Полимеры классификация, виды и свойства, структура и строение, способы получения и применения, реакции, примеры высокомолекулярных соединений

Полимеры

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).

Например , полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:

…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-… или (-CH2CH2-)n

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например , пропилен (пропен) СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n.

Классификация полимеров

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.).

Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе.

Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука).

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH2-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Например , образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).

Например , образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.


Термореактивные полимеры
— пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Например , фенолформальдегидные смолы, полиуретан.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Например , полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Например , натуральный каучук.

Полимеризация и поликонденсация

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2CH2–)n

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например , схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Изображение с портала orgchem.ru

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

Метиловый эфир метакриловой кислоты

Термопластичный (t = 260-320 0 C)

Мономер: бутадиен-1,3 (дивинил)

Поликонденсация

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, обычно это вода.

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:

Мономер: Рибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).

Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:

…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-…или (-CH2CH2-)n

Читайте также:
Серебро химический элемент история открытия металла, электронная формула, обозначение в таблице Менделеева, физические и химические свойства, крупные месторождения серебра, способы применения

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например, пропилен (пропен) СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n.

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Что такое полимеры

Синтетические полимеры – это производные нефти. Большую часть из них получают за счет двух основных реакций – полимеризации и поликонденсации.

В реакцию полимеризации вступают вещества, которые имеют кратные связи мономеров. В итоге получают один продукт.

В реакцию поликонденсации вступают вещества, которые имеют в цепочке функциональные группы мономеров. При этом на выходе получают высокомолекулярный полимер и низкомолекулярное вещество (вода).

Полимеры являются не только искусственно созданными человеком веществами, но и природным строительным материалом для всего живого.

К ним относятся:

    сложные углеводы

– полимеры элементарных сахаров;

– полимер, находящийся в древесине;

– является полимером и содержится в волосах, ногтях и перьях птиц;

– полимер, скрепляющий панцири членистоногих;

производные нуклеиновой кислоты

Открытие полимеров

ХХ век вполне обоснованно можно назвать веком полимеров. Открытие их не было целенаправленным исследованием. Первоначально они были побочным продуктом в ходе различных экспериментов и химических реакций.

Химик Лео Бакеланд со временем обратил внимание на эти бесполезные материалы, и в ходе его экспериментальной работы была получена пластмасса — полимер, который при изменении температуры и давления может принимать различные формы. С момента изобретения бакелита (первоначальное название пластмассы) началась эра производства полимеров.

Во время Второй мировой войны для потребностей американской армии велись разработки синтетического каучука для производства резины. В ходе неудачных экспериментов так же был открыт новый полимер в виде мастики с повышенной упругостью. Это было время создания оргалитового стекла и смол на основе фенолформальдегида. В химии появилась отдельная отрасль – полимеры.

Литература

  • Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин, М., 1972—1977;
  • Тагер А. А., Физико-химия полимеров, М.: Научный мир, 2007 — 573с;
  • Махлис Ф. А., Федюкин Д. Л., Терминологический справочник по резине, М., 1989;
  • Кривошей В. Н., Тара из полимерных материалов, М.,1990;
  • Шефтель В. О., Вредные вещества в пластмассах, М.,1991;
  • Виноградова С. В., Васнев В. А. Поликонденсационные процессы и полимеры. : М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000, 372 с.
  • Коршак В. В., Виноградова С. В. Равновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1968, 440 с.
  • Коршак В. В., Виноградова С. В. Неравновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1972, 696 с.

Классификация полимеров

Полимеры имеют несколько классификаций.

В первую очередь их подразделяют по происхождению:

– каучук, белки, картофельный и кукурузный крахмал, древесная целлюлоза;

искусственные

синтетические

Далее по молекулярной массе. Она указывает, насколько однородна молекула в ее химическом составе. От количества повторений одного структурного звена мономеров их построения зависит процент ее реакции и полимеризации. Поэтому в классификации большую роль играют дополнительные свойства.

Классифицируются полимеры по различным признакам: составу, форме макромолекул, полярности, отношению к нагреву и т.д.

По составу основной цепи

гомополимеры — полимеры, построенные из одинаковых мономеров:

(целлюлоза, состоящая из остатков β-D-глюкозы);

— сополимеры — полимеры, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев:

(нуклеиновая кислота, гиалуроновая кислота, белки);

— блок-сополимеры, состоящие из нескольких полимерных блоков:

Сополимеры получаются в результате реакций сополимеризации.

По строению главной цепи

гомоцепные

–СН2–СН2–СН2

,
–SiН2–SiН2
гетероцепные

–СН2–О–СН2–О–

,
–Si (СН3)2–О–
Гомоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую из одинаковых атомов. Если она состоит из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными (полиэтилен, полистироли др.).

Гетероцепными называют такие полимеры, главная цепь которых состоит из различных атомов. К гетероцепным полимерам относятся простые эфиры, например, полиэтиленгликоль.

По регулярности строения цепи

— регулярные (стереорегулярные и стереонерегулярные) (присоединение мономерных звеньев по схеме «голова к хвосту» («головой» называется часть звена без заместителя, а «хвостом», соответственно, часть звена с заместителем);

Читайте также:
Типы кристаллических решёток таблица с примерами атомной, ионной

нерегулярные (беспорядочное чередование мономеров различного химического состава).

Однако в большинстве случаев присоединение звеньев идет по типу «голова к хвосту» и при таком строении полимерная цепь довольно регулярна.

По форме макромолекулы

линейные;

разветвленные;

пространственные (сшитые)

Линейные и разветвленные цепи полимеров можно превратить в пространственные структуры «сшиванием» с помощью света, радиации или под действием химических реагентов.

По химическому составу

По химическому составу полимеры подразделяются на органические, элементоорганические и неорганические.

Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений. Органические полимеры в главной цепи кроме атомов углерода, могут содержать также и другие элементы — кислород, азот, серу и т.д. Органическими полимерами являются смолы и каучуки.

Элементоорганические соединения в природе не встречаются. Этот класс материалов полностью создан искусственно.

Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами (СН3, С6Н5, СН2). Эти радикалы придают материалу, прочность и эластичность, а неорганические атомы сообщают повышенную теплостойкость. Представителями их являются кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры построены из атомов кремния, алюминия, германия, серы и др. и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические полимеры являются основой керамики, стекол, ситаллов, слюдяных, асбестовых, углеграфитовых и других материалов.

По отношению к нагреванию

термопластические;

термореактивные

При нагревании термопластических полимеров их свойства постепенно изменяются и при достижении определенной температуры они переходят в вязкотекучее состояние. При охлаждении жидких термопластических полимеров наблюдаются обратные явления. Химическая природа полимера при этом не изменяется, процесс плавления и процесс отвердевания обратим.

К термопластическим полимерам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид.

При нагревании термореактивных полимеров (реактопласты) они приобретают сетчатую структуру. Такие полимеры не восстанавливают свои свойства при нагревании и последующем охлаждении. Примером таких полимеров служат фенолформальдегидные смолы, мочевиноальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. Они содержат обычно различные наполнители.

По развитию деформации (при комнатных температурах)

пластомеры;

— эластомеры

Полимеры, которые легко деформируются при комнатной температуре, называют эластомерами, трудно деформируемые – пластомерами (пластиками).

По природе (происхождению)

— природные;

— искусственные;

— синтетические

Полимеры, встречающиеся в природе – органические вещества растительного (хлопок, шелк, натуральный каучук, целлюлоза и др.) и животного (кожа, шерсть и др.) происхождения, а также минеральные вещества (слюда, асбест, естественный графит, природный алмаз, кварц и др.).

Искусственные полимеры получают из природных полимеров путем их химической модификации. Одним из наиболее распространенных природных полимеров, который непрерывно регенерируется в процессе фотосинтеза, является целлюлоза.

Нитроцеллюлоза и ацетатцеллюлоза – продукты химической модификации целлюлозы – искусственные полимеры. Они растворимы в ацетоне, хлороформе и др. растворителях.

Эфиры целлюлозы используют для получения фотопленки и волокон.

Вискозная нить получается растворением природной целлюлозы в сероуглероде со щелочью с последующим ее выделением. Вискозная нить и целлюлоза природная имеют различную кристаллическую структуру, пластмасса целлулоид получается обработкой нитроцеллюлозы камфарой в присутствии спирта.

Синтетические полимеры получают из простых веществ путем химического синтеза. Основным преимуществом синтетических полимеров перед природными являются неограниченные запасы исходного сырья и широкие возможности синтеза полимеров с заранее заданными свойствами. Исходным сырьем для получения синтетических полимеров являются продукты химической переработки нефти, природного газа и каменного угля.

По полярности

полярные;

неполярные

Полярные содержат полярные группы -OH, -COOH, -CN, -Cl, -CONH2 — ПВС (поливиниловый спирт), ПВХ (поливинилхлорид).

Неполярные не содержат полярных групп атомов — ПЭ (полиэтилен), ПП (полипропилен) и др.

Высокомолекулярные соединения (ВМС)

Реакция на термическую обработку

Существует два вида:

    Термопластичные

– после нагревания возвращаются в исходную форму. Могут многократно подлежать переработке.

Термореактивные

– под воздействием высоких температур разрушаются.

В результате различных процессов переработки полученные полимеры делят на 4 основные группы:

– полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиуретан;

– ацетатный шелк, вискоза;

– каучук, резина (вулканизированный каучук);

биополимеры

— углеводы, белки, нуклеиновые кислоты.

Свойства полимеров

В зависимости от того, имеют ли полимеры органический состав или являются производными неорганических соединений, проявляются их основные свойства:

  • имеют высокую прочность при механическом воздействии;
  • нет точно определенной температуры плавления;
  • основная часть не растворима в воде;
  • сохраняют способность к вязким течениям;
  • не меняют своих качеств после нагревания и охлаждения;
  • диэлектрики;
  • пластичны, легко формуются;
  • водостойкие.

Они могут быть мягкими, твердыми, гибкими, жесткими или прочными.

Особенности

Особые механические свойства

  • эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
  • малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
  • способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).
Читайте также:
Парциальное давление определение, формулы и закон , обозначение

Особенности растворов полимеров:

  • высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
  • растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

  • способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

Применение полимеров

Без данных соединений не может развиваться и существовать современная цивилизация. Изделия, в основе которых лежит сырье с различным соединениями мономеров, необходимы как в повседневной жизни, так и для работы высокотехничных производств.

Предлагаемая таблица только в малой степени отображает примеры их применения.

Название полимерных соединений Сфера применения
Полиэтилен Упаковочные материалы, изоляция электропроводов, детали машин, емкости для хранения кислот и щелочей, защита от коррозии нефтепроводов.
Полистирол Игрушки, детали бытовой техники, внутренняя облицовка салонов машин и самолетов, фурнитура, корпуса для электроники, посуда.
Поливинилхлорид Детали машин, оборудование для химической промышленности, искусственная кожа, рамы для окон ПВХ.
Полиметилметакрилат Органическое стекло, детали осветительных приборов, облицовка самолетов и машин.
Поликарбонаты Особо точные детали машин и электроники, замена металлических конструкций, стройматериалы.
Эпоксидные смолы Лаки, клей, ламинат.
Полиэстеры Лампы, мачты, удочки, средства защиты, корпуса летательных аппаратов и машин.

Полимеры классификация, виды и свойства, структура и строение, способы получения и применения, реакции, примеры высокомолекулярных соединений

Классифицируются полимеры по различным признакам: составу, форме макромолекул, полярности, отношению к нагреву и т.д.

1. По составу основной цепи

гомополимеры полимеры, построенные из одинаковых мономеров:

(целлюлоза, состоящая из остатков β-D-глюкозы);

— сополимеры — полимеры, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев:

(нуклеиновая кислота, гиалуроновая кислота, белки);

— блок-сополимеры, состоящие из нескольких полимерных блоков:

Сополимеры получаются в результате реакций сополимеризации.

