Įvadas
1. Polimerų savybės
2. Klasifikacija
3. Polimerų rūšys
4. Taikymas
5. Mokslas apie polimerus
Išvada
Naudotų šaltinių sąrašas

Įvadas

Polipropileno molekulių grandinės.

Polimerai(gr. πολύ- – daug; μέρος – dalis) – neorganinis ir organinis, amorfinis ir kristalinės medžiagos, gaunamas pakartotinai pasikartojant įvairioms atomų grupėms, vadinamoms „monomerų vienetais“, susietomis į ilgas makromolekules cheminiais arba koordinaciniais ryšiais. Polimeras yra didelės molekulinės masės junginys: monomero vienetų skaičius polimere (polimerizacijos laipsnis) turi būti pakankamai didelis. Daugeliu atvejų vienetų skaičius gali būti laikomas pakankamu, kad molekulė būtų klasifikuojama kaip polimeras, jei pridėjus kitą monomero vienetą molekulinės savybės nepakinta. Paprastai polimerai yra medžiagos, kurių molekulinė masė nuo kelių tūkstančių iki kelių milijonų.

Jei makromolekulių jungimas atliekamas naudojant silpnas van der Waals jėgas, jos vadinamos termoplastinėmis, jei cheminių jungčių pagalba – termoreaktingais. Linijiniams polimerams priskiriama, pavyzdžiui, celiuliozė; šakotieji polimerai, pavyzdžiui, amilopektinas; yra polimerų su sudėtingomis trimatėmis struktūromis.

Polimero struktūroje galima išskirti monomerinį vienetą – pasikartojantį struktūrinį fragmentą, kuriame yra keli atomai. Polimerai susideda iš daugybės pasikartojančių tos pačios struktūros grupių (vienetų), pavyzdžiui, polivinilchlorido (-CH2-CHCl-) n, natūralaus kaučiuko ir kt. Didelės molekulinės masės junginiai, kurių molekulėse yra kelių tipų pasikartojančių medžiagų. grupės, vadinamos kopolimerais arba heteropolimerais.

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

1. Polimerų savybės

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;

polimeras ištirpsta per brinkimo stadiją.

Specialusis Cheminės savybės:

galimybė smarkiai 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 svoriu, bet ir tuo, kad makromolekulės turi grandininę struktūrą ir yra lanksčios.

2. Klasifikacija

Pagal savo cheminę sudėtį visi polimerai skirstomi į organinius, organinius ir neorganinius.

Organiniai polimerai.

Organoelementiniai polimerai. Juose yra neorganinių atomų (Si, Ti, Al) pagrindinėje organinių radikalų grandinėje kartu su organiniais radikalais. Gamtoje jų nėra. Dirbtinai gautas reprezentatyvus – organiniai silicio junginiai.

Reikėtų pažymėti, kad į techninės medžiagos dažnai naudojami skirtingų polimerų grupių deriniai. Tai yra kompozicinės medžiagos (pavyzdžiui, stiklo pluoštas).

Pagal makromolekulių formą polimerai skirstomi į linijinius, šakotuosius (ypatingu atveju – žvaigždės formos), juostinius, plokščius, šukinius, polimerinis tinklelis ir tt

Polimerai klasifikuojami pagal poliškumą (kuris turi įtakos tirpumui įvairiuose skysčiuose). Polimerų vienetų poliškumą lemia jų sudėtyje esantys dipoliai - molekulės, turinčios atsietą teigiamų ir neigiamų krūvių pasiskirstymą. Nepolinėse grandyse atomų ryšių dipolio momentai yra tarpusavyje kompensuojami. Polimerai, kurių vienetai turi didelį poliškumą, vadinami hidrofiliniais arba poliniais. Polimerai su nepoliniais vienetais – nepoliniai, hidrofobiniai. Polimerai, turintys ir polinių, ir nepolinių vienetų, vadinami amfifiliniais. Homopolimerus, kurių kiekviename vienete yra ir polinių, ir nepolinių didelių grupių, siūloma vadinti amfifiliniais homopolimerais.

Kalbant apie kaitinimą, polimerai skirstomi į termoplastinius ir termoreaktyvius. Termoplastiniai polimerai (polietilenas, polipropilenas, polistirenas) kaitinant suminkštėja, net išsilydo, o vėsdami sukietėja. Šis procesas yra grįžtamas. Kaitinant, termoreaktingi polimerai yra negrįžtamai chemiškai sunaikinami, 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 neturi takumo, todėl turi daugiau žema įtampa sunaikinimas.

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 paprastesnių, sudėtingesnių – didelės molekulinės masės organinių molekulių susidarymas (žr. Cheminė evoliucija).

3. Polimerų rūšys

Sintetiniai polimerai. Dirbtinės polimerinės medžiagos

Žmogus savo gyvenime jau seniai naudoja natūralias polimerines medžiagas. Tai oda, kailiai, vilna, šilkas, medvilnė ir kt., naudojami drabužių gamyboje, įvairūs rišikliai (cementas, kalkės, molis), kuriuos tinkamai apdirbus susidaro trimačiai 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 – perdirbant natūralius organinius polimerus į dirbtines polimerines medžiagas ir gaminant sintetinius polimerus iš organinių mažamolekulių junginių.

Pirmuoju atveju didelio masto 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 įkurta prieš ir po Antrojo pasaulinio karo ir tęsiasi iki šiol. Plėvelės, pluoštai, dažai ir lakai ir tirštikliai. Pažymėtina, kad kino ir fotografijos raida tapo įmanoma tik atsiradus skaidri plėvelė iš nitroceliuliozės.

Sintetiniai polimerai pradėti gaminti 1906 metais, kai L. Bakelandas užpatentavo vadinamąją bakelitinę dervą – fenolio ir formaldehido kondensacijos produktą, kuris kaitinant virsta trimačiu polimeru. Dešimtmečius jis buvo naudojamas elektros prietaisų, baterijų, televizorių, kištukinių lizdų ir kt. dėklų gamybai, o dabar vis dažniau naudojamas kaip rišiklis ir klijai.

Henry Fordo pastangomis prieš Pirmąjį pasaulinį karą prasidėjo spartus automobilių pramonės vystymasis, pirmiausia natūralaus, vėliau ir sintetinio kaučiuko pagrindu. Pastarųjų gamyba buvo įsisavinta Antrojo pasaulinio karo išvakarėse Sovietų Sąjungoje, Anglijoje, Vokietijoje ir JAV. Tais pačiais metais buvo įsisavinta pramoninė polistirolo ir polivinilchlorido, kurie yra puikios elektros izoliacinės medžiagos, gamyba, taip pat polimetilmetakrilato – be. organinis stiklas pavadinimu „plexiglass“ karo metu būtų buvę neįmanoma sukurti masinių lėktuvų.

Po karo buvo atnaujinta dar prieš karą prasidėjusi poliamidinio pluošto ir audinių (nailono, nailono) gamyba. 50-aisiais. XX amžiuje buvo sukurtas poliesterio pluoštas, o jo pagrindu pagamintų audinių gamyba įsisavinta lavsano arba polietileno tereftalato pavadinimu. Polipropilenas ir nitronas, sintetinė vata, pagaminta iš poliakrilnitrilo, papildo naudojamų sintetinių pluoštų sąrašą. šiuolaikinis žmogus drabužių ir pramonės veiklai. Pirmuoju atveju šie pluoštai labai dažnai derinami su natūraliais pluoštais iš celiuliozės arba baltymų (medvilnės, vilnos, šilko). Epochinis įvykis polimerų pasaulyje buvo atradimas XX amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje ir spartus Ziegler-Natta katalizatorių pramoninis vystymasis, dėl kurio atsirado katalizatoriai. polimerinės medžiagos kurių pagrindą sudaro poliolefinai ir daugiausia polipropilenas bei polietilenas žemas spaudimas(prieš tai buvo įvaldyta polietileno gamyba esant apie 1000 atm. slėgiui) bei 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 – organiniai polimerai, pasižymintys didesniu terminiu stabilumu ir elastingumu, lyginant su organiniais polimerais.

Sąrašą užbaigia vadinamieji unikalūs polimerai, susintetinti 60-70-aisiais. XX amžiuje Tai aromatiniai poliamidai, poliimidai, poliesteriai, poliesterio ketonai ir kt.; nepakeičiamas atributas iš šių polimerų yra aromatinių žiedų ir (arba) aromatinių kondensuotų struktūrų. Jie pasižymi išskirtiniu stiprumo ir atsparumo karščiui deriniu.

Ugniai atsparūs polimerai

Daugelis polimerų, tokių kaip poliuretanai, poliesteriai ir epoksidinės dervos, yra linkę į uždegimą, o tai praktiškai nepriimtina. Siekiant to išvengti, naudojami įvairūs priedai arba halogeninti polimerai. Halogeninti nesotieji polimerai sintetinami į kondensaciją įtraukiant chlorintus arba bromintus monomerus, pavyzdžiui, heksarūgštį (HCEMTPA), dibromneopentilglikolį arba tetrabromftalio rūgštį. Pagrindinis tokių polimerų trūkumas yra tas, kad degdami gali išsiskirti koroziją sukeliančios dujos, kurios gali neigiamai paveikti netoliese esančią elektroniką. 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 didelį aliuminio hidroksido kiekį: 4 masės dalis į vieną dalį nesočiųjų poliesterio dervų.

