namai Svetainė Tai dirbtinis polimeras. Natūralūs ir sintetiniai polimerai

Tai dirbtinis polimeras. Natūralūs ir sintetiniai polimerai

Polimerai

Polipropileno molekulių grandinės.

Polimerai(gr. πολύ- – daug; μέρος – dalis) – neorganinės ir organinės, amorfinės ir kristalinės medžiagos, gaunamos pakartotinai pasikartojant įvairioms atomų grupėms, vadinamoms „monomeriniais vienetais“, cheminiais arba koordinaciniais ryšiais sujungtos į ilgas makromolekules. Polimeras yra didelės molekulinės masės junginys: monomerinių vienetų skaičius polimere (polimerizacijos laipsnis) turi būti pakankamai didelis. Daugeliu atvejų vienetų skaičius gali būti laikomas pakankamu, kad molekulė būtų klasifikuojama kaip polimeras, jei molekulinės savybės nekinta, kai pridedamas kitas monomero vienetas. Paprastai polimerai yra medžiagos, kurių molekulinė masė nuo kelių tūkstančių iki kelių milijonų.

Jei ryšys tarp makromolekulių vykdomas silpnų Van der Waals jėgų pagalba, jos vadinamos termoplastinėmis, jei cheminių jungčių pagalba – termoplastinėmis. Linijiniai polimerai apima, pavyzdžiui, celiuliozę; šakotieji polimerai, pavyzdžiui, amilopektinas, turi polimerus su sudėtingomis erdvinėmis trimatėmis struktūromis.

Polimero struktūroje galima išskirti monomerinę grandį – pasikartojantį struktūrinį fragmentą, apimantį kelis atomus. Polimerai susideda iš daugybės pasikartojančių tos pačios struktūros grupių (vienetų), pavyzdžiui, polivinilchlorido (-CH 2 -CHCl-) n, natūralaus kaučiuko ir kt. Didelės molekulinės masės junginiai, kurių molekulėse yra kelių tipų pasikartojančių grupių, yra vadinami kopolimerais arba heteropolimerais.

Polimeras susidaro iš monomerų dėl polimerizacijos arba polikondensacijos reakcijų. Polimerai apima daugybę natūralių junginių: baltymų, nukleino rūgščių, polisacharidų, kaučiuko ir kitų organinių medžiagų. Daugeliu atvejų ši sąvoka reiškia organinius junginius, tačiau yra daug neorganinių polimerų. Nemažai polimerų gaunama sintetiniu būdu iš paprasčiausių natūralios kilmės elementų junginių polimerizacijos, polikondensacijos ir cheminių transformacijų būdu. Polimerų pavadinimai sudaromi iš monomero pavadinimo su priešdėliu poli-: poli etilenas, poli propilenas, poli vinilo acetatas ir kt.

Ypatumai

Ypatingos mechaninės savybės:

elastingumas - gebėjimas daryti dideles grįžtamas deformacijas esant santykinai mažai apkrovai (gumos);
mažas stiklinių ir kristalinių polimerų (plastikų, organinio stiklo) trapumas;
makromolekulių gebėjimas orientuotis veikiant nukreiptam mechaniniam laukui (naudojamas pluoštų ir plėvelių gamyboje).

Polimerinių tirpalų savybės:

didelis tirpalo klampumas esant mažai polimero koncentracijai;
polimero tirpimas vyksta per brinkimo stadiją.

Ypatingos cheminės savybės:

galimybė drastiškai pakeisti savo fizines ir mechanines savybes veikiant nedideliam reagento kiekiui (gumos vulkanizavimas, odos rauginimas ir kt.).

Ypatingos polimerų savybės paaiškinamos ne tik didele jų molekuline mase, bet ir tuo, kad makromolekulės turi grandininę struktūrą ir yra lanksčios.

klasifikacija

Pagal cheminę sudėtį visi polimerai skirstomi į ekologiškas, organinis elementas, neorganinės.

organiniai polimerai.
organinių elementų polimerai. Juose yra neorganinių atomų (Si, Ti, Al), sujungtų su organiniais radikalais pagrindinėje organinių radikalų grandinėje. Gamtoje jų nėra. Dirbtinai gautas atstovas yra organiniai silicio junginiai.

Pažymėtina, kad techninėse medžiagose dažnai naudojami skirtingų polimerų grupių deriniai. Tai kompozicinis medžiagos (pvz., stiklo pluoštas).

Pagal makromolekulių formą polimerai skirstomi į linijinius, šakotuosius (ypatingu atveju – žvaigždės formos), juostinius, plokščiuosius, šukos formos, polimerinius tinklus ir pan.

Polimerai klasifikuojami pagal poliškumą (turi įtakos tirpumui skirtinguose skysčiuose). Polimerų vienetų poliškumą lemia jų sudėtyje esantys dipoliai - molekulės, kurių teigiamų ir neigiamų krūvių pasiskirstymas yra atjungtas. Nepoliniuose ryšiuose atomų ryšių dipolio momentai yra tarpusavyje kompensuojami. Polimerai, kurių vienetai turi didelį poliškumą, vadinami hidrofilinis arba poliarinis. Polimerai su nepoliniais vienetais - nepoliarinis, hidrofobiškas. Polimerai, turintys ir polinių, ir nepolinių vienetų, vadinami amfifilinis. Siūloma vadinti homopolimerus, kurių kiekvienoje grandyje yra ir polinių, ir nepolinių didelių grupių amfifiliniai homopolimerai.

Kalbant apie šildymą, polimerai skirstomi į termoplastinis ir termoreaktingas. termoplastinis polimerai (polietilenas, polipropilenas, polistirenas) kaitinant minkštėja, net išsilydo, o vėsdami sukietėja. Šis procesas yra grįžtamas. termoreaktingas Kaitinant, polimerai negrįžtamai chemiškai suyra, nelydant. Termoreaktingų polimerų molekulės turi netiesinę struktūrą, gaunamą sujungiant (pavyzdžiui, vulkanizuojant) grandinines polimero molekules. Termoreaktingų polimerų elastinės savybės yra aukštesnės nei termoplastinių, tačiau termoreaktingi polimerai praktiškai neteka, dėl to turi mažesnį trūkimo įtempį.

Natūralūs organiniai polimerai susidaro augalų ir gyvūnų organizmuose. Svarbiausi iš jų yra polisacharidai, baltymai ir nukleorūgštys, iš kurių daugiausia susideda augalų ir gyvūnų kūnai ir kurie užtikrina patį gyvybės funkcionavimą Žemėje. Manoma, kad lemiamas gyvybės atsiradimo Žemėje etapas buvo sudėtingesnių, didelės molekulinės masės molekulių susidarymas iš paprastų organinių molekulių (žr. Cheminė evoliucija).

Tipai

sintetiniai polimerai. Dirbtinės polimerinės medžiagos

Žmogus jau seniai savo gyvenime naudoja natūralias polimerines medžiagas. Tai oda, kailiai, vilna, šilkas, medvilnė ir kt., naudojami drabužių gamyboje, įvairūs rišikliai (cementas, kalkės, molis), kuriuos tinkamai apdirbus susidaro erdviniai polimeriniai kūneliai, plačiai naudojami kaip statybinės medžiagos. Tačiau pramoninė grandininių polimerų gamyba prasidėjo XX amžiaus pradžioje, nors prielaidos tam atsirado anksčiau.

Beveik iš karto pramoninė polimerų gamyba vystėsi dviem kryptimis – natūralius organinius polimerus perdirbant į dirbtines polimerines medžiagas ir iš organinių mažos molekulinės masės junginių gaunant sintetinius polimerus.

Pirmuoju atveju didelės talpos gamyba yra pagrįsta celiulioze. XX amžiaus pradžioje buvo gauta pirmoji polimerinė medžiaga iš fiziškai modifikuotos celiuliozės – celiulioidas. Didelio masto celiuliozės eterių ir esterių gamyba buvo organizuota prieš Antrąjį pasaulinį karą ir po jo ir tęsiasi iki šiol. Jų pagrindu gaminamos plėvelės, pluoštai, dažai ir lakai bei tirštikliai. Reikia pažymėti, kad kino ir fotografijos plėtra buvo įmanoma tik dėl to, kad atsirado skaidri nitroceliuliozės plėvelė.

Sintetiniai polimerai pradėti gaminti 1906 m., kai L. Baekelandas užpatentavo vadinamąją bakelitinę dervą – fenolio ir formaldehido kondensacijos produktą, kuris kaitinant virsta trimačiu polimeru. Jis buvo naudojamas dešimtmečius elektros prietaisų dėkluose, baterijose, televizoriuose, lizduose ir kt., o dabar dažniau naudojamas kaip rišiklis ir klijai.

