Invoering
1. Kenmerken van polymeren
2. Classificatie
3. Soorten polymeren
4. Toepassing:
5. Polymeerwetenschap
Conclusie
Lijst met gebruikte bronnen

Invoering

Ketens van polypropyleenmoleculen.

polymeren(Grieks πολύ- - veel; μέρος - deel) - anorganisch en organisch, amorf en kristallijne stoffen, verkregen door herhaalde herhaling van verschillende groepen atomen, "monomeereenheden" genoemd, verbonden tot lange macromoleculen door chemische of coördinatiebindingen. Een polymeer is een verbinding met een hoog molecuulgewicht: het aantal monomeereenheden in het polymeer (polymerisatiegraad) moet groot genoeg zijn. In veel gevallen kan het aantal eenheden als voldoende worden beschouwd om het molecuul als polymeren te classificeren, als de moleculaire eigenschappen niet veranderen met de toevoeging van de volgende monomeereenheid. In de regel zijn polymeren stoffen met molecuulgewichten van enkele duizenden tot enkele miljoenen.

Als de verbinding tussen macromoleculen wordt uitgevoerd met behulp van zwakke van der Waals-krachten, worden ze thermoplasten genoemd, als ze met behulp van chemische bindingen thermoharders worden genoemd. Lineaire polymeren zijn bijvoorbeeld cellulose, vertakte polymeren bijvoorbeeld amylopectine, er zijn polymeren met complexe driedimensionale ruimtelijke structuren.

In de structuur van het polymeer kan een monomere eenheid worden onderscheiden - een herhalend structureel fragment dat meerdere atomen bevat. Polymeren bestaan ​​uit een groot aantal herhalende groepen (eenheden) van dezelfde structuur, bijvoorbeeld polyvinylchloride (-CH2-CHCl-) n, natuurlijk rubber, enz. Hoogmoleculaire verbindingen waarvan de moleculen verschillende soorten herhalende groepen, worden copolymeren of heteropolymeren genoemd.

Het polymeer wordt gevormd uit monomeren als gevolg van polymerisatie- of polycondensatiereacties. Polymeren omvatten talrijke natuurlijke verbindingen: eiwitten, nucleïnezuren, polysachariden, rubber en andere organische stoffen. In de meeste gevallen verwijst het concept naar: organische bestanddelen er zijn echter veel anorganische polymeren. Een groot aantal polymeren wordt synthetisch verkregen op basis van de eenvoudigste verbindingen van elementen van natuurlijke oorsprong door middel van polymerisatiereacties, polycondensatie en chemische transformaties. Polymeernamen zijn afgeleid van de naam van het monomeer met het voorvoegsel poly-: polyethyleen, polypropyleen, polyvinylacetaat, enz.

1. Kenmerken van polymeren

Speciale mechanische eigenschappen:

elasticiteit- het vermogen tot hoge reversibele vervormingen bij relatief lage belasting (rubbers);

lage kwetsbaarheid van glasachtige en kristallijne polymeren (kunststoffen, organisch glas);

het vermogen van macromoleculen om zich te oriënteren onder invloed van een gericht mechanisch veld (gebruikt bij de vervaardiging van vezels en films).

Kenmerken van polymeeroplossingen:

hoge oplossingsviscositeit bij lage polymeerconcentratie;

oplossen van het polymeer vindt plaats via de zwelfase.

Speciaal Chemische eigenschappen:

het vermogen om de fysische en mechanische eigenschappen drastisch te veranderen onder invloed van kleine hoeveelheden van een reagens (vulkanisatie van rubber, looien van leer, enz.).

De bijzondere eigenschappen van polymeren worden niet alleen verklaard door hun hoge molecuulgewicht, maar ook door het feit dat macromoleculen een ketenstructuur hebben en flexibel zijn.

2. Classificatie

Volgens hun chemische samenstelling zijn alle polymeren onderverdeeld in organisch, organo-element en anorganisch.

Organische polymeren.

Organo-elementaire polymeren. Ze bevatten anorganische atomen (Si, Ti, Al) in de hoofdketen van organische radicalen, gecombineerd met organische radicalen. Ze bestaan ​​niet in de natuur. Kunstmatig verkregen vertegenwoordiger - organosiliciumverbindingen.

Opgemerkt moet worden dat in technische materialen vaak worden combinaties van verschillende groepen polymeren gebruikt. Dit zijn composietmaterialen (bijvoorbeeld glasvezel).

Volgens de vorm van macromoleculen zijn polymeren verdeeld in lineair, vertakt (een speciaal geval - stervormig), lint, plat, kamachtig, polymeer gaas enzovoort.

Polymeren worden ingedeeld op polariteit (die de oplosbaarheid in verschillende vloeistoffen beïnvloedt). De polariteit van polymeereenheden wordt bepaald door de aanwezigheid van dipolen in hun samenstelling - moleculen met een ongekoppelde verdeling van positieve en negatieve ladingen. In niet-polaire verbindingen worden de dipoolmomenten van de bindingen van atomen onderling gecompenseerd. Polymeren waarvan de eenheden een significante polariteit hebben, worden hydrofiel of polair genoemd. Polymeren met niet-polaire eenheden - niet-polair, hydrofoob. Polymeren die zowel polaire als niet-polaire eenheden bevatten, worden amfifiel genoemd. Homopolymeren, waarvan elke eenheid zowel polaire als niet-polaire grote groepen bevat, worden verondersteld amfifiele homopolymeren te worden genoemd.

Met betrekking tot verwarming worden polymeren geclassificeerd als thermoplastisch en thermohardend. Thermoplastische polymeren (polyethyleen, polypropyleen, polystyreen) worden zachter bij verhitting, smelten zelfs en harden uit bij afkoeling. Dit proces is omkeerbaar. Bij verhitting ondergaan thermohardende polymeren onomkeerbare chemische vernietiging zonder te smelten. Moleculen van thermohardende polymeren hebben een niet-lineaire structuur die wordt verkregen door verknoping (bijvoorbeeld vulkanisatie) van ketenpolymeermoleculen. De elastische eigenschappen van thermohardende polymeren zijn hoger dan die van thermoplasten, maar thermohardende polymeren hebben praktisch geen vloeibaarheid, waardoor ze meer lage spanning verwoesting.

Natuurlijke organische polymeren worden gevormd in plantaardige en dierlijke organismen. De belangrijkste daarvan zijn polysachariden, eiwitten en nucleïnezuren, waaruit de lichamen van planten en dieren grotendeels zijn samengesteld en die zorgen voor het functioneren van het leven op aarde. Er wordt aangenomen dat de beslissende fase in de opkomst van het leven op aarde de vorming was van eenvoudiger organische moleculen met een meer complex - hoog molecuulgewicht (zie Chemische evolutie).

3. Soorten polymeren

Synthetische polymeren. Kunstmatige polymeermaterialen

Een persoon gebruikt al lang natuurlijke polymeermaterialen in zijn leven. Dit zijn leer, bont, wol, zijde, katoen, enz., gebruikt voor de vervaardiging van kleding, verschillende bindmiddelen (cement, kalk, klei), die, na de juiste verwerking, driedimensionale polymeerlichamen vormen, die veel worden gebruikt als Bouwmaterialen... De industriële productie van ketenpolymeren begon echter aan het begin van de 20e eeuw, hoewel de voorwaarden hiervoor eerder verschenen.

Vrijwel onmiddellijk ontwikkelde de industriële productie van polymeren zich in twee richtingen: door de verwerking van natuurlijke organische polymeren tot kunstmatige polymere materialen en door de productie van synthetische polymeren uit organische laagmoleculaire verbindingen.

In het eerste geval is grootschalige productie gebaseerd op cellulose. Het eerste polymeermateriaal van fysiek gemodificeerde cellulose - celluloid - werd aan het begin van de 20e eeuw verkregen. Grootschalige productie van cellulose-ethers en -esters vond plaats voor en na de Tweede Wereldoorlog en gaat door tot op de dag van vandaag. Films, vezels, verven en vernissen en verdikkingsmiddelen. Opgemerkt moet worden dat de ontwikkeling van film en fotografie alleen mogelijk werd dankzij de opkomst van transparante film uit nitrocellulose.

De productie van synthetische polymeren begon in 1906, toen L. Bakeland het zogenaamde bakeliethars patenteerde, een condensatieproduct van fenol en formaldehyde, dat bij verhitting verandert in een driedimensionaal polymeer. Decennialang werd het gebruikt voor de vervaardiging van hoesjes voor elektrische apparaten, batterijen, televisies, stopcontacten, enz., en nu wordt het steeds vaker gebruikt als bindmiddel en lijm.

Dankzij de inspanningen van Henry Ford begon voor de Eerste Wereldoorlog de snelle ontwikkeling van de auto-industrie, eerst op basis van natuurlijk, daarna ook synthetisch rubber. De productie van de laatste werd beheerst aan de vooravond van de Tweede Wereldoorlog in de Sovjet-Unie, Engeland, Duitsland en de Verenigde Staten. In dezelfde jaren werd de industriële productie van polystyreen en polyvinylchloride, uitstekende elektrische isolatiematerialen, beheerst, evenals polymethylmethacrylaat - zonder biologisch glas onder de naam "plexiglas" zou het in de oorlogsjaren onmogelijk zijn geweest om massale vliegtuigen te produceren.

