Удивително е колко разнообразни са предметите около нас и материалите, от които са направени. Преди това, около 15-16 век, основните материали са били метали и дърво, малко по-късно стъкло и почти винаги порцелан и фаянс. Но днешният век е времето на полимерите, които ще бъдат обсъдени по-нататък.

Понятие за полимери

Полимер. Какво е? Можете да отговорите от различни гледни точки. От една страна това модерен материал, използвани за направата на много битови и технически предмети.

От друга страна, можем да кажем, че това е специално синтезирано синтетично вещество, получено с предварително зададени свойства за използване в широка специализация.

Всяко от тези определения е правилно, само първото от домакинска гледна точка, а второто от химическа гледна точка. Друго химично определение е следното. Полимерите са съединения, базирани на къси участъци от молекулна верига - мономери. Те се повтарят многократно, образувайки полимерна макроверига. Мономерите могат да бъдат както органични, така и неорганични съединения.

Следователно въпросът: „полимер - какво е това?“ - изисква подробен отговор и разглеждане на всички свойства и области на приложение на тези вещества.

Видове полимери

Има много класификации на полимерите според различни знаци(химическа природа, топлоустойчивост, верижна структура и др.). В таблицата по-долу разглеждаме накратко основните видове полимери.

Класификация на полимерите

Принцип	Видове	Определение	Примери
По произход (външен вид)	Естествен (естествен)	Тези, които се срещат естествено, в природата. Създаден от природата.	ДНК, РНК, протеини, нишесте, кехлибар, коприна, целулоза, естествен каучук
	Синтетичен	Получени в лабораторни условия от хора, нямат отношение към природата.	PVC, полиетилен, полипропилен, полиуретан и др
	Изкуствени	Създаден от човека в лабораторни условия, но на базата на	Целулоид, целулозен ацетат, нитроцелулоза
От химическа гледна точка	Органична природа	Повечето от всички известни полимери. Базира се на мономер от органична материя (състои се от C атоми, вероятно включващи N, S, O, P и други атоми).	Всички синтетични полимери
	Неорганична природа	Основата са елементи като Si, Ge, O, P, S, H и др. Свойства на полимерите: не са еластични, не образуват макровериги.	Полисилани, полидихлорофосфазен, полигермани, полисилициеви киселини
	Органоелементна природа	Смес от органични и неорганични полимери. Основната верига е неорганична, страничните вериги са органични.	Полисилоксани, поликарбоксилати, полиорганоциклофосфазени.
Разлика в основната верига	Хомоверига	Основната верига е или въглеродна, или силиконова.	Полисилани, полистирен, полиетилен и др.
	Хетероверига	Основният скелет е изграден от различни атоми.	Примери за полимери са полиамиди, протеини, етилен гликол.

Има и полимери с линейна, мрежова и разклонена структура. Основата на полимерите им позволява да бъдат термопластични или термореактивни. Те се различават и по способността си да се деформират при нормални условия.

Физични свойства на полимерните материали

Основните две състояния на агрегиране, характерни за полимерите, са:

• аморфен;
• кристален.

Всеки се характеризира със собствен набор от свойства и има важно практическо значение. Например, ако полимерът съществува в аморфно състояние, това означава, че той може да бъде вискозна течаща течност, подобно на стъкло вещество или силно еластично съединение (каучуци). Намира широко приложениев химическата промишленост, строителството, технологиите, производството на промишлени стоки.

Кристалното състояние на полимерите е доста условно. Всъщност това състояниеосеяни с аморфни участъци от веригата и като цяло цялата молекула се оказва много удобна за получаване на еластични, но в същото време високоякостни и твърди влакна.

Точките на топене на полимерите са различни. Много аморфни се топят при стайна температура, а някои синтетични кристални могат да издържат на доста високи температури (плексиглас, фибростъкло, полиуретан, полипропилен).

Полимерите могат да бъдат боядисани в различни цветове, без ограничения. Благодарение на структурата си те са в състояние да абсорбират боя и да придобият най-ярките и необичайни нюанси.

Химични свойства на полимерите

Химичните свойства на полимерите се различават от тези на нискомолекулните вещества. Това се обяснява с размера на молекулата, наличието на различни функционални групи в нейния състав и общия запас от енергия за активиране.

Като цяло могат да се разграничат няколко основни типа реакции, характерни за полимерите:

1. Реакции, които ще се определят от функционалната група. Тоест, ако полимерът съдържа ОН група, характерна за алкохолите, тогава реакциите, в които те ще влязат, ще бъдат идентични с тези на окисление, редукция, дехидрогениране и т.н.).
2. Взаимодействие с NMCs (нискомолекулни съединения).
3. Реакции на полимери един с друг за образуване на омрежени мрежи от макромолекули (мрежови полимери, разклонени).
4. Реакции между функционални групи в една полимерна макромолекула.
5. Разпадане на макромолекула на мономери (разрушаване на веригата).

Всички горепосочени реакции се срещат на практика голямо значениеза получаване на полимери с предварително определени и удобни за хората свойства. Полимерната химия позволява да се създават топлоустойчиви, киселинно- и алкално устойчиви материали, които в същото време имат достатъчна еластичност и стабилност.

Използване на полимери в бита

Използването на тези съединения е широко разпространено. Малко са областите на промишлеността, националната икономика, науката и технологиите, които не изискват полимер. Какво е това - полимерно земеделие и широко разпространение и с какво завършва?