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

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

4. Taikymas

Ačiū vertingų savybių polimerai naudojami mechaninėje inžinerijoje, tekstilės pramonėje, žemės ūkyje ir medicinoje, automobilių ir laivų statyboje, orlaivių statyboje, kasdieniame gyvenime (tekstilė ir odos gaminiai, indai, klijai ir lakai, papuošalai ir kiti gaminiai). Didelės molekulinės masės junginių pagrindu gaminamos gumos, pluoštai, plastikai, plėvelės ir dažų dangos. Visi gyvų organizmų audiniai yra didelės molekulinės masės junginiai.

5. Mokslas apie polimerus

Polimerų mokslas kaip savarankiška žinių sritis pradėjo vystytis prasidėjus Antrajam pasauliniam karui ir susiformavo kaip visuma šeštajame dešimtmetyje. XX amžiuje, kai buvo suvokiamas polimerų vaidmuo technikos pažangos raidoje ir biologinių objektų gyvavimo procese. 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.

Naudotų šaltinių sąrašas

1. Polimerų enciklopedijos, 1 - 3 t., sk. red. V.A.Karginas, M., 1972 - 77;
2. Makhlis FA, Fedyukin DL, Terminų žinynas apie gumą, M., 1989;
3. Krivoshey V. N., Konteineris pagamintas iš polimerinių medžiagų, M., 1990;
4. Sheftel V.O., Kenksmingos medžiagos plastikoje, M., 1991;

Santrauka tema "Polimerai" atnaujinta: 2018 m. sausio 18 d. autorius: Moksliniai straipsniai.Ru

Polimerinės medžiagos yra didelės molekulinės masės cheminiai junginiai, susidedantys iš daugybės mažos molekulinės masės monomerų (vienetų), kurių struktūra yra tokia pati. Polimerams gaminti dažnai naudojami šie monomeriniai komponentai: etilenas, vinilchloridas, vinildeno chloridas, vinilo acetatas, propilenas, metilmetakrilatas, tetrafluoretilenas, stirenas, karbamidas, melaminas, formaldehidas, fenolis. Šiame straipsnyje mes išsamiai apsvarstysime, kokios yra polimerinės medžiagos, kokios yra jų cheminės ir fizinės savybės, klasifikacija ir rūšys.

Polimerų tipai

Molekulių ypatybė šios medžiagos yra didelis, o tai atitinka šią reikšmę: M> 5 * 103. Junginiai, kurių šio parametro lygis yra žemesnis (M = 500-5000), paprastai vadinami oligomerais. Mažos molekulinės masės junginių masė mažesnė nei 500. Yra šių tipų polimerinės medžiagos: sintetinės ir natūralios. Pastaruosius įprasta vadinti natūraliu kaučiuku, žėručiu, vilna, asbestu, celiulioze ir kt. Tačiau pagrindinę vietą užima sintetiniai polimerai, kurie gaunami cheminės sintezės būdu iš mažos molekulinės masės junginių. Priklausomai nuo didelės molekulinės masės medžiagų gamybos būdo, išskiriami polimerai, kurie susidaro polikondensacijos arba adityvinės reakcijos būdu.

Polimerizacija

Šis procesas yra mažos molekulinės masės komponentų sujungimas į didelės molekulinės masės komponentus, siekiant gauti ilgas grandines. Polimerizacijos lygio dydis yra „merų“ skaičius tam tikros kompozicijos molekulėse. Dažniausiai polimerinėse medžiagose yra nuo tūkstančio iki dešimties tūkstančių vienetų. Polimerizacijos būdu gaunami šie dažniausiai naudojami junginiai: polietilenas, polipropilenas, polivinilchloridas, politetrafluoretilenas, polistirenas, polibutadienas ir kt.

Polikondensacija

Šis procesas yra laipsniška reakcija, kurią sudaro arba didelio skaičiaus to paties tipo monomerų, arba skirtingų grupių (A ir B) poros sujungimas į polikondensatorius (makromolekules), kartu formuojant šiuos šalutinius produktus: anglis. dioksidas, vandenilio chloridas, amoniakas, vanduo ir kt., naudojant polikondensaciją, gaunami silikonai, polisulfonai, polikarbonatai, aminoplastikai, fenoliniai plastikai, poliesteriai, poliamidai ir kitos polimerinės medžiagos.

Daugiajungtis

Šis procesas suprantamas kaip polimerų susidarymas, vykstant daugkartiniam monomerinių komponentų, kuriuose yra ribojančių reaktyvių junginių, pridėjimo prie nesočiųjų grupių monomerų (aktyvių žiedų arba dvigubų jungčių) reakcijų. Skirtingai nuo polikondensacijos, poliaddicijos reakcija vyksta neišskiriant šalutinių produktų. Svarbiausias šios technologijos procesas laikomas poliuretanų kietėjimu ir gamyba.

Polimerų klasifikacija

Pagal sudėtį visos polimerinės medžiagos skirstomos į neorganinius, organinius ir organinius elementus. Pirmieji iš jų žėručio, asbesto, keramikos ir kt.) neturi atominės anglies. Jų pagrindą sudaro aliuminio, magnio, silicio ir kt. oksidai. Organiniai polimerai yra pati plačiausia klasė, juose yra anglies, vandenilio, azoto, sieros, halogeno ir deguonies atomų. Organoelementinės polimerinės medžiagos yra junginiai, kuriuose, be aukščiau išvardintų, yra silicio, aliuminio, titano ir kitų elementų, kurie gali jungtis su organiniais radikalais. Gamtoje tokių derinių nebūna. Tai išskirtinai sintetiniai polimerai. Būdingi šios grupės atstovai yra organiniai silicio junginiai, kurių pagrindinė grandinė sudaryta iš deguonies ir silicio atomų.

Technologijoje reikiamų savybių polimerams gauti dažnai naudojamos ne „grynos“ medžiagos, o jų deriniai su organiniais ar neorganiniais komponentais. Geras pavyzdys Naudojamos polimerinės statybinės medžiagos: metalu armuotas plastikas, plastikas, stiklo pluoštas, polimerinis betonas.

Polimerinė struktūra

Šių medžiagų savybių ypatumą lemia jų struktūra, kuri, savo ruožtu, skirstoma į šiuos tipus: linijinės šakotos, linijinės, erdvinės su didelėmis molekulinėmis grupėmis ir labai specifinėmis geometrinėmis struktūromis, taip pat kopėčios. Greitai pažvelkime į kiekvieną iš jų.

Polimerinės medžiagos, turinčios tiesiškai šakotą struktūrą, be pagrindinės molekulių grandinės, turi ir šonines šakas. Šie polimerai apima polipropileną ir poliizobuteną.

Linijinės struktūros medžiagos turi ilgas zigzago arba spiralines grandines. Jų makromolekulėms pirmiausia būdingi vietų pasikartojimai vienoje grandinės grandies arba cheminio vieneto struktūrinėje grupėje. Linijinės struktūros polimerai išsiskiria tuo, kad yra labai ilgų makromolekulių, turinčių reikšmingą skirtumą tarp grandinės ir tarp jų esančių ryšių pobūdžio. Tai reiškia tarpmolekulinius ir cheminius ryšius. Tokių medžiagų makromolekulės yra labai lanksčios. Ir ši savybė yra polimerinių grandinių pagrindas, dėl kurio atsiranda kokybiškai naujų savybių: didelis elastingumas, taip pat trapumo nebuvimas sukietėjusioje būsenoje.

Dabar išsiaiškinkime, kokios yra erdvinės struktūros polimerinės medžiagos. Kai makromolekulės jungiasi viena su kita, šios medžiagos sudaro stiprius cheminius ryšius skersine kryptimi. Rezultatas yra tinklinė struktūra su netolygiu arba erdviniu tinklelio pagrindu. Šio tipo polimerai turi didesnį atsparumą karščiui ir standumą nei linijiniai. Šios medžiagos yra daugelio nemetalinių statybinių medžiagų pagrindas.

Polimerinių medžiagų molekulės, turinčios kopėčių struktūrą, susideda iš chemiškai sujungtų grandinių poros. Tai apima organinius silicio polimerus, kuriems būdingas padidėjęs standumas, atsparumas karščiui, be to, jie nesąveikauja su organiniais tirpikliais.