Na de oorlog werd de productie van polyamidevezels en -stoffen (nylon, nylon), die voor de oorlog was begonnen, hervat. In de jaren 50. XX eeuw. polyestervezel werd ontwikkeld en de productie van weefsels op basis daarvan werd beheerst onder de naam lavsan of polyethyleentereftalaat. Polypropyleen en nitron, een synthetische wol gemaakt van polyacrylonitril, vervolledigen de lijst van gebruikte synthetische vezels moderne man voor kleding en industriële activiteiten. In het eerste geval worden deze vezels heel vaak gecombineerd met natuurlijke vezels van cellulose of eiwit (katoen, wol, zijde). Een baanbrekende gebeurtenis in de wereld van polymeren was de ontdekking in het midden van de jaren vijftig van de twintigste eeuw en de snelle industriële ontwikkeling van Ziegler-Natta-katalysatoren, die leidde tot de opkomst van polymeer materialen op basis van polyolefinen en voornamelijk polypropyleen en polyethyleen lage druk(daarvoor was de productie van polyethyleen bij een druk van ongeveer 1000 atm.), evenals stereoregulaire polymeren die in staat zijn tot kristallisatie, onder de knie te krijgen. Vervolgens werden polyurethanen in massaproductie geïntroduceerd - de meest voorkomende afdichtingsmiddelen, lijm en poreuze zachte materialen (schuimrubber), evenals polysiloxanen - elementaire organische polymeren met een hogere thermische weerstand en elasticiteit in vergelijking met organische polymeren.

De lijst wordt gesloten door de zogenaamde unieke polymeren die in de jaren 60-70 zijn gesynthetiseerd. XX eeuw. Deze omvatten aromatische polyamiden, polyimiden, polyesters, polyesterketonen, enz.; onmisbaar attribuut van deze polymeren is de aanwezigheid van aromatische ringen en (of) aromatische gecondenseerde structuren. Ze worden gekenmerkt door een combinatie van uitstekende sterkte- en hittebestendigheidswaarden.

Vuurvaste polymeren

Veel polymeren zoals polyurethanen, polyesters en epoxyharsen, zijn vatbaar voor ontstekingen, wat in de praktijk vaak onaanvaardbaar is. Om dit te voorkomen worden verschillende additieven gebruikt of gehalogeneerde polymeren. Gehalogeneerde onverzadigde polymeren worden gesynthetiseerd door in de condensatie gechloreerde of gebromeerde monomeren op te nemen, bijvoorbeeld hexachloor(HCEMTPA), dibroomneopentylglycol of tetrabroomftaalzuur. Het belangrijkste nadeel van dergelijke polymeren is dat ze bij verbranding gassen kunnen vrijgeven die corrosie veroorzaken, wat een schadelijk effect kan hebben op nabijgelegen elektronica. Gezien de hoge eisen op het gebied van milieuveiligheid, Speciale aandacht wordt gegeven aan halogeenvrije componenten: fosforverbindingen en metaalhydroxiden.

De werking van aluminiumhydroxide is gebaseerd op het feit dat bij blootstelling aan hoge temperaturen water vrijkomt, wat verbranding voorkomt. Om het effect te bereiken, is het noodzakelijk om grote hoeveelheden aluminiumhydroxide toe te voegen: 4 gewichtsdelen op een deel onverzadigde polyesterharsen.

Ammoniumpyrofosfaat werkt volgens een ander principe: het veroorzaakt verkoling, die samen met een glasachtige laag pyrofosfaten het plastic isoleert van zuurstof en de verspreiding van vuur tegengaat.

Een nieuwe veelbelovende vulstof zijn gelaagde aluminosilicaten, waarvan de productie in Rusland wordt opgezet.

4. Toepassing:

Dankzij waardevolle eigendommen polymeren worden gebruikt in de machinebouw, textielindustrie, landbouw en geneeskunde, auto- en scheepsbouw, vliegtuigbouw, in het dagelijks leven (textiel en lederwaren, borden, lijm en vernissen, sieraden en andere artikelen). Op basis van verbindingen met een hoog molecuulgewicht worden rubbers, vezels, kunststoffen, films en verfcoatings vervaardigd. Alle weefsels van levende organismen zijn verbindingen met een hoog molecuulgewicht.

5. Polymeerwetenschap

De wetenschap van polymeren begon zich aan het begin van de Tweede Wereldoorlog als een onafhankelijk kennisgebied te ontwikkelen en werd in de jaren 50 als geheel gevormd. XX eeuw, toen de rol van polymeren in de ontwikkeling van technische vooruitgang en de vitale activiteit van biologische objecten werd gerealiseerd. Het is nauw verwant aan de natuurkunde, fysische, colloïdale en organische chemie en kan worden beschouwd als een van de basisfundamenten van de moderne moleculaire biologie, waarvan de onderzoeksobjecten biopolymeren zijn.

Lijst met gebruikte bronnen

1. Encyclopedieën van polymeren, deel 1 - 3, hfst. red. VA Kargin, M., 1972-77;
2. Makhlis FA, Fedyukin DL, Terminologisch naslagwerk over rubber, M., 1989;
3. Krivoshey VN, Container gemaakt van polymere materialen, M., 1990;
4. Sheftel V.O., Schadelijke stoffen in plastics, M., 1991;

Samenvatting over het onderwerp "Polymeren" bijgewerkt: 18 januari 2018 door de auteur: Wetenschappelijke artikelen.Ru

Polymeermaterialen zijn chemische verbindingen met een hoog molecuulgewicht die bestaan ​​uit talrijke monomeren (eenheden) met een laag molecuulgewicht van dezelfde structuur. De volgende monomere componenten worden vaak gebruikt voor de vervaardiging van polymeren: ethyleen, vinylchloride, vinyldeenchloride, vinylacetaat, propyleen, methylmethacrylaat, tetrafluorethyleen, styreen, ureum, melamine, formaldehyde, fenol. In dit artikel zullen we in detail bekijken wat polymere materialen zijn, wat hun chemische en fysische eigenschappen, classificatie en typen zijn.

Polymeer typen

Kenmerk van moleculen van dit materiaal groot is, wat overeenkomt met de volgende waarde: M> 5 * 103. Verbindingen met een lager niveau van deze parameter (M = 500-5000) worden gewoonlijk oligomeren genoemd. Verbindingen met een laag molecuulgewicht hebben een massa van minder dan 500. Er zijn de volgende soorten polymere materialen: synthetisch en natuurlijk. Het is gebruikelijk om naar dit laatste te verwijzen als natuurlijk rubber, mica, wol, asbest, cellulose, enz. De belangrijkste plaats wordt echter ingenomen door synthetische polymeren, die worden verkregen als resultaat van het chemische syntheseproces uit verbindingen met een laag molecuulgewicht . Afhankelijk van de methode voor het vervaardigen van materialen met een hoog molecuulgewicht, worden polymeren onderscheiden die ontstaan ​​door polycondensatie of door een additiereactie.

polymerisatie

Dit proces is de combinatie van componenten met een laag molecuulgewicht tot componenten met een hoog molecuulgewicht om lange ketens te verkrijgen. De grootte van het polymerisatieniveau is het aantal "meren" in de moleculen van een bepaalde samenstelling. Meestal bevatten polymere materialen duizend tot tienduizend eenheden. De volgende veelgebruikte verbindingen worden verkregen door polymerisatie: polyethyleen, polypropyleen, polyvinylchloride, polytetrafluorethyleen, polystyreen, polybutadieen, enz.

Polycondensatie

Dit proces is een stapsgewijze reactie, die bestaat uit het combineren van ofwel een groot aantal monomeren van hetzelfde type, ofwel een paar verschillende groepen (A en B) tot polycondensors (macromoleculen) met gelijktijdige vorming van de volgende bijproducten: koolstof dioxide, waterstofchloride, ammoniak, water, enz. met behulp van polycondensatie, siliconen, polysulfonen, polycarbonaten, aminoplastics, fenolische kunststoffen, polyesters, polyamiden en andere polymere materialen worden verkregen.

polyjoint

Onder dit proces wordt de vorming van polymeren verstaan ​​als gevolg van reacties van meervoudige toevoeging van monomere componenten die beperkende reactieve verbindingen bevatten tot monomeren van onverzadigde groepen (actieve ringen of dubbele bindingen). In tegenstelling tot polycondensatie verloopt de polyadditiereactie zonder het vrijkomen van bijproducten. Het belangrijkste proces van deze technologie wordt beschouwd als het uitharden en produceren van polyurethanen.

Classificatie van polymeren

Volgens hun samenstelling zijn alle polymere materialen onderverdeeld in anorganisch, organisch en organo-element. De eerste daarvan mica, asbest, keramiek, enz.) bevatten geen atomaire koolstof. Ze zijn gebaseerd op oxiden van aluminium, magnesium, silicium, enz. Organische polymeren zijn de meest uitgebreide klasse, ze bevatten atomen van koolstof, waterstof, stikstof, zwavel, halogeen en zuurstof. Organo-elementaire polymere materialen zijn verbindingen die, naast de hierboven genoemde, atomen van silicium, aluminium, titanium en andere elementen bevatten die kunnen worden gecombineerd met organische radicalen. Dergelijke combinaties komen in de natuur niet voor. Dit zijn uitsluitend synthetische polymeren. De karakteristieke vertegenwoordigers van deze groep zijn op organosilicium gebaseerde verbindingen, waarvan de hoofdketen is opgebouwd uit zuurstof- en siliciumatomen.