1. Химическа промишленост (производство на пластмаси, танини, синтез на основни органични съединения).
2. Машиностроене, самолетостроене, петролни рафинерии.
3. Медицина и фармакология.
4. Получаване на багрила и пестициди и хербициди, селскостопански инсектициди.
5. Строителна индустрия (легиране на стомана, звуко- и топлоизолационни конструкции, строителни материали).
6. Производство на играчки, съдове, лули, прозорци, предмети за бита и домакински съдове.

Химията на полимерите позволява да се получават все повече и повече нови материали, напълно универсални по свойства, които нямат равни сред металите, дървото или стъклото.

Примери за продукти от полимерни материали

Преди да посочите конкретни продукти, направени от полимери (невъзможно е да ги изброите всички, има твърде голямо разнообразие), първо трябва да разберете какво осигурява полимерът. Материалът, който се получава от флота, ще бъде основа за бъдещи продукти.

Основните материали, изработени от полимери, са:

• пластмаси;
• полипропилени;
• полиуретани;
• полистироли;
• полиакрилати;
• фенолформалдехидни смоли;
• епоксидни смоли;
• найлони;
• вискоза;
• найлони;
• лепила;
• филми;
• танини и други.

Това е само малък списък от разнообразието, което предлага съвременната химия. Е, тук вече става ясно какви предмети и продукти са направени от полимери - почти всички битови предмети, медицина и други области ( пластмасови прозорци, тръби, съдове, инструменти, мебели, играчки, филми и др.).

Полимери в различни отрасли на науката и техниката

Вече засегнахме въпроса в какви области се използват полимерите. Примери, показващи тяхното значение в науката и технологиите, включват следното:

• антистатични покрития;
• електромагнитни екрани;
• сгради на почти всички домакински уреди;
• транзистори;
• светодиоди и така нататък.

Няма ограничения за вашето въображение по отношение на употребата полимерни материалив съвременния свят.

Производство на полимери

Полимер. Какво е? Това е практически всичко, което ни заобикаля. Къде се правят?

1. Нефтохимическа (нефтопреработваща) промишленост.
2. Специализирани инсталации за производство на полимерни материали и изделия от тях.

Това са основните основи, на базата на които се получават (синтезират) полимерни материали.

Полимерите са органични и неорганични вещества, които се делят на различни видовеи видове. Какво представляват полимерите и каква е тяхната класификация?

Обща характеристика на полимерите

Полимерите са високомолекулни вещества, чиито молекули се състоят от повтарящи се структурни единици, свързани помежду си чрез химични връзки. Полимерите могат да бъдат органични или неорганични, аморфни или кристални вещества. В полимерите винаги има голям броймономерни единици, ако това количество е твърде малко, то вече не е полимер, а олигомер. Броят на единиците се счита за достатъчен, ако свойствата не се променят при добавяне на нова мономерна единица.

Ориз. 1. Полимерна структура.

Веществата, от които се произвеждат полимерите, се наричат ​​мономери.

Полимерните молекули могат да имат линейна, разклонена или триизмерна структура. Молекулното тегло на обикновените полимери варира от 10 000 до 1 000 000.

Реакцията на полимеризация е характерна за много органични вещества, които съдържат двойни или тройни връзки.

Например:реакция на образуване на полиетилен:

nCH2 =CH2 —> [-CH2-CH2-]n

където n е броят на мономерните молекули, свързани по време на процеса на полимеризация, или степента на полимеризация.

Полиетиленът се произвежда при високи температури и високо кръвно налягане. Полиетиленът е химически стабилен, механично здрав и следователно широко използван в производството на оборудване в различни индустрии. Има високи електроизолационни свойства и се използва и като опаковка за храни.

Ориз. 2. Вещество полиетилен.

Структурните единици са групи от атоми, повтарящи се многократно в една макромолекула.

Видове полимери

Въз основа на техния произход полимерите могат да бъдат разделени на три вида:

• естествено. Естествени или естествени полимери могат да бъдат намерени естествено срещащи се в природата. Тази група включва например кехлибар, коприна, каучук, нишесте.

Ориз. 3. Гума.

• синтетичен. Синтетичните полимери се получават в лабораторни условия и се синтезират от човека. Такива полимери включват PVC, полиетилен, полипропилен, полиуретан. тези вещества нямат нищо общо с природата.
• изкуствени. Изкуствените полимери се различават от синтетичните по това, че се синтезират, макар и в лабораторни условия, но на базата на естествени полимери. Изкуствените полимери включват целулоид, целулозен ацетат и нитроцелулоза.

От гледна точка на химическата природа полимерите се делят на органични, неорганични и елементоорганични. Повечето от всички известни полимери са органични. Те включват всички синтетични полимери. Основата на веществата от неорганичен характер са елементи като S, O, P, H и др. Такива полимери не са еластични и не образуват макровериги. Те включват полисилани, полисилициеви киселини и полигермани. Органоелементните полимери включват смес от органични и неорганични полимери. Главната верига винаги е неорганична, страничните вериги са органични. Примери за полимери включват полисилоксани, поликарбоксилати и полиорганоциклофосфазени.

Всички полимери могат да бъдат намерени в различни агрегатни състояния. Те могат да бъдат течности (лубриканти, лакове, лепила, бои), еластични материали (каучук, силикон, порест каучук), както и твърди пластмаси (полиетилен, полипропилен).

