Send det gode arbeidet ditt i kunnskapsbasen er enkelt. Bruk skjemaet nedenfor

Godt jobba til nettstedet ">

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være veldig takknemlige for deg.

Skrevet på http://www.allbest.ru

Introduksjon

1. Sammensetning av polymerer

2. Klassifisering av polymerer

3. Strukturen til polymerer

4. Egenskaper til polymerer

5. Påføring av polymerer

Introduksjon

Polymerer er høymolekylære stoffer, uten hvilke det er vanskelig å forestille seg vitenskap og teknologi, bekvemmelighet og komfort, hvis molekyler består av repeterende strukturelle elementer - lenker forbundet i kjeder med kjemiske bindinger, i en mengde tilstrekkelig for utseendet til spesifikke egenskaper . Spesifikke egenskaper inkluderer følgende evner: evne til betydelige mekaniske reversible høyelastiske deformasjoner; til dannelsen av anisotrope strukturer; til dannelse av svært viskøse løsninger når de interagerer med et løsningsmiddel; til en kraftig endring i egenskaper ved tilsetning av ubetydelige tilsetningsstoffer av lavmolekylære stoffer. Slike materialer tjener som en verdig erstatning for metaller.

1. Sammensetning av polymerer

Polymerer er stoffer hvis makromolekyler er sammensatt av mange repeterende enheter som representerer samme gruppe atomer. Molekylvekten til molekylene varierer fra 500 til 1 000 000. I polymermolekyler skilles det ut en hovedkjede, som er bygget opp av et stort antall atomer. Sidekjedene er kortere.

Polymerer, hvis hovedkjede inneholder de samme atomene, kalles homokjede, og hvis karbonatomene er karbonkjede. Polymerer som inneholder forskjellige atomer i hovedkjeden kalles heterokjede.

Polymer makromolekyler er delt i form i lineære, forgrenede, flate, båndede, romlige, som vist i figur 1.

Polymermolekyler oppnås fra de første lavmolekylære produktene - monomerer - ved polymerisasjon og polykondensasjon. Polykondensasjonstype polymerer inkluderer fenol-formaldehyd-harpikser, polyestere, polyuretaner, epoksyharpikser... Høymolekylære forbindelser av polymerisasjonstypen inkluderer polyvinylklorid, polyetylen, polystyren, polypropylen. Høypolymer- og høymolekylære forbindelser er grunnlaget for organisk natur - dyre- og planteceller, bestående av protein.

Figur 1 - Strukturer av polymermolekyler:

a) lineær, b) forgrenet, c) tape, d) flat, e) romlig

2. Klassifisering av polymerer

Etter opprinnelse er polymerer delt inn i naturlige (biopolymerer), for eksempel proteiner, nukleinsyrer naturlige og syntetiske harpikser, slik som polyetylen, polypropylen, fenol-formaldehyd-harpikser. Atomer eller atomgrupper kan være lokalisert i et makromolekyl i form av: en åpen kjede eller en utvidet sekvens av sykluser (lineære polymerer, for eksempel naturgummi); forgrenede kjeder (forgrenede polymerer som amylopektin), tredimensjonale nettverk (tverrbundne polymerer som herdet epoksy). Polymerer hvis molekyler består av de samme monomerenhetene kalles homopolymerer.

Makromolekyler med samme kjemiske sammensetning kan bygges fra enheter med forskjellig romlig konfigurasjon. Hvis makromolekyler består av samme eller forskjellige stereoisomerer, alternerende i kjeden med en viss periodisitet, kalles polymerene stereoregulære.

Polymerer hvis makromolekyler inneholder flere typer monomerenheter kalles kopolymerer. Kopolymerer der enhetene av hver type danner ganske lange kontinuerlige sekvenser, som erstatter hverandre i makromolekylet, kalles blokkkopolymerer. Til de indre leddene til makromolekylet til en kjemisk struktur kjeder med en annen struktur kan festes. Slike kopolymerer kalles podekopolymerer.

Polymerer der hver eller noen av stereoisomerene til en enhet danner tilstrekkelig lange kontinuerlige sekvenser, som erstatter hverandre innenfor samme makromolekyl, kalles stereoblokkkopolymerer.

Avhengig av sammensetningen av hovedkjeden (hoved)kjeden er polymerer delt inn i: heterokjede, hvis hovedkjede inneholder atomer ulike elementer, oftest karbon, nitrogen, silisium, fosfor og homokjede, hvor hovedkjedene er bygget opp av de samme atomene. Av homokjedepolymerene er de vanligste karbokjedepolymerene, hvor hovedkjedene kun består av karbonatomer, for eksempel polyetylen, polymetylmetakrylat og polytetrafluoretylen. Eksempler på heterokjedepolymerer er polyestere (polyetylentereftalat, polykarbonater), polyamider, urea-formaldehydharpikser, proteiner og noen organosilisiumpolymerer. Polymerer, hvor makromolekyler sammen med hydrokarbongrupper inneholder atomer av uorganiske elementer, kalles organoelement. En egen gruppe polymerer dannes av uorganiske polymerer, for eksempel plastsvovel, polyfosfonitrilklorid.

3. Strukturen til polymerer

Elastomerer

Elastomerer er syntetiske materialer med elastiske egenskaper. De endrer lett form; hvis spenningen fjernes, går de tilbake til sin opprinnelige form. Elastomerer skiller seg fra andre elastiske syntetiske materialer ved at deres elastisitet i i større grad avhenger av temperaturen.

Elastomerer er sammensatt av romlig retikulerte makromolekyler. Det molekylære nettverket av elastomerer har brede celler. Ved endring av formen beveger cellene seg fra hverandre uten å ødelegge koblingspunktene. Etter at stresset er fjernet, tiltrekkes cellene, som gummi, til sin opprinnelige posisjon, syntetisk materiale går tilbake til sin opprinnelige form.

Gummi er et produkt av gummivulkanisering. Teknisk gummi er et komposittmateriale som kan inneholde opptil 15-20 ingredienser som utfører ulike funksjoner. Hovedforskjellen mellom gummi og andre polymermaterialer er dens evne til å gjennomgå store reversible høyelastiske deformasjoner i et bredt temperaturområde, inkludert romtemperatur og mer. lave temperaturer... Den irreversible, eller plastiske, komponenten i deformasjonen av gummi er mye mindre enn gummiens, siden gummimakromolekylene er koblet i gummi ved tverrbundne kjemiske bindinger (vulkaniseringsnett). Gummi (et produkt av gummivulkanisering) er overlegen gummi i styrkeegenskaper, varme- og frostbestandighet, motstand mot aggressive medier, etc.