Henry Fordo pastangomis, prieš Pirmąjį pasaulinį karą, prasidėjo sparti automobilių pramonės plėtra, iš pradžių natūralaus, vėliau ir sintetinio kaučiuko pagrindu. Pastarųjų gamyba buvo įsisavinta Antrojo pasaulinio karo išvakarėse Sovietų Sąjungoje, Anglijoje, Vokietijoje ir JAV. Tais pačiais metais buvo įvaldyta pramoninė polistirolo ir polivinilchlorido, kurie yra puikios elektros izoliacinės medžiagos, gamyba, taip pat polimetilmetakrilato gamyba – be organinio stiklo, vadinamo „plexiglass“, masinė lėktuvų statyba karo metais būtų buvusi neįmanoma.

Po karo atnaujinta dar prieš karą prasidėjusi poliamidinio pluošto ir audinių (kaprono, nailono) gamyba. 50-aisiais. 20 amžiaus buvo sukurtas poliesterio pluoštas ir įsisavinta jo pagrindu pagamintų audinių, vadinamų lavsanu arba polietileno tereftalatu, gamyba. Polipropilenas ir nitronas – dirbtinė vata iš poliakrilnitrilo – užbaigia sintetinių pluoštų, kuriuos šiuolaikiniai žmonės naudoja drabužiams ir pramoninei veiklai, sąrašą. Pirmuoju atveju šie pluoštai labai dažnai derinami su natūralia celiulioze arba baltyminiais pluoštais (medvilnė, vilna, šilkas). Epochinis įvykis polimerų pasaulyje buvo atradimas XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje ir spartus Ziegler-Natta katalizatorių pramoninis vystymasis, dėl kurio atsirado polimerinių medžiagų, kurių pagrindą sudaro poliolefinai ir, svarbiausia, polipropilenas, -slėginis polietilenas (prieš tai polietileno gamyba apie 1000 atm. slėgyje), taip pat stereoreguliarūs polimerai, galintys kristalizuotis. Tada į masinę gamybą buvo pradėti naudoti poliuretanai – dažniausiai naudojami sandarikliai, lipnios ir porėtos minkštos medžiagos (putų guma), taip pat polisiloksanai – organinių elementų polimerai, pasižymintys didesniu atsparumu karščiui ir elastingumu lyginant su organiniais polimerais.

Sąrašą užbaigia vadinamieji unikalūs polimerai, susintetinti 60-70-aisiais. 20 amžiaus Tai aromatiniai poliamidai, poliimidai, poliesteriai, poliesterio ketonai ir kt.; nepakeičiamas šių polimerų požymis yra aromatinių ciklų ir (arba) aromatinių kondensuotų struktūrų buvimas. Jie pasižymi išskirtinių stiprumo ir atsparumo karščiui verčių deriniu.

Ugniai atsparūs polimerai

Daugelis polimerų, tokių kaip poliuretanai, poliesteriai ir epoksidinės dervos, linkę užsidegti, o tai praktikoje dažnai yra nepriimtina. Siekiant to išvengti, naudojami įvairūs priedai arba halogeninti polimerai. Halogeninti nesotieji polimerai sintetinami į kondensaciją įtraukiant chlorintus arba bromintus monomerus, tokius kaip heksarūgštis (HCEMTFA), dibromopentilglikolis arba tetrabromftalio rūgštis. Pagrindinis tokių polimerų trūkumas yra tas, kad degdami jie gali išskirti dujas, sukeliančias koroziją, o tai gali turėti neigiamos įtakos šalia esančiai elektronikai. Atsižvelgiant į aukštus aplinkos saugos reikalavimus, ypatingas dėmesys skiriamas halogenų neturintiems komponentams: fosforo junginiams ir metalų hidroksidams.

Aliuminio hidroksido veikimas pagrįstas tuo, kad veikiant aukštai temperatūrai išsiskiria vanduo, kuris neleidžia degti. Norint pasiekti efektą, reikia įpilti didelius kiekius aliuminio hidroksido: 4 masės dalis į vieną dalį nesočiųjų poliesterio dervų.

Amonio pirofosfatas veikia kitu principu: sukelia anglėjimą, kuris kartu su stikliniu pirofosfatų sluoksniu izoliuoja plastiką nuo deguonies, stabdo ugnies plitimą.

Naujas perspektyvus užpildas – sluoksniuotieji aliumosilikatai, kurių gamyba kuriama Rusijoje.

Taikymas

Dėl vertingų savybių polimerai naudojami mechanikos inžinerijoje, tekstilės pramonėje, žemės ūkyje ir medicinoje, automobilių ir laivų statyboje, orlaivių gamyboje, kasdieniame gyvenime (tekstilės ir odos gaminiai, indai, klijai ir lakai, papuošalai ir kt.). Stambiamolekulinių junginių pagrindu gaminama guma, pluoštai, plastikai, plėvelės ir dažų dangos. Visi gyvų organizmų audiniai yra stambiamolekuliniai junginiai.

Polimerų mokslas

Polimerų mokslas kaip savarankiška žinių sritis pradėjo vystytis prasidėjus Antrajam pasauliniam karui, o kaip visuma susiformavo šeštajame dešimtmetyje. XX amžiuje, kai buvo suvokiamas polimerų vaidmuo technikos pažangos raidoje ir biologinių objektų gyvybinei veiklai. Ji glaudžiai susijusi su fizika, fizikine, koloidine ir organine chemija ir gali būti laikoma vienu iš pagrindinių šiuolaikinės molekulinės biologijos, kurios tyrimo objektai yra biopolimerai, pagrindų.

Polimerizacija ir polikondensacija

Polimero susidarymo iš monomero reakcija vadinama polimerizacija. Polimerizacijos metu medžiaga gali pasikeisti iš dujinės arba skystos būsenos į labai tirštą skystą arba kietą. Polimerizacijos reakcijos metu nepašalinami jokie mažos molekulinės masės šalutiniai produktai. Polimerizacijos metu polimeras ir monomeras pasižymi ta pačia elementine sudėtimi.

Junginių su dvigubomis jungtimis polimerizacija, kaip taisyklė, vyksta pagal grandinės mechanizmą. Norint pradėti grandininę reakciją, būtina, kad aktyvios dalelės kiltų iš pradinės inertinės masės. Grandininėse reakcijose viena dalelė įtraukia tūkstančius neaktyvių molekulių, kurios sudaro ilgą grandinę. Pagrindiniai aktyvūs centrai yra laisvieji radikalai ir jonai.

Radikalai – tai molekulės dalys, kurios susidaro suskaidžius elektronų porai ir turi nesuporuotą elektroną (pavyzdžiui, metilo CH 3 -, fenilo C 6 H 6 -, etilo grupės C 2 H 5 - ir kt.). Pradinių radikalų ir jonų susidarymas gali vykti veikiant šilumai, šviesai, įvairiai jonizuojančiai spinduliuotei, specialiai įvestiems katalizatoriams.

Be polimerizacijos reakcijos, polimerai gali būti gaunami polikondensacijos būdu – reakcija, kurios metu polimero atomai persitvarko ir iš reakcijos sferos išsiskiria vanduo ar kitos mažos molekulinės masės medžiagos.

Polimerų charakteristikos

Svarbiausios polimerų charakteristikos yra cheminė sudėtis, molekulinės masės MM ir MWD molekulinės masės pasiskirstymas, makromolekulių šakojimosi ir lankstumo laipsnis, stereoreguliarumas (žr. Stereoreguliarūs polimerai) ir kt. Nuo šių charakteristikų labai priklauso polimerų savybės.

Cheminių vienetų skaičius makromolekulėje lemia jos ilgį ir vadinamas polimerizacijos laipsniu n. Pavyzdžiui, polietileno molekulė (-CH 2 -CH 2 -) n susideda iš n cheminių etileno CH 2 \u003d CH 2 vienetų. Cheminio vieneto molekulinės masės M ir polimerizacijos laipsnio sandauga yra makromolekulės MM molekulinė masė. Priklausomai nuo M ir n reikšmių, polimerų molekulinė masė gali skirtis labai plačiame diapazone nuo 3. 10 2 iki 2 . 10 6 vnt.

Atsižvelgiant į vieno ir to paties polimero makromolekulių molekulinę masę, sąlygiškai išskiriami:

Monomeras – mažos molekulinės masės pradinis produktas;

Oligomerai – polimerai su MM< 540, представляют собой низкомолекулярный продукт полимеризации или поликонденсации. Свойства олигомеров существенно зависят от молекулярной массы и, следовательно, от степени полимеризации.

Polimerų molekulinė masė yra 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.

Itin didelės molekulinės masės polimerų MM > 5. 10 5 .

Molekulinis lygis apibūdina makromolekulių cheminę struktūrą, kurią paprastai lemia monomerų vienetų cheminė prigimtis ir tarpmonomerinių jungčių tipai.