Om polymeren te verkrijgen met de vereiste eigenschappen in technologie, gebruiken ze vaak geen "pure" stoffen, maar hun combinaties met organische of anorganische componenten. Een goed voorbeeld polymere bouwmaterialen worden gebruikt: metaalversterkte kunststoffen, kunststoffen, glasvezel, polymeerbeton.

Polymeer structuur

De eigenaardigheid van de eigenschappen van deze materialen is te wijten aan hun structuur, die op zijn beurt is onderverdeeld in de volgende typen: lineair vertakt, lineair, ruimtelijk met grote moleculaire groepen en zeer specifieke geometrische structuren, evenals ladder. Laten we ze allemaal even kort bekijken.

Polymere materialen met een lineair vertakte structuur hebben naast de hoofdketen van moleculen zijtakken. Deze polymeren omvatten polypropyleen en polyisobutyleen.

Materialen met een lineaire structuur hebben lange zigzag- of spiraalkettingen. Hun macromoleculen worden voornamelijk gekenmerkt door herhalingen van regio's in één structurele groep van een schakel of chemische eenheid van een keten. Polymeren met een lineaire structuur onderscheiden zich door de aanwezigheid van zeer lange macromoleculen met een significant verschil in de aard van bindingen langs de keten en daartussen. Dit verwijst naar intermoleculaire en chemische bindingen. De macromoleculen van dergelijke materialen zijn zeer flexibel. En deze eigenschap is de basis van polymeerketens, wat leidt tot kwalitatief nieuwe kenmerken: hoge elasticiteit, evenals de afwezigheid van breekbaarheid in de geharde toestand.

Laten we nu eens kijken wat polymeermaterialen met een ruimtelijke structuur zijn. Wanneer macromoleculen met elkaar combineren, vormen deze stoffen sterke chemische bindingen in de dwarsrichting. Het resultaat is een maasstructuur met een niet-uniforme of ruimtelijke maasbodem. Polymeren van dit type hebben een hogere hittebestendigheid en stijfheid dan lineaire. Deze materialen vormen de basis van veel niet-metalen bouwmaterialen.

Moleculen van polymere materialen met een ladderstructuur bestaan ​​uit een paar kettingen die chemisch met elkaar verbonden zijn. Deze omvatten organosiliciumpolymeren, die worden gekenmerkt door verhoogde stijfheid, hittebestendigheid, bovendien hebben ze geen interactie met organische oplosmiddelen.

Fasesamenstelling van polymeren

Deze materialen zijn systemen die bestaan ​​uit amorfe en kristallijne gebieden. De eerste helpt de stijfheid te verminderen, maakt het polymeer elastisch, dat wil zeggen in staat tot grote vervormingen van omkeerbare aard. De kristallijne fase verhoogt hun sterkte, hardheid, elasticiteitsmodulus en andere parameters, terwijl de moleculaire flexibiliteit van de stof wordt verminderd. De verhouding van het volume van al dergelijke gebieden tot het totale volume wordt de kristallisatiegraad genoemd, waarbij het maximale niveau (tot 80%) polypropylenen, fluorkunststoffen, polyethyleen met hoge dichtheid heeft. Polyvinylchloriden en polyethyleen met een lage dichtheid hebben een lager kristallisatieniveau.

Afhankelijk van hoe polymeermaterialen zich gedragen bij verhitting, worden ze meestal onderverdeeld in thermohardend en thermoplastisch.

Thermohardende polymeren

Deze materialen zijn voornamelijk lineair. Bij verhitting worden ze echter zachter, als gevolg van chemische reacties erin, verandert de structuur in ruimtelijk en verandert de substantie in vast. In de toekomst blijft deze kwaliteit behouden. Polymeer is gebaseerd op dit principe: hun daaropvolgende verwarming verzacht de stof niet, maar leidt alleen tot ontbinding. Het afgewerkte thermohardende mengsel lost niet op en smelt niet, daarom is herverwerking ervan onaanvaardbaar. Dit type materiaal omvat epoxy-siliconen, fenol-formaldehyde en andere harsen.

Thermoplastische polymeren

Deze materialen worden bij verhitting eerst zacht en smelten vervolgens, en bij daaropvolgende afkoeling stollen ze. Thermoplastische polymeren ondergaan tijdens deze behandeling geen chemische veranderingen. Het doet dit proces volledig omkeerbaar. Dergelijke stoffen hebben een lineair vertakte of lineaire structuur van macromoleculen, waartussen kleine krachten werken en er zijn absoluut geen chemische bindingen. Deze omvatten polyethyleen, polyamiden, polystyreen, enz. De technologie van thermoplastische polymere materialen zorgt voor hun productie door spuitgieten in watergekoelde vormen, persen, extrusie, blazen en andere methoden.

Chemische eigenschappen

Polymeren kunnen in de volgende toestanden zijn: vaste, vloeibare, amorfe, kristallijne fase, evenals zeer elastische, viskeuze vloei en glasachtige vervorming. Het wijdverbreide gebruik van polymere materialen is te danken aan hun hoge weerstand tegen verschillende agressieve media, zoals geconcentreerde zuren en logen. Ze worden niet aangetast.Bovendien neemt met een toename van hun molecuulgewicht de oplosbaarheid van het materiaal in organische oplosmiddelen af. En polymeren met een ruimtelijke structuur worden over het algemeen niet aangetast door deze vloeistoffen.

Fysieke eigenschappen

De meeste polymeren zijn diëlektrica, bovendien worden ze geclassificeerd als niet-magnetische materialen. Van alle gebruikte structurele stoffen hebben alleen zij de laagste thermische geleidbaarheid en de hoogste warmtecapaciteit, evenals thermische krimp (ongeveer twintig keer meer dan die van metaal). De reden voor het verlies van dichtheid door verschillende afdichtingseenheden onder lage temperatuuromstandigheden is de zogenaamde verglazing van rubber, evenals een scherp verschil tussen de uitzettingscoëfficiënten van metalen en rubbers in verglaasde toestand.

Mechanische eigenschappen

Polymeermaterialen hebben een breed scala aan Mechanische eigenschappen die sterk afhankelijk zijn van hun structuur. Naast deze parameter zijn er verschillende externe factoren... Deze omvatten: temperatuur, frequentie, duur of snelheid van belasting, type stresstoestand, druk, aard omgeving, warmtebehandeling, enz. Kenmerk: mechanische eigenschappen polymere materialen zijn hun relatief hoge sterkte met een zeer lage stijfheid (vergeleken met metalen).

Het is gebruikelijk om polymeren te verdelen in vaste, waarvan de elasticiteitsmodulus overeenkomt met E = 1-10 GPa (vezels, films, kunststoffen), en zachte zeer elastische stoffen, waarvan de elasticiteitsmodulus E = 1-10 is MPa (rubber). De patronen en het vernietigingsmechanisme van beide zijn verschillend.

Polymere materialen worden gekenmerkt door een uitgesproken anisotropie van eigenschappen, evenals een afname in sterkte, de ontwikkeling van kruip onder langdurige belasting. Samen met dit hebben ze een vrij hoge weerstand tegen vermoeidheid. In vergelijking met metalen verschillen ze in een scherpere afhankelijkheid van mechanische eigenschappen van temperatuur. Een van de belangrijkste kenmerken van polymere materialen is vervormbaarheid (plooibaarheid). Volgens deze parameter in een breed temperatuurbereik is het gebruikelijk om hun belangrijkste operationele en technologische eigenschappen te evalueren.

Polymere materialen voor de vloer

Nu zullen we een van de opties voor de praktische toepassing van polymeren overwegen, waarbij het hele mogelijke bereik van deze materialen wordt onthuld. Deze stoffen worden veel gebruikt bij constructie- en reparatie- en afwerkingswerkzaamheden, met name in vloeren. De immense populariteit wordt verklaard door de eigenschappen van de stoffen in kwestie: ze zijn slijtvast, hebben een lage thermische geleidbaarheid, hebben weinig wateropname, zijn voldoende sterk en hard en hebben een hoge verf- en lakkwaliteit. De productie van polymere materialen kan voorwaardelijk worden onderverdeeld in drie groepen: linoleum (rol), tegelproducten en mengsels voor het apparaat van dekvloeren. Laten we nu snel naar elk van hen kijken.

Linoleums worden gemaakt op basis van: verschillende soorten vulstoffen en polymeren. Ze kunnen ook weekmakers, verwerkingshulpmiddelen en pigmenten bevatten. Afhankelijk van het type polymeermateriaal worden polyester (glyphthalic), polyvinylchloride, rubber, colloxyline en andere coatings onderscheiden. Bovendien zijn ze volgens hun structuur onderverdeeld in ongegrond en met een geluids-, warmte-isolerende basis, enkellaags en meerlaags, met een glad, wollig en gegolfd oppervlak, evenals een- en meerkleurig .