Plast

Plast er organiske materialer basert på polymerer som er i stand til å mykne ved oppvarming og ta en viss stabil form under trykk. Enkel plast består av kjemiske polymerer alene. Kompleks plast inkluderer tilsetningsstoffer: fyllstoffer, myknere, fargestoffer, herdere, katalysatorer. Plast produseres monolittisk - i form av termoplast og termoherdende, gassfylt - cellulær struktur.

Termoplastiske plaster inkluderer lavtrykkspolyetylen, polypropylen, kraftig polystyren, polyvinylklorid, glassfiber, polyamider, etc.

TIL herdeplast inkluderer: stivt polyuretanskum, aminoplast, etc.

Gassfylt plast inkluderer polyuretanskum - et gassfylt, ultralett konstruksjonsmateriale.

polymer kjemiske egenskaper

4. Egenskaper til polymerer

Lineære polymerer har et spesifikt sett med fysisk-kjemiske og mekaniske egenskaper. Den viktigste av disse egenskapene: evnen til å danne høystyrke anisotrope høyt orienterte fibre og filmer, evnen til store, langsiktige reversible deformasjoner; evnen til å svelle i en svært elastisk tilstand før oppløsning; høy viskositet av løsninger. Dette settet med egenskaper skyldes den høye molekylvekten, kjedestrukturen og fleksibiliteten til makromolekyler. Med overgangen fra lineære kjeder til forgrenede, sparsomme tredimensjonale rutenett og til slutt til tette retikulære strukturer, blir dette komplekset av egenskaper mindre og mindre uttalt. Sterkt tverrbundne polymerer er uløselige, usmeltbare og ute av stand til svært elastisk deformasjon.

Egenskaper til plast

Plast er preget av lav tetthet, ekstremt lav elektrisk og termisk ledningsevne, og ikke særlig høy mekanisk styrke. De brytes ned når de varmes opp. Ikke følsom for fuktighet, motstandsdyktig mot sterke syrer og baser. Fysiologisk nesten ufarlig.

Egenskapene til plast kan modifiseres ved kopolymerisering eller stereospesifikke polymeriseringsmetoder, ved å kombinere forskjellige plaster med hverandre eller med andre materialer som glassfiber, tekstilstoff, tilsetning av fyllstoffer og fargestoffer, myknere, samt varierende råmaterialer, for eksempel, bruke passende.

Å gi spesielle egenskaper plast, myknere (silikon, etc.), flammehemmere, antioksidanter (umettede hydrokarboner) tilsettes det.

Gummiegenskaper

En viktig egenskap til gummi er elastisitet, evnen til store reversible deformasjoner i et bredt temperaturområde. På molekylært nivå forklares dette av det faktum at molekylkjedene under deformasjon strekker seg og glir i forhold til hverandre, etter å ha fjernet belastningen, tar molekylkjedene, under påvirkning av termisk bevegelse, sin forrige posisjon, tilsvarende til den første, men likevel er de litt forskjøvet. Denne endringen i posisjonene til molekylkjedene karakteriserer den permanente deformasjonen. Gummi har høy elastisitet og høy deformerbarhet. Gummi har lav hardhet, som bestemmes av innholdet av fyllstoffer og myknere, samt graden av vulkanisering. Gummi motstår slitasje godt, isolerer varme og lyd godt. De er gode diamagneter og dielektrika. Det er gummier med olje, bensin, vann, damp, varmebestandighet, samt motstand mot aggressive medier og tretthet (reduserte mekaniske egenskaper).

5. Påføring av polymerer

Polymerer brukes i alle sfærer av menneskelivet:

Den aktive bruken av polymerer i jordbruk tillater ikke å miste høsten på grunn av været, men å øke den med omtrent 30%. For eksempel drivhus.

I idretter, hvor det tradisjonelt er vanlig å spille på gress (fotball, tennis, krokket), er polymerer uunnværlige, de brukes til å produsere kunstgress.

Imidlertid er hovedforbrukeren av nesten alle materialer produsert i vårt land, inkludert polymerer, industrien. Bruken av polymermaterialer i maskinteknikk vokser i en hastighet som ikke har noen presedens i hele menneskets historie. For eksempel, i 1976 1. forbrukte maskinteknikken i landet vårt 800 000 tonn plast, og i 1960 - bare 116 000 tonn. Det er interessant å merke seg at selv for ti år siden ble 37-38% av alt produsert i vårt land sendt til maskinteknikk plast, og i 1980 sank andelen maskinteknikk i bruken av plast til 28%. Og poenget her er ikke at behovet kan avta, men at andre næringer Nasjonal økonomi begynte å bruke polymermaterialer i landbruk, konstruksjon, lys og Mat industri enda mer intenst.

Liste over brukt litteratur

1. Materialvitenskap: Lærebok for universiteter / B.N. Arzamasov, V.I. Makarova, G.G. Mukhin og andre; Under totalt. Ed. B.N. Arzamasova, G.G. Mukhina. - 7. utgave, Stereotypi. - M .: Forlag av MSTU im. N.E. Bauman, 2005 .-- 648 s .: ill.

2. Gorchakov G.I., Bazhenov Yu.M. Byggematerialer / G.I. Poller V.I. "Kjemi på vei til det tredje årtusen". - 1979. Ratinov AM, Ivanov DP "Kjemi i konstruksjon". Katalog.

3. Sovjetiske Vasyutin D.O. "Polymerer".

4. Encyclopedic Dictionary.

5.http: //www.e-reading-lib.org/chapter.php/99301/51/Buslaeva_-_Materialovedenie._Shpargalka.html

6.http: //museion.ru/1.5/rezina.html

7. Gratis Wikipedia Encyclopedia.

Skrevet på Allbest.ru

...