Skirtingai nuo paprastų medžiagų, polimeras susideda iš daugybės makromolekulių, kurių molekulinė masė skiriasi. Todėl polimerams būdinga vidutinė MW vertė. Tai yra, polimeras yra polimolekulinis. Šiuo atžvilgiu, aprašant polimerų fizikines ir chemines savybes, jų molekulinės masės reikšmė pateikiama gana plačiame diapazone. Taigi, pavyzdžiui, mažo tankio polietilenui pateikiamos vertės (1,9-4,8). 10 4 . Molekulinės masės pasiskirstymas (MWD) atspindi polimero heterogeniškumą, atsižvelgiant į grandinės dydį, taigi ir pagal jį sudarančių makromolekulių molekulinę masę. Kuo MWD arčiau vienybės, tuo vienodesnio dydžio polimero molekulės.

Pagrindiniai fizikiniai polimerų parametrai (stiprumas, šilumos laidumas, dilatometrinės charakteristikos, būdingos temperatūros) praktiškai nepriklauso nuo molekulinės masės. Polimerų molekulinė masė turi įtakos jų lydalo reologiniams parametrams, terminei deformacijai ir daugeliui eksploatacinių savybių. Be to, tai labai priklauso nuo polimerų gavimo būdo, tai yra nuo jų sintezės įrangos ir technologijos.

Pagal sandarą makromolekulės skirstomos į linijines, schematiškai žymimas -А-А-А-А-А-, (pavyzdžiui, natūralios gumos); šakotas, turintis šonines šakas (pavyzdžiui, amilopektinas); ir tinklinės arba kryžminės, jei gretimos makromolekulės yra susietos (pvz., sukietėjusios epoksidinės dervos). Labai kryžminiai polimerai yra netirpūs, nelydimi ir nepajėgūs labai elastingai deformuotis.

Linijiniai polimerai turi tam tikrą fizikinių, cheminių ir mechaninių savybių rinkinį. Svarbiausios iš šių savybių yra: gebėjimas formuoti didelio stiprumo anizotropinius labai orientuotus pluoštus ir plėveles, gebėjimas daryti dideles, ilgai besivystančias grįžtamas deformacijas, gebėjimas išsipūsti labai elastingoje būsenoje prieš tirpimą; didelio klampumo tirpalai. Šis savybių rinkinys atsiranda dėl didelės molekulinės masės, grandinės struktūros ir makromolekulių lankstumo.

Polimerai, kurių molekulės susideda iš identiškų monomerų vienetų, vadinami homopolimerais, pavyzdžiui, polivinilchloridas, polikaproamidas, celiuliozė. Polimerai, kurių makromolekulėse yra kelių tipų monomerų vienetų, vadinami kopolimerais. Kopolimerai, kuriuose kiekvieno tipo ryšiai sudaro pakankamai ilgas ištisines sekas, kurios viena kitą pakeičia makromolekulėje, vadinami blokiniais kopolimerais. Prie vienos cheminės struktūros makromolekulės vidinių (negalinių) grandžių gali būti prijungta viena ar daugiau kitos struktūros grandinių. Polimerai, kuriuose kiekvienas arba kai kurie jungties stereoizomerai sudaro pakankamai ilgas ištisines sekas, kurios pakeičia viena kitą vienoje makromolekulėje, vadinami stereoblokiniais kopolimerais.

Polimerų makromolekulių fizinė struktūra sudaro svarbiausias sąvokas, lemiančias dominuojančias polimerų savybes, būtent termoplastiškumą ir termoreaktyvumą.

Linijiniai ir šakotieji polimerai sudaro termoplastinių polimerų arba termoplastikų klasę, o erdviniai polimerai sudaro termoreaktingų polimerų arba termoplastikų klasę.

Literatūra

Polimerų enciklopedija, t. 1 - 3, sk. red. V. A. Karginas, M., 1972 - 77;
Makhlis F. A., Fedyukin D. L., Terminų žinynas apie gumą, M., 1989;
Krivoshey V.N., Pakuotė iš polimerinių medžiagų, M., 1990;
Sheftel V. O., Kenksmingos medžiagos plastikuose, M., 1991;

Pratarmė

Visų tipų polimerinės medžiagos yra medžiagos, kurių kiekviena molekulė yra dešimčių ar šimtų tūkstančių identiškų atomų grupių, sujungtų nuosekliai, grandinė, ir ta pati atomų grupė ritmiškai kartojasi daug kartų.

Turinys

Pagrindinės polimerinės medžiagos yra dervos ir plastikai. Priklausomai nuo to, ar tai yra termoplastinis polimeras, ar termoreaktyvi medžiaga, medžiaga gali suminkštėti ir sukietėti pakartotinai, arba pavirsti kietąja būsena ir visam laikui prarasti gebėjimą lydytis. Dažniausiai naudojamos šiuolaikinės polimerinės medžiagos yra dispersijos, lateksai ir klijai.

Kas yra statybinės polimerinės medžiagos

Kas yra polimerinės medžiagos ir kaip jos naudojamos statyboje? Visų tipų polimerinės medžiagos yra medžiagos, kurių kiekviena molekulė yra dešimčių ar šimtų tūkstančių identiškų atomų grupių, sujungtų nuosekliai, grandinė, ir ta pati atomų grupė ritmiškai kartojasi daug kartų.

Pagrindinės polimerinių medžiagų rūšys skirstomos į termoplastines ir termoreaktyviąsias. Termoplastiniai polimerai gali pakartotinai minkštėti ir kietėti keičiantis temperatūrai, taip pat lengvai brinkti ir ištirpti organiniuose tirpikliuose. Tai polistirolo, polietileno ir polivinilchlorido (polivinilchlorido) dervos ir plastikai.

Pagrindinė termoreaktingų polimerinių medžiagų savybė yra perėjimas į netirpią kietą būseną kaitinant ir negrįžtamas gebėjimo lydytis praradimas. Tokie polimerai yra fenolio formaldehidas ir karbamidas-formaldehidas, poliesteris ir epoksidinės dervos.

Tam tikros polimerinių medžiagų rūšys statybose, veikiamos šilumos, šviesos ir oro deguonies, laikui bėgant keičia savo savybes: praranda lankstumą, elastingumą, kitaip tariant, sensta.

Siekiant užkirsti kelią šiuolaikinių statybinių polimerinių medžiagų senėjimui, naudojami specialūs stabilizatoriai (anti-senėjimo agentai), kurie yra įvairūs organiniai metalo junginiai iš švino, bario, kadmio ir kt. Pavyzdžiui, tinuvinas P naudojamas kaip stabilizatorius.

Kas yra polimerinės medžiagos ir kokios yra jų pagrindinės savybės, sužinosite šiame puslapyje.

Polimerinės plastikinės medžiagos ir jų savybės

Viena iš pagrindinių polimerinių medžiagų rūšių yra plastikas. Tai organinių medžiagų grupė, kurios pagrindą sudaro sintetinės arba natūralios dervingos didelės molekulinės medžiagos, kurios gali būti formuojamos kaitinant ir spaudžiant, stabiliai išlaikant joms suteiktą formą.

Polimerinės plastikinės medžiagos turi geras šilumos ir elektros izoliacijos savybes, atsparumą korozijai ir ilgaamžiškumą. Vidutinis plastikų tankis 15-2200 kg/m3; gniuždymo stipris - 120-160 MPa. Plastikai pasižymi geromis elektros ir šilumos izoliacijos savybėmis, atsparumu korozijai ir ilgaamžiškumu. Kai kurie iš jų yra skaidrūs ir labai lipnūs, gali sudaryti plonas plėveles ir apsaugines dangas. Dėl savo savybių šios polimerinės medžiagos plačiai naudojamos statybose, daugiausia derinamos su rišikliais, metalais ir akmens medžiagomis.

Plastikas susideda iš rišiklio – polimero, užpildo, plastifikatoriaus ir kietėjimo greitintuvo. Gaminant spalvotą plastiką taip pat naudojami mineraliniai dažai.

Šio tipo polimerinių medžiagų gamyboje kaip užpildai naudojami organiniai ir mineraliniai milteliai, asbestas, medžio ir stiklo pluoštas, popierius, stiklas ir medvilniniai audiniai, medžio lukštas, asbesto kartonas ir kt. Užpildai ne tik sumažina gaminio kainą medžiaga, bet ir pagerinti individualias plastikų savybes: padidinti kietumą, stiprumą, atsparumą rūgštims ir atsparumą karščiui. Jie turi būti chemiškai inertiški, nelakūs ir netoksiški. Plastifikatoriai plastikų gamyboje yra cinko rūgštis, aliuminio stearatas ir kiti, kurie suteikia medžiagai didesnį plastiškumą. Katalizatoriai (akceleratoriai) naudojami plastikuose, siekiant pagreitinti kietėjimą. Katalizatoriaus pavyzdys yra kalkės arba urotropinas, kurie naudojami fenolio-formaldehido polimerui kietinti.

Sintetinės polimerinės medžiagos ir jų pritaikymas

Pagal gamybos būdą sintetinės polimerinės medžiagos skirstomos į dvi klases: A klasė – polimerai, gauti grandininės polimerizacijos būdu; B klasė - polimerai, gauti polikondensacijos ir laipsniškos polimerizacijos būdu.