Polimerų fazinė sudėtis

Šios medžiagos yra sistemos, susidedančios iš amorfinių ir kristalinių sričių. Pirmasis iš jų padeda sumažinti standumą, daro polimerą elastingą, tai yra, galintį daryti dideles grįžtamojo pobūdžio deformacijas. Kristalinė fazė padidina jų stiprumą, kietumą, tamprumo modulį ir kitus parametrus, kartu sumažindama medžiagos molekulinį lankstumą. Visų tokių sričių tūrio ir bendro tūrio santykis vadinamas kristalizacijos laipsniu, kai maksimalų lygį (iki 80%) turi polipropilenai, fluoroplastai ir didelio tankio polietilenas. Polivinilchloridai ir mažo tankio polietilenas turi mažesnį kristalizacijos lygį.

Priklausomai nuo to, kaip polimerinės medžiagos elgiasi kaitinant, jos dažniausiai skirstomos į termoreaktyviąsias ir termoplastines.

Termoreaktingi polimerai

Šios medžiagos pirmiausia yra linijinės. Kaitinant jie suminkštėja, tačiau dėl juose vykstančių cheminių reakcijų struktūra pasikeičia į erdvinę, o medžiaga virsta kieta. Ateityje ši kokybė bus išsaugota. Šiuo principu pagrįstas polimeras.Jų vėlesnis kaitinimas medžiagos nesuminkština, o tik sukelia jos skilimą. Paruoštas termoreaktingas mišinys netirpsta ir nesilydo, todėl jo pakartotinis apdorojimas yra nepriimtinas. Šio tipo medžiagos apima epoksidinį silikoną, fenolio formaldehidą ir kitas dervas.

Termoplastiniai polimerai

Kaitinant, šios medžiagos pirmiausia suminkštėja, o paskui išsilydo, o vėliau vėsdamos sukietėja. Šio apdorojimo metu termoplastiniai polimerai chemiškai nepakeičiami. Ji šis procesas visiškai grįžtamasis. Šio tipo medžiagos turi linijinę šakotą arba linijinę makromolekulių struktūrą, tarp kurių veikia mažos jėgos ir visiškai nėra cheminių ryšių. Tai polietilenai, poliamidai, polistirenas ir kt. Termoplastinių polimerinių medžiagų technologija numato jų gamybą liejant įpurškiant vandeniu aušinamose formose, presuojant, ekstruzijos, pūtimo ir kitais būdais.

Cheminės savybės

Polimerai gali būti šių būsenų: kietos, skystos, amorfinės, kristalinės fazės, taip pat labai elastingos, klampios tekėjimo ir stiklinės deformacijos. Plačiai naudojamos polimerinės medžiagos dėl didelio atsparumo įvairioms agresyvioms terpėms, tokioms kaip koncentruotos rūgštys ir šarmai. Jie neturi įtakos.Be to, didėjant jų molekulinei masei, sumažėja medžiagos tirpumas organiniuose tirpikliuose. O polimerams, turintiems erdvinę struktūrą, šie skysčiai paprastai neveikia.

Fizinės savybės

Dauguma polimerų yra dielektrikai, be to, jie priskiriami nemagnetinėms medžiagoms. Iš visų naudojamų konstrukcinių medžiagų tik jos turi mažiausią šilumos laidumą ir didžiausią šiluminę talpą bei terminį susitraukimą (apie dvidešimt kartų daugiau nei metalo). Įvairių sandarinimo mazgų sandarumo praradimo žemos temperatūros sąlygomis priežastis yra vadinamasis gumos stiklinimas, taip pat staigus metalų ir kaučiukų plėtimosi koeficientų skirtumas sustiklėjusioje būsenoje.

Mechaninės savybės

Polimerinės medžiagos turi platų asortimentą mechaninės charakteristikos kurios labai priklauso nuo jų struktūros. Be šio parametro, įvairūs išoriniai veiksniai... Tai apima: temperatūrą, dažnį, apkrovos trukmę arba greitį, įtempių būsenos tipą, slėgį, pobūdį aplinką, terminis apdorojimas ir tt Funkcija mechaninės savybės polimerinės medžiagos yra jų santykinai didelis stiprumas ir labai mažas standumas (palyginti su metalais).

Polimerus įprasta skirstyti į kietus, kurių tamprumo modulis atitinka E = 1-10 GPa (pluoštai, plėvelės, plastikai), ir minkštas labai elastingas medžiagas, kurių tamprumo modulis E = 1-10. MPa (guma). Abiejų sunaikinimo modeliai ir mechanizmai skiriasi.

Polimerinėms medžiagoms būdinga ryški savybių anizotropija, taip pat stiprumo sumažėjimas ir valkšnumo išsivystymas ilgos apkrovos sąlygomis. Kartu su tuo jie turi gana didelį atsparumą nuovargiui. Palyginti su metalais, jie skiriasi aštresne mechaninių savybių priklausomybe nuo temperatūros. Viena iš pagrindinių polimerinių medžiagų charakteristikų yra deformuojamumas (lankstumas). Pagal šį parametrą plačiame temperatūrų diapazone įprasta įvertinti jų pagrindines eksploatacines ir technologines savybes.

Polimerinės medžiagos grindims

Dabar mes apsvarstysime vieną iš praktinio polimerų pritaikymo variantų, atskleisdami visą galimą šių medžiagų asortimentą. Šios medžiagos plačiai naudojamos statybos ir remonto bei apdailos darbuose, ypač grindyse. Didžiulis populiarumas paaiškinamas nagrinėjamų medžiagų savybėmis: jos yra atsparios trinčiai, turi mažą šilumos laidumą, mažai sugeria vandenį, yra pakankamai tvirtos ir kietos, pasižymi aukštomis dažų ir lako savybėmis. Polimerinių medžiagų gamybą sąlyginai galima suskirstyti į tris grupes: linoleumus (ritininius), plytelių gaminius ir mišinius, skirtus lygintuvų grindų įrengimui. Dabar trumpai pažvelkime į kiekvieną iš jų.

Linoleumas gaminamas remiantis skirtingi tipai užpildai ir polimerai. Juose taip pat gali būti plastifikatorių, perdirbimo pagalbinių medžiagų ir pigmentų. Priklausomai nuo polimerinės medžiagos tipo, išskiriamos poliesterio (gliftalio), polivinilchlorido, gumos, koloksilino ir kitos dangos. Be to, pagal sandarą skirstomi į be pagrindo ir su garsą, šilumą izoliuojančiu pagrindu, viensluoksnius ir daugiasluoksnius, lygiu, švelniu ir gofruotu paviršiumi, taip pat vienspalvius ir daugiaspalvius. .

Medžiagos išlyginamoms grindims yra patogiausios ir higieniškiausios naudoti, jos yra labai patvarios. Šie mišiniai paprastai skirstomi į polimerinį cementą, polimerinį betoną ir polivinilacetatą.

Įsivaizduokite tokią situaciją. Išeinate iš parduotuvės ir skubate greitai mesti paketą į automobilį. Padaryta. Greitai patikrinate telefoną ir važiuojate. Įeidami į savo butą nusišluostote kojas ant guminio kilimėlio, iš pakuočių išimate viską: keptuvę su nelipni danga, žaislai vaikui, skutimosi putos, pora marškinių, tapetai. Atrodo, jie nieko nepamiršo. Pasigriebi butelį vandens ir eini prie kompiuterio – laikas dirbti. Viskas, kas paminėta aukščiau, yra polimerų. Iki parduotuvės.

Polimerai – kas tai?

Polimerai yra medžiagos, sudarytos iš ilgų, pasikartojančių molekulių grandinių. Jie turi unikalių savybių, priklausomai nuo sujungtų molekulių tipo ir jų prijungimo būdo. Kai kurie iš jų lenkia ir tempiasi, pavyzdžiui, guma ir poliesteris. Kiti yra kieti ir kieti, pavyzdžiui, epoksidas ir organinis stiklas.

Terminas „polimeras“ dažniausiai vartojamas apibūdinti plastikams, kurie yra sintetiniai polimerai. Tačiau egzistuoja ir natūralūs polimerai: pavyzdžiui, guma ir mediena yra natūralūs polimerai, sudaryti iš paprasto angliavandenilio izopreno. Baltymai taip pat yra natūralūs polimerai, juos sudaro aminorūgštys. Nukleorūgštys (DNR ir RNR) yra nukleotidų polimerai – sudėtingos molekulės, susidedančios iš azoto turinčios bazės, cukraus ir fosforo rūgšties.

Kas apie tai galvojo anksčiau?

Polimerų tėvu laikomas organinės chemijos dėstytojas iš Šveicarijos aukštųjų mokyklų technologijų mokykla Ciurichas Hermannas Staudingeris.

Hermanas Štaudingeris. Šaltinis: Wikimedia

Jo studijos 1920 m. atvėrė kelią tolesniam darbui tiek su natūraliais, tiek su sintetiniais polimerais. Jis pristatė du terminus, kurie yra labai svarbūs norint suprasti polimerus: polimerizacija ir makromolekulė. 1953 m. Staudingeris gavo pelnytą Nobelio premiją „už atradimus makromolekulinės chemijos srityje“.