Materialen voor dekvloeren zijn het meest handig en hygiënisch in gebruik, ze zijn zeer duurzaam. Deze mengsels worden meestal onderverdeeld in polymeercement, polymeerbeton en polyvinylacetaat.

Stel je de volgende situatie voor. Je verlaat de winkel en hebt haast om het pakket snel in de auto te gooien. Het is gebeurd. Je checkt snel je telefoon en rijdt. Als je je appartement binnenkomt, veeg je je voeten af ​​aan een rubberen mat, haal je alles uit de pakjes: een koekenpan met anti-aanbak laag, speelgoed voor het kind, scheerschuim, een paar overhemden, behang. Het lijkt erop dat ze niets vergeten zijn. Je pakt een flesje water bij je en gaat naar de computer - het is tijd om te werken. Alles hierboven vermeld bevat polymeren. Op naar de winkel.

Polymeren - wat zijn dat?

Polymeren zijn materialen die zijn opgebouwd uit lange, zich herhalende ketens van moleculen. Ze hebben unieke eigenschappen, afhankelijk van het type moleculen dat is verbonden en hoe ze zijn verbonden. Sommige buigen en strekken zich uit, zoals rubber en polyester. Anderen zijn hard en taai, zoals epoxy's en plexiglas.

De term "polymeer" wordt gewoonlijk gebruikt om kunststoffen te beschrijven, die synthetische polymeren zijn. Er bestaan ​​echter ook natuurlijke polymeren: bijvoorbeeld rubber en hout zijn natuurlijke polymeren die zijn samengesteld uit een eenvoudige koolwaterstof, isopreen. Eiwitten zijn ook natuurlijke polymeren, ze zijn opgebouwd uit aminozuren. Nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn polymeren van nucleotiden - complexe moleculen bestaande uit een stikstofhoudende base, suiker en fosforzuur.

Wie heeft hier eerder aan gedacht?

De vader van polymeren wordt beschouwd als een leraar organische chemie van het Zwitserse Hoger technische school Zürich Hermann Staudinger.

Herman Staudinger. Bron: Wikimedia

Zijn studies van de jaren 1920. maakte de weg vrij voor het latere werk met zowel natuurlijke als synthetische polymeren. Hij introduceerde twee termen die essentieel zijn voor het begrijpen van polymeren: polymerisatie en macromolecuul. In 1953 ontving Staudinger de welverdiende Nobelprijs "voor zijn ontdekkingen op het gebied van macromoleculaire chemie".

Polymerisatie is een methode om synthetische polymeren te maken door kleinere moleculen, monomeren, te combineren tot een keten die bij elkaar wordt gehouden door covalente bindingen. Verscheidene chemische reacties zoals die veroorzaakt door hitte en druk veranderen de chemische bindingen die de monomeren bij elkaar houden. Het proces zorgt ervoor dat moleculen binden in een lineaire, vertakte of ruimtelijke structuur, waardoor ze worden omgezet in polymeren. Deze ketens van monomeren worden ook wel macromoleculen genoemd. Eén macromolecuul kan honderdduizenden monomeren bevatten.

Polymeer typen

Het type polymeer hangt af van de structuur. Uit het bovenstaande begrijpen we dat er drie van dergelijke typen zouden moeten zijn.

Lineaire polymeren. Dit zijn verbindingen waarin monomeren chemisch inert zijn ten opzichte van elkaar en alleen gebonden zijn door van der Waals-krachten (krachten van intermoleculaire (en interatomaire) interactie met een energie van 10-20 kJ / mol. - Ca. ed.). De term "lineair" betekent helemaal niet de rechtlijnige rangschikking van moleculen ten opzichte van elkaar. Integendeel, ze worden meer gekenmerkt door een getande of spiraalvormige configuratie, die dergelijke polymeren mechanische sterkte verleent.

Vertakte polymeren. Ze worden gevormd door kettingen met zijtakken (het aantal takken en hun lengte zijn verschillend). Vertakte polymeren zijn duurzamer dan lineaire polymeren.

Lineaire en vertakte polymeren worden zacht bij verhitting en stollen weer bij afkoeling. Deze eigenschap wordt thermoplasticiteit genoemd en de polymeren zelf zijn thermoplastisch of thermoplasten. De bindingen tussen moleculen in dergelijke polymeren kunnen worden verbroken en opnieuw worden verbonden. Het betekent dat plastic flessen kan worden gebruikt om andere polymere items te maken, van vloerkleden tot fleecejacks. Natuurlijk kunnen er meer flessen gemaakt worden. Het enige dat nodig is voor de verwerking is: warmte... Thermoplastische polymeren kunnen niet alleen worden gesmolten, maar ook worden opgelost, omdat de Van der Waals-bindingen gemakkelijk worden verbroken door de werking van reagentia. Thermoplasten omvatten polyvinylchloride, polyethyleen, polystyreen, enz.

Als de macromoleculen reactieve monomeren bevatten, worden ze bij verhitting door veel verknopingen verbonden en krijgt het polymeer een ruimtelijke structuur. Dergelijke polymeren worden thermoactieve of thermohardende kunststoffen genoemd.

Aan de ene kant hebben thermohardende kunststoffen positieve eigenschappen: ze zijn harder en hittebestendiger. Aan de andere kant, na de vernietiging van bindingen tussen moleculen van thermoactieve polymeren, zal het niet mogelijk zijn om het een tweede keer vast te stellen. In dit geval wordt de verwerking geëlimineerd, wat erg slecht is. De meest voorkomende polymeren in deze groep zijn polyester, vinylester en epoxy's.

Op basis van polymeren worden vezels, films, rubbers, lakken, lijmen, kunststoffen en composietmaterialen (composieten) verkregen.

Vezel wordt verkregen door oplossingen of polymeersmelten door dunne gaatjes (matrijzen) in een plaat te persen, gevolgd door stollen. Vezelvormende polymeren omvatten polyamiden, polyacrylonitrillen, enz.

Polymeer films worden verkregen uit polymeersmelten door matrijzen met sleufgaten te forceren, of door polymeeroplossingen op een bewegende band aan te brengen, of door polymeerkalanderen. Films worden gebruikt als elektrische isolatie en verpakkingsmateriaal, magneetbanden, enz.

Kalanderen–Verwerking van polymeren op kalanders bestaande uit twee of meer evenwijdig geplaatste rollen die naar elkaar toe draaien.

Gelukkig- oplossingen van filmvormende stoffen in organische oplosmiddelen. Naast polymeren bevatten vernissen stoffen die de plasticiteit verhogen (weekmakers), oplosbare kleurstoffen, verharders, enz. Ze worden gebruikt voor elektrisch isolerende coatings, evenals als basis voor een primer en verf- en vernisemail.

Lijmen- composities die kunnen verbinden verschillende materialen door de vorming van sterke bindingen tussen hun oppervlakken en de kleeflaag. Synthetische organische lijmen zijn gebaseerd op monomeren, oligomeren, polymeren of mengsels daarvan. De samenstelling van de samenstelling omvat verharders, vulstoffen, weekmakers, enz. Kleefstoffen zijn onderverdeeld in thermoplast, thermohardend en rubber. Thermoplastische lijmen een binding vormen met het oppervlak als gevolg van stollen bij afkoeling van het vloeipunt naar kamertemperatuur of oplosmiddelverdamping. Thermohardende lijmen een hechting vormen met het oppervlak als gevolg van uitharding (vernetting), rubberen lijmen - als gevolg van vulkanisatie.

Kunststoffen- dit zijn materialen die een polymeer bevatten, dat zich tijdens de vorming van een product in een stroperige staat bevindt en tijdens zijn werking in een glasachtige toestand. Alle kunststoffen worden geclassificeerd als thermoharders en thermoplasten. bij het vormen thermoharders er treedt een onomkeerbare verhardingsreactie op, die bestaat uit de vorming van een netwerkstructuur. Thermoharders omvatten materialen op basis van fenol-formaldehyde, ureum-formaldehyde, epoxy en andere harsen. Thermoplasten zijn in staat herhaaldelijk over te gaan in een stroperige toestand bij verwarming en een glasachtige toestand bij afkoeling. Thermoplasten omvatten materialen op basis van polyethyleen, polytetrafluorethyleen, polypropyleen, polyvinylchloride, polystyreen, polyamiden en andere polymeren.

elastomeren- dit zijn polymeren en composieten die daarop zijn gebaseerd, waarvoor het temperatuurbereik van glasovergangstemperatuur - vloeipunt hoog genoeg is en normale temperaturen dekt.

Kunststoffen en elastomeren bevatten naast polymeren weekmakers, kleurstoffen en vulstoffen. Weekmakers - bijvoorbeeld dioctylftalaat, dibutylsebacaat, gechloreerde paraffine - verlagen de glasovergangstemperatuur en verhogen de vloeibaarheid van het polymeer. Antioxidanten vertragen de afbraak van polymeren. Vulstoffen verbeteren de fysieke en mechanische eigenschappen van polymeren. Poeders (grafiet, roet, krijt, metaal, enz.), papier, doek worden gebruikt als vulstoffen.