Polimerizacijos procesas yra tų pačių ir skirtingų molekulių derinys. Šalutiniai produktai polimerizacijos metu nesusidaro.

Polikondensacijos procesas – tai daugybės vienodų ir skirtingų mažos molekulinės masės medžiagų polireaktyvių molekulių derinys, dėl kurio susidaro didelės molekulinės masės medžiaga. Polikondensacijos proceso metu išsiskiria vanduo, vandenilio chloridas, amoniakas ir kitos medžiagos.

Silikoninės dervos yra speciali stambiamolekulinių junginių grupė. Šių polimerinių statybinių medžiagų ypatumas yra tas, kad jos turi tiek organinių, tiek neorganinių medžiagų savybių.

Šių polimerinių medžiagų fizinės ir mechaninės charakteristikos praktiškai nepriklauso nuo temperatūros svyravimų, lyginant su įprastomis dervomis, be to, jos pasižymi dideliu hidrofobiškumu ir atsparumu karščiui. Iš silikoninių dervų gaunami įvairūs gaminiai, atsparūs aukštai temperatūrai (400-500°C).

Pagrindinė šių sintetinių polimerinių medžiagų taikymo sritis yra betonų ir skiedinių gamyba, siekiant padidinti jų ilgaamžiškumą. Jie taip pat naudojami kaip apsauginės dangos ant natūralaus ir dirbtinio akmens medžiagų (betono, kalkakmenio, travertino, marmuro ir kt.). Impregnavimas turi apsauginį poveikį 6-10 metų, po to jį reikia atnaujinti.

Natūralaus akmens gaminių ir kitų statybinių konstrukcijų paviršiams impregnuoti naudojami hidrofobizuojantys organiniai silicio skysčiai (GCL), kurie prieš naudojimą ištirpinami organiniais tirpikliais, taip pat vandeninė 50 % emulsija (pieno baltumo), kuri prieš naudojimą sumaišoma su vandeniu. santykiu 1:10.

Polivinilacetato dispersija (PVA) yra vinilo acetato polimerizacijos vandeninėje terpėje, dalyvaujant iniciatoriui ir apsauginiam koloidui, produktas. Tai klampus skystis baltos spalvos, vienalytis, be riksmų ir pašalinių intarpų.

PVA, priklausomai nuo klampumo, gaminamas trijų rūšių: H – mažo klampumo, C – vidutinio klampumo, B – didelio klampumo. Jis naudojamas polimerinių cemento skiedinių, mastikų, pastų gamyboje, kurios naudojamos apdailos darbuose.

Sintetinis lateksas SKS-65GP- butadieno ir stireno, santykiu 35:65 (masės) jungtinės polimerizacijos produktas vandeninėje emulsijoje, naudojant sintetines riebalų rūgštis kaip emulsiklį nekalą ir natrio muilą. Lateksas SKS-65GP naudojamas polimerbetonio, emulsinių dažų, mastikos ir pastų, naudojamų apdailos darbams, gamybai. Lateksas taip pat naudojamas dengiant įvairias dangas.

Šios polimerinės statybinės medžiagos latekso SKS-65GP fizinės ir cheminės savybės:

sausųjų medžiagų kiekis, %, ne mažesnis kaip 47;
nepolimerizuoto stireno kiekis, %, ne daugiau 0,08;
vandenilio jonų koncentracija (pH), ne mažesnė kaip 11;
paviršiaus įtempimas, dyne/cm2, ne didesnis kaip 40;
klampumas, s - 11-15;
pelenų kiekis, %, ne didesnis kaip 1,5.

Sintetinis lateksas SKS-ZOSHR yra butadieno ir stireno jungtinės polimerizacijos vandeninėje emulsijoje produktas, naudojamas kaip rišiklis arba lipni medžiaga apdailos darbuose.

SKS-ZOSHR latekso fizinės ir cheminės savybės:

sausosios medžiagos kiekis, %, ne mažesnis kaip 33;
želatinizacijos temperatūra, °С, ne aukštesnė kaip 14;
laisvųjų šarmų kiekis, %, ne daugiau 0,15.

Polimerinių klijų charakteristikos

Polimeriniai klijai gaminami skysčių, miltelių ir plėvelių pavidalu.

Skysti klijai yra dviejų tipų. Pirmojo tipo klijų kompozicijos yra gumos, dervos arba celiuliozės dariniai, ištirpinti organiniame lakiajame tirpiklyje (alkoholyje arba acetone). Išgaravus tirpikliui susidaro tvirta lipni jungtis. Antrojo tipo klijų kompozicijos yra vandeniniai dervų tirpalai, specialiai paruošti klijams. Tokie tirpalai, tinkamai laikant, nesutirštėja kelis mėnesius. Skystieji klijai turi 40-70% kietų klijų.

Iš skystųjų klijų dažniausiai naudojami melamino-formaldehido, fenolio-formaldehido, karbamido-formaldehido, gumos, epoksidinės dervos, polivinilacetato ir klijų su silikonų priedais.

CMC klijai (karboksimetilceliuliozės natrio druska) naudojami mastikų ir tirpalų gamyboje.

Karbinolio klijai (vinilacetileno karbolenas)- Tai klampus skaidrus šviesiai oranžinės spalvos skystis, pasižymintis didele sukibimo galia. Todėl jis vadinamas universaliu. Su juo galima klijuoti įvairias medžiagas, tokias kaip betonas, akmuo, metalas, medis. Sukietėję karbinolio klijai yra atsparūs alyvoms, rūgštims, šarmams, benzinui, acetonui ir vandeniui.

Koncentruota azoto rūgštis arba benzoilo peroksidas naudojami kaip katalizatoriai, pagreitinantys karbinolio klijų kietėjimą. Pastarieji yra sprogūs milteliai, todėl juos reikia laikyti atokiau nuo ugnies.

Karbinolio klijai gaminami dviejų kompozicijų karbinolio sirupo (100 masės val.) pagrindu: 1-oje vietoje kaip kietiklis pridedamas benzoilo peroksidas (1-3 masės val.), 2-oje - koncentruota azoto rūgštis (1- 2 wt.h.). h.).

Karbinolio klijai laikomi 20°C temperatūroje ir tamsoje, nes veikiami šviesos praranda savo lipnumą.

Epoksidiniai klijai Tai skaidrus, klampus, šviesiai rudas skystis, pasižymintis dideliu lipnumu. Jis naudojamas akmens, betono, keraminių plytelių klijavimui. Sukietėjusi epoksidinė jungtis yra atspari rūgštims, šarmams, tirpikliams, vandeniui, taip pat didelėms mechaninėms apkrovoms. Epoksidinės dervos kietikliai yra polietileno poliaminas arba heksametilendiaminas, o dibutilftolatas yra plastifikatorius.

Apibrėžimas

Istorijos nuoroda

Polimerų mokslas

Polimerizacija

Polimerizacijos rūšys

Istorinė data

Sintetinis polimerai. Dirbtinės polimerinės medžiagos

Polietilenas

Polistirenas

PVC

plastikai

klasifikacija polimerai

Polimerų savybės

Biopolimerai

Nukleino rūgštys

Polisacharidai

Celiuliozė

Krakmolas

polikondensacija

Linijinė ir 3D polikondensacija

Pagrindinės pramoninės polimerų grupės, susintetintos polikondensacijos būdu

Polikondensacija natūralių junginių chemijoje

Poliamidai

Polikarbonatai

Poliesteriai

polimerazės grandininė reakcija

Istorija

PGR atlikimas

Reakcijos komponentai

kopolimerai

Poliuretanai

Kvitas

Savybės

Skystųjų kristalų polimeras

Elastomeras

Termoplastikai

Polimeras yra(iš graikų kalbos πολύ- - „daug“ ir μέρος - „dalis“) - didelės molekulinės masės junginys, didelės molekulinės masės medžiaga (nuo kelių tūkstančių iki kelių milijonų), susidedanti iš daugybės pasikartojančių atominių grupių vienodos arba skirtingos struktūros - sudėtinės jungtys, sujungtos cheminiais arba koordinaciniais ryšiais į ilgas linijines (pavyzdžiui, celiuliozės) arba šakotas (pavyzdžiui, amilopektino) grandines, taip pat erdvines trimates struktūras.

Dažnai jo struktūroje galima išskirti monomerą – pasikartojantį struktūrinį fragmentą, apimantį kelis atomus. Polimerai susideda iš daugybės pasikartojančių tos pačios struktūros grupių (nuorodų), pavyzdžiui, jie vadinami polivinilchloridu (-CH2-CHCl-) n, natūraliu kaučiuku ir kt. Didelės molekulinės masės junginiai, kurių molekulėse yra kelių tipų pasikartojančių junginių. grupės vadinamos kopolimerais.