Polimerizacija yra sintetinių polimerų kūrimo būdas, sujungiant mažesnes molekules, monomerus, į grandinę, kurią laiko kovalentiniai ryšiai. Įvairūs cheminės reakcijos pavyzdžiui, dėl karščio ir slėgio pakeičiamos cheminės jungtys, laikančios monomerus kartu. Proceso metu molekulės susijungia tiesine, šakotąja ar erdvine struktūra, paverčiant jas polimerais. Šios monomerų grandinės dar vadinamos makromolekulėmis. Vienoje makromolekulėje gali būti šimtai tūkstančių monomerų.

Polimerų tipai

Polimero tipas priklauso nuo jo struktūros. Iš to, kas išdėstyta pirmiau, suprantame, kad tokių tipų turėtų būti trys.

Linijiniai polimerai. Tai yra junginiai, kuriuose monomerai yra chemiškai inertiški vienas kito atžvilgiu ir yra surišti tik van der Waals jėgų (tarpmolekulinės (ir tarpatominės) sąveikos jėgos, kurių energija 10–20 kJ / mol. - apytiksliai red.). Sąvoka „linijinė“ visiškai nereiškia tiesios molekulių išdėstymo viena kitos atžvilgiu. Priešingai, jiems labiau būdinga dantyta arba spiralinė konfigūracija, kuri suteikia tokiems polimerams mechaninį stiprumą.

Šakotieji polimerai. Jas formuoja grandinėlės su šoninėmis šakomis (šakų skaičius ir ilgis skiriasi). Šakotieji polimerai yra patvaresni nei linijiniai polimerai.

Linijiniai ir šakotieji polimerai suminkštėja kaitinant ir vėl kietėja vėsdami. Ši savybė vadinama termoplastiškumu, o patys polimerai yra termoplastiniai arba termoplastiniai. Tokiuose polimeruose esantys ryšiai tarp molekulių gali būti nutraukti ir vėl sujungti. Tai reiškia kad plastikiniai buteliai gali būti naudojamas kitiems polimeriniams gaminiams gaminti – nuo ​​kilimėlių iki vilnonių striukių. Žinoma, butelių būtų galima pagaminti ir daugiau. Viskas, ko reikia perdirbimui, yra karštis... Termoplastiniai polimerai gali ne tik ištirpti, bet ir ištirpti, nes Van der Waals jungtys lengvai nutrūksta veikiant reagentams. Termoplastikai yra polivinilchloridas, polietilenas, polistirenas ir kt.

Jei makromolekulėse yra reaktyvių monomerų, tai kaitinant jas sujungia daugybė kryžminių jungčių, ir polimeras įgauna erdvinę struktūrą. Tokie polimerai vadinami termoaktyviais arba termoreaktingais plastikais.

Viena vertus, termoreaktingi plastikai turi teigiamų savybių: jie yra kietesni ir atsparesni karščiui. Kita vertus, sunaikinus ryšius tarp termoaktyvių polimerų molekulių, antrą kartą to nustatyti nepavyks. Tokiu atveju apdorojimas pašalinamas, o tai yra labai blogai. Labiausiai paplitę šios grupės polimerai yra poliesteris, vinilo esteris ir epoksidas.

Polimerų pagrindu gaunami pluoštai, plėvelės, gumos, lakai, klijai, plastikai ir kompozitinės medžiagos (kompozitai).

Pluoštas gaunamas per plonas plokštelės skylutes (štampai) spaudžiant tirpalus arba polimero lydymą, o po to kietėja. Skaidulą formuojantys polimerai apima poliamidus, poliakrilnitrilus ir kt.

Polimerinės plėvelės yra gaunami iš polimerų lydalų, spaudžiant štampelius su išpjovomis skylutėmis arba polimerinius tirpalus tepant ant judančio diržo, arba polimero kalandravimu. Plėvelės naudojamos kaip elektros izoliacija ir pakavimo medžiaga, magnetinės juostos ir kt.

Kalandravimas– Polimerų apdirbimas ant kalandrų, sudarytų iš dviejų arba daugiau lygiagrečiai išdėstytų ir vienas kito link besisukančių ritinėlių.

Pasisekė- plėvelę sudarančių medžiagų tirpalai organiniuose tirpikliuose. Be polimerų, lakuose yra plastiškumą didinančių medžiagų (plastifikatorių), tirpių dažiklių, kietiklių ir kt. Jie naudojami elektrą izoliuojančioms dangoms, taip pat kaip grunto ir dažų bei lako emalių pagrindas.

Klijai- kompozicijos, galinčios sujungti įvairios medžiagos dėl to, kad tarp jų paviršių ir lipniojo sluoksnio susidaro stiprūs ryšiai. Sintetinių organinių klijų pagrindu yra monomerai, oligomerai, polimerai arba jų mišiniai. Į kompozicijos sudėtį įeina kietikliai, užpildai, plastifikatoriai ir tt Klijai skirstomi į termoplastinius, termoreaktingus ir guminius. Termoplastiniai klijai aušinant nuo stingimo taško iki kietėjimo suformuoja ryšį su paviršiumi kambario temperatūra arba tirpiklio išgarinimas. Termoreaktingi klijai sukietėjimo (kryžminio susiejimo) rezultatas – suformuoti ryšį su paviršiumi, guminiai klijai - dėl vulkanizacijos.

Plastikai- tai medžiagos, kurių sudėtyje yra polimero, kuris gaminio formavimosi metu yra klampus, o eksploatacijos metu yra stiklinis. Visi plastikai skirstomi į termoreaktingus ir termoplastikus. Liejimo metu termoreaktingai įvyksta negrįžtama kietėjimo reakcija, susidedanti iš tinklo struktūros susidarymo. Termoreaktingi plastikai apima medžiagas, kurių pagrindą sudaro fenolis-formaldehidas, karbamidas-formaldehidas, epoksidinė derva ir kitos dervos. Termoplastikai gali pakartotinai pereiti į klampų tekėjimo būseną kaitinant ir į stiklinę, kai vėsta. Termoplastikai apima medžiagas, kurių pagrindą sudaro polietilenas, politetrafluoretilenas, polipropilenas, polivinilchloridas, polistirenas, poliamidai ir kiti polimerai.

Elastomerai- tai polimerai ir jų pagrindu pagaminti kompozitai, kurių stiklėjimo temperatūros temperatūrų diapazonas - stingimo temperatūra yra pakankamai aukšta ir apima įprastas temperatūras.

Be polimerų, plastikuose ir elastomerų sudėtyje yra plastifikatorių, dažiklių ir užpildų. Plastifikatoriai – pavyzdžiui, dioktilftalatas, dibutilo sebacatas, chlorintas parafinas – sumažina stiklėjimo temperatūrą ir padidina polimero sklandumą. Antioksidantai sulėtina polimero skilimą. Užpildai pagerina polimerų fizines ir mechanines savybes. Kaip užpildai naudojami milteliai (grafitas, suodžiai, kreida, metalas ir kt.), popierius, audinys.

Sustiprinantys pluoštai ir kristalai gali būti metalinis, polimerinis, neorganinis (pavyzdžiui, stiklas, karbidas, nitridas, boras). Stiprinamieji užpildai daugiausia lemia mechanines, termofizines ir elektrines polimerų savybes. Daugelis kompozicinių polimerinių medžiagų savo stiprumu nėra prastesnės nei metalai. Kompozitai polimerų pagrindu, sustiprintas stiklo pluoštu(stiklo pluošto), turi aukštą mechaninis stiprumas(tempiamasis stipris 1300-2500 MPa) ir geros elektros izoliacinės savybės. Kompozitai polimerų pagrindu, armuoti anglies pluoštas(anglies pluoštu sustiprinti plastikai), derina didelį stiprumą ir atsparumą vibracijai su padidintu šilumos laidumu ir cheminiu atsparumu. Boroplastikai (užpildai – boro pluoštai) pasižymi dideliu stiprumu, kietumu ir mažu valkšnumu.

Kompozitai polimerų pagrindu naudojamos kaip konstrukcinės, elektros ir šilumos izoliacinės, korozijai atsparios, antifrikcinės medžiagos automobilių, staklių, elektros, aviacijos, radiotechnikos, kasybos, kosmoso technologijų, chemijos inžinerijos ir statybos srityse.

Redoksitas. Plačiai naudojami redoksinių savybių turintys polimerai – redoksitai (su redokso grupėmis arba redoksionitai).

Polimerų naudojimas.Šiuo metu labai daug įvairūs polimerai su skirtingomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Panagrinėkime kai kuriuos polimerus ir jų pagrindu pagamintus kompozitus.

Polietilenas[-CH2-CH2-] n yra termoplastas, gaunamas radikalios polimerizacijos būdu iki 320 0C temperatūroje ir 120-320 MPa slėgyje (aukšto slėgio polietilenas) arba iki 5 MPa slėgyje naudojant sudėtingus katalizatorius (žemo- slėgio polietilenas). Žemo slėgio polietilenas turi didesnį stiprumą, tankį, elastingumą ir minkštėjimo tašką nei aukšto slėgio polietilenas. Polietilenas yra chemiškai atsparus daugelyje aplinkų, tačiau sensta veikiamas oksidantų. Polietilenas yra geras dielektrikas, jį galima eksploatuoti temperatūrų diapazone nuo –20 iki +100 0 C. Švitinimas gali padidinti polimero atsparumą karščiui. Iš polietileno gaminami vamzdžiai, elektros gaminiai, radijo aparatūros dalys, izoliacinės plėvelės ir kabelių (aukšto dažnio, telefono, elektros) apvalkalai, plėvelės, pakavimo medžiagos, stiklinės taros pakaitalai.

