, NH 4 OH) jelenlétében. katalizátorok. A fenol-formaldehid gyanták képződése a következő séma szerint történik:

A folyamatot vízkibocsátás kíséri. A fenol-formaldehid gyanták egy figyelemreméltó tulajdonsággal rendelkeznek: hevítéskor először meglágyulnak, majd további melegítéskor (főleg megfelelő katalizátor jelenlétében) megkeményednek. Ezekből a gyantákból értékes műanyag masszákat készítenek - fenolok: a gyantákat különféle töltőanyagokkal (faliszt, aprított papír, azbeszt, grafit stb.) keverik, lágyítókkal, színezékekkel, a keletkező masszából melegsajtolással különféle termékeket készítenek. Az elmúlt években a fenol-formaldehid gyanták új felhasználási területekre találtak, például épületalkatrészek gyártása fahulladékból, héjformák gyártása az öntödékben.

poliészter gyanták. Ilyen gyanták például a kétbázisú aromás tereftálsav és a kétértékű alkohol etilénglikol polikondenzációjának terméke:

Polietilén-tereftalát- olyan polimer, amelynek molekuláiban egy észter csoportosítása sokszor megismétlődik. Oroszországban ezt a gyantát a név alatt gyártják lavsan(külföldön - terilén, dacron). Gyapjúhoz hasonlító, de sokkal erősebb szálat készítenek belőle, amely kitörölhetetlen anyagokat ad. A Lavsan magas hő-, nedvesség- és fényállósággal rendelkezik, ellenáll a lúgoknak, savaknak és oxidálószereknek.

poliamid gyanták. Az ilyen típusú polimerek a fehérjék szintetikus analógjai. Láncaikban ugyanazok vannak, mint a fehérjékben, többször ismételve amid-CO-NH- csoportok. A fehérjemolekulák láncaiban egy C-atom láncszem választja el őket, a szintetikus poliamidokban - négy vagy több C-atomból álló lánc. A szintetikus gyantából - nejlonból, enantból és anidból - nyert szálak bizonyos tulajdonságaiban lényegesen jobbak a természetes selyemnél. A textiliparban gyönyörű tartós szöveteket és kötöttáru készül belőlük. A technikában nylonból vagy anidból készült köteleket használnak, amelyek nagy szilárdságúak; ezeket a polimereket az autógumik alapjaként, hálók és különféle műszaki szövetek gyártásához is használják.

Kapron az aminokapronsav polikondenzációs terméke:

Enant- aminoenantsav polikondenzátuma, amely hét szénatomos láncot tartalmaz.

Anid (nejlon vagy perlon) kétbázisú adipinsav HOOC-(CH 2) 4 -COOH és hexametilén-diamin NH 2-(CH 2) 6 -NH 2 polikondenzációjával nyerik. Az anidlánc szerkezete a következő képlettel fejezhető ki:

természetes és mesterséges szálak. A különböző típusú fonalak előállításához használt összes textilszál természetes és vegyi szálra van osztva.

természetes- a növényekben (pamut, len és egyéb cellulózból álló rostok) vagy élő szervezetek váladékából (gyapjú, selyemhernyó által kiválasztott fehérjékből álló selyemszálak) képződő rostoknak nevezik,

Kémiai- hívja meg az összes mesterségesen előállított szálat. Ezek viszont fel vannak osztva mesterséges természetes anyagok (főleg cellulóz) kémiai feldolgozásával nyerik, és szintetikus speciálisan szintetizált vegyi anyagokból (főleg szintetikus magas polimerekből) készül.

A mesterséges szálak közé tartozik a cellulóz feldolgozásával nyert viszkóz, acetát és réz-ammónium selyem. A szintetikus szálak példái a fent tárgyalt, gyanták polimerizációjával (nitron) vagy polikondenzációjával (lavszán, kapron, enant, anid) nyert polimerekből.