Polimeras susidaro iš monomerų dėl polimerizacijos arba polikondensacijos reakcijų. Polimerai apima daugybę natūralių junginių: baltymų, nukleino rūgščių, polisacharidų, kaučiuko ir kitų organinių medžiagų. Daugeliu atvejų ši sąvoka reiškia organinius junginius, tačiau yra daug neorganinių polimerų. Nemažai polimerų gaunama sintetiniu būdu iš paprasčiausių natūralios kilmės elementų junginių polimerizacijos, polikondensacijos ir cheminių transformacijų būdu. Polimerų pavadinimai sudaromi iš monomero pavadinimo su priešdėliu poli-: polietilenas, polipropilenas, polivinilacetatas ...

Dėl savo vertingųjų savybių polimerai naudojami mechanikos inžinerijoje, tekstilės pramonėje, žemės ūkyje ir medicinoje, automobilių ir laivų statyboje, kasdieniame gyvenime (tekstilės ir odos prekybos dirbiniai, indai, klijai ir lakai, papuošalai ir kt.). Pagrindas stambiamolekuliniais junginiais, guma, pluoštais, plastikai, plėvelės ir dangos. Visi gyvų organizmų audiniai yra stambiamolekuliniai junginiai.

Istorijos nuoroda

Terminą „polimerija“ į mokslą įvedė I. Berzelius 1833 m., norėdamas pažymėti ypatingą izomerijos rūšį, kai tos pačios sudėties medžiagos (polimerai) turi skirtingą molekulinę masę, pavyzdžiui, etilenas ir butilenas, deguonis ir ozonas. Taigi termino turinys neatitiko šiuolaikinių idėjų apie P. „Tikrieji“ sintetiniai polimerai tuo metu dar nebuvo žinomi.

P. serija, matyt, buvo gauta dar XIX amžiaus pirmoje pusėje. Tačiau chemikai tuomet dažniausiai stengdavosi slopinti polimerizaciją ir polikondensaciją, dėl kurios atsirado pagrindinės cheminės reakcijos produktų „derva“, t.y., tiesą sakant, susidarė dervos (iki šiol dervos dažnai buvo vadinamos dervomis). Pirmasis sintetinis P. paminėjimas priklauso 1838 (polivinilideno chloridas) ir 1839 (polistirenas).

Naftos chemija atsirado tik tada, kai A. M. Butlerovas sukūrė cheminės struktūros teoriją (XIX a. 60-ųjų pradžioje). A. M. Butlerovas tyrė ryšį tarp molekulių sandaros ir santykinio stabilumo, kuris pasireiškia polimerizacijos reakcijose. Gumos mokslas toliau vystėsi (iki XX a. XX amžiaus pabaigos) daugiausia dėl intensyvių kaučiuko sintezės metodų paieškos, kuriose dalyvavo daugelio šalių pirmaujantys mokslininkai (H. Bouchard, W. Tilden, vokiečių mokslininkas K. Garriesas, IL Kondakovas, SV Lebedevas ir kiti). 30-aisiais. įrodytas laisvųjų radikalų (H. Staudinger ir kt.) ir joninių (amerikiečių mokslininkas F. Whitmore'as ir kt.) polimerizacijos mechanizmų egzistavimas. W. Carotherso darbai suvaidino svarbų vaidmenį plėtojant idėjas apie polikondensaciją.

Nuo 20-ųjų pradžios. 20 amžiaus taip pat kuriamos teorinės poliuretano sandaros sampratos.Iš pradžių buvo manoma, kad tokie biopolimerai kaip celiuliozė, krakmolas, kaučiukas, baltymai, taip pat kai kurie sintetiniai, savo savybėmis panašūs į juos poliuretanai (pavyzdžiui, poliizoprenas), susideda iš smulkių. molekulės, turinčios neįprastą savybę tirpale susijungti į koloidinio pobūdžio kompleksus dėl nekovalentinių ryšių ("mažų blokelių" teorija). Iš esmės naujos polimerų, kaip medžiagų, susidedančių iš makromolekulių, neįprastai didelės molekulinės masės dalelių, idėjos autorius buvo G. Staudingeris. Šio mokslininko idėjų pergalė (iki XX amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžios) privertė pirotechniką laikyti kokybiškai nauju chemijos ir fizikos studijų objektu.

Polimerų mokslas

Polimerizacija

Polimerizacija (graikiškai polimerai – susidedanti iš daugelio dalių) – didelės molekulinės masės medžiagos (polimero) susidarymas pakartotinai prijungiant mažos molekulinės masės medžiagos (monomero, oligomero) molekules prie aktyvių centrų augančioje polimero molekulėje. Monomero molekulė, kuri yra polimero dalis, sudaro vadinamąją. monomero vienetas. Monomero ir polimero elementinė sudėtis (molekulinės formulės) yra maždaug vienoda.

Paprastai monomerai yra junginiai, kuriuose yra daug jungčių, kurios gali atsiverti ir sudaryti naujus ryšius su kitomis molekulėmis, užtikrindamos grandinės augimą.

Polimerizacijos mechanizmas paprastai apima keletą susijusių etapų:

Iniciacija – aktyvių polimerizacijos centrų atsiradimas;

Grandinės augimas (tęsinys) - procesas nuoseklus prisijungimas monomero molekulės į centrus;

Grandinės perkėlimas – aktyvaus centro perėjimas į kitą molekulę;

Grandinės išsišakojimas – kelių aktyvių centrų susidarymas iš vieno;

Grandinės nutrūkimas – aktyvių centrų mirtis.

Polimerizacijos rūšys

1. Polimerizacijos klasifikacija gali būti pagrįsta įvairiais požymiais:

Monomero molekulių tipų skaičius:

Homopolimerizacija – identiškų monomerų polimerizacija;

Kopolimerizacija yra dviejų ar daugiau skirtingų monomerų polimerizacija.

2. Aktyvios vietos pobūdis ir mechanizmas procesas:

Radikali polimerizacija – aktyvieji centrai yra laisvieji radikalai;

Joninė polimerizacija – aktyvūs centrai jonai arba poliarizuotos molekulės;

3. Monomerų fazinė būsena:

Dujinės fazės polimerizacija;

Skystosios fazės polimerizacija;

kietojo kūno polimerizacija.

4. Regiono, kuriame sutelkti aktyvūs centrai, struktūra:

Tūrinė polimerizacija – polimerizacija visame monomero tūryje;

Frontalinė polimerizacija – polimerizacija siaurame sklindančiame fronte;

Emulsinė polimerizacija – polimerizacija ant emulsijos labai dispersinių monomerų dalelių paviršiaus.

5. Iniciacijos būdas:

Fotopolimerizacija;

terminė polimerizacija;

Radiacinė polimerizacija ir kt.

6. Gauto polimero struktūrinės savybės:

Stereoreguliari polimerizacija – polimerizacija susidarant polimerams su tvarkinga erdvine struktūra;

7. Polimerizacijos technologinės ypatybės:

Polimerizacija esant aukštam slėgiui ir kt.

8. Cheminė monomerų prigimtis:

Olefinų polimerizacija ir kt.

Polimerų cheminių virsmų pagrindas – vienų funkcinių grupių pakeitimas kitomis, vykstantis nekeičiant polimerizacijos laipsnio.

istorinis duomenis

Polimerizacija buvo atrasta dar XIX amžiaus viduryje, beveik kartu su pirmųjų polimerizuojamų monomerų (stirolo, izopreno, vinilchlorido, metakrilo rūgšties ir kt.) išskyrimu. Tačiau polimerizacijos, kaip grandininio tikrųjų cheminių jungčių tarp monomerų molekulių susidarymo proceso, esmė buvo suprasta tik XX amžiaus trečiajame ir trečiajame dešimtmetyje. 20 amžiaus dėka dirbti G. Štaudingeris, S. V. Lebedevas, B. V. Byzovas, K. Ziegleris. 1922 metais chemikas Staudingeris įrodė, kad polimerai yra junginiai, susidedantys iš didelių molekulių, kurių atomai yra sujungti kovalentiniais ryšiais.

sintetiniai polimerai. Dirbtinės polimerinės medžiagos

Žmogus jau seniai savo gyvenime naudoja natūralias polimerines medžiagas. Tai oda, kailiai, vilna, šilkas ir kt., naudojami drabužių gamyboje, įvairūs rišikliai (cementas, kalkės, molis), kurie tinkamai apdirbant suformuoja erdvinius polimerinius kūnelius, plačiai naudojamus kaip statybinės medžiagos. Tačiau grandininiai polimerai atsirado XX amžiaus pradžioje, nors prielaidos tam buvo sukurtos anksčiau.

Beveik iš karto pramoninės gamybos polimerai vystėsi dviem kryptimis – apdorojant natūralius organinius polimerus į dirbtines polimerines medžiagas ir gaunant sintetinius polimerus iš organinių mažos molekulinės masės junginių.