Най-модерно строителни материали, лекарства, платове, предмети за бита, опаковки и консумативи са полимери. Това е цяла група съединения, които имат характерни отличителни черти. Има много от тях, но въпреки това броят на полимерите продължава да расте. В края на краищата, синтетичните химици откриват все повече и повече нови вещества всяка година. В същото време естественият полимер беше от особено значение по всяко време. Какви са тези удивителни молекули? Какви са техните свойства и какви са техните характеристики? Ще отговорим на тези въпроси по време на статията.

Полимери: обща характеристика

От химическа гледна точка полимерът се счита за молекула с огромно молекулно тегло: от няколко хиляди до милиони единици. Въпреки това, в допълнение към тази характеристика, има още няколко, по които веществата могат да бъдат класифицирани конкретно като естествени и синтетични полимери. Това:

• постоянно повтарящи се мономерни единици, които са свързани чрез различни взаимодействия;
• степента на полимеризация (т.е. броят на мономерите) трябва да бъде много висока, в противен случай съединението ще се счита за олигомер;
• определена пространствена ориентация на макромолекулата;
• набор от важни физични и химични свойства, характерни само за тази група.

Като цяло вещество с полимерен характер е доста лесно да се различи от другите. Човек трябва само да погледне формулата му, за да разбере това. Типичен пример е добре познатият полиетилен, широко използван в бита и индустрията. Това е продукт, в който влиза етен или етилен. Реакция в общ изгледсе записва по следния начин:

nCH 2 =CH 2 → (-CH-CH-) n, където n е степента на полимеризация на молекулите, показваща колко мономерни единици са включени в неговия състав.

Също така, като пример, можем да цитираме естествен полимер, който е добре известен на всички, това е нишесте. В допълнение към тази група съединения принадлежат амилопектин, целулоза, пилешки протеин и много други вещества.

Реакциите, които могат да доведат до образуването на макромолекули са два вида:

• полимеризация;
• поликондензация.

Разликата е, че във втория случай реакционните продукти са с ниско молекулно тегло. Структурата на полимера може да бъде различна, зависи от атомите, които го образуват. Линейните форми са често срещани, но има и триизмерни мрежести форми, които са много сложни.

Ако говорим за силите и взаимодействията, които държат мономерните единици заедно, можем да идентифицираме няколко основни:

• сили на Ван Дер Ваалс;
• химични връзки (ковалентни, йонни);
• Електроностатично взаимодействие.

Всички полимери не могат да бъдат комбинирани в една категория, тъй като те имат напълно различно естество, методи на образуване и изпълняват различни функции. Техните свойства също се различават. Следователно има класификация, която ви позволява да разделите всички представители на тази група вещества в различни категории. Може да се основава на няколко признака.

Класификация на полимерите

Ако вземем за основа качествения състав на молекулите, тогава всички разглеждани вещества могат да бъдат разделени на три групи.

1. Органични са тези, които съдържат атоми на въглерод, водород, сяра, кислород, фосфор и азот. Тоест онези елементи, които са биогенни. Има много примери: полиетилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, найлон, естествен полимер - протеин, нуклеинова киселинаи така нататък.
2. Органичните елементи са тези, които съдържат някакъв чужд неорганичен и неорганичен елемент. Най-често това е силиций, алуминий или титан. Примери за такива макромолекули: стъклени полимери, композитни материали.
3. Неорганични - веригата се основава на силициеви атоми, а не на въглерод. Радикалите също могат да бъдат част от странични клонове. Те са открити съвсем наскоро, в средата на 20 век. Използва се в медицината, строителството, технологиите и други индустрии. Примери: силикон, цинобър.

Ако разделим полимерите по произход, можем да различим три групи.

1. Естествени полимери, чиято употреба е широко разпространена от древни времена. Това са макромолекули, за чието създаване човекът не е положил никакви усилия. Те са продукти на реакциите на самата природа. Примери: коприна, вълна, протеини, нуклеинови киселини, нишесте, целулоза, кожа, памук и други.
2. Изкуствени. Това са макромолекули, които са създадени от хората, но на базата на природни аналози. Тоест, свойствата на съществуващ естествен полимер просто се подобряват и променят. Примери: изкуствен
3. Синтетичните полимери са тези, в създаването на които участват само хора. За тях няма естествени аналози. Учените разработват методи за синтезиране на нови материали, които биха се подобрили техническа характеристика. Така се ражда синтетиката полимерни съединения различни видове. Примери: полиетилен, полипропилен, вискоза и др.

Има още една особеност, която е в основата на разделянето на разглежданите вещества на групи. Това са реактивност и термична стабилност. Има две категории за този параметър:

• термопластичен;
• термореактивни.

Най-древният, важен и особено ценен все още е естественият полимер. Свойствата му са уникални. Следователно, ние ще разгледаме допълнително тази категория макромолекули.

Какво вещество е естествен полимер?

За да отговорим на този въпрос, нека първо се огледаме около нас. Какво ни заобикаля? Живи организми около нас, които се хранят, дишат, възпроизвеждат, цъфтят и произвеждат плодове и семена. Какви са те от молекулярна гледна точка? Това са връзки като:

• протеини;
• нуклеинова киселина;
• полизахариди.