Versterkende vezels en kristallen kan metallisch, polymeer, anorganisch zijn (bijvoorbeeld glas, carbide, nitride, boorzuur). Versterkende vulstoffen bepalen grotendeels de mechanische, thermofysische en elektrische eigenschappen van polymeren. Veel composietpolymeermaterialen zijn niet minder sterk dan metalen. Composieten op basis van polymeren, glasvezel versterkt(glasvezel), hebben een hoge mechanische kracht(treksterkte 1300-2500 MPa) en goede elektrisch isolerende eigenschappen. Composieten op basis van polymeren, versterkt koolstofvezel(koolstofvezelversterkte kunststoffen), combineren hoge sterkte en trillingsbestendigheid met verhoogde thermische geleidbaarheid en chemische weerstand. Boroplasten (vulstoffen - boorvezels) hebben een hoge sterkte, hardheid en lage kruip.

composieten op basis van polymeren worden gebruikt als structurele, elektrische en thermische isolatie, corrosiebestendige, antifrictiematerialen in de auto-industrie, gereedschapsmachines, elektrotechniek, luchtvaart, radiotechniek, mijnbouw, ruimtetechnologie, chemische technologie en constructie.

Redoxitis. Polymeren met redox-eigenschappen - redoxieten (met redoxgroepen of redoxionieten) - worden veel gebruikt.

Het gebruik van polymeren. Momenteel is een groot aantal verschillende polymeren met verschillende fysische en chemische eigenschappen.

Laten we eens kijken naar enkele polymeren en composieten die daarop zijn gebaseerd.

Polyethyleen[-CH2-CH2-]n is een thermoplast die wordt verkregen door radicaalpolymerisatie bij temperaturen tot 320 °C en een druk van 120-320 MPa (hogedrukpolyethyleen) of bij een druk tot 5 MPa met behulp van complexe katalysatoren (lage- druk polyethyleen). Lagedrukpolyethyleen heeft een hogere sterkte, dichtheid, elasticiteit en verwekingspunt dan hogedrukpolyethyleen. Polyethyleen is in veel omgevingen chemisch stabiel, maar veroudert onder invloed van oxidanten. Polyethyleen is een goed diëlektricum en kan worden gebruikt binnen het temperatuurbereik van –20 tot +100 0 C. Bestraling kan de hittebestendigheid van het polymeer verhogen. Leidingen, elektrische producten, onderdelen van radioapparatuur, isolatiefilms en omhulsels van kabels (hoogfrequent, telefoon, stroom), films, verpakkingsmateriaal, vervangingsmiddelen voor glazen containers zijn gemaakt van polyethyleen.

Polypropyleen[-CH (CH 3) -CH 2 -] n is een kristallijne thermoplast die wordt verkregen door stereospecifieke polymerisatie. Het heeft een hogere temperatuurbestendigheid (tot 120–140 ° C) dan polyethyleen. Heeft een hoge mechanische sterkte (zie tabel 14.2), weerstand tegen herhaald buigen en schuren, elastisch. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van buizen, films, opslagtanks, enz.

Polystyreen - thermoplast verkregen door radicaalpolymerisatie van styreen. Het polymeer is bestand tegen oxidatiemiddelen, maar onstabiel tegen sterke zuren, het lost op in aromatische oplosmiddelen, heeft een hoge mechanische sterkte en diëlektrische eigenschappen en wordt gebruikt als een hoogwaardig elektrisch isolatiemateriaal, evenals als structureel en decoratief afwerkingsmateriaal bij het maken van instrumenten, elektrotechniek, radiotechniek, huishoudelijke apparaten... Warmgetrokken, flexibel elastisch polystyreen wordt gebruikt voor het omhullen van kabels en draden. Ook piepschuim wordt geproduceerd op basis van polystyreen.

Polyvinylchloride[-CH2-CHCl-]n - thermoplast gemaakt door polymerisatie van vinylchloride, bestand tegen zuren, alkaliën en oxidatiemiddelen; oplosbaar in cyclohexanon, tetrahydrofuran, beperkt in benzeen en aceton; vlamvertragend, mechanisch duurzaam; diëlektrische eigenschappen zijn slechter dan die van polyethyleen. Toegepast als isolatiemateriaal die kunnen worden verbonden door lassen. Er worden platen, regenjassen, pijpen en andere voorwerpen van gemaakt.

Polytetrafluorethyleen (fluorkunststof)[-CF2-CF2-]n is een thermoplast die wordt verkregen door radicaalpolymerisatie van tetrafluorethyleen. Beschikt over uitzonderlijke chemische weerstand tegen zuren, logen en oxidanten; uitstekend diëlektricum; heeft een zeer breed temperatuurbereik (van –270 tot +260 0 C). Bij 400 0 C ontleedt het met het vrijkomen van fluor, wordt niet bevochtigd met water. Fluorplastic wordt gebruikt als chemisch resistent bouwmateriaal in de chemische industrie. Als het beste diëlektricum dat wordt gebruikt in omstandigheden waar een combinatie vereist is elektrisch isolerende eigenschappen: met chemische weerstand. Daarnaast wordt het gebruikt voor het aanbrengen van antifrictie, hydrofobe en beschermende coatings en coatings voor pannen.

Polymethylmethacrylaat (plexiglas)

- thermoplast verkregen door polymerisatie van methylmethacrylaat. Mechanisch duurzaam; bestand tegen zuren; weerbestendig; lost op in dichloorethaan, aromatische koolwaterstoffen, ketonen, esters; kleurloos en optisch transparant. Het wordt in de elektrotechniek gebruikt als constructiemateriaal en als basis voor lijmen.

Polyamiden- thermoplasten met de amidogroep -NHCO- in de hoofdketen, bijvoorbeeld poly-ε-capron [-NH- (CH 2) 5 -CO-] n, polyhexamethyleenadipinamide (nylon) [-NH- (CH 2) 5-NH-CO- (CH2)4-CO-]n; polydodecanamide [-NH- (CH 2) 11-CO-] n, enz. Ze worden zowel door polycondensatie als polymerisatie verkregen. De dichtheid van polymeren is 1,0 ÷ 1,3 g / cm 3. Ze worden gekenmerkt door hoge sterkte, slijtvastheid, diëlektrische eigenschappen; bestand tegen oliën, benzine, verdunde zuren en geconcentreerde alkaliën. Ze worden gebruikt om vezels, isolatiefilms, structurele, antifrictie en elektrische isolatieproducten te verkrijgen.

Polyurethaan- thermoplasten die in de hoofdketen -NH (CO) O- groepen bevatten, evenals ether, carbamaat, enz. Ze worden verkregen door de interactie van isocyanaten (verbindingen die één of meer NCO-groepen bevatten) met polyalcoholen, bijvoorbeeld met glycolen en glycerol. Bestand tegen verdunde minerale zuren en logen, oliën en alifatische koolwaterstoffen. Ze worden geproduceerd in de vorm van polyurethaanschuim (schuimrubber), elastomeren, maken deel uit van vernissen, lijmen, kitten. Gebruikt voor thermische en elektrische isolatie, als filters en verpakkingsmateriaal, voor het maken van schoenen, kunstleer, rubberproducten.

polyesters- polymeren met algemene formule: HO [-RO-] n H of [-OC-R-COO-R "-O-] n. Verkregen door polymerisatie van cyclische oxiden, bijvoorbeeld ethyleenoxide, lactonen (esters van hydroxyzuren), of door polycondensatie van glycolen, diesters en andere Alifatische polyesters zijn bestand tegen de inwerking van alkalische oplossingen, aromatische polyesters zijn ook bestand tegen de inwerking van oplossingen van minerale zuren en zouten. Ze worden gebruikt bij de productie van vezels, vernissen en email, films, coagulanten en fotoreagentia, componenten van hydraulische vloeistoffen, enz.

Synthetische rubbers (elastomeren) krijg emulsie of stereospecifieke polymerisatie. Wanneer ze worden gevulkaniseerd, veranderen ze in rubber, dat wordt gekenmerkt door een hoge elasticiteit. De industrie produceert een groot aantal verschillende synthetische rubbers (CK), waarvan de eigenschappen afhankelijk zijn van het type monomeren. Veel rubbers worden gemaakt door twee of meer monomeren te co-polymeriseren. Maak onderscheid tussen CK algemeen en speciaal doel. CK voor algemeen gebruik omvat butadieen [-CH 2-CH = CH-CH 2 -] n en styreen-butadieen [-CH 2-CH = CH-CH 2 -] n - - [-CH 2-CH (C 6 H 5 ) -] zn. Rubbers op basis daarvan worden gebruikt in producten massaal gebruik(banden, beschermhulzen van kabels en draden, tapes, enz.). Eboniet, dat veel wordt gebruikt in de elektrotechniek, wordt ook uit deze rubbers gewonnen. Rubbers die voor speciale doeleinden van CK zijn verkregen, worden naast elasticiteit gekenmerkt door enkele speciale eigenschappen, bijvoorbeeld benzo- en oliebestendigheid (butadieen-nitril CK [-CH 2-CH = CH-CH 2 -] n - [-CH 2-CH (CN) -] n), benzo-, olie- en hittebestendigheid, onbrandbaarheid (chloropreen CK [-CH 2-C (Cl) = CH-CH 2 -] n), slijtvastheid (polyurethaan, enz. ), hitte, licht, ozonbestendigheid (butylrubber) [-C (CH 3) 2 -CH 2 -] n - [- CH 2 C (CH 3) = CH-CH 2 -] m. De meest gebruikte zijn styreenbutadieen (meer dan 40%), butadieen (13%), isopreen (7%), chloropreen (5%) rubbers en butylrubber (5%). Het grootste deel van rubbers. (60 - 70%) gaat naar de productie van banden, ongeveer 4% - naar de productie van schoenen