Pirmuoju atveju didelės talpos gamyba yra pagrįsta celiulioze. XX amžiaus pradžioje buvo gauta pirmoji polimerinė medžiaga iš fiziškai modifikuotos celiuliozės – celiulioidas. Didelės apimties celiuliozės eterių ir esterių gamyba buvo organizuota prieš ir po Antrojo pasaulinio karo. karai ir egzistuoja iki šių dienų. Jų pagrindu gaminamos plėvelės, pluoštai, dažai ir lakai bei tirštikliai. Reikia pažymėti, kad kino ir fotografijos plėtra buvo įmanoma tik dėl to, kad atsirado skaidri plėvelė, pagaminta iš nitroceliuliozės.

Sintetinių polimerų gamyba pradėta 1906 m., kai L. Bakelandas užpatentavo vadinamąją bakelitinę dervą – produktas fenolio ir formaldehido kondensacija, kuri kaitinant virsta trimačiu polimeru. Jis buvo naudojamas dešimtmečius gaminant elektros prietaisų, baterijų, televizorių, kištukinių lizdų ir kt. korpusus, o dabar vis dažniau naudojamas kaip rišiklis ir klijai.

Henry Fordo pastangų dėka prieš Pirmąjį pasaulį karas prasidėjo sparti automobilių pramonės plėtra, iš pradžių natūralaus, vėliau ir sintetinio kaučiuko pagrindu. Pastarojo gamyba buvo įsisavinta Antrojo pasaulinio karo išvakarėse Sovietų Socialistinių Respublikų Sąjungoje (), Anglijoje, Vokietijos Respublikoje ir JAV. Tais pačiais metais jis buvo įvaldytas pramoninės gamybos polistirenas ir polivinilchloridas, kurie yra puikios elektrą izoliuojančios medžiagos, taip pat polimetilmetakrilatas – be organinio stiklo, vadinamo „plexiglass“, masinės lėktuvų konstrukcijos karo metais būtų buvę neįmanomos.

Po karo atnaujinta dar prieš karą prasidėjusi poliamidinio pluošto ir audinių (kaprono, nailono) gamyba. 50-aisiais. 20 amžiaus buvo sukurtas poliesterio pluoštas ir įsisavinta jo pagrindu pagamintų audinių, vadinamų lavsanu arba polietileno tereftalatu, gamyba. Polipropilenas ir nitronas – dirbtinė vata iš poliakrilnitrilo užbaigia sintetinių pluoštų, kuriuos šiuolaikiniai žmonės naudoja drabužiams ir pramoninei veiklai, sąrašą. Pirmuoju atveju šie pluoštai labai dažnai derinami su natūralia celiulioze arba baltyminiais pluoštais ( medvilnė, vilna, šilkas). Epochinis įvykis polimerų pasaulyje buvo atradimas XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje ir spartus Ziegler-Natta katalizatorių pramoninis vystymasis, dėl kurio atsirado polimerinių medžiagų, kurių pagrindą sudaro poliolefinai ir, svarbiausia, polipropilenas, -slėginis polietilenas (prieš tai polietileno gamyba apie 1000 atm. slėgyje), taip pat stereoreguliarūs polimerai, galintys kristalizuotis. Tada į masinę gamybą buvo pradėti naudoti poliuretanai – dažniausiai naudojami sandarikliai, lipnios ir porėtos minkštos medžiagos (putų guma), taip pat polisiloksanai – organinių elementų polimerai, pasižymintys didesniu atsparumu karščiui ir elastingumu lyginant su organiniais polimerais.

Polietilenas

Termoplastinis polimeras, baltas. Polietilenas yra etileno (eteno) polimeras.

V industrija jis gaunamas polimerizuojant etileną esant aukštam slėgiui ir žemam arba vidutiniam slėgiui. Polietileno struktūrą ir savybes lemia jo gamybos būdas. Dažniausiai pasitaikančių prekių ženklų vidutinė masės molekulinė masė yra 30-800 tūkst.; kristališkumo ir tankio laipsnis 20°C temperatūroje yra atitinkamai 50% ir 0,918-0,930 g/cm3 mažo tankio polietilenui ir 75-90% ir 0,955-0,968 g/cm3 didelio tankio polietilenui. Didėjant tankiui, didėja kietumas, lenkimo modulis, takumo riba ir cheminis atsparumas. Polietilenas sujungia didelį atsparumą tempimui (10-45 MN/m2, arba 100-450 kgf/cm2) su elastingumu (santykinis pailgėjimas lūžio metu 500-1000%). Jis pasižymi geromis elektros izoliacinėmis savybėmis (pavyzdžiui, dielektrinių nuostolių liestinė yra 2Ch10-4-4Ch10-4 esant temperatūrai nuo -120 iki 120?C ir 10-50 kHz dažniui). Atsparus bet kokios koncentracijos šarmams, organinėms rūgštims, koncentruotoms druskos ir vandenilio fluorido rūgštims; sunaikinama azoto rūgštimi, chloru ir fluoru; aukštesnėje nei 80 C temperatūroje tirpsta alifatiniuose ir aromatiniuose angliavandeniliuose bei jų halogeno dariniuose; santykinai atsparus radioaktyviajai spinduliuotei; nekenksmingas; darbinės temperatūros diapazonas nuo -80 ё -120 iki 60 ё 100 C.

Polietilenas yra vienas pigiausių polimerų, derinantis vertingas savybes su galimybe apdoroti visais efektyviais termoplastikams žinomais metodais. Todėl pasaulinėje polimerizacijos gamyboje plastikai pirmąją vietą užima polietilenas.

Polietilenas naudojamas plėvelėms, vamzdžiams gaminti (įskaitant nuotekoms ir agresyviems skysčiams, magistraliniams vamzdynams), profiliuoti prekybos prekė, izoliacija laidams ir kabeliams, talpykloms (buteliai, kanistrai, cisternos), galvaninės vonios, santechnikos gaminiai, pluoštai ir kt., plačiai naudojami įvairiose technologijos srityse, žemės ūkyje ir kasdieniame gyvenime. Labiausiai paplitęs yra mažo tankio polietilenas. Didelę techninę reikšmę turi ir polietileno chlorinimo ir chlorosulfonavimo produktai.

Ypatumai

Ypatingos mechaninės savybės:

elastingumas - gebėjimas daryti dideles grįžtamas deformacijas esant santykinai mažai apkrovai (gumos);
mažas stiklinių ir kristalinių polimerų (plastikų, organinio stiklo) trapumas;
makromolekulių gebėjimas orientuotis veikiant nukreiptam mechaniniam laukui (naudojamas pluoštų ir plėvelių gamyboje).

Polimerinių tirpalų savybės:

didelis tirpalo klampumas esant mažai polimero koncentracijai;
polimero tirpimas vyksta per brinkimo stadiją.

Ypatingos cheminės savybės:

galimybė drastiškai pakeisti savo fizines ir mechanines savybes veikiant nedideliam reagento kiekiui (gumos vulkanizavimas, odos rauginimas ir kt.).

Ypatingos polimerų savybės paaiškinamos ne tik didele jų molekuline mase, bet ir tuo, kad makromolekulės turi grandininę struktūrą ir yra lanksčios.

klasifikacija

Pagal cheminę sudėtį visi polimerai skirstomi į ekologiškas, organinis elementas, neorganinės.

organiniai polimerai.
organinių elementų polimerai. Juose yra neorganinių atomų (Si, Ti, Al), sujungtų su organiniais radikalais pagrindinėje organinių radikalų grandinėje. Gamtoje jų nėra. Dirbtinai gautas atstovas yra organiniai silicio junginiai.

Pažymėtina, kad techninėse medžiagose dažnai naudojami skirtingų polimerų grupių deriniai. Tai kompozicinis medžiagos (pvz., stiklo pluoštas).

Pagal makromolekulių formą polimerai skirstomi į linijinius, šakotuosius (ypatingu atveju – žvaigždės formos), juostinius, plokščiuosius, šukos formos, polimerinius tinklus ir pan.

Tipai

sintetiniai polimerai. Dirbtinės polimerinės medžiagos

Po karo atnaujinta dar prieš karą prasidėjusi poliamidinio pluošto ir audinių (kaprono, nailono) gamyba. 50-aisiais. 20 amžiaus buvo sukurtas poliesterio pluoštas ir įsisavinta jo pagrindu pagamintų audinių, vadinamų lavsanu arba polietileno tereftalatu, gamyba. Polipropilenas ir nitronas – dirbtinė vata iš poliakrilnitrilo – užbaigia sintetinių pluoštų, kuriuos šiuolaikiniai žmonės naudoja drabužiams ir pramoninei veiklai, sąrašą. Pirmuoju atveju šie pluoštai labai dažnai derinami su natūralia celiulioze arba baltyminiais pluoštais (medvilnė, vilna, šilkas). Epochinis įvykis polimerų pasaulyje buvo atradimas XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje ir spartus Ziegler-Natta katalizatorių pramoninis vystymasis, dėl kurio atsirado polimerinių medžiagų, kurių pagrindą sudaro poliolefinai ir, svarbiausia, polipropilenas, -slėginis polietilenas (prieš tai polietileno gamyba apie 1000 atm slėgyje), taip pat stereoreguliarūs polimerai, galintys kristalizuotis. Tada į masinę gamybą buvo pradėti naudoti poliuretanai – dažniausiai naudojami sandarikliai, lipnios ir porėtos minkštos medžiagos (putų guma), taip pat polisiloksanai – organinių elementų polimerai, pasižymintys didesniu atsparumu karščiui ir elastingumu lyginant su organiniais polimerais.