2. По строению главной цепи

гомоцепные

–СН 2 –СН 2 –СН 2 , –SiН 2 –SiН 2

гетероцепные

–СН 2 –О–СН 2 –О– , –Si (СН 3 ) 2 –О–

Гомоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую из одинаковых атомов. Если она состоит из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными (полиэтилен, полистироли др.).

Гетероцепными называют такие полимеры, главная цепь которых состоит из различных атомов. К гетероцепным полимерам относятся простые эфиры, например, полиэтиленгликоль.

3. По регулярности строения цепи

— регулярные (стереорегулярные и стереонерегулярные) (присоединение мономерных звеньев по схеме «голова к хвосту» («головой» называется часть звена без заместителя, а «хвостом», соответственно, часть звена с заместителем);

нерегулярные (беспорядочное чередование мономеров различного химического состава).

Однако в большинстве случаев присоединение звеньев идет по типу «голова к хвосту» и при таком строении полимерная цепь довольно регулярна.

4. По форме макромолекулы

линейные;

разветвленные;

пространственные (сшитые)

Линейные и разветвленные цепи полимеров можно превратить в пространственные структуры «сшиванием» с помощью света, радиации или под действием химических реагентов.

5. По химическому составу

По химическому составу полимеры подразделяются на органические, элементоорганические и неорганические.

Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений. Органические полимеры в главной цепи кроме атомов углерода, могут содержать также и другие элементы — кислород, азот, серу и т.д. Органическими полимерами являются смолы и каучуки.

Элементоорганические соединения в природе не встречаются. Этот класс материалов полностью создан искусственно.

Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами (СН3, С6Н5, СН2). Эти радикалы придают материалу, прочность и эластичность, а неорганические атомы сообщают повышенную теплостойкость. Представителями их являются кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры построены из атомов кремния, алюминия, германия, серы и др. и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические полимеры являются основой керамики, стекол, ситаллов, слюдяных, асбестовых, углеграфитовых и других материалов.

6. По отношению к нагреванию

термопластические;

термореактивные

При нагревании термопластических полимеров их свойства постепенно изменяются и при достижении определенной температуры они переходят в вязкотекучее состояние. При охлаждении жидких термопластических полимеров наблюдаются обратные явления. Химическая природа полимера при этом не изменяется, процесс плавления и процесс отвердевания обратим.

К термопластическим полимерам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид.

При нагревании термореактивных полимеров (реактопласты) они приобретают сетчатую структуру. Такие полимеры не восстанавливают свои свойства при нагревании и последующем охлаждении. Примером таких полимеров служат фенолформальдегидные смолы, мочевиноальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. Они содержат обычно различные наполнители.

7. По развитию деформации (при комнатных температурах)

пластомеры;

Читайте также:
Химические свойства этилена - применение, гидратация

— эластомеры

Полимеры, которые легко деформируются при комнатной температуре, называют эластомерами, трудно деформируемые пластомерами (пластиками).

8. По природе (происхождению)

— природные;

— искусственные;

— синтетические

Полимеры, встречающиеся в природе – органические вещества растительного (хлопок, шелк, натуральный каучук, целлюлоза и др.) и животного (кожа, шерсть и др.) происхождения, а также минеральные вещества (слюда, асбест, естественный графит, природный алмаз, кварц и др.).

Искусственные полимеры получают из природных полимеров путем их химической модификации. Одним из наиболее распространенных природных полимеров, который непрерывно регенерируется в процессе фотосинтеза, является целлюлоза.

Нитроцеллюлоза и ацетатцеллюлоза – продукты химической модификации целлюлозы – искусственные полимеры. Они растворимы в ацетоне, хлороформе и др. растворителях.

Эфиры целлюлозы используют для получения фотопленки и волокон.

Вискозная нить получается растворением природной целлюлозы в сероуглероде со щелочью с последующим ее выделением. Вискозная нить и целлюлоза природная имеют различную кристаллическую структуру, пластмасса целлулоид получается обработкой нитроцеллюлозы камфарой в присутствии спирта.

Синтетические полимеры получают из простых веществ путем химического синтеза. Основным преимуществом синтетических полимеров перед природными являются неограниченные запасы исходного сырья и широкие возможности синтеза полимеров с заранее заданными свойствами. Исходным сырьем для получения синтетических полимеров являются продукты химической переработки нефти, природного газа и каменного угля.

9. По полярности

полярные;

неполярные

Полярные содержат полярные группы -OH, -COOH, -CN, -Cl, -CONH2 — ПВС (поливиниловый спирт), ПВХ (поливинилхлорид).

Неполярные не содержат полярных групп атомов — ПЭ (полиэтилен), ПП (полипропилен) и др.

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Немецкий химик Герман Штаудингер совместно с группой учёных на опытах доказал, что полимеры состоят из повторяющихся звеньев молекул, которые соединены между собой ковалентными связями. Это такая химическая связь, при которой два атома имеют общую электронную пару. То есть один электрон находится в одном атоме, другой — в другом и при этом они соединены. Учёные назвали такие молекулы «макромолекулами».

Химик также доказал, что пластмасса — это полимер (о пластмассе читайте ниже). За что получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году.

ДНК — макромолекула, которая несёт в себе информацию о генах, т. е. наследственности человека

Что такое полимеры

Синтетические полимеры – это производные нефти. Большую часть из них получают за счет двух основных реакций – полимеризации и поликонденсации.

В реакцию полимеризации вступают вещества, которые имеют кратные связи мономеров. В итоге получают один продукт.

В реакцию поликонденсации вступают вещества, которые имеют в цепочке функциональные группы мономеров. При этом на выходе получают высокомолекулярный полимер и низкомолекулярное вещество (вода).

Полимеры являются не только искусственно созданными человеком веществами, но и природным строительным материалом для всего живого.