Organosiliciumpolymeren (siliconen)- siliciumatomen bevatten in de elementaire eenheden van macromoleculen. Een grote bijdrage aan de ontwikkeling van organosiliciumpolymeren werd geleverd door de Russische wetenschapper K.A. Andrianov. Een kenmerkend kenmerk van deze polymeren is hoge hitte- en vorstbestendigheid, elasticiteit; ze zijn niet bestand tegen alkaliën en lossen op in veel aromatische en alifatische oplosmiddelen. Organosiliciumpolymeren worden gebruikt om vernissen, lijmen, kunststoffen en rubber te produceren. Organosiliciumrubbers [-Si (R 2) -O-]n, bijvoorbeeld dimethylsiloxaan en methylvinylsiloxaan, hebben een dichtheid van 0,96 - 0,98 g/cm 3, een glasovergangstemperatuur van 130 ° C. Oplosbaar in koolwaterstoffen, gehalogeneerde koolwaterstoffen, ethers . Gevulkaniseerd met organische peroxiden. Rubbers kunnen worden gebruikt bij temperaturen van -90 tot +300 0 C, hebben weersbestendigheid, hoge elektrisch isolerende eigenschappen. Ze worden gebruikt voor producten die werken in omstandigheden met grote temperatuurverschillen, bijvoorbeeld voor beschermende coatings ruimtevaartuig enzovoort.

Fenol- en aminoformaldehydeharsen verkregen door polycondensatie van formaldehyde met fenol of aminen. Dit zijn thermohardende polymeren waarin door verknoping een netvormige ruimtelijke structuur wordt gevormd, die niet kan worden omgezet in een lineaire structuur, d.w.z. het proces is onomkeerbaar. Ze worden gebruikt als basis voor lijmen, vernissen, ionenwisselaars, kunststoffen.

Kunststoffen op basis van fenol-formaldehydeharsen worden fenoplasten , op basis van ureum-formaldehydeharsen - aminoplasten ... Vulstoffen voor fenol- en aminoplasten zijn papier of karton (getinax), stof (textoliet), hout, kwarts- en micameel, enz. Fenoplasten zijn bestand tegen water, zure oplossingen, zouten en basen, organische oplosmiddelen, moeilijk brandbaar, weerbestendig en zijn goede diëlektrica. Ze worden gebruikt bij de productie van printplaten, behuizingen voor elektrische en radiotechnische producten, met folie beklede diëlektrica.

Aminoplasten worden gekenmerkt door hoge diëlektrische en fysische en mechanische eigenschappen, bestand tegen licht en UV-stralen, nauwelijks brandbaar, bestand tegen zwakke zuren en basen en veel oplosmiddelen. Ze kunnen in elke kleur worden geverfd. Ze worden gebruikt voor de vervaardiging van elektrische producten (behuizingen van apparaten en apparaten, schakelaars, zonneschermen, warmte- en geluidsisolatiematerialen, enz.).

Momenteel wordt ongeveer 1/3 van alle kunststoffen gebruikt in de elektrotechniek, elektronica en werktuigbouwkunde, 1/4 - in de bouw en ongeveer 1/5 - voor verpakkingen. De groeiende belangstelling voor polymeren kan worden geïllustreerd aan de hand van het voorbeeld van de auto-industrie. Veel experts beoordelen het niveau van perfectie van een auto aan de hand van het aandeel polymeren dat erin wordt gebruikt. Zo nam de massa van polymere materialen toe van 32 kg voor de VAZ-2101 tot 76 kg voor de VAZ-2108. In het buitenland is het gemiddelde gewicht van kunststoffen 75 ÷ 120 kg per auto.

Zo worden polymeren zeer wijdverbreid gebruikt in de vorm van kunststoffen en composieten, vezels, kleefstoffen en vernissen, en de schaal en reikwijdte van hun gebruik neemt voortdurend toe.

Vragen voor zelfbeheersing:

1. Wat zijn polymeren? Hun typen.

2. Wat is een monomeer, oligomeer?

3. Wat is de methode om polymeren te verkrijgen door polymerisatie? Geef voorbeelden.

4. Wat is de methode om polymeren te verkrijgen door polycondensatie? Geef voorbeelden.

5. Wat is radicale polymerisatie?

6. Wat is ionische polymerisatie?

7. Wat is de massa (blok)polymerisatie?

8. Wat is emulsiepolymerisatie?

9. Wat is suspensiepolymerisatie?

10. Wat is gaspolymerisatie?

11. Wat is smeltpolycondensatie?

12. Wat is polycondensatie in oplossing?

13. Wat is de polycondensatie op het grensvlak?

14. Wat is de vorm en structuur van polymere macromoleculen?

15. Wat kenmerkt de kristallijne toestand van polymeren?

16. Wat zijn de kenmerken van de fysieke toestand van amorfe polymeren?

17. Wat zijn de chemische eigenschappen van polymeren?

18. Wat zijn de fysische eigenschappen van polymeren?

19. Welke materialen worden verkregen op basis van polymeren?

20. Wat zijn de toepassingen van polymeren in verschillende industrieën?

Vragen voor onafhankelijk werk:

1. Polymeren en hun toepassingen.

2. Brandgevaar van polymeren.

Literatuur:

1. Semenova E.V., Kostrova V.N., Fedyukina U.V. Chemistry. - Voronezh: Wetenschappelijk boek - 2006, 284 p.

2. Artimenko AI Organische chemie. - M.: Hoger. sjk. - 2002, 560 d.

3. Korovin N.V. Algemene scheikunde. - M.: Hoger. shk. - 1990, 560 d.

4. Glinka NL Algemene scheikunde. - M.: Hoger. shk. - 1983, 650 p.

5. Glinka NL Verzameling van problemen en oefeningen in de algemene scheikunde. - M.: Hoger. shk. - 1983, 230 d.

6. Achmetov NS Algemene en anorganische chemie. M.: Hogere school. - 2003, 743 d.

College 17 (2 u)

Onderwerp 11. Chemische identificatie en analyse van stoffen

Het doel van de lezing: kennis maken met de kwalitatieve en kwantitatieve analyse van stoffen en een algemene beschrijving geven van de methoden die daarbij worden gebruikt

Onderwerpen in studie:

11.1. Kwalitatieve analyse van de stof.

11.2. Kwantitatieve analyse van de stof. Chemische analysemethoden.

11.3. Instrumentele analysemethoden.

11.1. Kwalitatieve stofanalyse

In de praktijk is het vaak nodig om een ​​bepaalde stof te identificeren (detecteren) en de inhoud ervan te kwantificeren (meten). De wetenschap die zich bezighoudt met kwalitatieve en kwantitatieve analyse wordt genoemd analytische scheikunde ... De analyse wordt in fasen uitgevoerd: eerst wordt de chemische identificatie van de stof uitgevoerd (kwalitatieve analyse) en vervolgens hoeveel stof er in het monster zit (kwantitatieve analyse).

Chemische identificatie (detectie)- dit is de vaststelling van het type en de toestand van fasen, moleculen, atomen, ionen en andere onderdelen stoffen op basis van een vergelijking van experimentele en overeenkomstige referentiegegevens voor bekende stoffen. Identificatie is het doel van kwalitatieve analyse.Tijdens identificatie wordt meestal een reeks eigenschappen van stoffen bepaald: kleur, fasetoestand, dichtheid, viscositeit, smelt-, kook- en faseovergangspunten, oplosbaarheid, elektrodepotentiaal, ionisatie-energie en (of) enzovoort. Om identificatie te vergemakkelijken, zijn banken met chemische en fysisch-chemische gegevens gecreëerd. Bij het analyseren van stoffen met meerdere componenten worden vaak universele instrumenten (spectrometers, spectrofotometers, chromatografen, polarografen, enz.) Gebruikt, uitgerust met computers, in het geheugen waarvan zich chemische en analytische referentie-informatie bevindt. Op basis van deze universele installaties er wordt gewerkt aan een geautomatiseerd systeem voor het analyseren en verwerken van informatie.

Elementaire, moleculaire, isotopische en faseanalyses worden onderscheiden afhankelijk van het type deeltjes dat wordt geïdentificeerd. Daarom zijn de belangrijkste de bepalingsmethoden, ingedeeld naar de aard van de eigenschap die wordt bepaald, of door de methode voor het opnemen van het analytische signaal:

1) chemische analysemethoden , die gebaseerd zijn op het gebruik van chemische reacties. Ze gaan gepaard met externe effecten (sedimentvorming, gasontwikkeling, verschijnen, verdwijnen of verkleuren);

2) fysieke methoden, die gebaseerd zijn op een bepaalde relatie tussen de fysische eigenschappen van een stof en zijn chemische samenstelling;

3) fysisch-chemische methoden , die gebaseerd zijn op fysische verschijnselen die gepaard gaan met chemische reacties. Ze komen het meest voor vanwege hun hoge nauwkeurigheid, selectiviteit (selectiviteit) en gevoeligheid. Eerst zullen elementaire en moleculaire analyses worden besproken.