Polipropilenas[-CH (CH 3) -CH 2 -] n yra kristalinis termoplastikas, gautas stereospecifinės polimerizacijos būdu. Jis atsparesnis temperatūrai (iki 120–140 0 C) nei polietilenas. Pasižymi dideliu mechaniniu atsparumu (žr. 14.2 lentelę), atsparumą pakartotiniam lenkimui ir trinčiai, elastinga. Jis naudojamas vamzdžių, plėvelių, rezervuarų ir kt.

Polistirenas - termoplastikas, gaunamas radikaliai polimerizuojant stireną. Polimeras yra atsparus oksidatoriams, bet neatsparus stiprioms rūgštims, tirpsta aromatiniuose tirpikliuose, pasižymi dideliu mechaniniu stiprumu ir dielektrinėmis savybėmis, naudojamas kaip aukštos kokybės elektros izoliacinė medžiaga, taip pat kaip konstrukcinė ir dekoratyvinė apdailos medžiaga instrumentų gamyboje. , elektrotechnika, radiotechnika, Buitinė technika... Kabeliams ir laidams apdengti naudojamas karštai temptas lankstus elastingas polistirenas. Putų polistirolas taip pat gaminamas polistirolo pagrindu.

Polivinilchloridas[-CH2 -CHCl-] n - termoplastas, pagamintas polimerizuojant vinilchloridą, atsparus rūgštims, šarmams ir oksidatoriams; tirpus cikloheksanone, tetrahidrofurane, ribotas benzene ir acetone; antipirenas, mechaniškai patvarus; dielektrinės savybės yra prastesnės nei polietileno. Taikoma kaip izoliacinė medžiaga kuriuos galima sujungti suvirinant. Iš jo gaminami įrašai, lietpalčiai, pypkės ir kiti daiktai.

Politetrafluoretilenas (fluoroplastas)[-CF 2 -CF 2 -] n yra termoplastas, gaunamas radikaliai polimerizuojant tetrafluoretileną. Pasižymi išskirtiniu cheminiu atsparumu rūgštims, šarmams ir oksidatoriams; puikus dielektrikas; turi labai platų veikimo temperatūrų diapazoną (nuo –270 iki +260 0 C). 400 0 C temperatūroje suyra, išsiskiriant fluorui, nesudrėksta vandeniu. Fluoroplastika naudojama kaip chemiškai atspari statybinė medžiaga chemijos pramonėje. Kaip geriausias dielektrikas, naudojamas tokiomis sąlygomis, kai reikalingas derinys elektros izoliacinės savybės su cheminiu atsparumu. Be to, jis naudojamas antifrikcinėms, hidrofobinėms ir apsauginėms dangoms bei keptuvių dangoms padengti.

Polimetilmetakrilatas (plexiglass)

- termoplastas, gautas polimerizuojant metilmetakrilatą. Mechaniškai patvarus; atsparus rūgštims; atsparus oro sąlygoms; tirpsta dichloretane, aromatiniuose angliavandeniliuose, ketonuose, esteriuose; bespalvis ir optiškai skaidrus. Jis naudojamas elektrotechnikoje kaip statybinė medžiaga, taip pat kaip klijų pagrindas.

Poliamidai- termoplastikai, kurių pagrindinėje grandinėje yra amido grupė -NHCO-, pavyzdžiui, poli-ε-kapronas [-NH- (CH 2) 5 -CO-] n, poliheksametilenadipinamidas (nailonas) [-NH- (CH 2) 5-NH-CO-(CH2)4-CO-]n; polidodekanamidas [-NH- (CH 2) 11 -CO-] n ir kt. Jie gaunami tiek polikondensacijos, tiek polimerizacijos būdu. Polimerų tankis yra 1,0 ÷ 1,3 g / cm3. Jie pasižymi dideliu stiprumu, atsparumu dilimui, dielektrinėmis savybėmis; atsparus alyvoms, benzinui, atskiestoms rūgštims ir koncentruotiems šarmams. Iš jų gaunami pluoštai, izoliacinės plėvelės, konstrukciniai, antifrikciniai ir elektros izoliaciniai gaminiai.

Poliuretanai- termoplastikai, kurių pagrindinėje grandinėje yra -NH (CO) O- grupių, taip pat eteris, karbamatas ir kt. Jie gaunami izociantams (junginiams, turintiems vieną ar daugiau NCO grupių) sąveikaujant su polialkoholiais, pvz. glikoliai ir glicerolis. Atsparus skiestoms mineralinėms rūgštims ir šarmams, aliejams ir alifatiniams angliavandeniliams. Jie gaminami poliuretano putų (putų gumos), elastomerų pavidalu, yra lakų, klijų, sandariklių dalis. Naudojamas šilumos ir elektros izoliacijai, kaip filtrai ir pakavimo medžiaga, batų gamybai, dirbtinė oda, gumos gaminiai.

Poliesteriai- polimerai su bendroji formulė HO [-RO-] n H arba [-OC-R-COO-R "-O-] n. Gaunamas polimerizuojant ciklinius oksidus, pavyzdžiui, etileno oksidą, laktonus (hidroksi rūgščių esterius), arba polikondensacijos būdu glikolių, diesterių ir kitų alifatiniai poliesteriai atsparūs šarminių tirpalų poveikiui, aromatiniai poliesteriai atsparūs ir mineralinių rūgščių bei druskų tirpalų poveikiui. Jie naudojami pluoštų, lakų ir emalių, plėvelių, koaguliantų ir fotoreagentų gamyboje. , hidraulinių skysčių komponentai ir kt.

Sintetinės gumos (elastomerai) gauti emulsiją arba stereospecifinę polimerizaciją. Vulkanizuojant jie virsta guma, kuri pasižymi dideliu elastingumu. Pramonėje gaminama daug įvairių sintetinių kaučiukų (CK), kurių savybės priklauso nuo monomerų rūšies. Daugelis kaučiukų gaminami kopolimerizuojant du ar daugiau monomerų. Atskirkite CK bendrosios ir specialiosios paskirties. Bendrosios paskirties CK apima butadieną [-CH2-CH = CH-CH2-]n ir stireno-butadieną [-CH2-CH = CH-CH2-] n-- [-CH2-CH (C6H5). ) -] n. Gaminiuose naudojamos jų pagrindu pagamintos gumos masinis naudojimas(padangos, apsauginiai kabelių ir laidų apvalkalai, juostos ir kt.). Iš šių gumų taip pat gaunamas elektrotechnikoje plačiai naudojamas ebonitas. Specialiems tikslams iš CK gautos gumos, be elastingumo, pasižymi ir kai kuriomis ypatingomis savybėmis, pavyzdžiui, atsparumu benzo ir alyvai (butadieno-nitrilo CK [-CH 2 -CH = CH-CH 2 -] n - [-CH 2 -CH (CN) -] n), atsparumas benzo, alyvai ir karščiui, nedegumas (chloroprenas CK [-CH 2 -C (Cl) = CH-CH 2 -] n), atsparumas dilimui (poliuretanas ir kt.). ), atsparumas karščiui, šviesai, ozonui (butilo kaučiukas) [-C (CH 3) 2 -CH 2 -] n - [- CH 2 C (CH 3) = CH-CH 2 -] m. Dažniausiai naudojamos stireno butadieno (daugiau kaip 40%), butadieno (13%), izopreno (7%), chloropreno (5%) gumos ir butilo kaučiuko (5%). Pagrindinė gumos dalis. (60 - 70%) tenka padangų gamybai, apie 4% - batų gamybai

Organiniai silicio polimerai (silikonai)- turi silicio atomų elementariose makromolekulių grandyse. Didelį indėlį į organinių silicio polimerų kūrimą įnešė rusų mokslininkas K. A. Andrianovas. Būdinga šių polimerų savybė – didelis atsparumas karščiui ir šalčiui, elastingumas; jie neatsparūs šarmams ir tirpsta daugelyje aromatinių ir alifatinių tirpiklių. Organiniai silicio polimerai naudojami lakams, klijams, plastikams ir gumai gaminti. Organinių silicio kaučiukų [-Si (R 2) -O-] n, pavyzdžiui, dimetilsiloksano ir metilvinilsiloksano tankis yra 0,96 - 0,98 g/cm 3, stiklėjimo temperatūra 130 0 C. Tirpsta angliavandeniliuose, halogenintuose angliavandeniliuose, eteriuose. Vulkanizuotas organiniais peroksidais. Gumos gali būti eksploatuojamos nuo -90 iki +300 0 C temperatūroje, pasižymi atsparumu oro sąlygoms, aukštomis elektros izoliacinėmis savybėmis. Jie naudojami gaminiams, veikiantiems esant dideliems temperatūrų skirtumams, pavyzdžiui, apsauginėms dangoms erdvėlaivis ir tt

Fenolinės ir aminoformaldehidinės dervos gaunamas formaldehido polikondensacijos būdu su fenoliu arba aminais. Tai termoreaktingi polimerai, kuriuose dėl kryžminio sujungimo susidaro tinklinė erdvinė struktūra, kurios negalima paversti linijine struktūra, t.y. procesas yra negrįžtamas. Jie naudojami kaip klijų, lakų, jonų mainų, plastikų pagrindas.