Ugniai atsparūs polimerai

Amonio pirofosfatas veikia kitu principu: sukelia anglėjimą, kuris kartu su stikliniu pirofosfatų sluoksniu izoliuoja plastiką nuo deguonies, stabdo ugnies plitimą.

Naujas perspektyvus užpildas – sluoksniuotieji aliumosilikatai, kurių gamyba

Taikymas

Polimerų mokslas

Panaši informacija.

Natūralūs ir sintetiniai stambiamolekuliniai junginiai (polimerai)

Didelės molekulinės masės junginiai arba polimerai yra sudėtingos medžiagos, turinčios didelę molekulinę masę (šimtus, tūkstančius ir milijonus), kurių molekulės yra sudarytos iš daugybės pasikartojančių elementarių vienetų, susidarančių dėl sąveikos ir derinimo su vienas kitą iš tų pačių ar skirtingų paprastų molekulių – monomerų.

Dėl šių dviejų procesų susidaro stambiamolekuliniai junginiai: a) polimerizacijos reakcija - procesas, kurio metu mažos molekulinės masės junginio (monomero) molekulės sujungiamos viena su kita kovalentiniais ryšiais ir susidaro nauja medžiaga (polimeras), kurios molekulinė masė yra sveiku skaičiumi kartų didesnė už monomero; polimerizacija būdinga daugiausia junginiams su daugybinėmis (dvigubomis arba trigubomis) jungtimis; b) polikondensacijos reakcija - polimero sudarymo iš mažos molekulinės masės junginių, turinčių dvi ar daugiau funkcinių grupių, procesas, lydimas medžiagų, tokių kaip vanduo, amoniakas, vandenilio halogenidas ir kt., išsiskyrimo dėl šių grupių; polimero elementinio vieneto sudėtis šiuo atveju skiriasi nuo pradinio monomero sudėties.

Pavyzdžiai natūralūs stambiamolekuliniai junginiai krakmolas ir celiuliozė, sudaryti iš elementarių vienetų, kurie yra monosacharidų (gliukozės) likučiai, taip pat baltymai, kurių pagrindiniai vienetai yra aminorūgščių liekanos; tai taip pat apima natūralią kaučiuką (žr. toliau).

Įgyja vis didesnę reikšmę sintetiniai stambiamolekuliniai junginiai arba, kaip jie kitaip vadinami, sintetiniai polimerai. Tai įvairios medžiagos, dažniausiai sintezuojamos iš turimų ir pigių žaliavų; jų pagrindu gaunamos plastikinės masės (plastikai) - sudėtingos kompozicijos, į kurias įdedami įvairūs užpildai ir priedai, suteikiantys polimerams reikiamą techninių savybių rinkinį, taip pat sintetiniai pluoštai (žr. § 177).

Polimerai yra vertingi daugelio natūralių medžiagų (metalų, medienos, odos, klijų ir kt.) pakaitalai. Sintetiniai pluoštai sėkmingai pakeičia natūralius – šilką, vilną, medvilnę. Kartu svarbu pabrėžti, kad daugeliu savybių sintetinių polimerų pagrindu pagamintos medžiagos dažnai yra pranašesnės už natūralias. Galima gauti plastikines mases, pluoštus ir kitus junginius su nurodytų techninių savybių rinkiniu. Tai leidžia išspręsti daugybę šiuolaikinių technologijų problemų, kurių nepavyktų išspręsti naudojant tik natūralias medžiagas.

polimerizacijos dervos. Polimerizacinės dervos apima polimerus, gautus vykstant daugiausia etileno angliavandenilių arba jų darinių polimerizacijos reakcijai.

Polietilenas- yra polimeras, susidarantis etileno polimerizacijos metu, pavyzdžiui, kai jis suspaudžiamas iki 150-250 MPa 150-250 ° C temperatūroje ( aukšto slėgio polietilenas)

arba sutrumpintai:

Polimerizacijos reakcija yra daugelio nesočiojo junginio (šiuo atveju etileno) molekulių dvigubų jungčių atsidarymo ir vėlesnio šių molekulių sujungimo į vieną milžinišką makromolekulę rezultatas. Vertė P išreiškia polimerizacijos laipsnis- nurodo monomero vienetų, sudarančių makromolekulę, skaičių. Etileno polimerizacijos pradžią sukelia nedidelis deguonies kiekis (0,05-0,1%).

Rasti katalizatoriai, dėl kurių etilenas polimerizuojasi esant žemam slėgiui. Pavyzdžiui, esant trietilo aliuminiui (C 2 H 5) 3 Al, pridedant titano (IV) chlorido TiCl 4 (Zieglerio katalizatorius), polimerizacija vyksta esant atmosferos slėgiui (pasirodo žemo slėgio polietilenas)", ant chromo oksidų (Phillips katalizatorius) polimeras susidaro iki 10 MPa slėgyje ( vidutinio slėgio polietilenas).

Polietilenas yra sotusis angliavandenilis, kurio molekulinė masė yra nuo 10 000 iki 400 000. Tai bespalvis permatomas plonais ir baltais storais sluoksniais, vaškinė, bet kieta medžiaga, kurios lydymosi temperatūra 110-125 0 C. Jis pasižymi dideliu cheminiu atsparumu ir vandeniui. atsparumas, mažas dujų pralaidumas. Jis naudojamas kaip elektros izoliacinė medžiaga, taip pat plėvelių, naudojamų kaip pakavimo medžiaga, gamybai, lengviems nedūžtamiems indams, žarnoms ir vamzdynams chemijos pramonei gaminti. Polietileno savybės priklauso nuo jo gamybos būdo; pavyzdžiui, aukšto slėgio polietilenas turi mažesnį tankį ir mažesnę molekulinę masę (10 000-45 000) nei žemo slėgio polietilenas (molekulinė masė 70 000-400 000), o tai turi įtakos techninėms savybėms. Sąlyčiui su maisto produktais leidžiama naudoti tik aukšto slėgio polietileną, nes žemo slėgio polietilene gali būti katalizatoriaus likučių – žmonių sveikatai kenksmingų sunkiųjų metalų junginių.

polipropilenas - susidaro iš propileno, nesočiųjų etileno angliavandenilių homologo po etileno:

Polimerizacija vyksta dalyvaujant katalizatoriams. Priklausomai nuo polimerizacijos sąlygų, gaunamas polipropilenas, kuris skiriasi makromolekulių struktūra, taigi ir savybėmis. Išvaizda tai gumą primenanti masė, daugiau ar mažiau kieta ir elastinga. Nuo polietileno skiriasi aukštesne lydymosi temperatūra. Pavyzdžiui, polipropilenas, kurio molekulinė masė viršija 80 000, lydosi 174–175 0 C temperatūroje.

Polipropilenas naudojamas elektros izoliacijai, apsauginių plėvelių, vamzdžių, žarnų, krumpliaračių, prietaisų dalių gamybai, taip pat didelio stiprumo ir chemiškai atspariems pluoštams. Pastarasis naudojamas virvių, žvejybos tinklų gamyboje ir kt.Polipropileno plėvelės yra daug skaidresnės ir tvirtesnės nei polietileno plėvelės, maisto produktai polipropileno pakuotėse gali būti sterilizuojami, virti ir kaitinami.

polistirenas - susidaro stireno polimerizacijos metu:

Galima gauti skaidrios stiklinės masės pavidalu. Jis naudojamas kaip organinis stiklas, pramoninių prekių (sagų, šukių ir kt.) gamybai, kaip elektros izoliatorius.

PVC(polivinilchloridas) – gaunamas polimerizuojant vinilchloridą:

Tai elastinga masė, labai atspari rūgštims ir šarmams. Plačiai naudojamas vamzdynams ir indams iškloti chemijos pramonėje. Jis naudojamas elektros laidams izoliuoti, dirbtinei odai, linoleumui, vandeniui atspariems lietpalčiams gaminti. Gaunamas polivinilchlorido chloravimas perchloro-vinilo derva.

Politetrafluoretilenas- tetrafluoretileno polimeras:

Politetrafluoretilenas yra plastiko, vadinamo, pavidalu teflonas arba fluoroplastas. Labai atsparus šarmams, koncentruotoms rūgštims ir kitiems reagentams. Cheminiu atsparumu jis pranašesnis už auksą ir platiną. Nedegi, turi dideles dielektrines savybes. Jis naudojamas chemijos inžinerijoje, elektrotechnikoje.