Afhankelijk van de massa droge stof of het volume van de oplossing van de analyt wordt onderscheid gemaakt tussen: macro methode: (0,5 - 10 g of 10 - 100 ml), semi-micromethode (10 - 50 mg of 1 - 5 ml), micromethode (1-5 Hmg of 0,1 - 0,5 ml) en ultramicromethode (minder dan 1 mg of 0,1 ml) identificaties.

Kwalitatieve analyse wordt gekenmerkt door: detectielimiet (gedetecteerde minimum) droge stof, d.w.z. de minimale hoeveelheid van een betrouwbaar identificeerbare stof en de beperkende concentratie van de oplossing. Kwalitatieve analyse gebruikt alleen die reacties met een detectiegrens van minimaal 50 g.

Er zijn enkele reacties waarmee een of andere stof of ion kan worden gedetecteerd in aanwezigheid van andere stoffen of andere ionen. Dergelijke reacties worden specifiek ... Een voorbeeld van dergelijke reacties kan de detectie van NH 4 + -ionen zijn door de inwerking van alkali of door verwarming

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

of de reactie van jodium met zetmeel (donkerblauwe kleur), enz.

In de meeste gevallen zijn de reacties voor de detectie van een stof echter niet specifiek, daarom worden stoffen die de identificatie verstoren, geprecipiteerd, een zwak dissociërende of complexe verbinding. De analyse van een onbekende stof wordt uitgevoerd in een bepaalde volgorde, waarbij deze of gene stof wordt geïdentificeerd na detectie en verwijdering, wat de analyse van andere stoffen verstoort, d.w.z. ze gebruiken niet alleen de reactie van het detecteren van stoffen, maar ook de reactie om ze van elkaar te scheiden.

Bijgevolg hangt een kwalitatieve analyse van een stof af van het gehalte aan onzuiverheden erin, d.w.z. de zuiverheid ervan. Als onzuiverheden in zeer kleine hoeveelheden aanwezig zijn, worden ze "sporen" genoemd. De termen komen overeen met molaire fracties in%: "sporen" 10 -3 ÷ 10 -1, "Microsporen"- 10 -6 ÷ 10 -3, "Ultramicrosporen"- 10 -9 ÷ 10 -6, submicrosporen- minder dan 10 -9. De stof wordt hoogzuiver genoemd als het gehalte aan onzuiverheden niet meer is dan 10 -4 ÷ 10 -3% (molfractie) en vooral zuiver is (ultra schoon) wanneer het gehalte aan onzuiverheden lager is dan 10 -7% (molfractie). Er is een andere definitie van zeer zuivere stoffen, volgens welke ze onzuiverheden bevatten in hoeveelheden die de fundamentele specifieke eigenschappen van stoffen niet aantasten. Het is echter niet een onzuiverheid die ertoe doet, maar onzuiverheden die de eigenschappen van een zuivere stof beïnvloeden. Dergelijke onzuiverheden worden beperkend of controlerend genoemd.

Bij het identificeren van anorganische stoffen wordt een kwalitatieve analyse van kationen en anionen uitgevoerd. Kwalitatieve analysemethoden zijn gebaseerd op: ionische reacties, die het mogelijk maken om elementen in de vorm van bepaalde ionen te identificeren. Zoals bij elk type kwalitatieve analyse, worden in de loop van de reacties slecht oplosbare verbindingen, gekleurde complexe verbindingen gevormd, vindt oxidatie of reductie plaats met een verandering in de kleur van de oplossing. Voor identificatie door de vorming van slecht oplosbare verbindingen worden zowel groeps- als individuele precipitators gebruikt.

Bij het identificeren van kationen van anorganische stoffen NaCl dient als groepsprecipitatoren voor Ag+, Pb 2+, Hg 2+ ionen; voor ionen Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3, voor ionen Al 3+, Cr 3+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+, Co 2+, Ni 2 +, Zn 2+, enz. - (NH 4) 2 S.

Als er meerdere kationen aanwezig zijn, voer dan fractionele analyse , waarin alle slecht oplosbare verbindingen worden neergeslagen en vervolgens de resterende kationen worden gedetecteerd door een of andere methode, of een stapsgewijze toevoeging van het reagens wordt uitgevoerd, waarbij verbindingen met de kleinste waarde PR, en vervolgens verbindingen met een hogere PR-waarde. Elk kation kan worden geïdentificeerd met behulp van een specifieke reactie als andere kationen die deze identificatie verstoren, worden verwijderd. Er zijn veel organische en anorganische reagentia die precipitaten of gekleurde complexe verbindingen vormen met kationen (Tabel 9).

1. Op basis van polymeren worden vezels verkregen door oplossingen of smelten door matrijzen met daaropvolgende stolling - dit zijn polyamiden, polyacrylonitrillen, enz.

2. Polymeerfilms worden geproduceerd door extrusie door matrijzen met sleuven of door toepassing op een bewegende riem. Ze worden gebruikt als elektrisch isolatie- en verpakkingsmateriaal, de basis van magneetbanden.

3. Vernissen - oplossingen van filmvormende stoffen in organische oplosmiddelen.

4. Kleefstoffen, samenstellingen die verschillende materialen kunnen verbinden door de vorming van sterke bindingen tussen hun oppervlakken met een kleeflaag.

5. Kunststoffen

6. Composieten (composietmaterialen) - polymeerbasis versterkt met vulmiddel.

10.4.2. Toepassingsgebieden van polymeren

1. Polyethyleen is bestand tegen corrosieve omgevingen, vochtbestendig, is een diëlektricum. Er worden leidingen, elektrische producten, onderdelen van radioapparatuur, isolatiefolies, kabelmantels voor telefoon- en hoogspanningsleidingen van gemaakt.

2. Polypropyleen - mechanisch sterk, bestand tegen buigen, schuren, elastisch. Ze worden gebruikt voor de vervaardiging van buizen, films, opslagtanks, enz.

3. Polystyreen - bestand tegen zuren. Het is mechanisch sterk, het is een diëlektricum en wordt gebruikt als elektrisch isolatie- en constructiemateriaal in de elektrotechniek, radiotechniek.

4. Polyvinylchloride is een vlamvertragend, mechanisch sterk, elektrisch isolatiemateriaal.

5. Polytetrafluorethyleen (fluorkunststof) - het diëlektricum lost niet op in organische oplosmiddelen. Beschikt over hoge diëlektrische eigenschappen in een breed temperatuurbereik (van -270 tot 260 ° C). Het wordt ook gebruikt als een antifrictie en hydrofoob materiaal.

6. Polymethylmethacrylaat (plexiglas) - gebruikt in de elektrotechniek als constructiemateriaal.

7. Polyamide - heeft een hoge sterkte, slijtvastheid, hoge diëlektrische eigenschappen.

8. Synthetische rubbers (elastomeren).

9. Fenol-formaldehydeharsen - de basis van lijmen, vernissen, kunststoffen.

10.5. Organische polymeermaterialen

10.5.1. Gepolymeriseerde thermoplastische harsen

Polypropyleen- thermoplastisch polymeer verkregen uit propyleengas C 3 H 6. (CH 2 = CH - CH 3)

Structurele Formule

[-CH2-CH (CH 3)-] n.

Polymerisatie wordt uitgevoerd in benzine bij een temperatuur van 70 ° C volgens de Natta-methode. Er wordt een polymeer met een regelmatige structuur verkregen. Het heeft een hoge chemische weerstand en wordt alleen vernietigd onder invloed van 98% H 2 SO 4 en 50% HNO 3 bij temperaturen boven 70 °.

Elektrische eigenschappen vergelijkbaar met polyethyleen. De film heeft een lage gas- en dampdoorlatendheid. Het wordt gebruikt om hoogfrequente kabels en installatiedraden te isoleren, als diëlektricum van hoogfrequente condensatoren.

Polyisobutyleen- product van isobutyleengaspolymerisatie. Structurele Formule:

Er zijn verschillende soorten polyisobutyleen, vloeibaar laag molecuulgewicht (1000) en vast hoog molecuulgewicht (400000). Die. afhankelijk van de polymerisatiegraad kan het vloeibaar zijn met verschillende viscositeiten en elastisch zoals rubber. De moleculen hebben een draadsymmetrische structuur met vertakkingen in zijgroepen. Dit kan de plakkerigheid van het materiaal verklaren, grotere elasticiteit, in vergelijking met polyethyleen. Het is een diëlektricum met ρ = 10 15 - 10 16 Ohm cm, ε = 2,25 – 2,35, diëlektrische sterkte- 16 - 23 kV/mm.

De vorstbestendigheid van polyisobutyleen hangt af van het molecuulgewicht; hoe groter het gewicht, hoe vorstbestendiger polyisobutyleen.

In zuivere vorm of in samenstellingen wordt polyisobutyleen gebruikt voor de vervaardiging van isolatietapes; isolatie van hoogfrequente kabels (in samenstellingen met polyethyleen); zeehonden; isolerende potgrondstoffen; zelfklevende materialen.

Vanwege de koude vloeibaarheid van polyisobutyleen wordt een rubberachtig mengsel van 90% polyisobutyleen en 10% polystyreen met een laag polystyreenfolie (styroflex) gebruikt om hoogfrequente kabels te isoleren. Dit mengsel heeft hoge elektrische eigenschappen bij een hoge luchtvochtigheid.