Plastikai, kurių pagrindą sudaro fenolio-formaldehido dervos, vadinami fenoplastai , karbamido-formaldehido dervų pagrindu - aminoplastai ... Fenolinių ir aminoplastų užpildai yra popierius arba kartonas (getinaksas), audinys (teksolitas), mediena, kvarco ir žėručio miltai ir kt. Fenoplastikai atsparūs vandeniui, rūgščių, druskų ir bazių tirpalams, organiniams tirpikliams, sunkiai degi, atsparūs oro sąlygoms. ir yra geri dielektrikai. Iš jų gaminamos spausdintinės plokštės, elektros ir radijo inžinerijos gaminių korpusai, folija dengti dielektrikai.

Aminoplastai pasižymi didelėmis dielektrinėmis ir fizinėmis bei mechaninėmis savybėmis, atsparūs šviesai ir UV spinduliams, sunkiai degi, atsparūs silpnoms rūgštims ir bazėms bei daugeliui tirpiklių. Jie gali būti dažomi bet kokia spalva. Jie naudojami gaminant elektros gaminius (prietaisų ir aparatų korpusus, jungiklius, gaubtus, šilumą ir garsą izoliuojančias medžiagas ir kt.).

Šiuo metu apie 1/3 visų plastikų naudojama elektrotechnikoje, elektronikoje ir mechanikos inžinerijoje, 1/4 – statybose ir maždaug 1/5 – pakuotėse. Didėjantį susidomėjimą polimerais galima iliustruoti automobilių pramonės pavyzdžiu. Daugelis ekspertų automobilio tobulumo lygį vertina pagal jame naudojamų polimerų proporciją. Pavyzdžiui, polimerinių medžiagų masė padidėjo nuo 32 kg VAZ-2101 iki 76 kg VAZ-2108. Užsienyje vidutinis plastiko svoris yra 75 ÷ 120 kg vienam automobiliui.

Taigi polimerai itin plačiai naudojami plastikų ir kompozitų, pluoštų, klijų ir lakų pavidalu, o jų panaudojimo mastai ir mastai nuolat didėja.

Klausimai savikontrolei:

1. Kas yra polimerai? Jų rūšys.

2. Kas yra monomeras, oligomeras?

3. Koks yra polimerų gavimo polimerizacijos būdu būdas? Pateikite pavyzdžių.

4. Koks yra polimerų gavimo polikondensacijos būdu būdas? Pateikite pavyzdžių.

5. Kas yra radikali polimerizacija?

6. Kas yra joninė polimerizacija?

7. Kas yra masinė (blokinė) polimerizacija?

8. Kas yra emulsinė polimerizacija?

9. Kas yra suspensinė polimerizacija?

10. Kas yra dujų polimerizacija?

11. Kas yra lydalo polikondensacija?

12. Kas yra polikondensacija tirpale?

13. Kas yra polikondensacija sąsajoje?

14. Kokia polimero makromolekulių forma ir sandara?

15. Kas apibūdina polimerų kristalinę būseną?

16. Kokios yra amorfinių polimerų fizinės būsenos ypatybės?

17. Kokios yra polimerų cheminės savybės?

18. Kokios yra polimerų fizikinės savybės?

19. Kokios medžiagos gaunamos polimerų pagrindu?

20. Kokie yra polimerų panaudojimo būdai įvairiose pramonės šakose?

Klausimai už savarankiškas darbas:

1. Polimerai ir jų pritaikymas.

2. Polimerų gaisro pavojus.

Literatūra:

1. Semenova E. V., Kostrova V. N., Fedyukina U. V. Chemija. - Voronežas: Mokslinė knyga - 2006, 284 p.

2. Artimenko A.I. Organinė chemija. - M .: Aukštesnis. shk. - 2002, 560 p.

3. Korovin N.V. Bendroji chemija. - M .: Aukštesnis. shk. - 1990, 560 p.

4. Glinka N.L. Bendroji chemija. - M .: Aukštesnis. shk. - 1983, 650 p.

5. Glinka N.L. Bendrosios chemijos uždavinių ir pratimų rinkinys. - M .: Aukštesnis. shk. - 1983, 230 p.

6. Akhmetovas NS Bendroji ir neorganinė chemija. M.: Aukštoji mokykla. - 2003, 743 p.

17 paskaita (2 val.)

11 tema. Cheminis medžiagų identifikavimas ir analizė

Paskaitos tikslas: susipažinti su kokybine ir kiekybine medžiagų analize bei bendrai aprašyti šioje srityje taikomus metodus.

Nagrinėjami klausimai:

11.1. Kokybinė medžiagos analizė.

11.2. Medžiagos kiekybinė analizė. Cheminiai analizės metodai.

11.3. Instrumentinės analizės metodai.

11.1. Kokybinė medžiagų analizė

Praktikoje dažnai reikia identifikuoti (aptikti) konkrečią medžiagą, taip pat kiekybiškai įvertinti (išmatuoti) jos kiekį. Kokybinę ir kiekybinę analizę nagrinėjantis mokslas vadinamas analitinė chemija ... Analizė atliekama etapais: pirmiausia atliekamas cheminis medžiagos identifikavimas (kokybinė analizė), o tada – kiek medžiagos yra mėginyje (kiekybinė analizė).

Cheminis identifikavimas (aptikimas)- tai fazių, molekulių, atomų, jonų ir kt. tipo ir būsenos nustatymas sudedamosios dalys medžiagos, pagrįstos eksperimentinių ir atitinkamų žinomų medžiagų pamatinių duomenų palyginimu. Identifikavimas – kokybinės analizės tikslas.Identifikavimo metu dažniausiai nustatomas medžiagų savybių rinkinys: spalva, fazinė būsena, tankis, klampumas, lydymosi, virimo ir fazių perėjimo taškai, tirpumas, elektrodo potencialas, jonizacijos energija ir (ar) ir tt Siekiant palengvinti identifikavimą, buvo sukurti cheminių ir fizikinių bei cheminių duomenų bankai. Analizuojant daugiakomponentes medžiagas dažnai naudojami universalūs prietaisai (spektrometrai, spektrofotometrai, chromatografai, polarografai ir kt.), aprūpinti kompiuteriais, kurių atmintyje yra etaloninė cheminė ir analitinė informacija. Remiantis šiais universalūs įrenginiai kuriama automatizuota informacijos analizės ir apdorojimo sistema.

Priklausomai nuo identifikuojamų dalelių tipo, išskiriamos elementinės, molekulinės, izotopinės ir fazės analizės. Todėl svarbiausi yra nustatymo metodai, klasifikuojami pagal nustatomos savybės pobūdį arba pagal analitinės signalo įrašymo būdą:

1) cheminės analizės metodai , kurios yra pagrįstos cheminių reakcijų naudojimu. Juos lydi išoriniai poveikiai (nuosėdų susidarymas, dujų išsiskyrimas, išvaizda, išnykimas arba spalvos pasikeitimas);

2) fiziniai metodai, kurios yra pagrįstos tam tikru ryšiu tarp fizikinių medžiagos savybių ir jos cheminė sudėtis;

3) fizikiniai ir cheminiai metodai , kurios remiasi fiziniais reiškiniais, lydinčiais chemines reakcijas. Jie dažniausiai pasitaiko dėl didelio tikslumo, selektyvumo (selektyvumo) ir jautrumo. Pirmiausia bus aptarta elementų ir molekulių analizė.

Atsižvelgiant į sausosios medžiagos masę arba analitės tirpalo tūrį, skiriami makro metodas (0,5–10 g arba 10–100 ml), pusiau mikrometodas (10–50 mg arba 1–5 ml), mikrometodas (1–5 Hmg arba 0,1–0,5 ml) ir ultramikrometodas (mažiau nei 1 mg arba 0,1 ml) identifikacijos.

Kokybinei analizei būdinga aptikimo riba (aptiktas minimumas) sausoji medžiaga, t.y. minimalus patikimai identifikuojamos medžiagos kiekis ir ribinė tirpalo koncentracija. Kokybinėje analizėje naudojamos tik tos reakcijos, kurių aptikimo riba yra ne mažesnė kaip 50 μg.