Poliakrilatai ir poliakrilnitrilas. Nesotieji polimerai akrilo CH 2 \u003d CH-COOH ir metakrilas CH 2 \u003d C (CH 3) -COOH rūgštys, ypač jų metilo esteriai - metilo akrilatas ir metilo metakrilatas, taip pat akrilo rūgšties nitrilas(arba akrilnitrilas) CH 2 =CH-C=N, - šios rūgšties darinys, kuriame karboksilo grupė -COOH pakeista grupe -C=N. Svarbiausių iš šių polimerų struktūra išreiškiama formulėmis:

Polimetilakrilatas ir polimetilmetakrilatas yra kieti, bespalviai, skaidrūs, atsparūs karščiui ir šviesai, ultravioletinius spindulius praleidžiantys polimerai. Jie daro lakštus patvarius ir lengvus organinis stiklas, plačiai naudojamas įvairiems produktams. pagamintas iš poliakrilnitrilo nitronas(arba orlon)- sintetinis pluoštas, naudojamas trikotažo, audinių (kostiumų ir techninių) gamybai.

Gumos- elastinės medžiagos, iš kurių specialaus apdorojimo būdu gaunama guma. Technologijoje padangos gaminamos iš gumos transporto priemonėms, lėktuvams, dviračiams; gumos naudojamos elektros izoliacijai, taip pat pramoninių prekių ir medicinos prietaisų gamybai.

Natūrali (natūrali) guma(HK) yra didelės molekulinės masės nesotieji angliavandeniliai, kurių molekulėse yra daug dvigubų jungčių; jo sudėtis gali būti išreikšta formule (C 5 H 8) w (kur reikšmė P svyruoja nuo 1000 iki 3000); tai izopreno polimeras:

Kaip matyti iš šios schemos, polimerizuojant izopreną atsidaro abi jo dvigubos jungtys, o elementariame polimero vienete dviguba jungtis atsiranda naujoje vietoje - tarp 2 ir 3 anglies atomų.

Natūralus kaučiukas randamas kaučiuko augalų, daugiausia atogrąžų (pavyzdžiui, Brazilijos Hevea medžio), pieno sultyse. Kitas natūralus produktas gutaperča- taip pat yra izopreno polimeras, tačiau turi skirtingą molekulinę konfigūraciją.

Neapdorota guma yra lipni, trapi, o šiek tiek sumažėjus temperatūrai tampa trapi. Kad gaminiai iš gumos būtų tvirti ir elastingi, guma yra apdorojama vulkanizavimas -į jį įleidžiama sieros, o po to kaitinama. Vulkanizuota guma vadinama gumos.

Vulkanizavimo metu siera sujungia dvigubus gumos makromolekulių ryšius ir jas „sujungia“, sudarydama disulfidinius „tiltus“.

Dėl vulkanizacijos guma praranda savo plastiškumą ir tampa elastinga.

Pagal S. V. pasiūlytą metodą. Lebedevas (1874-1934), pradinė medžiaga sintetiniam kaučiukui (CK) gaminti yra nesotusis angliavandenilis butadienas arba divinilas, kuris polimerizuojasi kaip izoprenas:

Anot Lebedevo, originalus butadienas gaunamas iš etilo alkoholio. Dabar jis buvo sukurtas norint jį gauti iš su butanu susijusių naftos dujų.

Šiuo metu chemijos pramonė gamina daug įvairių rūšių sintetinių kaučiukų, kurie kai kuriomis savybėmis yra pranašesni už natūralų kaučiuką. Be polibutadieno gumos (SCR), plačiai naudojamas kopolimerinės gumos - kopolimerizacijos produktai ( kopolimerizacija) butadienas su kitais nesočiaisiais junginiais, tokiais kaip stirenas (CKC) arba akrilnitrilas (SKN):

Šių kaučiukų molekulėse butadieno vienetai keičiasi atitinkamai su stireno ir akrilonitrilo vienetais.

Kondensacinės dervos - tai apima polimerus, gautus polikondensacijos reakcijos metu.

Fenolio-formaldehido dervos.Šie stambiamolekuliniai junginiai susidaro dėl fenolio (C 6 H 5 OH) sąveikos su formaldehidu (CH 2 \u003d O), dalyvaujant rūgštims (HC1 ir kt.) arba šarmams (NaOH, NH 4 OH). katalizatoriai. Fenol-formaldehido dervos susidaro pagal schemą:

Procesą lydi vandens išleidimas. Fenol-formaldehido dervos turi nepaprastą savybę: kaitinant jos pirmiausia suminkštėja, o toliau kaitinant (ypač esant atitinkamiems katalizatoriams) sukietėja. Iš šių dervų ruošiamos vertingos plastikinės masės - fenoliai: dervos maišomos su įvairiais užpildais (medžio miltais, smulkintu popieriumi, asbestu, grafitu ir kt.), su plastifikatoriais, dažikliais, o iš gautos masės karšto spaudimo būdu gaminami įvairūs gaminiai. Pastaraisiais metais fenolio-formaldehido dervos atrado naujas panaudojimo sritis, pavyzdžiui, statybinių detalių gamyba iš medienos atliekų, lukšto formų gamyba liejykloje.

poliesterio dervos. Tokių dervų pavyzdys yra dvibazinės aromatinės tereftalio rūgšties polikondensacijos produktas su dihidroalkoholiu etilenglikoliu:

Polietileno tereftalatas- polimeras, kurio molekulėse esterio grupavimas kartojasi daug kartų. Rusijoje ši derva gaminama tokiu pavadinimu lavsanas(užsienyje - terilenas, dacron). Iš jo paruošiamas pluoštas, panašus į vilną, bet daug tvirtesnis, suteikiantis neištrinamus audinius. Lavsan pasižymi dideliu šilumos, drėgmės ir šviesos atsparumu, atsparus šarmams, rūgštims ir oksiduojančioms medžiagoms.

poliamido dervos.Šio tipo polimerai yra sintetiniai baltymų analogai. Jų grandinėse yra tos pačios, kaip ir baltymuose, pakartotinai kartojamos amidas-CO-NH- grupės. Baltymų molekulių grandinėse jas skiria vieno C atomo grandis, sintetiniuose poliamiduose – keturių ar daugiau C atomų grandine. Iš sintetinių dervų – nailono, enanto ir anido – gauti pluoštai kai kuriomis savybėmis gerokai pranašesni už natūralų šilką. Tekstilės pramonėje iš jų gaminami gražūs ilgaamžiai audiniai ir mezginiai. Technikoje naudojamos nailono arba anido virvės, lynai, kurie pasižymi dideliu stiprumu; šie polimerai taip pat naudojami kaip automobilių padangų pagrindas, tinklelių, įvairių techninių audinių gamybai.

Kapronas yra aminokaprono rūgšties polikondensacijos produktas:

Enant- aminoenanto rūgšties polikondensatas, turintis septynių anglies atomų grandinę.

Anid (nailonas arba perlonas) gaunamas dvibazinės adipo rūgšties HOOC-(CH 2) 4 -COOH ir heksametilendiamino NH 2 -(CH 2) 6 -NH 2 polikondensacijos būdu. Anidinės grandinės struktūra gali būti išreikšta formule:

natūralūs ir dirbtiniai pluoštai. Visi tekstilės pluoštai, naudojami įvairių rūšių verpalų gamybai, skirstomi į natūralius ir cheminius.

natūralus- jie vadina pluoštus, susidariusius augaluose (medvilnė, linas ir kiti pluoštai, sudaryti iš celiuliozės) arba iš gyvų organizmų išskyrų (vilna, šilkaverpių išskiriami šilko siūlai, susidedantys iš baltymų),

Cheminis- vadinti visus pluoštus, kurie gaminami dirbtinai. Jie, savo ruožtu, yra suskirstyti į dirbtinis gaunamas chemiškai apdorojant natūralias medžiagas (daugiausia celiuliozę), ir sintetinis pagaminti iš specialiai susintetintų cheminių medžiagų (daugiausia sintetinių aukštųjų polimerų).

Dirbtiniams pluoštams priskiriama viskozė, acetatas ir vario amonio šilkas, gaunamas apdorojant celiuliozę. Sintetinių pluoštų pavyzdžiai yra aukščiau aptarti pluoštai iš polimerų, gautų polimerizacijos (nitrono) arba polikondensacijos (lavsano, kaprono, enanto, anidų) dervų būdu.

Statybos portalas. Mes tobuliname savo įgūdžius

Tai dirbtinis polimeras. Natūralūs ir sintetiniai polimerai

Kas yra statybinės polimerinės medžiagos

Polimerinės plastikinės medžiagos ir jų savybės

Sintetinės polimerinės medžiagos ir jų pritaikymas

Polimerinių klijų charakteristikos

Natūralūs ir sintetiniai stambiamolekuliniai junginiai (polimerai)