Polystyreen- een product van styreenpolymerisatie - onverzadigde HC - vinylbenzeen of fenylethyleen - CH 2 CHC 6 H 5.

Het styreenmolecuul is enigszins asymmetrisch vanwege de aanwezigheid van fenolische groepen erin.

Bij normale temperaturen is styreen een kleurloze transparante vloeistof. Van de methoden voor styreenpolymerisatie en vaste diëlektrische productie zijn de meest gebruikelijke methoden blok- en emulsiepolymerisatie.

Styreen is giftig, irriterend voor huid, ogen en luchtwegen. Polystyreenstof vormt explosieve concentraties met lucht.

Dichtheid - 1,05 g / cm 3

ρ , Ohmcm, 10 14 - 10 17

ε = 2,55 - 2,52

Polystyreen is chemisch resistent, geconcentreerde zuren (HNO 3 is een uitzondering) en alkaliën werken er niet op, het lost op in ethers, ketonen, aromatische koolwaterstoffen en lost niet op in alcoholen, water, plantaardige oliën.

De mate van polymerisatie is afhankelijk van de omstandigheden. Je kunt een polymeer krijgen met een molecuulgewicht tot 600.000. Dit zullen vaste polymeren zijn. Polymeren met M.M. van 40.000 tot 150.000. Bij verhitting tot 180 - 300 is depolymerisatie mogelijk. Elektrische eigenschappen hangen ook af van de polymerisatiemethode en de aanwezigheid van polaire onzuiverheden, vooral emulgatoren.

Polystyreenproducten worden geproduceerd door persen en spuitgieten. Het wordt gebruikt voor het maken van: film (styroflex), lamppanelen, spoelframes, isolerende onderdelen voor schakelaars, antenne-isolatoren; films voor condensatoren, enz. Polystyreen in de vorm van tapes, ringen, doppen wordt gebruikt om hoogfrequente kabels te isoleren.

Nadelen: lage hittebestendigheid en neiging tot snelle veroudering - het verschijnen van kleine scheurtjes op het gaasoppervlak; tegelijkertijd neemt de diëlektrische sterkte af en neemt ε toe.

Polydichloorstyreen- verschilt van polystyreen in het gehalte aan twee chlooratomen in elke kettingschakel en daardoor in hoge hittebestendigheid, hittebestendig.

ε = 2,25 - 2,65

PVC- een thermoplastische synthetische hoogpolymeerverbinding met een lineaire structuur van moleculen met een asymmetrische structuur. De uitgesproken asymmetrie en polariteit van PVC wordt geassocieerd met chloor.

Verkregen door polymerisatie van vinylchloride H2C = CH-Cl. De grondstoffen voor de productie zijn dichloorethaan en acetyleen. Vinylchloride is een gehalogeneerd ethyleen. Bij normale temperatuur is het een kleurloos gas, bij een temperatuur van 12 - 14 ºС is het een vloeistof en bij -159 ºС is het een vaste stof. Polymerisatie van vinylchloride kan op drie manieren: blok, emulsie en in oplossingen. De meest geschikte is op waterbasis. Er zijn merken PVC met toevoeging van weekmakers en vulstoffen met verschillende mechanische eigenschappen, vorstbestendigheid en hittebestendigheid.

Het PVC-molecuul heeft de vorm

ε = 3,1 - 3,4 (bij 800 Hz)

ρ = 10 15 - 10 16 Ohm. cm

Polyvinylchloride is weinig hygroscopisch, de verandering in diëlektrische eigenschappen in een vochtige atmosfeer is onbeduidend.

Producten worden gemaakt door persen, spuitgieten, stempelen, gieten.

PVC wordt gebruikt in de vorm van kunststoffen met verschillende elasticiteiten, in de vorm van vernissen voor beschermende coatings. Het is chemisch resistent tegen alkaliën, zuren, alcohol, benzine en minerale oliën... Esters, ketonen, aromatische koolwaterstoffen lossen het gedeeltelijk op of doen het zwellen.

PVC wordt in de elektrische industrie gebruikt in de volgende producten:

a) batterijbanken;

b) slangen voor elektrische isolatie en chemische bescherming;

c) isolatie van telefoondraden en kabels (loodvervanger);

d) isolerende pakkingen, bussen en andere producten.

Het wordt niet gebruikt in hoogfrequente circuits als diëlektricum vanwege hoge diëlektrische verliezen (hoge geleidbaarheid) en bij temperaturen boven 60-70 .

Polyvinylacetaat- polymeren van vloeibaar vinylacetaat verkregen door de chemische interactie van acetyleen (C 2 H 2) en azijnzuur:

of CH 2 = CHOCOCH 3. van het krijgen vinyl acetaat- een kleurloze, gemakkelijk mobiele vloeistof met een etherische geur, ontbindend bij 400 ° C.

Materiaal polyvinylacetaat- kleurloos, geurloos, neemt het midden tussen harsen en rubbers. De eigenschappen zijn afhankelijk van de polymerisatiegraad. MM. van 10.000 tot 100.000. Het verwekingspunt is 40 - 50 ° C.

Producten met een hoog polymeer bij 50 - 100 ° C worden rubberachtig en bij lage temperaturen - stevig, voldoende elastisch.

Alle polymeren zijn lichtecht, zelfs bij 100°C. Bij verhitting depolymeriseert polyvinylacetaat niet tot een monomeer, maar ontleedt het met de eliminatie van azijnzuur. Niet brandbaar. Het is een polair polymeer. Laten we oplossen in ethers, ketonen (aceton), methyl (CH 3 OH) en ethyl (C 2 H 5 OH) alcoholen, onoplosbaar in benzine. Het zwelt enigszins in water, maar lost niet op.

Het wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van triplex veiligheidsglas. Het wordt gebruikt in elektrische isolatietechnologie. Vernissen op basis hiervan worden gewaardeerd om hun goede elektrisch isolerende eigenschappen, elasticiteit, lichtechtheid, kleurloosheid.

Polymethylmethacrylaat(organisch glas, plexiglas) - een grote groep hoogpolymeeresters van methacrylzuur, die een grote technische toepassing hebben

In de elektrische industrie wordt het gebruikt als hulpmateriaal.

Het wordt verkregen door polymerisatie van methacrylzuurmethylester (methylmethacrylaat) in aanwezigheid van een initiator.

Bij 573 K wordt polymethylmethacrylaat gedepolymeriseerd onder vorming van het uitgangsmonomeer methylmethacrylaat.

Samenstelling verschilt van polyvinylacetaat in aanwezigheid van een methylgroep in de zijketen in plaats van waterstof en in aanwezigheid van een valentiebinding tussen de koolstof van de hoofdketen en de ethergroep, niet door zuurstof, maar door koolstof.

Lage hittebestendigheid (ongeveer 56 ° C); = 3,3 - 4,5; ρ = 2,3 · 10 13 - 2 · 10 12 Ohm. m. Niet geschikt voor elektrische isolatie.

Het wordt gebruikt als structureel, optisch en decoratief materiaal, geverfd met anilinekleurstoffen in verschillende kleuren. Het wordt gebruikt voor het maken van koffers en instrumentenweegschalen, transparante beschermglazen en doppen, transparante onderdelen van apparatuur, enz. Plexiglas is gemakkelijk te verwerken: geboord, gezaagd, geslepen, geslepen, gepolijst. Het buigt goed, gestempeld en gelijmd met oplossingen van polymethylmethacrylaat in dichloorethaan.

Polyvinylalcohol- vast polymeer met samenstelling (-CH2-CHOH-) n. Het wordt verkregen door hydrolyse van polyvinylacetaat met zuur of alkali. Polyvinylalcohol-formule:

Asymmetrisch lineair polymeer. De aanwezigheid van een OH-groep in elke kettingschakel bepaalt de hoge hygroscopiciteit en polariteit van de alcohol. Het lost alleen op in water. Heeft ρ = 107 Ohm · cm. Gebruikt als hulpmateriaal bij de vervaardiging van gedrukte radioschakelingen.

Bestand tegen schimmels en bacteriën. Een goed materiaal voor de vervaardiging van olie- en benzinebestendige membranen, slangen, panelen. Verwarmen op 170 ° C gedurende 3 - 5 uur verhoogt de waterbestendigheid en vermindert de oplosbaarheid van polyvinylalcohol.

Oligoester acrylaten

oligomeren- chemische verbindingen met een gemiddeld molecuulgewicht (minder dan 1000), hoger in vergelijking met monomeren en lager in vergelijking met polymeren. Hun belangrijkste eigenschap is het vermogen om te polymeriseren door onverzadigde bindingen, die de ruimtelijke of lineaire structuur van het eindproduct bepalen. Producten met een laag molecuulgewicht komen niet vrij tijdens de polymerisatie, daarom is de isolatie die wordt verkregen door te gieten met oligomeren solide, zonder holtes en poriën. Ze vereisen geen speciale voorwaarden voor polymerisatie (hoge druk, temperatuur, omgeving, enz.).

De industrie produceert polyester-, polyurethaan-, organosilicium-oligomere verbindingen en hun modificaties.