Yra keletas reakcijų, kurios leidžia aptikti vieną ar kitą medžiagą ar joną, esant kitoms medžiagoms ar kitiems jonams. Tokios reakcijos vadinamos specifinis ... Tokių reakcijų pavyzdys gali būti NH 4 + jonų aptikimas veikiant šarmu arba kaitinant.

NH 4 Cl + NaOH = NH 3 + H 2 O + NaCl

arba jodo reakcija su krakmolu (tamsiai mėlyna spalva) ir kt.

Tačiau dažniausiai medžiagos aptikimo reakcijos nėra specifinės, todėl identifikuoti trukdančios medžiagos nusėda, silpnai disocijuojantis ar sudėtingas junginys. Nežinomos medžiagos analizė atliekama tam tikra seka, kurioje ta ar kita medžiaga identifikuojama po aptikimo ir pašalinimo, trukdant kitų medžiagų analizei, t.y. juose naudojama ne tik medžiagų aptikimo, bet ir jų atskyrimo viena nuo kitos reakcija.

Vadinasi, kokybinė medžiagos analizė priklauso nuo joje esančių priemaišų kiekio, t.y. nuo jos grynumo. Jei priemaišų yra labai mažais kiekiais, jos vadinamos „pėdsakais“. Terminai atitinka molines frakcijas %: "pėdsakai" 10 -3 ÷ 10 -1, "Mikro pėdsakai"- 10 -6 ÷ 10 -3, "Ultramikro pėdsakai"- 10 -9 ÷ 10 -6, submikro pėdsakai- mažiau nei 10 -9. Medžiaga vadinama didelio grynumo, kai priemaišų kiekis ne didesnis kaip 10 -4 ÷ 10 -3% (molinė dalis) ir ypač gryna (ypač skaidrus) kai priemaišų kiekis mažesnis nei 10 -7 % (molinė frakcija). Taip pat yra dar vienas labai grynų medžiagų apibrėžimas, pagal kurį jose yra toks kiekis priemaišų, kurie neturi įtakos pagrindinėms specifinėms medžiagų savybėms. Tačiau svarbu ne bet kokios priemaišos, o priemaišos, turinčios įtakos grynos medžiagos savybėms. Tokios priemaišos vadinamos ribojančiomis arba kontroliuojančiomis.

Identifikuojant neorganines medžiagas, atliekama kokybinė katijonų ir anijonų analizė. Kokybinės analizės metodai yra pagrįsti joninės reakcijos, kurios leidžia identifikuoti elementus tam tikrų jonų pavidalu. Kaip ir atliekant bet kokią kokybinę analizę, reakcijų metu susidaro blogai tirpūs junginiai, spalvoti kompleksiniai junginiai, oksidacija arba redukcija vyksta pasikeitus tirpalo spalvai. Identifikavimui pagal mažai tirpių junginių susidarymą naudojami tiek grupiniai, tiek atskiri nusodintuvai.

Nustatant neorganinių medžiagų katijonus NaCl tarnauja kaip grupiniai nusodintuvai Ag +, Pb 2+, Hg 2+ jonams; jonams Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3, jonams Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2 +, Zn 2+ ir kt. – (NH 4) 2 S.

Jei yra keli katijonai, atlikite trupmeninė analizė , kuriame nusodinami visi sunkiai tirpūs junginiai, o vėliau vienu ar kitu būdu aptinkami likę katijonai arba atliekamas laipsniškas reagento pridėjimas, kuriame junginiai su mažiausia vertė PR, o tada jungtys su didesne PR verte. Bet kurį katijoną galima identifikuoti naudojant specifinę reakciją, jei pašalinami kiti šiam identifikavimui trukdantys katijonai. Yra daug organinių ir neorganinių reagentų, kurie sudaro nuosėdas arba spalvotus kompleksinius junginius su katijonais (9 lentelė).

1. Polimerų pagrindu pluoštai gaunami spaudžiant tirpalus arba lydosi per štampus ir vėliau sukietėja – tai poliamidai, poliakrilnitrilai ir kt.

2. Polimerinės plėvelės gaminamos ekstruzijos būdu per įpjovas arba uždedant ant judančio diržo. Jie naudojami kaip elektros izoliacinė ir pakavimo medžiaga, magnetinių juostų pagrindas.

3. Lakai - plėvelę formuojančių medžiagų tirpalai organiniuose tirpikliuose.

4. Klijai, kompozicijos, galinčios sujungti įvairias medžiagas dėl to, kad tarp jų paviršių susidaro stiprūs ryšiai lipniu sluoksniu.

5. Plastikai

6. Kompozitai (kompozitinės medžiagos) - polimerinis pagrindas sutvirtintas užpildu.

10.4.2. Polimerų panaudojimo sritys

1. Polietilenas yra atsparus korozinei aplinkai, atsparus drėgmei, yra dielektrikas. Iš jo gaminami vamzdžiai, elektros gaminiai, radijo aparatūros dalys, izoliacinės plėvelės, kabelių apvalkalai telefonams ir elektros linijoms.

2. Polipropilenas – mechaniškai tvirtas, atsparus lenkimui, trinčiai, elastingas. Jie naudojami vamzdžių, plėvelių, rezervuarų ir kt.

3. Polistirenas – atsparus rūgštims. Jis yra mechaniškai tvirtas, tai dielektrikas.Naudojamas kaip elektros izoliacinė ir konstrukcinė medžiaga elektrotechnikoje, radiotechnikoje.

4. Polivinilchloridas yra antipirenas, mechaniškai stipri, elektros izoliacinė medžiaga.

5. Politetrafluoretilenas (fluoroplastikas) – dielektrikas netirpsta organiniuose tirpikliuose. Pasižymi aukštomis dielektrinėmis savybėmis plačiame temperatūrų diapazone (nuo -270 iki 260 ºС). Jis taip pat naudojamas kaip antifrikcinė ir hidrofobinė medžiaga.

6. Polimetilmetakrilatas (plexiglass) – naudojamas elektrotechnikoje kaip konstrukcinė medžiaga.

7. Poliamidas – pasižymi dideliu stiprumu, atsparumu dilimui, didelėmis dielektrinėmis savybėmis.

8. Sintetiniai kaučiukai (elastomerai).

9. Fenol-formaldehido dervos – klijų, lakų, plastikų pagrindas.

10.5. Organinės polimerinės medžiagos

10.5.1. Polimerizacijos termoplastinės dervos

Polipropilenas- termoplastinis polimeras, gaunamas iš propileno dujų C 3 H 6. (CH 2 = CH - CH 3)

Struktūrinė formulė

[-CH2-CH(CH3)-] n.

Polimerizacija atliekama benzine 70 ° C temperatūroje pagal Natta metodą. Gaunamas taisyklingos struktūros polimeras. Jis pasižymi dideliu cheminiu atsparumu ir sunaikinamas tik veikiant 98% H 2 SO 4 ir 50% HNO 3 aukštesnėje nei 70 ° temperatūroje.

Elektrinės savybės panašios į polietileną. Plėvelė turi mažą dujų ir garų laidumą. Jis naudojamas aukšto dažnio kabeliams ir laidams izoliuoti, kaip dielektrikas aukšto dažnio kondensatoriams.

Poliizobutilenas- izobutileno dujų polimerizacijos produktas. Struktūrinė formulė:

Yra keletas poliizobutileno tipų, skystas mažos molekulinės masės (1000) ir kietas didelės molekulinės masės (400000). Tie. priklausomai nuo polimerizacijos laipsnio, jis gali būti skirtingo klampumo skystas ir elastingas kaip guma. Molekulės turi siūlinę simetrišką struktūrą su išsišakojusiomis šoninėmis grupėmis. Tai gali paaiškinti medžiagos lipnumą, didesnį elastingumą, lyginant su polietilenu. Tai dielektrikas, kurio ρ = 10 15 - 10 16 omų cm, ε = 2,25 – 2,35, dielektrinis stiprumas- 16 - 23 kV / mm.

Poliizobutileno atsparumas šalčiui priklauso nuo jo molekulinės masės, kuo didesnis svoris, tuo atsparesnis šalčiui poliizobutilenas.

Gryna forma arba kompozicijoje poliizobutilenas naudojamas izoliacinėms juostoms gaminti; aukšto dažnio kabelių izoliacija (kompozicijoje su polietilenu); sandarikliai; izoliaciniai mišiniai; lipnios medžiagos.

Dėl šalto poliizobutileno takumo aukšto dažnio kabeliams izoliuoti naudojamas gumą primenantis 90 % poliizobutileno ir 10 % polistireno mišinys su polistireno plėvelės sluoksniu (styroflex). Šis mišinys turi aukštas elektrines savybes esant didelei drėgmei.

Polistirenas- stireno polimerizacijos produktas - nesočiojo HC - vinilo benzeno arba feniletileno - CH 2 CHC 6 H 5.

Stireno molekulė yra šiek tiek asimetriška, nes joje yra fenolio grupių.

Esant normaliai temperatūrai, stirenas yra bespalvis skaidrus skystis. Iš stireno polimerizacijos ir kietųjų dielektrikų gamybos būdų dažniausiai naudojami blokiniai ir emulsiniai polimerizacijos metodai.