И така, всяко от горните съединения е естествен полимер. Така се оказва, че животът около нас съществува само благодарение на наличието на тези молекули. От древни времена хората са използвали глина, строителни смеси и хоросани, за да укрепват и създават домове, да тъкат прежда от вълна и да използват памук, коприна, вълна и животинска кожа, за да създават дрехи. Естествените органични полимери съпътстваха човека през всички етапи от неговото формиране и развитие и до голяма степен му помогнаха да постигне резултатите, които имаме днес.

Самата природа даде всичко, за да направи живота на хората възможно най-удобен. С течение на времето беше открит каучукът и бяха открити неговите забележителни свойства. Човекът се научи да използва нишесте за хранителни цели и целулоза за технически цели. Камфорът, който също е известен от древността, е естествен полимер. Смоли, протеини, нуклеинови киселини са всички примери за разглеждани съединения.

Структура на природните полимери

Не всички представители на този клас вещества имат еднаква структура. По този начин естествените и синтетичните полимери могат да се различават значително. Техните молекули са ориентирани по такъв начин, че да съществуват възможно най-изгодно и удобно от енергийна гледна точка. В същото време мн природни гледкиса способни да набъбват и структурата им се променя в процеса. Има няколко най-често срещани варианта на структурата на веригата:

• линеен;
• разклонен;
• звездовидна;
• апартамент;
• мрежа;
• лента;
• гребеновидна.

Изкуствените и синтетичните представители на макромолекулите имат много голяма маса и огромен брой атоми. Те са създадени със специално зададени свойства. Следователно тяхната структура първоначално е планирана от човека. Естествените полимери най-често имат линейна или мрежеста структура.

Примери за естествени макромолекули

Естествените и изкуствените полимери са много близки един до друг. В крайна сметка първите стават основа за създаването на вторите. Има много примери за такива трансформации. Нека изброим някои от тях.

1. Конвенционалната млечнобяла пластмаса е продукт, получен чрез третиране на целулоза с азотна киселина с добавяне на естествен камфор. Реакцията на полимеризация води до втвърдяване на получения полимер и превръщането му в правилният продукт. А пластификаторът, камфорът, го прави способен да омекне при нагряване и да промени формата си.
2. Ацетатна коприна, медно-амонячно влакно, вискоза - всичко това са примери за тези нишки и влакна, които се получават от целулоза. Тъкани от естествен памуки ленът не са толкова издръжливи, не са лъскави и лесно се мачкат. Но изкуствените аналози нямат тези недостатъци, което прави използването им много привлекателно.
3. Изкуствените камъни, строителните материали, смесите, заместителите на кожата също са примери за полимери, получени от естествени суровини.

Веществото, което е естествен полимер, може да се използва в истинската му форма. Има и много такива примери:

• колофон;
• кехлибар;
• нишесте;
• амилопектин;
• целулоза;
• вълна;
• памук;
• коприна;
• цимент;
• глина;
• вар;
• протеини;
• нуклеинови киселини и др.

Очевидно е, че класът съединения, който разглеждаме, е многоброен, практически важен и значим за хората. Сега нека разгледаме по-отблизо няколко представители на естествени полимери, които са в голямо търсене в момента.

Коприна и вълна

Формулата на естествения копринен полимер е сложна, тъй като тя химичен съставсе изразява чрез следните компоненти:

• фиброин;
• серицин;
• восъци;
• мазнини.

Самият основен протеин, фиброин, съдържа няколко вида аминокиселини. Ако си представите неговата полипептидна верига, тя ще изглежда така: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n. И това е само част от него. Ако си представим, че еднакво сложна протеинова молекула серицин е прикрепена към тази структура с помощта на силите на Ван дер Ваалс и заедно те са смесени в една конформация с восък и мазнини, тогава е ясно защо е трудно да се изобрази формулата от естествена коприна.

Днес по-голямата част от този продукт се доставя от Китай, тъй като в неговата необятност има естествено местообитание за основния производител - копринената буба. Преди това, от древни времена, естествената коприна беше високо ценена. Само благородни, богати хора можеха да си позволят дрехи, направени от него. Днес много характеристики на тази тъкан оставят много да се желае. Например силно се намагнетизира и набръчква, освен това губи блясъка си и става матова, когато е изложена на слънце. Следователно изкуствените производни на негова основа са по-често срещани.

Вълната също е естествен полимер, тъй като е отпадъчен продукт от кожата и мастните жлези на животните. Въз основа на този протеинов продукт се изработва трикотаж, който, подобно на коприната, е ценен материал.

нишесте

Естественото полимерно нишесте е отпадъчен продукт на растенията. Те го произвеждат чрез процеса на фотосинтеза и го натрупват в различни частитела. Неговият химичен състав:

• амилопектин;
• амилоза;
• алфа глюкоза.

Пространствената структура на нишестето е много разклонена и неподредена. Благодарение на амилопектина, който съдържа, той може да набъбне във вода, превръщайки се в така наречената паста. Този се използва в инженерството и промишлеността. Медицина, хранителна промишленост, производство лепила за тапети- това също са области на употреба на това вещество.

Сред растенията, съдържащи максимална суманишесте, можем да различим:

• царевица;
• картофи;
• пшеница;
• маниока;
• овесени ядки;
• елда;
• банани;
• сорго.

