1. Влакна на базата на полимери се получават чрез пресоване на разтвори или стопилки през матрици, последвано от втвърдяване - това са полиамиди, полиакрилонитрили и др.

2. Полимерните фолиа се произвеждат чрез пресоване през матрици с отвори, подобни на прорези, или чрез нанасяне върху движеща се лента. Използват се като електроизолационен и опаковъчен материал, основа на магнитни ленти.

3. Лаковете са разтвори на филмообразуващи вещества в органични разтворители.

4. Лепила, състави, способни да свързват различни материали поради образуването на силни връзки между техните повърхности с адхезивен слой.

5. Пластмаси

6. Композити (композитни материали) - полимерна основа, подсилена с пълнител.

10.4.2. Приложения на полимери

1. Полиетиленът е устойчив на агресивни среди, влагоустойчив и е диелектрик. Използва се за производство на тръби, електрически продукти, части от радиооборудване, изолационни филми, кабелни обвивки за телефонни и електропроводи.

2. Полипропилен - механично здрав, устойчив на огъване, абразия и еластичен. Използва се за производство на тръби, филми, батерии и др.

3. Полистирол - устойчив на киселини. Механично здрав, той е диелектрик. Използва се като електроизолационен и конструктивен материал в електротехниката и радиотехниката.

4. Поливинилхлоридът е забавител на горенето, механично здрав електроизолационен материал.

5. Политетрафлуоретилен (флуоропласт) - диелектрик не се разтваря в органични разтворители. Има високи диелектрични свойства в широк температурен диапазон (от -270 до 260ºС). Използва се и като антифрикционен и хидрофобен материал.

6. Полиметилметакрилат (плексиглас) - използва се в електротехниката като конструктивен материал.

7. Полиамид – има висока якост, устойчивост на износване и високи диелектрични свойства.

8. Синтетични каучуци (еластомерите).

9. Фенолформалдехидните смоли са в основата на лепила, лакове и пластмаси.

10.5. Органични полимерни материали

10.5.1. Полимеризационни термопластични смоли

Полипропилен- термопластичен полимер, получен от пропиленов газ C3H6. (CH 2 = CH - CH 3)

Структурна формула

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

Полимеризацията се извършва в бензин при температура 70 ° C по метода на Natta. Получава се полимер с правилна структура. Има висока химическа устойчивост и се разрушава само под въздействието на 98% H 2 SO 4 и 50% HNO 3 при температури над 70 °.

Електрически свойства като полиетилен. Филмът има ниска газо- и паропропускливост. Използва се за изолация на високочестотни кабели и инсталационни проводници, като диелектрик на високочестотни кондензатори.

Полиизобутилен- продукт на полимеризация на газ изобутилен. Структурна формула:

Има няколко вида полиизобутилен, течен с ниско молекулно тегло (1000) и твърд с високо молекулно тегло (400 000). Тези. в зависимост от степента на полимеризация може да бъде течен с различен вискозитет и еластичен като гума. Молекулите имат нишковидна симетрична структура с разклонения в страничните групи. Това може да обясни лепкавостта на материала и по-голямата му еластичност в сравнение с полиетилена. Това е диелектрик с ρ = 10 15 – 10 16 Ohm cm, ε = 2,25 – 2,35, електрическа якост – 16 – 23 kV/mm.

Мразоустойчивостта на полиизобутилена зависи от неговото молекулно тегло; колкото по-високо е теглото, толкова по-устойчив на замръзване е полиизобутиленът.

В чиста форма или в състави полиизобутиленът се използва за производството на изолационни ленти; изолация на високочестотни кабели (в състави с полиетилен); уплътнения; изолационни смеси за леене; лепилни материали.

Поради студената течливост на полиизобутилена, подобна на гума смес от 90% полиизобутилен и 10% полистирен със слой от полистиренов филм (стирофлекс) се използва за изолиране на високочестотни кабели. Тази смес има високи електрически свойства при висока влажност.

Полистирен– продукт на полимеризация на стирен – ненаситени въглеводороди – винилбензен или фенилетилен – CH 2 CHC 6 H 5.

Молекулата на стирола е донякъде асиметрична, което се дължи на наличието на фенолни групи в нея.