Stirenas yra toksiškas, dirgina odą, akis ir kvėpavimo takus. Polistireno dulkės su oru sudaro sprogią koncentraciją.

Tankis - 1,05 g / cm3

ρ , Om cm, 10 14 - 10 17

ε = 2,55 - 2,52

Polistirenas yra chemiškai atsparus, koncentruotos rūgštys (HNO 3 išimtis) ir šarmai jo neveikia, tirpsta eteriuose, ketonuose, aromatiniuose angliavandeniliuose ir netirpsta alkoholiuose, vandenyje, augaliniuose aliejuose.

Polimerizacijos laipsnis priklauso nuo sąlygų. Galite gauti polimerą, kurio molekulinė masė yra iki 600 000. Tai bus kieti polimerai. Naudojami polimerai su MM. nuo 40 000 iki 150 000. Kaitinant iki 180 - 300 ºС, galima depolimerizacija. Elektrinės savybės taip pat priklauso nuo polimerizacijos būdo ir polinių priemaišų, ypač emulsiklių, buvimo.

Polistireno gaminiai gaminami presavimo ir liejimo būdu. Iš jo gaminama: plėvelė (styroflex), lempų skydai, ritinių rėmai, izoliacinės dalys jungikliams, antenų izoliatoriai; plėvelės kondensatoriams ir tt Aukšto dažnio kabeliams izoliuoti naudojamas polistirenas juostų, poveržlių, dangtelių pavidalu.

Trūkumai: mažas atsparumas karščiui ir polinkis į greitą senėjimą – tinklelio paviršiuje atsiranda nedideli įtrūkimai; šiuo atveju dielektrinė stipris mažėja, o ε didėja.

Polidichlorstirenas- skiriasi nuo polistireno tuo, kad kiekvienoje grandinės grandyje yra du chloro atomai ir dėl to yra didelis atsparumas karščiui, atsparus karščiui.

ε = 2,25 - 2,65

PVC- termoplastinis sintetinis didelio polimero junginys, turintis linijinę asimetrinės struktūros molekulių struktūrą. Ryški PVC asimetrija ir poliškumas yra susijęs su chloru.

Gaunamas polimerizuojant vinilchloridą H 2 C = CH -Cl. Pradinės žaliavos gamybai yra dichloretanas ir acetilenas. Vinilo chloridas yra halogenintas etileno darinys. Normalioje temperatūroje tai yra bespalvės dujos, 12–14 ºС temperatūroje – skystos, o –159 ºС – kietos medžiagos. Vinilchlorido polimerizacija gali būti atliekama trimis būdais: blokiniu, emulsiniu ir tirpalais. Labiausiai tinka vandens pagrindu. Yra PVC prekių ženklų, kuriuose yra įvairių mechaninių savybių, atsparumo šalčiui ir karščiui atsparių plastifikatorių ir užpildų.

PVC molekulė turi formą

ε = 3,1–3,4 (esant 800 Hz)

ρ = 10 15 - 10 16 omų. cm

Polivinilchloridas yra mažai higroskopiškas, dielektrinių savybių pokytis drėgnoje atmosferoje yra nežymus.

Gaminiai gaminami presavimo, liejimo, liejimo, štampavimo, liejimo būdu.

PVC naudojamas įvairaus elastingumo plastikų, apsauginių dangų lakų pavidalu. Jis yra chemiškai atsparus šarmams, rūgštims, alkoholiui, benzinui ir mineralinės alyvos... Esteriai, ketonai, aromatiniai angliavandeniliai jį iš dalies ištirpdo arba sukelia patinimą.

PVC elektros pramonėje naudojamas šiuose gaminiuose:

a) baterijų bankai;

b) elektros izoliacijos ir cheminės apsaugos žarnos;

c) telefono laidų ir kabelių izoliacija (švino pakaitalas);

d) izoliacinės tarpinės, įvorės ir kiti gaminiai.

Jis nenaudojamas aukšto dažnio grandinėse kaip dielektrikas dėl didelių dielektrinių nuostolių (didelio laidumo) ir aukštesnėje nei 60–70 ºС temperatūroje.

Polivinilacetatas- skysto vinilo acetato polimerai, gauti dėl acetileno (C 2 H 2) ir acto rūgšties cheminės sąveikos:

arba CH2 = CHOCOCH3. Iš jo gauti vinilo acetatas- bespalvis, lengvai judantis eterinio kvapo skystis, skylantis 400 °C temperatūroje.

Medžiaga polivinilacetatas- bespalvis, bekvapis, užima vidurinę vietą tarp dervų ir gumų. Jo savybės priklauso nuo polimerizacijos laipsnio. MM. nuo 10 000 iki 100 000. Minkštėjimo temperatūra yra 40 - 50 ° C.

Didelio polimero gaminiai 50 - 100 ° C temperatūroje tampa guminiai, o žemoje temperatūroje - kieti, pakankamai elastingi.

Visi polimerai yra atsparūs šviesai net 100 °C temperatūroje. Kaitinamas, polivinilacetatas nedepolimerizuojasi į monomerą, o suyra pašalinus acto rūgštį. Nedegi. Tai polinis polimeras. Ištirpdykime eteriuose, ketonuose (acetone), metilo (CH 3 OH) ir etilo (C 2 H 5 OH) alkoholiuose, netirpiuose benzine. Vandenyje šiek tiek brinksta, bet netirpsta.

Jis daugiausia naudojamas trijų dalių saugaus stiklo gamybai. Jis naudojamas elektros izoliacijos technologijoje. Jo pagrindu pagaminti lakai vertinami dėl gerų elektros izoliacinių savybių, elastingumo, atsparumo šviesai, bespalviškumo.

Polimetilmetakrilatas(organinis stiklas, organinis stiklas) – didelė grupė didelio polimero metakrilo rūgšties esterių, turinčių puikų techninį pritaikymą

Elektros pramonėje jis naudojamas kaip pagalbinė medžiaga.

Jis gaunamas polimerizuojant metakrilo rūgšties metilo esterį (metilmetakrilatą), dalyvaujant iniciatoriui.

Esant 573 K temperatūrai, polimetilmetakrilatas depolimerizuojamas ir susidaro pradinis monomeras metilmetakrilatas.

Sudėtyje jis skiriasi nuo polivinilacetato tuo, kad šoninėje grandinėje vietoj vandenilio yra metilo grupė ir pagrindinės grandinės anglies valentinis ryšys su eterio grupe ne per deguonį, o per anglį.

Turi mažą atsparumą karščiui (apie 56 ° C); ε = 3,3 - 4,5; ρ = 2,3 · 10 13 - 2 · 10 12 omų. m Netinka elektros izoliacijai.

Jis naudojamas kaip struktūrinė, optinė ir dekoratyvinė medžiaga, dažoma įvairių spalvų anilino dažais. Iš jo gaminami dėklai ir instrumentų svarstyklės, skaidrūs apsauginiai stiklai ir dangteliai, permatomos įrangos dalys ir kt. Plexiglas yra lengvai apdirbamas: gręžiamas, pjaunamas, šlifuojamas, šlifuojamas, poliruojamas. Jis gerai lankstosi, štampuojamas ir klijuojamas polimetilmetakrilato tirpalais dichloretane.

Polivinilo alkoholis- kietas polimeras, kurio sudėtis (-CH 2 -CHOH-) n. Jis gaunamas hidrolizuojant polivinilacetatą su rūgštimi arba šarmu. Polivinilo alkoholio formulė

Nesimetriškas linijinis polimeras. OH grupės buvimas kiekvienoje grandinės grandyje lemia didelį alkoholio higroskopiškumą ir poliškumą. Jis tirpsta tik vandenyje. Turi ρ = ​​10 7 Ohm · cm. Naudojama kaip pagalbinė medžiaga spausdintinių radijo grandinių gamyboje.

Atsparus pelėsiui ir bakterijoms. Gera medžiaga alyvai ir benzinui atsparių membranų, žarnų, plokščių gamybai. Kaitinimas 170 ° C temperatūroje 3 - 5 valandas padidina atsparumą vandeniui ir sumažina polivinilo alkoholio tirpumą.

Oligoesterio akrilatai

Oligomerai- cheminiai junginiai, kurių vidutinė molekulinė masė (mažesnė nei 1000), didesnė nei monomerų ir mažesnė nei polimerų. Pagrindinė jų savybė – gebėjimas polimerizuotis dėl nesočiųjų jungčių, kurios lemia gatavo produkto erdvinę ar linijinę struktūrą. Polimerizacijos metu neišsiskiria mažos molekulinės masės produktai, todėl izoliacija, gauta pilant oligomerais, yra monolitinė, be tuštumų ir porų. Jiems nereikia specialių polimerizacijos sąlygų (aukšto slėgio, temperatūros, aplinkos ir kt.).

Pramonėje gaminami poliesterio, poliuretano, organinio silicio oligomeriniai junginiai ir jų modifikacijos.