Въз основа на този биополимер се пече хляб, приготвят се тестени изделия, готвят се желе, каша и други хранителни продукти.

Целулоза

От химическа гледна точка това вещество е полимер, чийто състав се изразява с формулата (C 6 H 5 O 5) n. Мономерната единица на веригата е бета-глюкоза. Основните места, където се съдържа целулоза, са клетъчните стени на растенията. Ето защо дървото е ценен източник на това съединение.

Целулозата е естествен полимер, който има линейна пространствена структура. Използва се за производството на следните видове продукти:

• продукти от целулоза и хартия;
• изкуствени кожи;
• различни видове изкуствени влакна;
• памук;
• пластмаси;
• бездимен барут;
• филми и така нататък.

Очевидно е, че индустриалното му значение е голямо. За да може това съединение да се използва в производството, първо трябва да се извлече от растенията. Това става чрез продължително варене на дървесината в специални устройства. Допълнително обработване, както и реагентите, използвани за смилане, варират. Има няколко начина:

• сулфит;
• нитрат;
• Газирани напитки;
• сулфат.

След тази обработка продуктът все още съдържа примеси. Основава се на лигнин и хемицелулоза. За да се отървете от тях, масата се третира с хлор или алкали.

В човешкото тяло няма биологични катализатори, които да разграждат този сложен биополимер. Някои животни (тревопасни) обаче са се приспособили към това. Определени бактерии се установяват в стомаха им и правят това вместо тях. В замяна микроорганизмите получават енергия за живот и местообитание. Тази форма на симбиоза е изключително полезна и за двете страни.

Каучук

Това е естествен полимер с ценни икономическо значение. За първи път е описано от Робърт Кук, който го открива при едно от пътуванията си. Случи се така. След като кацна на остров, където живееха непознати за него туземци, той беше гостоприемно приет от тях. Вниманието му било привлечено от местни деца, които си играели с необичаен предмет. Това сферично тяло се отблъсна от пода и скочи високо нагоре, след което се върна.

След като попитал местното население от какво е направена тази играчка, Кук научил, че така се втвърдява сокът на едно от дърветата, Hevea. Много по-късно се разбра, че това е биополимерната гума.

Химическата природа на това съединение е известна - това е изопрен, който е претърпял естествена полимеризация. Каучукова формула (C 5 H 8) n. Неговите свойства, поради които е толкова високо ценен, са следните:

• еластичност;
• износоустойчивост;
• електрическа изолация;
• водоустойчив.

Има обаче и недостатъци. В студа става крехък и крехък, а в топлината става лепкав и вискозен. Ето защо е необходимо да се синтезират аналози на изкуствена или синтетична основа. Днес каучукът се използва широко за технически и промишлени цели. Най-важните продукти, базирани на тях:

• каучук;
• абанос.

Амбър

Това е естествен полимер, тъй като структурата му е смола, неговата изкопаема форма. Пространствената структура е рамков аморфен полимер. Той е много запалим и може да се запали с пламък от кибрит. Има луминисцентни свойства. Това е много важно и ценно качество, което се използва в бижутерията. Бижутата на основата на кехлибар са много красиви и търсени.

Освен това този биополимер се използва и за медицински цели. Прави се и от шкурка, лакови покрития за различни повърхности.

Полимерните материали (пластмаси, пластмаси) като правило са втвърдени композитни състави, в които полимери и олигомери служат като свързващи вещества. Те са получили широко разпространеното наименование „пластмаси“ (което не е съвсем правилно), защото при преработката им в продукти са в пластично (течно) състояние. Следователно научно обоснованите наименования са „полимерни материали“, „композитни материали на полимерна основа“.

Полимерите (от гръцки poly – много, meres – части) са високомолекулни химични съединения, чиито молекули се състоят от огромен брой многократно повтарящи се елементарни единици с една и съща структура. Такива молекули се наричат ​​макромолекули. В зависимост от разположението на атомите и атомните групи (елементарни единици) в тях те могат да имат линейна (верижна), разклонена, мрежеста и пространствена (триизмерна) структура, което определя тяхната физическа, механична и Химични свойства. Образуването на тези молекули е възможно поради факта, че въглеродните атоми лесно и здраво се свързват помежду си и с много други атоми.

Има и формополимери (преполимери, преполимери), които са съединения, съдържащи функционални групи и способни да участват в реакции на растеж или омрежване на полимерна верига с образуването на високомолекулни линейни и мрежови полимери. На първо място, това са течни полиолни продукти с излишък от полиизоцианати или други съединения при производството на полиуретанови продукти.

По произход полимерите могат да бъдат естествени, изкуствени и синтетични.

Естествените полимери са предимно биополимери - протеини, нишесте, естествени смоли (боров колофон), целулоза, естествен каучук, битум и др. Много от тях се образуват в процеса на биосинтеза в живите и растителни организми. В повечето случаи обаче в промишлеността се използват изкуствени и синтетични полимери.

Основните суровини за производството на полимери са странични продукти от въглищната и петролната промишленост, производството на торове, природен газ, целулоза и други вещества. Процесът на образуване на такива макромолекули и полимера като цяло се причинява от въздействието върху първоначалното вещество (мономер) на поток от светлинни лъчи и електрически разряди висока честота, отопление, налягане и др.