При нормални температури стиренът е безцветна прозрачна течност. От методите за полимеризация на стирол и получаване на твърд диелектрик най-често срещаните методи са блокова и емулсионна полимеризация.

Стиренът е токсичен и предизвиква дразнене на кожата, очите и дихателната система. Прахът от полистирол образува експлозивни концентрации с въздуха.

Плътност – 1,05 g/cm3

ρ , Ом cm, 10 14 – 10 17

ε= 2,55 – 2,52

Полистиролът е химически устойчив, не се влияе от концентрирани киселини (HNO 3 е изключение) и основи, разтваря се в етери, кетони, ароматни въглеводороди и не се разтваря в алкохоли, вода и растителни масла.

Степента на полимеризация зависи от условията. Възможно е да се получи полимер с молекулно тегло до 600 000. Това ще бъдат твърди полимери. Използват се полимери с М.М. от 40 000 до 150 000 При нагряване до 180 – 300 ºС е възможна деполимеризация. Електрическите свойства също зависят от метода на полимеризация и наличието на полярни примеси, особено емулгатори.

Продуктите от полистирен се произвеждат чрез пресоване и леене под налягане. Използва се за изработване на: фолио (стирофлекс), лампови панели, бобини, изолационни части на ключове, изолатори за антени; филми за кондензатори и др. Полистиролът под формата на ленти, шайби, капачки се използва за изолиране на високочестотни кабели.

Недостатъци: ниска устойчивост на топлина и склонност към бързо стареене - появата на малки пукнатини по повърхността на мрежата; в същото време електрическата якост намалява и ε се увеличава.

Полидихлоростирен– се различава от полистирола в съдържанието на два хлорни атома във всяка връзка на веригата и в резултат на това има голяма устойчивост на топлина и устойчивост на топлина.

ε= 2,25 – 2,65

Поливинил хлорид– термопластично синтетично високополимерно съединение с линейна структура на молекули с асиметрична структура. Изразената асиметрия и полярност на поливинилхлорида се свързва с хлора.

Получава се чрез полимеризация на винилхлорид H 2 C =CH -Cl. Изходните материали за производството са дихлороетан и ацетилен. Винилхлоридът е халогенидно производно на етилена. При нормална температура е безцветен газ, при температура 12 - 14 ºС е течност, а при -159 ºС е твърдо вещество. Полимеризацията на винилхлорид може да се извърши по три начина: блок, емулсия и в разтвори. Най-приложим е на водна основа. Има класове поливинилхлорид с добавяне на пластификатори и пълнители с различни механични свойства, устойчивост на замръзване и устойчивост на топлина.

Молекулата на поливинилхлорида има формата

ε= 3,1 – 3,4 (при 800 Hz)

ρ = 10 15 – 10 16 ома. см

Поливинилхлоридът е слабо хигроскопичен, промяната на диелектричните свойства във влажна атмосфера е незначителна.

Продуктите се произвеждат чрез пресоване, леене под налягане, щамповане и формоване.

Поливинилхлоридът се използва под формата на пластмаси с различна еластичност, под формата на лакове за защитни покрития. Той е химически устойчив на основи, киселини, алкохол, бензин и минерални масла. Естери, кетони, ароматни въглеводороди го разтварят частично или причиняват подуване.

Поливинилхлоридът се използва в електрическата индустрия в следните продукти:

а) батерийни банки;

б) маркучи за електроизолация и химическа защита;

в) изолация на телефонни проводници и кабели (заместител на олово);

г) изолационни уплътнения, втулки и други продукти.

Не се използва във високочестотни вериги като диелектрик поради големи диелектрични загуби (висока проводимост) и при температури над 60-70 ºС.

Поливинил ацетат– полимери на течен винилацетат, получени в резултат на химичната реакция на ацетилен (C 2 H 2) и оцетна киселина:

или CH2=CHOCOCH3. От него получават винилацетат- безцветна, силно подвижна течност с ефирна миризма, разлагаща се при 400°C.

Материал поливинил ацетат– без цвят, без мирис, заема средно място между смолите и каучуките. Неговите свойства зависят от степента на полимеризация. ММ. от 10 000 до 100 000 температура на омекване е 40 – 50 °C.

Високополимерните продукти стават гумени при 50–100 °C, а при отрицателни температури стават твърди и доста еластични.