К ним относятся:

  • сложные углеводы

– полимеры элементарных сахаров;

– полимер, находящийся в древесине;

– является полимером и содержится в волосах, ногтях и перьях птиц;

– полимер, скрепляющий панцири членистоногих;

производные нуклеиновой кислоты

Способы получения полимеров

Полимеры можно получить в результате реакций полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация

Полимеризация представляет собой реакцию присоединения. Это цепная реакция, состоящая из трех стадий – инициации, роста и обрыва цепи.

n CH2=CH2 + n CH3-CH=CH2→ [(-CH2-CH2-)x-(-CH2-CH(CH3)-)y]n

В качестве катализаторов реакции выступают натрий, пероксиды, комплексные соединения. В результате полимеризации образуются важнейшие соединения.

Поликонденсация

Поликонденсация представляет собой реакцию замещения, при которой выделяются побочные низкомолекулярные продукты. Поликонденсация – ступенчатая реакция. Полимеры образуются при последовательном взаимодействии мономеров, димеров или n-меров.

n C6H12O6→ (-C6H12O5-)n + n H2O

В результате поликонденсации образуются важнейшие высокомолекулярные соединения.

Открытие полимеров

ХХ век вполне обоснованно можно назвать веком полимеров. Открытие их не было целенаправленным исследованием. Первоначально они были побочным продуктом в ходе различных экспериментов и химических реакций.

Химик Лео Бакеланд со временем обратил внимание на эти бесполезные материалы, и в ходе его экспериментальной работы была получена пластмасса — полимер, который при изменении температуры и давления может принимать различные формы. С момента изобретения бакелита (первоначальное название пластмассы) началась эра производства полимеров.

Во время Второй мировой войны для потребностей американской армии велись разработки синтетического каучука для производства резины. В ходе неудачных экспериментов так же был открыт новый полимер в виде мастики с повышенной упругостью. Это было время создания оргалитового стекла и смол на основе фенолформальдегида. В химии появилась отдельная отрасль – полимеры.

Типы полимеров

По химическому составу различают:

  • органические;
  • элементоорганические;
  • неорганические.

Органические полимеры:

  • природные;
  • искусственные (модифицированные);
  • синтетические.
Читайте также:
Основные оксиды - определение в химии, формула
Природные полимеры

Такие полимеры можно найти в природе. Человек не участвует в производстве таких полимеров. В качестве примера можно привести белки, крахмал, натуральный каучук, хлопок, шерсть и др.

Искусственные полимеры

Чтобы получить такие полимеры, человек проводит химические опыты. Например, чтобы получить модифицированный полимер, который затем будет применён при производстве красок, химики добавляют в раствор стирола в толуоле или ксилоле льняное или касторовое масло и нагревают его.

Пример такого полимера — целлюлоза.

Синтетические полимеры

Произвести такие полимеры можно с помощью химического синтеза (т. е. химическим путём). В синтезе участвуют высокомолекулярные органические продукты. Например, чтобы получить синтетический полимер лавсан нужно поликонденсировать (т. е. провести химический опыт) терефталевую кислоту и этиленгликоль.

Пример — капрон, нейлон, полиэтилен, полипропилен, полистирол, фенолформальдегидные смолы.

Элементоорганические полимеры

Содержат атомы других химических элементов, например кремния, алюминия, титана и др. Выделяют:

  • термостойкие полимеры;
  • полимеры с высокой электропроводностью и полупроводниковыми свойствами;
  • вещества с высокой твёрдостью и эластичностью;
  • биологические активные полимеры и др.

Химики получают такие полимеры при взаимодействии определённых органических веществ с солями или заменяя некоторые атомы углерода в молекулах на другие составляющие. Пример — полисилоксаны, полититаноксаны и др.

Неорганические полимеры

Полимеры, молекулы которых построены из неорганических боковых цепей (или неорганических радикалов). Неорганические полимеры можно обнаружить в составе земной коры.

Полимеры могут отличаться составом мономерных звеньев. Мономерное звено — это составная часть макромолекулы полимера. Различают:

  • гомополимеры;
  • гетерополимеры (или сополимеры).

Гомополимеры

Это такие полимеры, у которых одинаковые мономерные звенья. Например: полихлорвинил, поливинилацетат и полистирол.

Гетерополимеры

Это полимеры, которые имеют различные мономерные звенья. Например: сополимер хлористого винила с винилацетатом, сополимер стирола с бутадиеном.

Полимеры могут также подразделяются также на карбоцепные (или гомоцепные) и гетероцепные полимеры.

Карбоцепные полимеры

Главные цепи макромолекул таких полимеров включают только атомы углерода. Например: каучук.

Гетероцепные полимеры

Главные цепи макромолекул таких полимеров включают не только атомы углерода, но ещё и атомы кислорода, азота и серы. Например: простые эфиры (например, полиэтиленгликоль), сложные эфиры (глифталевые смолы, полипептиды (белки) и др.).

Полимеры также могут подразделяться в зависимости от расположения мономерных цепей в пространстве. Различают:

  • стереорегулярные (полимеры с линейной структурой);
  • нестереорегулярные (или атактические).

Строение макромолекул полимеров может быть различным. Таким образом, есть полимеры:

  • линейные;
  • разветвлённые;
  • лестничные;
  • трёхмерные сшитые (сетчатые, пространственные).

Полимеры можно получить разными способами:

  • если полимер получают с помощью поликонденсации, то такой полимер называют поликонденсационным (или реактопластами);
  • если с помощью полимеризации — речь идёт о полимеризационном полимере.

В зависимости от реакции полимера на нагревание выделяют:

  • термопластичные (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол);
  • термореактивные полимеры (полиэфиры, эпоксидные, меламиновые и фенольные смолы).

Классификация полимеров

Полимеры имеют несколько классификаций.

В первую очередь их подразделяют по происхождению:

– каучук, белки, картофельный и кукурузный крахмал, древесная целлюлоза;

искусственные

синтетические

Далее по молекулярной массе. Она указывает, насколько однородна молекула в ее химическом составе. От количества повторений одного структурного звена мономеров их построения зависит процент ее реакции и полимеризации. Поэтому в классификации большую роль играют дополнительные свойства.

Структура полимеров

Полимеры состоят из множества мономеров. Они могут существовать в виде нескольких структур.