Lignende dokumenter

Klassifisering, struktur av polymerer, deres anvendelse i ulike bransjer industrien og i hverdagen. Reaksjonen for dannelse av en polymer fra en monomer er polymerisering. Formel for å oppnå polypropylen. Polykondensasjonsreaksjon. Får stivelse eller cellulose.

leksjonsutvikling, lagt til 22.03.2012


Funksjoner ved strukturen og egenskaper. Klassifisering av polymerer. Egenskaper til polymerer. Produksjon av polymerer. Bruk av polymerer. Film. Landvinning. Konstruksjon. Syntetiske gresstepper. Maskinteknikk. Industri.

sammendrag, lagt til 08.11.2002


Historien om utviklingen av polymervitenskap - høymolekylære forbindelser, stoffer med høy molekylvekt. Klassifisering og egenskaper av organiske plastmaterialer. Eksempler på bruk av polymerer i medisin, landbruk, maskinteknikk og hverdagsliv.

presentasjon lagt til 12.09.2013


Funksjoner ved kjemiske reaksjoner i polymerer. Nedbrytning av polymerer ved varme og kjemiske miljøer... Kjemiske reaksjoner ved eksponering for lys og ioniserende stråling. Dannelse av nettverksstrukturer i polymerer. Reaksjoner av polymerer med oksygen og ozon.

test, lagt til 03.08.2015


Formel og beskrivelse av polyacitelen, dens plass i klassifiseringen av polymerer. Struktur, fysisk og Kjemiske egenskaper polyacitelen. Fremgangsmåte for å oppnå polyacetylen ved polymerisasjon av acetylen eller ved polymeranaloge transformasjoner fra mettede polymerer.

sammendrag lagt til 04.05.2014


Fysiske og fasetilstander og overganger. Termodynamikk av svært elastisk deformasjon. Avslapping og mekaniske egenskaper krystallinske polymerer. Teorier om deres ødeleggelse og holdbarhet. Glassovergang, reologi av polymersmelter og løsninger.

test, lagt til 03.08.2015


generelle egenskaper moderne trender utvikling av kompositter basert på polymerer. Essensen og betydningen av polymerforsterkning. Egenskaper for å oppnå og egenskapene til polymerkomposittmaterialer. Analyse av fysisk-kjemiske aspekter ved polymerherding.

sammendrag lagt til 27.05.2010


Karakterisering og klassifisering av polymerer. Opprinnelsen til plastindustrien, polystyren produksjonsteknologi. Fysiske og kjemiske egenskaper. Supramolekylær struktur, konformasjon, konfigurasjon. Herdemetoder. Industrielle applikasjoner.

abstrakt, lagt til 30.12.2008


Den molekylære strukturen til et polymerstoff (kjemisk struktur), dvs. dets sammensetning og måten atomer er sammenføyd i et molekyl. Begrensende tilfelle av bestilling av krystallinske polymerer. Layout av krystallografiske akser i en polyetylenkrystall.

test, lagt til 09/02/2014


Styrkeegenskaper til polymerer. Verdiene for hardhetsmålinger, deres anvendelse for å optimalisere innholdet i mykneren, typen fyllstoff, prosessforhold. Temperaturavhengighet av hardheten til polyamid. Termisk ledningsevne av polymetylmetakrylat.

Polymer materialer(plast, plast) er som regel herdede komposittsammensetninger, hvor polymerer, oligomerer tjener som bindemiddel. De fikk det utbredte navnet "plast" (som ikke er helt korrekt) fordi de er i plastisk (flytende) tilstand når de blir bearbeidet til produkter. Derfor er vitenskapelig funderte navn "polymermaterialer", " komposittmaterialer basert på polymerer ".

Polymerer (fra gresk poly - mye, mers - deler) er kjemiske forbindelser med høy molekylvekt, hvis molekyler består av et stort antall repeterende elementære enheter med samme struktur. Slike molekyler kalles makromolekyler. Avhengig av arrangementet av atomer og atomgrupper (elementære lenker) i dem, kan de ha en lineær (kjedelignende), forgrenet, retikulær og romlig (tredimensjonal) struktur, som bestemmer deres fysisk-mekaniske og kjemiske egenskaper. Dannelsen av disse molekylene er mulig på grunn av det faktum at karbonatomer er lett og fast forbundet med hverandre og til mange andre atomer.

Det er også formopolymerer (prepolymerer, prepolymerer), som er forbindelser som inneholder funksjonelle grupper og som er i stand til å delta i veksten eller tverrbindingsreaksjonene til polymerkjeden med dannelse av høymolekylære lineære og nettverkspolymerer. For det første er dette også flytende polyolprodukter med et overskudd av polyisocyanater eller andre forbindelser ved produksjon av produkter fra polyuretaner.

Etter opprinnelse kan polymerer være naturlige, kunstige og syntetiske.

Naturlige polymerer er hovedsakelig biopolymerer - proteinstoffer, stivelse, naturlige harpikser (furukolofonium), cellulose, naturgummi, bitumen, etc. Mange av dem dannes i prosessen med biosyntese i cellene til levende organismer og planteorganismer. Men i industrien brukes i de fleste tilfeller kunstige og syntetiske polymerer.

De viktigste råvarene for produksjon av polymerer er biprodukter av kull og oljeindustrien, gjødselproduksjon, naturgass, cellulose og andre stoffer. Dannelsen av slike makromolekyler og av polymeren som helhet er forårsaket av effekten på den opprinnelige substansen (monomeren) av en strøm av lysstråler, elektriske utladninger høyfrekvente strømmer, oppvarming, trykk, etc.

Avhengig av metoden for å oppnå polymerer, kan de deles inn i polymerisasjon, polykondensasjon og modifiserte naturlige polymerer. Prosessen med å skaffe polymerer ved seriell tilkobling monomerenheter til hverandre som et resultat av åpning av flere (umettede) bindinger kalles en polymerisasjonsreaksjon. Under denne reaksjonen kan et stoff endre seg fra en gassformig eller flytende tilstand til en veldig tykk flytende eller fast tilstand. I dette tilfellet er reaksjonen ikke ledsaget av separasjon av eventuelle lavmolekylære biprodukter. Både monomer og polymer er preget av samme elementære sammensetning. Polymerisasjonsreaksjonen produserer polyetylen fra etylen, polypropylen fra propylen, polyisobutylen fra isobutylen og mange andre polymerer.

Under polykondensasjonsreaksjonen omorganiseres atomene til to eller flere monomerer og lavmolekylære biprodukter (for eksempel vann, alkoholer eller andre lavmolekylære stoffer) frigjøres fra reaksjonssfæren. Polykondensasjonsreaksjonen produserer polyamider, polyestere, epoksy, fenol-formaldehyd, organosilisium og andre syntetiske polymerer, også kalt harpikser.