В зависимост от метода на получаване на полимери, те могат да бъдат разделени на полимеризация, поликондензация и модифицирани природни полимери. Процесът на производство на полимери чрез последователно свързване на мономерни единици една към друга в резултат на отваряне на множество (ненаситени) връзки се нарича реакция на полимеризация. По време на тази реакция веществото може да премине от газообразно или течно състояние в много гъсто течно или твърдо състояние. В този случай реакцията не е придружена от отделяне на странични продукти с ниско молекулно тегло. И мономерът, и полимерът се характеризират с еднакъв елементен състав. Реакцията на полимеризация произвежда полиетилен от етилен, полипропилен от пропилей, полиизобутилен от изобутилен и много други полимери.

По време на реакцията на поликондензация, атомите на два или повече мономера се пренареждат и странични продукти с ниско молекулно тегло (например вода, алкохоли или други вещества с ниско молекулно тегло) се освобождават от реакционната сфера. Реакцията на поликондензация произвежда полиамиди, полиестери, епоксиди, фенолформалдехид, органосилиций и други синтетични полимери, наричани още смоли.

В зависимост от връзката им с топлината и разтворителите, полимерите, както и материалите на тяхна основа, се разделят на термопластични и термореактивни.

Термопластични полимери(термопласти), когато се преработват в продукти, могат многократно да преминават от твърдо състояние на агрегиране във вискозно-течно състояние (стопилка) и когато се охладят, да се втвърдят отново. Обикновено не го правят висока температурапреход към вискозно-течно състояние, се обработват добре чрез леене под налягане, екструзия и пресоване. Оформянето на изделия от тях е физичен процес, който се състои във втвърдяване на течен или размекнат материал, когато се охлади и не настъпват химични промени. Повечето термопласти също са разтворими в подходящи разтворители. Термопластичните полимери имат линейна или леко разклонена структура на макромолекулите. Те включват някои видове полиетилен, поливинилхлорид, флуоропласт, полиуретани, битум и др.

Термореактивните (термореактивни) включват полимери, чиято обработка е придружена от химическа реакцияобразуването на мрежа или триизмерен полимер (втвърдяване, омрежване на вериги) и преходът от течно към твърдо състояние се случва необратимо. Тяхното втвърдено състояние е термостабилно и губят способността си да преминават отново във вискозно-течно състояние (например фенолни, полиестерни, епоксидни полимери и др.).

Класификация и свойства на полимерните материали

В зависимост от състава или броя на компонентите, полимерните материали се разделят на ненапълнени, представени само от едно свързващо вещество (полимер) - органично стъкло, в повечето случаи, полиетиленово фолио; запълнени, които за получаване на необходимия набор от свойства могат да включват пълнители, пластификатори, стабилизатори, втвърдители, пигменти - фибростъкло, текстолит, линолеум и газонапълнени (пяна и пенопласт) - пенополистирол, полиуретанова пяна и др.

В зависимост от физическото състояние при нормална температураи вискоеластични свойства, полимерните материали са твърди, полутвърди, меки и еластични.

Твърдите са твърди, еластични материали с аморфна структура с модул на еластичност над 1000 MPa. Чупят се крехко с незначително удължение при скъсване. Те включват фенопласти, аминопласти, пластмаси на базата на глифталови и други полимери.

Плътността на полимерните материали е най-често в диапазона 900-1800 kg/m3, т.е. те са 2 пъти по-леки от алуминий и 5,6 пъти по-леки от стомана. В същото време плътността на порестите полимерни материали (пенопласти) може да бъде 30..15 kg/m3, а плътните - над 2000 kg/m3.

Якостта на натиск на полимерните материали в повечето случаи надвишава много традиционни строителни материали (бетон, тухла, дърво) и е около 70 MPa за ненапълнени полимери, повече от 200 MPa за подсилени пластмаси, 100,150 MPa за материали на опън за материали с прахообразен пълнител и 100.150 MPa за фибростъкло 276.414 MPa и повече.

Топлопроводимостта на такива материали зависи от тяхната порьозност и производствена технология. За дунапрен и пенопласт е 0.03.0.04 W/m-K, за останалите е 0.2.0.7 W/mK или 500.600 пъти по-малко от това за металите.

Недостатъкът на много полимерни материали е ниската устойчивост на топлина. Например повечето от тях (на основата на полистирен, поливинилхлорид, полиетилен и други полимери) имат топлоустойчивост 60,80 °C. На основата на фенолформалдехидни смоли топлоустойчивостта може да достигне 200 °C, а само на силиконови полимери - 350 °C.

Като въглеводородни съединения, много полимерни материали са запалими или имат ниска огнеустойчивост. Продуктите на основата на полиетилен, полистирол и целулозни производни се класифицират като силно запалими и горими с обилно отделяне на сажди. Продуктите на базата на поливинилхлорид, полиестерно фибростъкло и фенолни пластмаси, които се овъгляват само при повишени температури, са трудни за изгаряне. Полимерните материали с високо съдържание на хлор, флуор или силиций са незапалими.

Много полимерни материали при обработка, изгаряне и дори нагряване отделят опасни за здравето вещества, като напр. въглероден окис, фенол, формалдехид, фосген, солна киселинаи др. Техен съществен недостатък е и високият им коефициент на термично разширение - от 2 до 10 пъти по-висок от този на стоманата.