  • Линейная – звенья соединены последовательно (целлюлоза).
  • Разветвленная – звенья располагаются беспорядочно (крахмал).
  • Сетчатая – линейные молекулы связаны между собой (резина).

Макромолекулы могут состоять как из одинаковых, так и разных звеньев.

  • Гомополимеры – цепочка из одинаковых мономеров.
  • Сополимеры – цепочка из различных звеньев.

Полимеры состоят из структурных звеньев, которые представляют собой повторяющиеся группы атомов. Количество звеньев в высокомолекулярных соединениях определяется степенью полимеризации. В формуле (-СН2-)n степень обозначается буквой «n».

Реакция на термическую обработку

Существует два вида:

  1. Термопластичные

– после нагревания возвращаются в исходную форму. Могут многократно подлежать переработке.

– под воздействием высоких температур разрушаются.

В результате различных процессов переработки полученные полимеры делят на 4 основные группы:

– полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиуретан;

– ацетатный шелк, вискоза;

– каучук, резина (вулканизированный каучук);

биополимеры

— углеводы, белки, нуклеиновые кислоты.

Где используются полимеры?

Благодаря своим свойствам, полимеры используются сейчас во многих отраслях. Их используют для производства множества материалов.

Например, в строительстве — как материал для электротехнических конструкций, кабелей, проводов, труб, изоляционных эмалей и лаков. Полимеры химическим путём добавляют в состав бетона и железобетона, чтобы улучшить их качества. Полимеры используют при производстве плёнок и защитных покрытий, сеток и ограждений.

Полимеры также используют в автомобилестроении. Из них делают детали для машин: резину, решётки радиаторов, колпаки для колёс, чехлы для сидений, вентиляционные решётки, коврики; их добавляют в лаки и краски. Они используются также при производстве клея.

Читайте также:
Сероводород - формула вещества, строение, свойства, получение

В нефтегазовой промышленности также используются полимеры: при производстве оборудования, например насосов, камер и т. д.

В медицине полимеры применяют для изготовления капсул для лекарств. Полимер поликарбонат используют даже при разработке искусственного сердца. А гиалуроновая кислота, которая также является полимером, используется в процессе наращивания тканей.

Свойства полимеров

В зависимости от того, имеют ли полимеры органический состав или являются производными неорганических соединений, проявляются их основные свойства:

  • имеют высокую прочность при механическом воздействии;
  • нет точно определенной температуры плавления;
  • основная часть не растворима в воде;
  • сохраняют способность к вязким течениям;
  • не меняют своих качеств после нагревания и охлаждения;
  • диэлектрики;
  • пластичны, легко формуются;
  • водостойкие.

Они могут быть мягкими, твердыми, гибкими, жесткими или прочными.

Химические свойства

Реакции высокомолекулярных соединений определяются функциональной группой. Если в соединении есть гидроксогруппа-ОН, то полимер вступает в те же реакции, что и спирты. Если в макромолекуле присутствует карбоксильная группа –СООН, то для полимера характерны те же реакции, что и для карбоновых кислот.

Реакционная способность повышается при наличии двойных связей и функциональных групп. Также они обуславливают способность отдельных макромолекул сшиваться поперечными связями. Примерами образования поперечных связей могут быть вулканизация и перевод линейных макромолекул термореактивных полимеров в сетчатые структуры.

Применение полимеров

Без данных соединений не может развиваться и существовать современная цивилизация. Изделия, в основе которых лежит сырье с различным соединениями мономеров, необходимы как в повседневной жизни, так и для работы высокотехничных производств.

Предлагаемая таблица только в малой степени отображает примеры их применения.

Название полимерных соединений Сфера применения
Полиэтилен Упаковочные материалы, изоляция электропроводов, детали машин, емкости для хранения кислот и щелочей, защита от коррозии нефтепроводов.
Полистирол Игрушки, детали бытовой техники, внутренняя облицовка салонов машин и самолетов, фурнитура, корпуса для электроники, посуда.
Поливинилхлорид Детали машин, оборудование для химической промышленности, искусственная кожа, рамы для окон ПВХ.
Полиметилметакрилат Органическое стекло, детали осветительных приборов, облицовка самолетов и машин.
Поликарбонаты Особо точные детали машин и электроники, замена металлических конструкций, стройматериалы.
Эпоксидные смолы Лаки, клей, ламинат.
Полиэстеры Лампы, мачты, удочки, средства защиты, корпуса летательных аппаратов и машин.

Будущее полимеров

Высокомолекулярные соединения – будущее человечества. Но они могут быть не только полезны, но и опасны для людей. На данный момент в мире стоит проблема с утилизацией пластика, который долго разлагается и выделяет токсины. Мусором питаются обитатели морей и океанов, что отрицательно сказывается на природе.

Ученые борются с проблемой выбрасываемого пластика и разрабатывают «умные высокомолекулярные соединения», которые могут изменять структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Полимеры являются объектом исследования ученых. На данный момент ведутся следующие разработки.

  • Биоразлагаемые пленки, в состав которых входит кукурузный крахмал.
  • Упаковки, меняющие цвет в зависимости от срока годности товара и разлагающиеся без вреда для природы.
  • Эко-почва с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия.
  • Полимерные жидкости, изменяющие свойства в зависимости от окружающей среды.
  • Фармацевтическая упаковка для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека.

Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия. Отказаться от пластика невозможно, но сократить его потребление и перейти на изделия из натуральных материалов возможно.

Полимеры – классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Полимеры – это вещества с высокой молекулярной составляющей. Одна большая молекула полимера содержит в каждом отдельном варианте:

цепочку из одинаковых небольших мономеров , скрепленных в одну линию;

несколько соединений мономеров, регулярно повторяющихся в одной цепочке.

В зависимости от того, как соединены мономеры в каждой данной макромолекуле, проявляются свойства полимера.

Что такое полимеры

Синтетические полимеры – это производные нефти. Большую часть из них получают за счет двух основных реакций – полимеризации и поликонденсации.

В реакцию полимеризации вступают вещества, которые имеют кратные связи мономеров. В итоге получают один продукт.