Avhengig av holdningen til oppvarming og løsemidler, er polymerer, som materialer basert på dem, delt inn i termoplastiske og termoherdende.

Termoplastiske polymerer (termoplaster), når de behandles til produkter, kan gjentatte ganger gå fra en fast aggregeringstilstand til en viskøs-flytende tilstand (smelte), og stivne på nytt ved avkjøling. Det gjør de vanligvis ikke høy temperatur overgang til en viskøs-flytende tilstand, er godt bearbeidet ved sprøytestøping, ekstrudering og pressing. Dannelsen av produkter fra dem er en fysisk prosess, som består i størkning av et flytende eller myknet materiale når det avkjøles og ingen kjemiske endringer skjer. Det meste av termoplastene er også løselige i egnede løsemidler. Termoplastiske polymerer har lineære eller svakt forgrenede makromolekyler. Disse inkluderer visse typer polyetylen, polyvinylklorid, fluorplast, polyuretaner, bitumen, etc.

Termoherdende (termoherdende) plast inkluderer polymerer, hvis bearbeiding til produkter er ledsaget av en kjemisk reaksjon av dannelsen av en retikulert eller tredimensjonal polymer (herding, tverrbinding av kjeder) og overgangen fra flytende tilstand til fast stoff oppstår irreversibelt. Deres herdede tilstand er termisk stabil, og de mister evnen til å gå over til en viskøs-flytende tilstand (for eksempel fenol, polyester, epoksypolymerer, etc.).

Klassifisering og egenskaper av polymere materialer

Polymere materialer, avhengig av sammensetningen eller antall komponenter, er delt inn i ufylte, representert av bare ett bindemiddel (polymer) - organisk glass, i de fleste tilfeller en polyetylenfilm; fylt, som kan inkludere fyllstoffer, myknere, stabilisatorer, herdere, pigmenter - glassfiber, tekstolitt, linoleum og gassfylt (skum og celleplast) - ekspandert polystyren, polyuretanskum, etc. for å oppnå det nødvendige settet med egenskaper.

Avhengig av den fysiske tilstanden ved normal temperatur og viskoelastiske egenskaper, er polymermaterialer stive, halvstive, myke og elastiske.

Stive er harde, elastiske materialer med amorf struktur, med en elastisitetsmodul på mer enn 1000 MPa. De brytes sprø med ubetydelig forlengelse ved brudd. Disse inkluderer fenoplaster, aminoplaster, plast basert på glyftalsyre og andre polymerer.

Tettheten av polymere materialer er oftest i området 900.1800 kg / m3, dvs. de er 2 ganger lettere enn aluminium og 5,6 ganger lettere enn stål. Samtidig kan tettheten til porøse polymermaterialer (skumplast) være 30..15 kg / m3, og tett - overstige 2000 kg / m3.

Trykkfastheten til polymermaterialer er i de fleste tilfeller overlegen mange konvensjonelle Bygningsmaterialer(betong, murstein, tre) og er ca. 70 MPa for ufylte polymerer, mer enn 200 MPa for armert plast, 100.150 MPa for materialer med pulverfyllstoff, og 276.414 MPa og mer for glassfibermaterialer.

Den termiske ledningsevnen til slike materialer avhenger av deres porøsitet og produksjonsteknologi. For skum og porøs plast er det 0.03.0.04 W / m-K, for resten - 0.2.0.7 W / mK, eller 500.600 ganger lavere enn for metaller.

Ulempen med mange polymere materialer er deres lave varmebestandighet. For eksempel har de fleste av dem (basert på polystyren, polyvinylklorid, polyetylen og andre polymerer) en varmebestandighet på 60,80 ° C. På grunnlag av fenol-formaldehyd-harpikser kan varmebestandigheten nå 200 ° C, og bare på organosilisiumpolymerer - 350 ° C.

Som hydrokarbonforbindelser er mange polymere materialer brennbare eller har lav brannmotstand. Produkter basert på polyetylen, polystyren, cellulosederivater er brennbare og brennbare med rikelig sotutslipp. Produkter basert på polyvinylklorid, polyesterfiberglass, fenolplast, som kun karboniserer ved høye temperaturer, er neppe brennbare. Ikke-brennbare er polymere materialer med høyt innhold av klor, fluor eller silisium.

Mange polymere materialer avgir helsefarlige stoffer når de behandles, brennes og til og med varmes opp, som f.eks. karbonmonoksid, fenol, formaldehyd, fosgen, saltsyre, etc. Deres betydelige ulemper er deres høye varmeutvidelseskoeffisient - fra 2 til 10 ganger høyere enn stål.

Polymermaterialer er preget av krymping under herding, og når 5,8%. De fleste av dem har en lav elastisitetsmodul, mye lavere enn for metaller. De viser høy kryp under langvarig belastning. Med økende temperatur øker krypet enda mer, noe som fører til uønskede deformasjoner.

Forfatteren av denne artikkelen, akademiker Viktor Aleksandrovich Kabanov, er en fremragende vitenskapsmann innen kjemi av makromolekylære forbindelser, en student og etterfølger av akademiker V.A. Kargin, en av verdens ledere innen vitenskapen om polymerer, grunnleggeren av en stor vitenskapelig skole, forfatteren av et stort antall verk, bøker og læremidler.

Polymerer (fra de greske polymerene - bestående av mange deler, forskjellige) er kjemiske forbindelser med høy molekylvekt (fra flere tusen til mange millioner), hvis molekyler (makromolekyler) består av et stort antall repeterende grupper (monomerenheter) . Atomene som utgjør makromolekyler er koblet til hverandre av kreftene til hoved- og (eller) koordinasjonsvalenser.

Klassifisering av polymerer

Etter opprinnelse er polymerer delt inn i naturlige (biopolymerer), som proteiner, nukleinsyrer, naturlige harpikser og syntetiske, som polyetylen, polypropylen, fenol-formaldehyd-harpikser.

Atomer eller atomgrupper kan være lokalisert i et makromolekyl i formen:

• åpen kjede eller utvidet i en linjesekvens av sykluser (lineære polymerer, for eksempel naturgummi);
• forgrenede kjeder (forgrenede polymerer som amylopektin);
• 3D-masker (tverrbundne polymerer som herdet epoksy).

Polymerer hvis molekyler består av de samme monomerenhetene kalles homopolymerer, for eksempel polyvinylklorid, polykaproamid, cellulose.

Makromolekyler med samme kjemiske sammensetning kan bygges fra enheter med forskjellig romlig konfigurasjon. Hvis makromolekyler består av de samme stereoisomerene eller av forskjellige stereoisomerer som veksler i kjeden med en viss periodisitet, kalles polymerene stereoregulære (se Stereoregulære polymerer).

Hva er kopolymerer
Polymerer hvis makromolekyler inneholder flere typer monomerenheter kalles kopolymerer. Kopolymerer der enhetene av hver type danner ganske lange kontinuerlige sekvenser, som erstatter hverandre i makromolekylet, kalles blokkkopolymerer. En eller flere kjeder av en annen struktur kan festes til de interne (ikke-terminale) leddene til et makromolekyl med en kjemisk struktur. Slike kopolymerer kalles podekopolymerer (se også kopolymerer).

Polymerer der hver eller noen av stereoisomerene til en enhet danner tilstrekkelig lange kontinuerlige sekvenser, som erstatter hverandre innenfor samme makromolekyl, kalles stereoblokkkopolymerer.

Heterokjede- og homokjedepolymerer

Avhengig av sammensetningen av hovedkjeden (hoved)kjeden er polymerer delt inn i: heterokjede, hvis hovedkjede inneholder atomer av forskjellige elementer, oftest karbon, nitrogen, silisium, fosfor og homokjede, hvis hovedkjeder er bygget opp. av de samme atomene. Av homokjedepolymerene er de vanligste karbokjedepolymerene, hvor hovedkjedene kun består av karbonatomer, for eksempel polyetylen, polymetylmetakrylat og polytetrafluoretylen. Eksempler på heterokjedepolymerer. - polyestere (polyetylentereftalat, polykarbonater, etc.), polyamider, urea-formaldehydharpikser, proteiner, noen organosilisiumpolymerer. polymerer hvis makromolekyler, sammen med hydrokarbongrupper, inneholder atomer av uorganiske elementer, kalles organoelement (se. Organoelement polymerer). En egen gruppe polymerer. danner uorganiske polymerer, som plastsvovel, polyfosfonitrilklorid (se. Uorganiske polymerer).

Egenskaper og viktigste egenskaper ved polymerer

Lineære polymerer har et spesifikt kompleks og. Den viktigste av disse egenskapene: evnen til å danne høystyrke anisotrope høyt orienterte fibre og filmer; evnen til store, langsiktige reversible deformasjoner; evnen til å svelle i en svært elastisk tilstand før oppløsning; høy viskositet av løsninger (se. Polymerløsninger, Hevelse). Dette settet med egenskaper skyldes den høye molekylvekten, kjedestrukturen og fleksibiliteten til makromolekyler. Med overgangen fra lineære kjeder til forgrenede, sparsomme tredimensjonale rutenett og til slutt til tette retikulerte strukturer, blir dette komplekset av egenskaper mindre og mindre uttalt. Sterkt tverrbundne polymerer er uløselige, usmeltbare og ute av stand til svært elastisk deformasjon.

Polymerer kan eksistere i krystallinske og amorfe tilstander. En nødvendig betingelse for krystallisering er regelmessigheten til tilstrekkelig lange deler av makromolekylet. I krystallinske polymerer. fremveksten av forskjellige supramolekylære strukturer (fibriller, sfærulitter, enkeltkrystaller, etc.) er mulig, hvis type i stor grad bestemmer egenskapene til polymermaterialet. Supramolekylære strukturer i ukrystalliserte (amorfe) polymerer er mindre uttalt enn i krystallinske.

Ukrystalliserte polymerer kan være i tre fysiske tilstander: glassaktig, svært elastisk og viskøs. polymerer med lav (under rom) temperatur for overgang fra en glassaktig til en svært elastisk tilstand kalles elastomerer, med høy temperatur - plast. Avhengig av kjemisk sammensetning, struktur og gjensidig disposisjon makromolekylegenskaper til polymerer. kan variere over et veldig bredt spekter. Så, 1,4-cis-polybutadien, bygget av fleksible hydrokarbonkjeder, ved en temperatur på omtrent 20 grader C er et elastisk materiale, som ved en temperatur på 60 grader C blir til en glassaktig tilstand; polymetylmetakrylat, bygget av mer stive kjeder, ved en temperatur på omtrent 20 ° C er et solid glassaktig produkt, som blir til en svært elastisk tilstand bare ved 100 ° C.

Cellulose, en polymer med svært stive kjeder forbundet med intermolekylære hydrogenbindinger, kan ikke eksistere i det hele tatt i en svært elastisk tilstand opp til nedbrytningstemperaturen. Store forskjeller i egenskapene til P. kan observeres selv om forskjellene i strukturen til makromolekyler ved første øyekast er små. Således er stereoregulær polystyren et krystallinsk stoff med et smeltepunkt på omtrent 235 ° C, og ikke-stereoregulært (ataktisk) polystyren er generelt ikke i stand til å krystallisere og mykner ved en temperatur på omtrent 80 ° C.

Polymerer kan inngå i følgende hovedtyper av reaksjoner: dannelse av kjemiske bindinger mellom makromolekyler (såkalt tverrbinding), for eksempel under vulkanisering av gummi, garving av lær; desintegrasjon av makromolekyler til separate, kortere fragmenter (se. Ødeleggelse av polymerer); reaksjoner av sidefunksjonelle grupper av polymerer. med lavmolekylære stoffer som ikke påvirker hovedkjeden (såkalte polymeranaloge transformasjoner); intramolekylære reaksjoner som oppstår mellom funksjonelle grupper av ett makromolekyl, for eksempel intramolekylær cyklisering. Tverrbinding skjer ofte samtidig med ødeleggelse. Et eksempel på polymeranaloge transformasjoner er forsåpning av polyvinylacetat, som fører til dannelse av polyvinylalkohol.

Polymer reaksjonshastighet. med lavmolekylære stoffer er ofte begrenset av diffusjonshastigheten av sistnevnte inn i polymerfasen. Dette er mest tydelig når det gjelder tverrbundne polymerer. Hastigheten for interaksjon av makromolekyler med stoffer med lav molekylvekt avhenger ofte betydelig av naturen og plasseringen av naboenheter i forhold til den reagerende enhet. Det samme gjelder intramolekylære reaksjoner mellom funksjonelle grupper som tilhører samme kjede.