Полимерните материали се характеризират със свиване по време на втвърдяване, достигащо 5,8%. Повечето от тях имат нисък модул на еластичност, много по-нисък от този на металите. При продължителни натоварвания те проявяват силно пълзене. С повишаване на температурата пълзенето се увеличава още повече, което води до нежелани деформации.

Развитието на съвременните технологии доведе до появата на материали, които имат изключителни експлоатационни свойства. Полимерните материали могат да имат молекулно теглоот няколко хиляди до няколко милиона. Основните качества на такива материали определят тяхното широко разпространение. Всяка година полимерите представляват все по-голям брой продукти. Ето защо ще разгледаме техните характеристики по-подробно.

Свойства на полимерите

Използването на полимери е много широко. Това се дължи на специалните качества, които притежава въпросният материал. Днес полимерните материали се срещат в голямо разнообразие от области и присъстват в почти всеки дом. Процесът на производство на полимерни материали непрекъснато се подобрява, съставът се променя, поради което придобива нови експлоатационни качества.

Физичните свойства на полимерите могат да се характеризират, както следва:

1. Нисък коефициент на топлопроводимост. Ето защо някои полимери могат да се използват като изолация за някои работи.
2. Високият TCLE се дължи на относително високата подвижност на връзките и постоянната промяна в коефициента на деформация.
3. Въпреки високия TCLE, полимерните материали са идеални за пръскане. IN напоследъкЧесто можете да срещнете ситуация, при която полимер се нанася върху повърхност под формата на тънък слой, за да придаде антикорозионни свойства на метал и други материали. Съвременните технологии за нанасяне позволяват получаването на тънък защитен филм.
4. Специфичното тегло може да варира в доста широк диапазон в зависимост от характеристиките на конкретния състав.
5. Доста високата якост на опън се дължи отчасти на повишената пластичност. Разбира се, показателят значително отстъпва на тези на метала или сплавите.
6. Силата на полимерите е относително ниска. За да се увеличи стойността на якостта на удар, към състава се добавят различни допълнителни компоненти, което води до специални видове полимери.
7. Струва си да се вземе предвид ниското Работна температура. Полимерните материали не се справят добре с топлината. Ето защо много версии могат да работят при температури не по-високи от 80 градуса по Целзий. Ако превишите препоръчителния температурен праг, тогава има вероятност силното нагряване да доведе до увеличаване на пластичността на полимерния материал. Твърде високата пластичност води до намаляване на якостта и промяна в други физични свойства.
8. Съпротивлението може да варира в доста голям диапазон. Пример за такива полимери е твърдият PVC, който има 10 17 Ohm×cm.
9. Много полимерни материали имат повишена запалимост. Тази точка определя, че полимерите не могат да се използват в някои отрасли. В допълнение, химическият състав определя, че по време на горенето те могат да отделят токсични вещества или остър дим.
10. При използване на специална производствена технология повърхността може да има намален коефициент на триене срещу стомана. Благодарение на това покритието издържа много по-дълго и по него не се появяват дефекти.
11. Коефициентът на линейно разширение варира от 70 до 200 10 -6 на градус по Целзий.

Когато разглеждате характеристиките на обикновените полимери, не забравяйте за следните качества:

1. Добрите диелектрични свойства позволяват използването на полимерен материал без риск от токов удар. Ето защо полимерите често се използват за създаване на инструменти и оборудване, предназначени за работа с електричество.
2. Линейните полимери са в състояние да възстановят първоначалната си форма след продължително излагане на стрес. Пример е ефектът от напречно натоварване, което огъва част, но след изчезването му формата не се запазва.
3. Важно качество на всички полимери е значителна промяна в производителността при въвеждане на малко количество примеси.
4. Днес полимерните материали се намират в голямо разнообразие от агрегатни състояния. Примерите включват лепило, смазка, уплътнител, боя и някои твърди полимерни материали. Твърдите пластмаси са широко разпространени и се използват в производството на голямо разнообразие от оборудване. Както беше отбелязано по-рано, веществото има висока еластичност, поради което са получени силикон, каучук, гума от пяна и други подобни полимерни материали.

Струва си да се има предвид фактът, че химичният състав на полимерните материали може да се различава значително. GOST представя процедура за качествена оценка, която се основава на точки.

Полимерните материали се използват широко в промишлеността, тъй като имат повишена устойчивост на неорганични реагенти. Ето защо те се използват в производството на резервоари за чиста водаили високо чисти реагенти.

Цялата горепосочена информация определя, че полимерите са станали изключително широко разпространени в голямо разнообразие от индустрии. Не бива обаче да забравяме, че има няколко десетки основни вида полимерни материали, всички те имат свои специфични качества. Ето защо трябва да се разгледа подробно класификацията на полимерните материали.

Класификация на полимерите

Има доста голям брой показатели, по които могат да се класифицират синтетичните полимерни материали. В същото време класификацията засяга и основните експлоатационни качества. Ето защо ще разгледаме видовете полимерни материали по-подробно.

Класификацията се извършва според състоянието на агрегиране:

1. Твърди. Почти всички хора са запознати с полимерите, тъй като те се използват в производството на корпуси за домакински уреди и други битови предмети. Друго име за този материал е пластмаса. В твърда форма полимерният материал има доста висока якост и пластичност.
2. Еластични материали. Високата еластичност на конструкцията се използва при производството на каучук, порест каучук, силикон и други подобни материали. Повечето се намират в строителството като изолация, което също е свързано с основните експлоатационни качества.
3. Течности. На базата на полимери се произвеждат доста голям брой различни течни вещества, повечето от които са приложими и в строителството. Примерите включват бои, лакове, уплътнители и много други.

Течни полимери - бои
Еластични полимери - гумено покритие

Различни видовеполимерните материали имат различни експлоатационни качества. Ето защо трябва да се вземат предвид техните характеристики. Има полимери, които се предлагат в търговската мрежа течно състояние, но след като реагират стават твърди.

Класификация на полимерите по произход:

1. Изкуствени вещества, характеризиращи се с високо молекулно тегло.
2. Биополимери, наричани още естествени.
3. Синтетичен.

Полимерните материали от синтетичен произход станаха по-широко разпространени, тъй като чрез смесване на голямо разнообразие от вещества се постигат изключителни експлоатационни качества. Изкуствените полимери днес се намират в почти всеки дом.

Класификация синтетични материалисъщо се извършва според характеристиките на молекулярната мрежа:

1. Линеен.
2. Разклонени.
3. Пространствени.

Класификацията се извършва и според естеството на хетероатома:

1. Основната верига може да включва кислороден атом. Тази структура на веригата прави възможно получаването на полиестери и полиестери и пероксиди.
2. BMCs, които се характеризират с наличието на серен атом в основната верига. Благодарение на тази структура се получават политиоетери.
3. Можете също така да намерите съединения, които съдържат фосфорни атоми в основната верига.
4. Основната верига може да включва както кислородни, така и азотни атоми. Най-честият пример за такава структура са полиуретаните.
5. Полиамините и полиамидите са видни представители на полимерни материали, които имат азотни атоми в основната си верига.

Освен това има две големи групи полимерни материали:

1. Въглеродна верига - вариант, който има основна верига на макромолекулата BMC с един въглероден атом.
2. Хетероверига - структура, която освен въглеродния атом има и атоми на други вещества.

Има просто огромен брой разновидности на полимери с въглеродна верига:

1. Съединения с високо молекулно тегло, наречени тефлон.
2. Полимерни алкохоли.
3. Структури с наситени главни вериги.
4. Вериги с наситени основни връзки, които са представени от полиетилен и полипропилен. Нека отбележим, че днес такива видове полимери са станали изключително широко разпространени, те се използват в производството на строителни материали и други неща.
5. ВМС, които се получават от преработката на алкохоли.
6. Вещества, получени при обработката на карбоксилна киселина.
7. Вещества, получени от нитрили.
8. Материали, които са получени на базата на ароматни въглеводороди. Най-често срещаният представител на тази група е полистиролът. Намира широко приложение поради високите си изолационни качества. Днес полистиролът се използва за изолация на жилищни и нежилищни помещения, Превозно средствои друго оборудване.

Цялата горна информация определя, че има просто огромен брой разновидности на полимерни материали. Това обуславя и широкото им разпространение и приложение в почти всички индустрии и области на човешката дейност.

Приложение на полимери

Съвременната икономика и животът на хората просто не могат без полимерни материали. Това се дължи на факта, че те имат относително ниска цена, ако е необходимо, основните характеристики на работата могат да бъдат променени, за да отговарят на конкретни задачи.

Приложение на полимерни материали

Когато се обмисля използването на полимери, трябва да се обърне внимание на следните точки:

1. Активното производство започва в началото на 20 век. Първоначално технологията на производство включва преработка на нискомолекулни суровини и целулоза. В резултат на тяхната обработка се появиха бои и филми.
2. Съвременните полимери са повлияли на развитието на всички индустрии. По времето на развитието на киното, появата на прозрачни филми направи възможно заснемането на първите филми.
3. В съвременния свят разглежданите полимерни материали се използват в почти всички индустрии. Пример за това е използването на полимери в производството на играчки, оборудване, лекарства, тъкани, строителни материали и много други. Освен това те стават част от други материали, за да променят основните си експлоатационни качества; те се използват при обработката на естествена кожа или каучук. Използвайки пластмаса, производителите успяха да намалят цената на компютрите и мобилните устройства и да ги направят по-леки и тънки. Ако сравните метал и полимери, разликата в цената може да бъде просто огромна.
4. Подобренията в технологията на производство на полимерни материали доведоха до появата на по-модерни композити, които се използват в машиностроенето и много други индустрии.
5. Използването на полимер също е свързано с пространството. Като пример може да се даде създаването както на самолети, така и на различни спътници. Значителното намаляване на масата прави възможно преодоляването на гравитацията на по-ниска цена. В допълнение, полимерите са добре известни със способността си да издържат на влияния от околната среда като промени в температурата и влажността.

Първоначално като суровини при производството на полимери се използват нискокачествени нискомолекулни вещества. Ето защо те имаха огромен брой недостатъци. Въпреки това, подобряването на производствените технологии доведе до факта, че днес полимерите са много безопасни за употреба и не отделят вредни вещества V заобикаляща среда. Поради това те започнаха да се използват все повече в производството на неща, използвани в ежедневието.

В заключение отбелязваме, че разглежданият район непрекъснато се развива, поради което композитни материали. Те са много по-скъпи от полимерите, но в същото време имат изключителни физични, химични и механични свойства. В близко бъдеще полимерните материали ще продължат да се използват активно в различни области, тъй като все още няма алтернатива, която да ги замени.