В реакцию поликонденсации вступают вещества, которые имеют в цепочке функциональные группы мономеров. При этом на выходе получают высокомолекулярный полимер и низкомолекулярное вещество (вода).

Полимеры являются не только искусственно созданными человеком веществами, но и природным строительным материалом для всего живого.

К ним относятся:

сложные углеводы – полимеры элементарных сахаров;

белки – полимеры аминокислот;

целлюлоза – полимер, находящийся в древесине;

Читайте также:
Калий - конфигурация, свойства, способы применения и получения

кератин – является полимером и содержится в волосах, ногтях и перьях птиц;

хитин – полимер, скрепляющий панцири членистоногих;

производные нуклеиновой кислоты – гетерополимеры ДНК.

Открытие полимеров

ХХ век вполне обоснованно можно назвать веком полимеров. Открытие их не было целенаправленным исследованием. Первоначально они были побочным продуктом в ходе различных экспериментов и химических реакций.

Химик Лео Бакеланд со временем обратил внимание на эти бесполезные материалы, и в ходе его экспериментальной работы была получена пластмасса – полимер, который при изменении температуры и давления может принимать различные формы. С момента изобретения бакелита (первоначальное название пластмассы) началась эра производства полимеров.

Во время Второй мировой войны для потребностей американской армии велись разработки синтетического каучука для производства резины. В ходе неудачных экспериментов так же был открыт новый полимер в виде мастики с повышенной упругостью. Это было время создания оргалитового стекла и смол на основе фенолформальдегида. В химии появилась отдельная отрасль – полимеры.

Классификация полимеров

Полимеры имеют несколько классификаций.

В первую очередь их подразделяют по происхождению:

природные – каучук, белки, картофельный и кукурузный крахмал, древесная целлюлоза;

искусственные – вискоза;

синтетические – капрон, полиуретаны.

Далее по молекулярной массе. Она указывает, насколько однородна молекула в ее химическом составе. От количества повторений одного структурного звена мономеров их построения зависит процент ее реакции и полимеризации. Поэтому в классификации большую роль играют дополнительные свойства.

Разветвленность молекулы

В зависимости от структуры полимеры обладают разными свойствами.

Их формулы отображают разные виды и строение молекул:

линейные – макромолекула состоит из одной цепочки мономеров;

разветвленные – в линейной цепочке присутствуют ответвления;

сетчатые – разветвленные макромолекулы имеют между собой связующие звенья.

Внутреннее строение мономеров

гомополимеры – цепочка однотипных звеньев мономера;

сополимеры – соединенные в одну цепочку звенья различного строения и улучшающее при этом свойства продукта.

Реакция на термическую обработку

Существует два вида:

Термопластичные – после нагревания возвращаются в исходную форму. Могут многократно подлежать переработке.

Термореактивные – под воздействием высоких температур разрушаются.

В результате различных процессов переработки полученные полимеры делят на 4 основные группы:

пластмассы – полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиуретан;

волокна – ацетатный шелк, вискоза;

эластомеры – каучук, резина (вулканизированный каучук);

биополимеры – углеводы, белки, нуклеиновые кислоты.

Свойства полимеров

В зависимости от того, имеют ли полимеры органический состав или являются производными неорганических соединений, проявляются их основные свойства:

имеют высокую прочность при механическом воздействии;

нет точно определенной температуры плавления;

основная часть не растворима в воде;

сохраняют способность к вязким течениям;

не меняют своих качеств после нагревания и охлаждения;

пластичны, легко формуются;

Они могут быть мягкими, твердыми, гибкими, жесткими или прочными.

Применение полимеров

Без данных соединений не может развиваться и существовать современная цивилизация. Изделия, в основе которых лежит сырье с различным соединениями мономеров, необходимы как в повседневной жизни, так и для работы высокотехничных производств.

Предлагаемая таблица только в малой степени отображает примеры их применения.

Название полимерных соединений

Упаковочные материалы, изоляция электропроводов, детали машин, емкости для хранения кислот и щелочей, защита от коррозии нефтепроводов.

Игрушки, детали бытовой техники, внутренняя облицовка салонов машин и самолетов, фурнитура, корпуса для электроники, посуда.

Детали машин, оборудование для химической промышленности, искусственная кожа, рамы для окон ПВХ.

Органическое стекло, детали осветительных приборов, облицовка самолетов и машин.

Особо точные детали машин и электроники, замена металлических конструкций, стройматериалы.

Лаки, клей, ламинат.

Лампы, мачты, удочки, средства защиты, корпуса летательных аппаратов и машин.

Будущее высокомолекулярных соединений

В ходе молекулярной эволюции сама природа создала новые вещества в виде различных молекулярных соединений. Двигаясь по этому пути, ученые не только разрабатывают новые соединения, но и стремятся разрешать проблемы по безопасной утилизации продукции, которая используется не только в быту.

Опираясь за законы биологии, ученые активно работают над созданием умных высокомолекулярных соединений, получение которых сможет изменять их структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Ведутся разработки:

биоразлагаемых пленок, в состав которых входит природный полимер – кукурузный крахмал;

упаковки, которая будет менять цвет в зависимости от срока годности товара, и разлагаться без вреда для экологии;

ведется разработка эко-почвы с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия;

создаются полимерные жидкости, которые будут менять свои свойства в зависимость от среды, в которой находятся (для экономии воды в нефтедобывающей отрасли);

фармацевтической полимерной упаковки для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека;

Читайте также:
Аминокислоты ⚗️ общая формула, строение, химические и физические свойства

С помощью гидрогелей создаются лекарства пролонгированного (длительного) действия, которые реагируют на изменения состава крови при сахарном диабете.

Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия.

Полимеры

Полимеры – это высокомолекулярные химические соединения (ВМС), макромолекулы которых образованы из множества мономерных звеньев. Молекулы полимеров характеризуются огромной молекулярной массой, от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы. Существует несколько вариантов классификации полимеров.