Noen egenskaper til polymerer, for eksempel løselighet, viskøs flyt, stabilitet, er svært følsomme for virkningen av små mengder urenheter eller tilsetningsstoffer som reagerer med makromolekyler. Så for å konvertere lineære polymerer fra løselige til fullstendig uløselige, er det nok å danne 1-2 tverrbindinger per makromolekyl.

De viktigste egenskapene til polymerer er kjemisk sammensetning, molekylvekt og molekylvektfordeling, graden av forgrening og fleksibilitet av makromolekyler, stereoregularitet, etc. Polymers egenskaper. vesentlig avhengig av disse egenskapene.

Får polymerer

Naturlige polymerer dannes under biosyntese i cellene til levende organismer. Ved hjelp av utvinning, fraksjonert nedbør og andre metoder kan de isoleres fra plante- og dyreråvarer. Syntetiske polymerer produseres ved polymerisering og polykondensasjon. Karbokjedepolymerer syntetiseres vanligvis ved å polymerisere monomerer med en eller flere multiple karbon-karbonbindinger eller monomerer som inneholder ustabile karbosykliske grupper (for eksempel fra cyklopropan og dets derivater). Heterokjedepolymerer oppnås ved polykondensasjon, så vel som ved polymerisering av monomerer som inneholder flere karbonelementbindinger (for eksempel C = O, C º N, N = C = O) eller skjøre heterosykliske grupper (for eksempel i olefinoksider, laktamer).

Påføring av polymerer

Takk til mekanisk styrke, elastisitet, elektrisk isolasjon og andre verdifulle egenskaper, polymerprodukter brukes i ulike bransjer og i hverdagen. Hovedtypene av polymermaterialer er plast, gummi, fibre (se Tekstilfibre, Kjemiske fibre), lakk, maling, lim, ionebytterharpiks. Verdien av biopolymerer bestemmes av det faktum at de danner grunnlaget for alle levende organismer og deltar i nesten alle vitale prosesser.

Historisk referanse. Begrepet "polymer" ble introdusert i vitenskapen av I. Berzelius i 1833 for å betegne en spesiell type isomerisme, der stoffer (polymerer) med samme sammensetning har forskjellige molekylvekter, for eksempel etylen og butylen, oksygen og ozon. Dermed samsvarte ikke innholdet i begrepet med moderne konsepter av polymerer. "Ekte" syntetiske polymerer var ennå ikke kjent på den tiden.

En rekke polymerer ble tilsynelatende oppnådd allerede i første halvdel av 1800-tallet. Imidlertid prøvde kjemikere vanligvis å undertrykke polymerisasjon og polykondensasjon, noe som førte til "harpiksdannelse" av produktene fra de viktigste kjemisk reaksjon, dvs. faktisk til dannelsen av en polymer. (Inntil nå ble polymerer ofte referert til som "harpikser"). De første omtalene av syntetiske polymerer dateres tilbake til 1838 (polyvinylidenklorid) og 1839 (polystyren).

Kjemien til polymerer oppsto bare i forbindelse med opprettelsen av teorien om kjemisk struktur av A.M. Butlerov (tidlig på 1860-tallet). A.M.Butlerov studerte forholdet mellom strukturen og den relative stabiliteten til molekyler, som manifesterer seg i polymerisasjonsreaksjoner. Videre utvikling (til slutten av 1920-tallet) mottok vitenskapen om polymerer hovedsakelig på grunn av det intensive søket etter metoder for gummisyntese, der de ledende forskerne i mange land (G. Bouchard, W. Tilden, den tyske vitenskapsmannen K. Harries , IL Kondakov, SV Lebedev og andre). På 30-tallet. eksistensen av frie radikaler (G. Staudinger og andre) og ioniske (amerikanske forskeren F. Whitmore og andre) mekanismer for polymerisering ble bevist. Arbeidene til W. Carothers spilte en viktig rolle i utviklingen av konseptet polykondensasjon.

Siden begynnelsen av 20-tallet. Det 20. århundre teoretiske konsepter for strukturen til polymerer er også under utvikling. Først ble det antatt at biopolymerer som cellulose, stivelse, gummi, proteiner, samt noen syntetiske polymerer med lignende egenskaper (for eksempel polyisopren), består av små molekyler som har en uvanlig evne til å assosieres i løsning til kolloidale komplekser på grunn av ikke-kovalente forbindelser (teori om "små blokker"). G. Staudinger var forfatteren av et fundamentalt nytt konsept av polymerer som stoffer bestående av makromolekyler, partikler med uvanlig stor molekylvekt. Seieren til ideene til denne forskeren (ved begynnelsen av 40-tallet av det 20. århundre) tvang til å betrakte polymerer som et kvalitativt nytt objekt for forskning innen kjemi og fysikk.

Litteratur .: Encyclopedia of Polymers, vol. 1-2, M., 1972-74; Strepikheev AA, Derevitskaya VA, Slonimsky GL, Fundamentals of chemistry of macromolecular compounds, 2nd ed., [M., 1967]; IP Losev, EB Trostyanskaya, Chemistry of syntetiske polymerer, 2. utgave, M., 1964; V. Korshak, Vanlige metoder syntese av høymolekylære forbindelser, M., 1953; Kargin V.A., Slonimsky G.L., Korte essays om fysikk og kjemi av polymerer, 2. utgave, M., 1967; Oudian J., Fundamentals of Polymer Chemistry, trans. fra engelsk., M., 1974; Tager A.A., Physico-chemistry of polymers, 2. utgave, M., 1968; Tenford Ch., Physical chemistry of polymers, trans. fra engelsk, M., 1965.

V. A. Kabanov. Kilde www.rubricon.ru

Introduksjon
1. Funksjoner av polymerer
2. Klassifisering
3. Typer polymerer
4. Søknad
5. Vitenskap om polymerer
Konklusjon
Liste over kilder som er brukt

Introduksjon

Kjeder av polypropylenmolekyler.