Всички полимери са светлоустойчиви дори при 100 °C. При нагряване поливинилацетатът не се деполимеризира до мономер, а се разлага с отделяне на оцетна киселина. Не се запалва. Това е полярен полимер. Разтворим в етери, кетони (ацетон), метилов (CH 3 OH) и етилов (C 2 H 5 OH) алкохоли, неразтворим в бензин. Набъбва леко във вода, но не се разтваря.

Използва се основно за производство на безопасно стъкло "триплекс". Използва се в електроизолационната технология. Лаковете на негова основа се ценят заради добрите си електроизолационни свойства, еластичност, устойчивост на светлина и безцветност.

Полиметилметакрилат(органично стъкло, плексиглас) – голяма група високополимерни естери на метакриловата киселина, които имат широко техническо приложение

В електротехническата индустрия се използва като спомагателен материал.

Получава се чрез полимеризация на метилов естер на метакриловата киселина (метилметакрилат) в присъствието на инициатор.

При 573 K полиметилметакрилатът деполимеризира, за да образува основния метилметакрилатен мономер.

По състав той се различава от поливинилацетата в присъствието на метилова група в страничната верига вместо водород и наличието на валентна връзка между въглерода на основната верига и етерната група не чрез кислород, а чрез въглерод.

Има ниска топлоустойчивост (приблизително 56 °C); ε = 3,3 - 4,5; ρ = 2,3·10 13 - 2·10 12 Ohm. м. Не е подходящ за електрическа изолация.

Използва се като конструктивен, оптичен и декоративен материал, боядисван с анилинови багрила в различни цветове. От него се изработват кутии за инструменти и везни, прозрачни защитни стъкла и капачки, прозрачни части за оборудване и др. Органичното стъкло се обработва лесно: пробива се, реже се, стругова се, шлифова се. Огъва се добре, щампова се и се залепва с разтвори на полиметилметакрилат в дихлоретан.

Поливинил алкохол– твърд полимер със състав (-CH 2 -CHOH-) n. Получава се чрез хидролиза на поливинилацетат с киселина или основа. Формула на поливинил алкохол

Линеен полимер с асиметрична структура. Наличието на ОН група във всяко звено на веригата определя високата хигроскопичност и полярност на алкохола. Разтваря се само във вода. Има ρ = 10 7 Ohm cm. Използва се като спомагателен материал при производството на печатни радиосхеми.

Устойчив на мухъл и бактерии. Добър материал за производство на масло- и бензиноустойчиви мембрани, маркучи и панели. Нагряването при 170°C за 3–5 часа повишава водоустойчивостта и намалява разтворимостта на поливинилалкохола.

Олигоестерни акрилати

Олигомери– химични съединениясъс средно молекулно тегло (по-малко от 1000), по-голямо от мономерите и по-малко от полимерите. Основното им свойство е способността да полимеризират поради ненаситени връзки, които определят пространствената или линейна структура на крайния продукт. По време на полимеризацията не се отделят продукти с ниско молекулно тегло, така че изолацията, получена чрез леене на олигомери, е монолитна, без празнини и пори. Не изискват специални условия за полимеризация (високо налягане, температура, среда и др.).

Промишлеността произвежда полиестерни, полиуретанови, органосилициеви олигомерни съединения и техните модификации.

Най-модерните 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. Свойствата им също варират. 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. Органичните 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 разклонения. 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. Естествено органични полимерипридружаваше човек на всички етапи от неговото формиране и развитие и до голяма степен му помогна 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 естествените 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 от най-често срещаните опции за структура 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 правилния 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. Изкуствени камъни, Строителни материали, смеси, заместители 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 произвеждат трикотажни изделия, които, подобно на коприната, са 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.

На базата на този биополимер се пече хляб, правят 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 дърва 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, който има 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. Също така се прави от шкурка, лакови покритияза различни повърхности.

Представете си следната ситуация. Излизате от магазина и бързате бързо да хвърлите пакета в колата. Това е направено. Бързо проверявате телефона си и сядате зад волана. Влизайки в апартамента си, изтривате краката си в гумена постелка, изваждате всичко от чантите: тиган с незалепващо покритие, играчки за детето, пяна за бръснене, няколко ризи, тапети. Изглежда, че нищо не е забравено. Вземате бутилка вода и отивате до компютъра - време е да свършите малко работа. Всичко обсъдено по-горе съдържа полимери. Чак до магазина.