Читайте также: Энциклопедия himfaq.ru

Термопласты и их сокращенные обозначения

  • АБС – привитой сополимер акрилонитрила, стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком.
  • АЦ – ацетат целлюлозы.
  • ЛПЭНП – линейный полиэтилен низкой плотности.
  • МС – сополимер стирола с метилметакрилатом.
  • МСН – сополимер стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом.
  • ПАНполиакрилонитрил.
  • ПА – полиамиды.
  • ПАК – полиамидокислота.
  • ПАР – полиарилаты.
  • ПАС – полиалкилсульфон.
  • ПБТ – полибутилентерефталат.
  • ПВАполивинилацетат.
  • ПВС – поливиниловый спирт.
  • ПВФ, фторопласт-1поливинилфторид.
  • ПВХполивинилхлорид.
  • ПВДФ, фторопласт-2поливинилиденфторид.
  • ПВДХполивинилиденхлорид.
  • ПИ – полиимиды.
  • ПК – поликарбонаты.
  • ПММАполиметилметакрилат.
  • ПО – полиолефины.
  • ППполипропилен.
  • ПСполистирол.
  • ППСпенополистирол.
  • ПСФ – полисульфон.
  • ПТПпентапласт.
  • ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4, тефлонполитетрафторэтилен
  • ПТФХЭ, фторопласт-3. фторлон-3политрифторхлорэтилен.
  • ПУполиуретаны.
  • ПФполиформальдегид.
  • ПФО – полифениленоксид.
  • ПЭполиэтилен.
  • ПЭИ – полиэфиримид.
  • ПЭВП, ПЭНД, ПНДполиэтилен высокой плотности (низкого давления).
  • ПЭНП, ПЭВД, ПВДполиэтилен низкой плотности (высокого давления).
  • ПЭОполиэтиленоксид.
  • ПЭСД – полиэтилен среднего давления.
  • ПЭТФполиэтилентерефталат.
  • САМ – сополимер стирола с α-метилстиролом.
  • САН – сополимер стирола с акрилонитрилом.
  • СТД – сополимер триоксана с диоксоланом.
  • СФД – сополимер формальдегида с диоксаланом.
  • ТАЦ – триацетат целлюлозы.
  • ФН – фенилон.
  • ХПЭ – хлорированный полиэтилен.
  • ХСПЭ – хлорсульфированный полиэтилен.

Реактопласты и их сокращенные обозначения

  • БФ – фенолоформальдегидный олигомер, совмещенный с поливинилбутиралем.
  • КС – кремнийогранические смолы.
  • МАС – меламиноальдегидные смолы.
  • НПС – ненасыщенные полиэфирные смолы.
  • ПИ – полиимиды.
  • ПЭЭК – полиэфирэфиркетон.
  • ПУполиуретаны.
  • ППУпенополиуретаны.
  • ФС – фурановые смолы.
  • ФФС – фенолформальдегидные смолы.
  • ЭСэпоксидные смолы.

Эластомеры и их сокращенные обозначения

  • БК – статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
  • ДСТ-30 – термоэластопласт с 30% блоков стирола.
  • СКДцис-полибутадиеновый.
  • СКДЛцис-полиизобутиленовый (литиевый катализатор).
  • СКИцис-полиизопреновый.
  • СКМС-30 – бутадиен-метилстирольный.
  • СКН-18, СКН-26 – бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой кислоты в макромолекуле (в %) и т.д.
  • СКС-30, СКМС-30 – бутадиен-стирольный, бутадиен-метилстирольный с 30% стирола в молекуле.
  • СКС-30А – бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации.
  • СКТВ – метилвинилсилоксановый [до 1% (мол.) винилового мономера]
  • СКЭП – сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
  • СКЭПТ – сополимер этилена, пропилена и 1-2% несопряженного диена.
  • СКУ – полиуретановый.
  • ТЭПтермоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола.

Применение полимеров

Сложно переоценить значение полимеров с точки зрения их практического применения. В современном мире практически не найдется ни одной сферы жизни человека и общества, науки и бизнеса где не применялся бы хотя бы один вид полимеров.

Наиболее активное применение полимерные материалы получили в производстве автомобилей, машин и оборудования; в авиационной и аэрокосмической индустриях; в индустрии разработки и создания медицинских аппаратов и инвентаря. Остановимся на некоторых из направлений практического использования полимерных материалов более подробно.

Применение полимеров в автомобильной индустрии

Надежность работы современного автомобиля, долговечность и комфорт его эксплуатации, а также (что важно) безопасность передвижения могут быть обеспечены только при условии применения полимерных материаловпластмасс, резин, лаков и красок и прочее.

Из пластмасс изготовляют кузова и кабины автомобилей и их отдельные крупногабаритные детали, разнообразные малогабаритные детали конструкционного и декоративного назначения, теплоизоляционные и звукоизоляционные детали и др.

К важнейшим и наиболее материалоемким резиновым изделиям для автомобилестроения относятся шины. Большое значение в этой отрасли промышленности имеют также многочисленные резино-технические изделия, от качества которых во многом зависит надежность работы автомобиля.

Лакокрасочные материалы применяемые для грунтования и окончательной отделки металлических поверхностей, должны образовывать покрытия, которые надежно защищают металл от коррозии (см. Защитные лакокрасочные покрытия), обладают высокой твердостью, эластичностью, ударопрочностью, термо- и износостойкостью.

Применение полимеров в авиастроении

Еще одним масштабным направлением практического применения широкой гаммы полимерных материалов является индустрия разработки, производства и эксплуатации летательных аппаратов.

Целесообразность применения полимеров в указанном направлении обусловлено их легкостью, вариабельностью состава и строения и следовательно, широким диапазоном технических свойств. Тенденция к расширению границ применения полимерных материалов характерна также и для производства ракет и космических аппаратов.

Читайте также:
Пероксид водорода - формула, свойства, способы получения

Основные полимеры и сегменты использования:

  • Реактопласты;
  • Термопласты;
  • Пенопласты и сотопласты;
  • Резина;
  • Герметики и клеи;
  • Лакокрасочные материалы.