Polymerer(gresk πολύ- - mye; μέρος - del) - uorganisk og organisk, amorf og krystallinske stoffer oppnådd ved gjentatt repetisjon ulike grupper atomer kalt "monomerenheter" koblet til lange makromolekyler med kjemiske eller koordinasjonsbindinger. En polymer er en forbindelse med høy molekylvekt: antall monomerenheter i polymeren (polymerisasjonsgrad) må være stort nok. I mange tilfeller kan antall enheter anses som tilstrekkelig til å klassifisere et molekyl som en polymer dersom tilsetningen av neste monomerenhet ikke endrer de molekylære egenskapene. Som regel er polymerer stoffer med molekylvekter fra flere tusen til flere millioner.

Hvis forbindelsen mellom makromolekyler utføres ved bruk av svake van der Waals-krefter, kalles de termoplast, hvis ved hjelp av kjemiske bindinger - herdeplast. Lineære polymerer inkluderer for eksempel cellulose, forgrenede polymerer, for eksempel amylopektin, det er polymerer med komplekse tredimensjonale strukturer.

I strukturen til polymeren kan en monomer enhet skilles ut - et repeterende strukturelt fragment som inneholder flere atomer. Polymerer består av et stort antall repeterende grupper (enheter) med samme struktur, for eksempel polyvinylklorid (-CH2-CHCl-) n, naturgummi osv. Høymolekylære forbindelser, hvis molekyler inneholder flere typer repeterende grupper, kalles kopolymerer eller heteropolymerer.

En polymer dannes av monomerer ved polymerisering eller polykondensasjonsreaksjoner. Polymerer inkluderer mange naturlige forbindelser: proteiner, nukleinsyrer, polysakkarider, gummi og andre organiske stoffer. I de fleste tilfeller refererer konseptet til organiske forbindelser, men det er mange uorganiske polymerer. Et stort antall polymerer oppnås syntetisk på grunnlag av de enkleste forbindelsene av elementer av naturlig opprinnelse ved hjelp av polymerisasjonsreaksjoner, polykondensasjon og kjemiske transformasjoner. Polymernavn er avledet fra navnet på monomeren med prefikset poly-: polyetylen, polypropylen, polyvinylacetat, etc.

1. Funksjoner av polymerer

Spesielle mekaniske egenskaper:

elastisitet- evnen til høye reversible deformasjoner ved en relativt lav belastning (gummi);

lav skjørhet av glassaktige og krystallinske polymerer (plast, organisk glass);

evnen til makromolekyler til å orientere seg under påvirkning av et rettet mekanisk felt (brukt til fremstilling av fibre og filmer).

Funksjoner av polymerløsninger:

høy løsningsviskositet ved lav polymerkonsentrasjon;

oppløsning av polymeren skjer gjennom svellingsstadiet.

Spesielle kjemiske egenskaper:

evnen til å dramatisk endre dens fysiske og mekaniske egenskaper under påvirkning av små mengder av et reagens (vulkanisering av gummi, garving av skinn, etc.).

De spesielle egenskapene til polymerer forklares ikke bare av deres høye molekylvekt, men også av det faktum at makromolekyler har en kjedestruktur og er fleksible.

2. Klassifisering

Av kjemisk oppbygning alle polymerer er delt inn i organisk, organoelement, uorganisk.

Organiske polymerer.

Organoelementære polymerer. De inneholder uorganiske atomer (Si, Ti, Al) i hovedkjeden av organiske radikaler, kombinert med organiske radikaler. De finnes ikke i naturen. Kunstig oppnådd representative - organosilisiumforbindelser.

Det skal bemerkes at i tekniske materialer brukes kombinasjoner ofte ulike grupper polymerer. Dette er komposittmaterialer (for eksempel glassfiber).

I henhold til formen på makromolekyler er polymerer delt inn i lineære, forgrenede (et spesialtilfelle - stjerneformet), bånd, flate, kamlignende, polymernetting etc.

Polymerer er klassifisert etter polaritet (som påvirker løseligheten i ulike væsker). Polariteten til polymerenheter bestemmes av tilstedeværelsen av dipoler i deres sammensetning - molekyler med en ukoblet fordeling av positive og negative ladninger. I ikke-polare lenker blir dipolmomentene til atombindingene gjensidig kompensert. Polymerer hvis enheter har betydelig polaritet kalles hydrofile eller polare. Polymerer med ikke-polare enheter - ikke-polare, hydrofobe. Polymerer som inneholder både polare og ikke-polare enheter kalles amfifile. Homopolymerer, som hver enhet inneholder både polare og ikke-polare store grupper, foreslås kalt amfifile homopolymerer.

Med hensyn til oppvarming klassifiseres polymerer som termoplastiske og herdeplastiske. Termoplastiske polymerer (polyetylen, polypropylen, polystyren) mykner når de varmes opp, smelter jevnt og stivner når de avkjøles. Denne prosessen er reversibel. Ved oppvarming gjennomgår herdeplaster irreversibel kjemisk ødeleggelse uten å smelte. Molekyler av varmeherdende polymerer har en ikke-lineær struktur oppnådd ved tverrbinding (for eksempel vulkanisering) av kjedepolymermolekyler. De elastiske egenskapene til termoherdende polymerer er høyere enn termoplastiske, men termoherdende polymerer har praktisk talt ikke flytbarhet, som et resultat av at de har mer lav spenningødeleggelse.

Naturlige organiske polymerer dannes i plante- og dyreorganismer. De viktigste av dem er polysakkarider, proteiner og nukleinsyrer, som kroppene til planter og dyr i stor grad er sammensatt av og som sørger for selve livet på jorden. Det antas at det avgjørende stadiet i opprinnelsen til livet på jorden var dannelsen av enklere organiske molekyler med mer kompleks - høy molekylvekt (se Kjemisk evolusjon).

3. Typer polymerer

Syntetiske polymerer. Kunstige polymermaterialer

En person har lenge brukt naturlige polymermaterialer i livet sitt. Disse er lær, pelsverk, ull, silke, bomull, etc., brukt til fremstilling av klær, forskjellige bindemidler (sement, kalk, leire), som ved passende bearbeiding danner tredimensjonale polymerlegemer, som er mye brukt som byggematerialer. Den industrielle produksjonen av kjedepolymerer startet imidlertid på begynnelsen av 1900-tallet, selv om forutsetningene for dette dukket opp tidligere.

Nesten umiddelbart utviklet den industrielle produksjonen av polymerer seg i to retninger - gjennom bearbeiding av naturlige organiske polymerer til kunstige polymere materialer og gjennom produksjon av syntetiske polymerer fra organiske lavmolekylære forbindelser.

I det første tilfellet er storskalaproduksjon basert på cellulose. Det første polymermaterialet fra fysisk modifisert cellulose - celluloid - ble oppnådd på begynnelsen av 1900-tallet. Storskala produksjon av celluloseetere og estere ble etablert før og etter andre verdenskrig og fortsetter til i dag. Filmer, fibre, maling og lakk og fortykningsmidler. Det skal bemerkes at utviklingen av kino og fotografering ble mulig bare takket være fremveksten av gjennomsiktig film fra nitrocellulose.

Produksjonen av syntetiske polymerer startet i 1906, da L. Bakeland tok patent på den såkalte bakelittharpiksen – et kondensasjonsprodukt av fenol og formaldehyd, som blir til en tredimensjonal polymer ved oppvarming. I flere tiår har det blitt brukt til produksjon av etuier til elektriske apparater, batterier, fjernsyn, stikkontakter, etc., og nå brukes det oftere som bindemiddel og lim.

Takket være innsatsen til Henry Ford, før første verdenskrig, begynte den raske utviklingen av bilindustrien, først på grunnlag av naturlig, deretter også syntetisk gummi. Produksjonen av sistnevnte ble mestret på tampen av andre verdenskrig i Sovjetunionen, England, Tyskland og USA. I de samme årene ble det mestret industriell produksjon av polystyren og polyvinylklorid, som er utmerkede elektriske isolasjonsmaterialer, samt polymetylmetakrylat - uten organisk glass kalt "plexiglass" ville masseflykonstruksjon i krigsårene vært umulig.

Etter krigen ble produksjonen av polyamidfibre og -stoffer (nylon, nylon), som hadde startet før krigen, gjenopptatt. På 50-tallet. XX århundre polyesterfiber ble utviklet og produksjonen av stoffer basert på den ble mestret under navnet lavsan eller polyetylentereftalat. Polypropylen og nitron - polyakrylnitril syntetisk ull - avrunder listen syntetiske fibre som bruker moderne mann for klær og industrivirksomhet. I det første tilfellet er disse fibrene veldig ofte kombinert med naturlige fibre fra cellulose eller protein (bomull, ull, silke). En epokehendelse i polymerverdenen var oppdagelsen på midten av 50-tallet av 1900-tallet og den raske industrielle utviklingen av Ziegler-Natta-katalysatorer, som førte til fremkomsten av polymermaterialer basert på polyolefiner og fremfor alt polypropylen og lav -trykk polyetylen (før det, produksjon av polyetylen ved et trykk på ca. 1000 atm.), samt stereoregulære polymerer som er i stand til å krystallisere. Deretter ble polyuretaner introdusert i masseproduksjon - de vanligste tetningsmidlene, lim og porøse myke materialer(skumgummi), samt polysiloksaner - element-organiske polymerer med høyere termisk stabilitet og elastisitet sammenlignet med organiske polymerer.

Listen er lukket av de såkalte unike polymerene som ble syntetisert på 60-70-tallet. XX århundre Disse inkluderer aromatiske polyamider, polyimider, polyestere, polyesterketoner, etc.; uunnværlig egenskap av disse polymerene er tilstedeværelsen av aromatiske ringer og (eller) aromatiske kondenserte strukturer. De er preget av en kombinasjon av enestående styrke- og varmebestandighetsverdier.

Ildfaste polymerer

Mange polymerer som polyuretaner, polyester og epoksyharpikser er utsatt for brennbarhet, noe som ofte er uakseptabelt når praktisk anvendelse... For å forhindre dette brukes forskjellige tilsetningsstoffer eller halogenerte polymerer. Halogenerte umettede polymerer syntetiseres ved å inkorporere klorerte eller bromerte monomerer i kondensasjonen, for eksempel heksak(HCEMTPA), dibromneopentylglykol eller tetrabromftalsyre. Den største ulempen med slike polymerer er at når de brenner, kan de frigjøre gasser som forårsaker korrosjon, noe som kan ha en skadelig effekt på nærliggende elektronikk. Med tanke på de høye kravene miljøsikkerhet, Spesiell oppmerksomhet gis til halogenfrie komponenter: fosforforbindelser og metallhydroksider.

Virkningen av aluminiumhydroksid er basert på det faktum at under høy temperatur eksponering frigjøres vann, noe som forhindrer forbrenning. For å oppnå effekten må du legge til store mengder aluminiumhydroksid: etter vekt 4 deler til en del umettede polyesterharpikser.

Ammoniumpyrofosfat fungerer etter et annet prinsipp: det forårsaker karbonisering, som sammen med det glassaktige laget av pyrofosfater isolerer plasten fra oksygen, og hemmer spredning av brann.

Et nytt lovende fyllstoff er lagdelte aluminosilikater, som produseres i Russland.

4. Søknad

På grunn av deres verdifulle egenskaper brukes polymerer i maskinteknikk, tekstilindustri, landbruk og medisin, bil- og skipsbygging, flykonstruksjon, i hverdagen (tekstiler og lærvarer, servise, lim og lakk, smykker og andre gjenstander). På grunnlag av høymolekylære forbindelser produseres gummier, fibre, plast, filmer og malingsbelegg. Alt vev fra levende organismer er forbindelser med høy molekylvekt.

5. Vitenskap om polymerer

Vitenskapen om polymerer begynte å utvikle seg som et uavhengig kunnskapsfelt ved begynnelsen av andre verdenskrig og ble dannet som en helhet på 50-tallet. XX århundre, da rollen til polymerer i utviklingen av teknisk fremgang og livet til biologiske objekter ble realisert. Det er nært knyttet til fysikk, fysisk, kolloidal og organisk kjemi og kan betraktes som et av de grunnleggende grunnlagene for moderne molekylærbiologi, hvis studieobjekt er biopolymerer.

Liste over kilder som er brukt

1. Encyclopedias of polymers, vol. 1 - 3, kap. utg. V.A. Kargin, M., 1972 - 77;
2. Makhlis FA, Fedyukin DL, Terminologisk referansebok om gummi, M., 1989;
3. Krivoshey V. N., Beholder laget av polymermaterialer, M., 1990;
4. Sheftel V.O., Skadelige stoffer in plastics, M., 1991;

Abstrakt om emnet "Polymerer" oppdatert: 18. januar 2018 av forfatteren: Vitenskapelige artikler.Ru