Полимери - какви са те?

Полимерите са материали, съставени от дълги, повтарящи се вериги от молекули. Те имат уникални свойствав зависимост от вида на свързаните молекули и как са свързани. Някои от тях се огъват и разтягат, като гума и полиестер. Други са твърди и твърди, като епоксиди и плексиглас.

Терминът "полимер" обикновено се използва за описване на пластмаси, които са синтетични полимери. Както и да е, съществуват и естествени полимери: например каучукът и дървото са естествени полимери, състоящи се от прост въглеводород, изопрен. Протеините също са естествени полимери, те са съставени от аминокиселини. Нуклеиновите киселини (ДНК и РНК) са полимери на нуклеотиди - сложни молекули, състоящи се от азотсъдържаща основа, захар и фосфорна киселина.

Кой се сети за това преди?

Учителят се смята за баща на полимерите органична химияот ETH Zurich Hermann Staudinger.

Херман Щаудингер. Източник: Wikimedia

Изследванията му през 20-те години на ХХ в проправи пътя за последваща работа с естествени и синтетични полимери. Той въвежда два термина, които са ключови за разбирането на полимерите: полимеризация и макромолекула. През 1953 г. Staudinger получава заслужена награда Нобелова награда„за откритията му в областта на макромолекулната химия“.

Полимеризацията е метод за създаване на синтетични полимери чрез комбиниране на по-малки молекули, мономери, във верига, държана заедно чрез ковалентни връзки. различни химична реакция, като тези, причинени от топлина и налягане, променят химичните връзки, които държат мономерите заедно. Процесът кара молекулите да се свързват в линейна, разклонена или пространствена структура, превръщайки ги в полимери. Тези вериги от мономери се наричат ​​още макромолекули. Една макромолекула може да се състои от стотици хиляди мономери.

Видове полимери

Видът на полимера зависи от неговата структура. От горното разбираме, че трябва да има три такива типа.

Линейни полимери. Това са съединения, в които мономерите са химически инертни един към друг и са свързани само от ван дер Ваалсови сили (междумолекулни (и междуатомни) сили на взаимодействие с енергия 10–20 kJ/mol. - Забележка редактиране.). Терминът "линеен" изобщо не означава праволинейно разположение на молекулите една спрямо друга. Напротив, те се характеризират повече с назъбена или спирална конфигурация, което придава на такива полимери механична якост.

Разклонени полимери. Образувани са от вериги със странични разклонения (броят на разклоненията и дължината им са различни). Разклонените полимери са по-здрави от линейните.

Линейните и разклонените полимери се размекват при нагряване и се втвърдяват отново при охлаждане. Това свойство се нарича термопластичност, а самите полимери се наричат ​​термопласти или термопласти. Връзките между молекулите в такива полимери могат да бъдат разкъсани и свързани отново. Означава, че пластмасови шишетаможе да се използва за производство на други продукти, съдържащи полимер, от килими до якета от руно. Разбира се, можете да направите повече бутилки. Всичко, което е необходимо за обработка, е висока температура. Термопластичните полимери могат не само да се стопят, но и да се разтворят, тъй като връзките на Ван дер Ваалс лесно се разкъсват от действието на реагентите. Термопластите включват поливинилхлорид, полиетилен, полистирен и др.

Ако макромолекулите съдържат реактивни мономери, тогава при нагряване те са свързани с много напречни връзки и полимерът придобива пространствена структура. Такива полимери се наричат ​​реактивни или термореактивни.

От една страна, термореактивните имат положителни качества: Те са по-твърди и топлоустойчиви. От друга страна, след разрушаването на връзките между молекулите на термоактивните полимери няма да е възможно да се установи втори път. В този случай рециклирането се елиминира и това е много лошо. Най-често срещаните полимери в тази група са полиестер, винилестер и епоксиди.

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 от висока температураИ 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. Веществото е полиетилен.

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

Видове полимери

Според 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 агрегатно състояниеХ. Те могат да бъдат течности (лубриканти, лакове, лепила, бои), еластични материали (каучук, силикон, порест каучук), както и твърди пластмаси (полиетилен, полипропилен).

През 1833 г. Й. Берцелиус въвежда термина "полимеризъм", който използва за назоваване на един от видовете изомерия. Такива вещества (полимери) трябваше да имат еднакъв състав, но различно молекулно тегло, като етилен и бутилен. Заключението на J. Berzelius не отговаря на съвременното разбиране на термина "полимер", тъй като по това време истинските (синтетични) полимери все още не са били известни. Първите споменавания на синтетични полимери датират от 1838 г. (поливинилиден хлорид) и 1839 г. (полистирен).

Химията на полимерите възниква едва след като А. М. Бутлеров създава теорията за химическата структура органични съединенияи получени по-нататъчно развитиеблагодарение на интензивните търсения на методи за синтезиране на каучук (G. Bushard, W. Tilden, K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev). От началото на 20-те години на 20 век започват да се развиват теоретични идеи за структурата на полимерите.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Полимери- химични съединения с високо молекулно тегло (от няколко хиляди до много милиони), чиито молекули (макромолекули) се състоят от голямо числоповтарящи се групи (мономерни единици).

Класификация на полимерите

Класификацията на полимерите се основава на три характеристики: техния произход, химическа природа и разлики в основната верига.

От гледна точка на произхода всички полимери се разделят на естествени (естествени), които включват нуклеинови киселини, протеини, целулоза, естествен каучук, кехлибар; синтетични (получени в лаборатория чрез синтез и без естествени аналози), които включват полиуретан, поливинилиден флуорид, фенолформалдехидни смоли и др.; изкуствени (получени в лаборатория чрез синтез, но на базата на естествени полимери) - нитроцелулоза и др.

Въз основа на тяхната химическа природа полимерите се делят на органични полимери (на базата на мономер - органична материя - всички синтетични полимери), неорганични (на базата на Si, Ge, S и др. неорганични елементи– полисилани, полисилициеви киселини) и органоелементна (смес от органични и неорганични полимери – полилоксани) природа.

Има homochain и хетероверижни полимери. В първия случай основната верига се състои от въглеродни или силициеви атоми (полисилани, полистирен), във втория - скелет от различни атоми (полиамиди, протеини).

Физични свойства на полимерите

Полимерите се характеризират с две агрегатни състояния - кристално и аморфно - и специални свойства - еластичност (обратими деформации при малки натоварвания - каучук), ниска чупливост (пластмаси), ориентация под действието на насочено механично поле, висок вискозитет и разтваряне. на полимера става чрез неговото набъбване.

Получаване на полимери

Реакциите на полимеризация са верижни реакции, които представляват последователно добавяне на молекули на ненаситени съединения една към друга с образуването на продукт с високо молекулно тегло - полимер (фиг. 1).

Ориз. 1. Обща схемаполучаване на полимер

Например полиетиленът се получава чрез полимеризация на етилен. Молекулна масамолекули достига 1 милион.

n CH 2 =CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -)-

Химични свойства на полимерите

На първо място, полимерите ще се характеризират с реакции, характерни за функционалната група, присъстваща в полимера. Например, ако полимерът съдържа хидроксо група, характерна за класа алкохоли, следователно, полимерът ще участва в реакции като алкохоли.

Второ, взаимодействие със съединения с ниско молекулно тегло, взаимодействие на полимери един с друг с образуването на мрежа или разклонени полимери, реакции между функционални групи, които са част от един и същ полимер, както и разлагането на полимера в мономери (разрушаване на верига).

Приложение на полимери

Производството на полимери е намерено широко приложениев различни области на човешкия живот - химическа индустрия(производство на пластмаси), машиностроенето и самолетостроенето, в нефтопреработвателните предприятия, в медицината и фармакологията, в селско стопанство(производство на хербициди, инсектициди, пестициди), строителна индустрия(звуко и топлоизолация), производство на играчки, дограма, тръби, предмети за бита.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 1

Упражнение	Полистиролът се разтваря добре в неполярни органични разтворители: бензен, толуен, ксилен, въглероден тетрахлорид. Изчисли масова част(%) полистирол в разтвор, получен чрез разтваряне на 25 g полистирол в бензен с тегло 85 g. (22,73%).
Решение	Записваме формулата за намиране на масовата част: Нека намерим масата на разтвора на бензен: m разтвор (C 6 H 6) = m (C 6 H 6)/(/100%)