Развернутую информацию на предмет использования полимеров по указанным сегментам в авиастроении вы найдете в основной статье, ссылка на которую указана в начале абзаца.

Применение полимеров в машиностроении

Пожалуй одним из ключевых направлений использования полимеров и материалов на их основе является машиностроение. Так например потребление пластических масс в этой отрасли уже становится соизмеримым (в единицах объема) с потреблением стали. Непрерывно, отмечают аналитики, возрастает также применение лакокрасочных материалов, синтетических волокон, клеев, резины и прощих веществ ии материалов на полимерной основе.

Целесообразность применения полимеров в машиностроении определяется, прежде всего, возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин: уменьшается масса, повышаются долговечность, надежность и прочие существенные свойства.

Применение полимеров в медицине

Благодаря широкой гамме свойств и физико-химических характеристик получаемых изделий полимеры и материалы на их основе получили огромное применение в медицине.

Применение полимерных материалов с целью изготовления изделий и техники медицинского назначения позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и прочее.

Особое внимание следует уделить вопросу применения полимерных материалов в фармакологии. Роль данной категории материалов в фармакологическом аспекте, пока относительно невелика. В лечебной практике их используют мало. К веществам, вводимым в организм, тем более к таким, которые должны в растворенном виде попасть в кровь, лимфу, межклеточные и клеточные полости и могут достигнуть любой части тела, любого его рецептора, предъявляются, естественно, очень жесткие требования.

Также отдельно следует остановиться и на вопросе практического использования полимерных материалов в таком медицинском сегменте, как – хирургия. Учитывая свойства получаемых изделий полимерные материалы получили активное применение сразу в нескольких сегментах современной хирургии:

  • Восстановительная хирургия;
  • Сердечно-сосудистая хирургия;
  • Хирургия внутренних органов и тканей;
  • Травматология и ортопедия;
  • Применение полимеров в функциональных узлах хирургических аппаратов.

В заключении отметим, что полимеры в медицинском аспекте применяются также в вопросе создания кровезаменителей и плазмозаменителей.

Применение полимеров в пищевой промышленности

Пожалуй самым известным для массового потребителя является вопрос использования полимеров для нужд пищевой промышленности.

Следует отметить, что полимеры в пищевой промышленности должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания. Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химическиеи токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий.

К числу наиболее крупных потребителей полимерных материалов в пищевой промышленности выступают “пищевое машиностроение” и производство тары и упаковки для хранения и транспортировки продуктов питания. При этом, в последнем случае, полимеры могут выступать и как основной материал (например, пластиковые бутылки), так и в качестве вспомогательных элементов и добавок, призванных (например) уберечь металлический контейнер от коррозии.

Применение полимеров в судостроении

Благодаря использованию полимерных материалов значительно улучшаются технические и эксплуатационные характеристики судов, повышаются их надежность и долговечность, сокращается продолжительность и снижается трудоемкость постройки.

Современная судостроительная промышленность — один из крупнейших потребителей синтетических полимерных материалов, причем области их применения очень разнообразны, а перспективы использования практически неограниченны. Полимеры применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций, в производстве деталей судовых механизмов, приборов и аппаратуры, для окраски судов, отделки помещений и их тепло-, звуко- и виброизоляции, а также прочие полезные свойства.

4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют соединения с молекулярной массой более 10000.

Практически все высокомолекулярные вещества являются полимерами.

Полимеры — это вещества, молекулы которых состоят из огромного числа повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Полимеры могут быть получены с помощью реакций, которые можно разделить на два основных типа: это реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации — это реакции образования полимера путем объединения огромного числа молекул низкомолекулярного вещества (мономера).

Количество молекул мономера ( n ), объединяющихся в одну молекулу полимера, называют степенью полимеризации.

В реакцию полимеризации могут вступать соединения с кратными связями в молекулах. Если молекулы мономера одинаковы, то процесс называют гомополимеризацией, а если различны — сополимеризацией.

Примерами реакций гомополимеризации, в частности, является реакция образования полиэтилена из этилена:

Читайте также:
Периодическая таблица Менделеева как пользоваться и читать, история создания, свойства и список химических элементов, структура и обозначения

Примером реакции сополимеризации является синтез бутадиен-стирольного каучука из бутадиена-1,3 и стирола:

Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные мономеры

Мономер

Получаемый из него полимер

Структурная формула
Варианты названия
Структурная формула
Варианты названия

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации — это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего вода).

В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.

К реакциям гомополиконденсации относятся:

* образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул глюкозы:

* реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:

К реакциям сополиконденсации относятся:

* реакция образования фенолформальдегидной смолы:

* реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):

Материалы на основе полимеров

Пластмассы

Пластмассы — материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.

Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер. Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в связи с чем его называют связующим.

Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.

Термопласты — вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной формы.

Реактопласты — пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.

Так, например, термопластами являются пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.

Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе фенолформальдегидных смол.

Каучуки

Каучуки — высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить следующим образом:

Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи, т.е. каучуки являются непредельными соединениями.

Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е. соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной одинарной С-С связью.

Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для получения каучуков являются:

В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета) полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена схемой:

Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:

Весьма интересным является тот факт, что впервые с каучуком познакомились не самые продвинутые в плане прогресса страны, а племена индейцев, у которых промышленность и научно-технический прогресс отсутствовали как таковые. Естественно, индейцы не получали каучук искусственным путем, а пользовались тем, что давала им природа: в местности, где они проживали (Южная Америка), произрастало дерево гевея, сок которого содержит до 40-50% изопренового каучука. По этой причине изопреновый каучук называют также натуральным, однако он может быть получен и синтетическим путем.

Все остальные виды каучука (хлоропреновый, бутадиеновый) в природе не встречаются, поэтому всех их можно охарактеризовать как синтетические.

Однако каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков. Так, например, из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком интервале температур. На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и растрескиванию.

Технические характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией. Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука «сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными «мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:

Волокна

Волокнами называют материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов.

Классификация волокон по их происхождению

Искусственные волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).

Синтетические волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации (лавсан, капрон, нейлон).

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: