polimeri. O polimerima. Osnovni koncepti

Godine 1833. J. Berzelius skovao je pojam "polimerija" koju je nazvao jednom od vrsta izomerije. Takve tvari (polimeri) trebaju imati isti sastav, ali različitu molekulsku težinu, kao što su etilen i butilen. Do moderno shvaćanje Pojam “polimer” ne odgovara zaključku J. Berzeliusa, jer pravi (sintetski) polimeri tada još nisu bili poznati. Prve reference na sintetske polimere datiraju iz 1838. (poliviniliden klorid) i 1839. (polistiren).

Kemija polimera nastala je tek nakon stvaranja teorije A. M. Butlerova kemijska struktura organskih spojeva i dalje se razvijao uslijed intenzivnog traženja metoda za sintezu gume (G. Bouchard, W. Tilden, K. Garries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev). Od ranih 20-ih godina 20. stoljeća počele su se razvijati teorijske ideje o strukturi polimera.

DEFINICIJA

polimeri — kemijski spojevi s velikom molekularnom težinom (od nekoliko tisuća do više milijuna), čije se molekule (makromolekule) sastoje od velikog broja ponavljajućih skupina (monomernih jedinica).

Klasifikacija polimera

Klasifikacija polimera temelji se na tri značajke: njihovom podrijetlu, kemijskoj prirodi i razlikama u glavnom lancu.

S gledišta podrijetla, svi polimeri se dijele na prirodne (prirodne), koji uključuju nukleinske kiseline, proteini, celuloza, prirodni kaučuk, jantar; sintetski (dobiveni u laboratoriju sintezom i nemaju prirodne analoge), koji uključuju poliuretan, poliviniliden fluorid, fenol-formaldehidne smole itd.; umjetni (dobiven u laboratoriju sintezom, ali na bazi prirodnih polimera) - nitroceluloza itd.

Na temelju kemijske prirode, polimeri se dijele na organske polimere (na bazi monomera - organske tvari - svi sintetski polimeri), anorganske (na bazi Si, Ge, S i drugih anorganskih elemenata - polisilani, polisilicijeve kiseline) i organoelemente (mješavina organskih i anorganskih polimera - polisloksani) priroda.

Postoje homolančani i heterolančani polimeri. U prvom slučaju, glavni lanac sastoji se od atoma ugljika ili silicija (polisilani, polistiren), u drugom - kostur različitih atoma (poliamidi, proteini).

Fizikalna svojstva polimera

Polimeri imaju dva agregatno stanje- kristalna i amorfna te posebna svojstva - elastičnost (reverzibilne deformacije pri malom opterećenju - guma), mala krtost (plastika), orijentacija pod djelovanjem usmjerenog mehaničkog polja, visoka viskoznost, a otapanje polimera nastaje njegovim bubrenjem.

Priprema polimera

Reakcije polimerizacije - lančane reakcije, što predstavlja sekvencijalno vezanje molekula nezasićenih spojeva jedna na drugu s stvaranjem visokomolekularnog proizvoda - polimera (slika 1).

Riža. 1. Opća shema proizvodnja polimera

Tako se, na primjer, polietilen dobiva polimerizacijom etilena. Molekulska težina molekule doseže 1 milijun.

n CH 2 \u003d CH 2 \u003d - (-CH 2 -CH 2 -) -

Kemijska svojstva polimera

Prije svega, polimere će karakterizirati reakcije karakteristične za funkcionalnu skupinu prisutnu u sastavu polimera. Na primjer, ako polimer sadrži hidrokso skupinu karakterističnu za klasu alkohola, tada će polimer sudjelovati u reakcijama poput alkohola.

Drugo, međudjelovanje sa spojevima male molekulske mase, međudjelovanje polimera međusobno uz stvaranje mreže ili razgranatih polimera, reakcije između funkcionalnih skupina koje čine isti polimer, kao i razgradnja polimera na monomere (destrukcija lanca).

Primjena polimera

Proizvodnja polimera našla je široku primjenu u razna područja ljudski život - kemijska industrija(proizvodnja plastike), strojarstvo i zrakoplovstvo, u poduzećima za preradu nafte, u medicini i farmakologiji, u poljoprivreda(proizvodnja herbicida, insekticida, pesticida), građevinarstvo (zvučna i toplinska izolacija), proizvodnja igračaka, prozora, cijevi, predmeta za kućanstvo.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 1

polimer - složena veza, koji ima veliku molekulsku težinu i sastoji se od niza konstitutivnih jedinica koje su međusobno povezane kemijske veze. Najčešće se struktura polimera temelji na monomeru - strukturnom fragmentu koji se sastoji od nekoliko atoma.

Većina polimera proizvodi se sintetski (iako postoje i prirodni polimeri) - pomoću reakcija polimerizacije i polikondenzacije. Tako se, na primjer, etilen pretvara u polietilen, propilen u polipropilen itd.

Svojstva polimera

Svojstva polimera uvelike su određena njihovim sastavom, no neka svojstva su ista za većinu polimera. Zapravo, upravo te značajke osiguravaju njihovu najširu praktičnu namjenu. Polimeri su elastični, fleksibilni i nisu lomljivi. Makromolekule koje čine polimer mogu promijeniti svoju orijentaciju pod djelovanjem određenog mehaničkog polja, ova se značajka koristi u proizvodnji filmova.

Još jedno zanimljivo svojstvo polimera je sposobnost nagle promjene fizikalnih i mehaničkih svojstava kada su izloženi maloj količini reagensa. Ova značajka se koristi u vulkanizaciji gume, štavljenju kože itd.

Vrste polimera

Polimeri se klasificiraju prema nizu kriterija. Najznačajnije klasifikacije su prema podrijetlu i kemijski sastav.

Polimeri dolaze u:

• Prirodni - postoje u prirodi (škrob, proteini, itd.);
• Sintetski - sintetski dobiven (polietilen, polipropilen itd.);
• Umjetni - sintetski dobiveni iz prirodnih polimera (nitroceluloza, metilceluloza itd.).

Prema kemijskom sastavu razlikuju se polimeri:

• Organski;
• anorganski;
• Organoelementi - sadrže u svom sastavu i organske i anorganske strukture.

Polimeri u praksi

Polimeri imaju široku primjenu u raznim područjima - strojarstvo, tekstilna industrija, medicina, poljoprivreda. U svakodnevnom životu također postoji mjesto za polimerne spojeve. Stvari čiji su polimeri dio su svuda oko nas - različite vrste tkanine (vuna, svila, koža itd.), plastični proizvodi, građevinske mješavine (cement, glina itd.), proizvodi od gume, posuđe ... Općenito, uloga polimernih spojeva u našem životu je doista golema. Sada znate što je polimer.

Predgovor

Svi tipovi polimerni materijali- to su tvari u kojima je svaka molekula lanac od desetaka ili stotina tisuća identičnih skupina atoma povezanih u seriju, a ista skupina atoma se ritmički ponavlja mnogo puta.

Sadržaj

Glavni polimerni materijali su smole i plastika. Ovisno o tome radi li se o termoplastičnom polimeru ili termoreaktivnom materijalu, materijal može više puta omekšati i otvrdnuti ili jednim zagrijavanjem prijeći u čvrsto stanje i trajno izgubiti sposobnost taljenja. Suvremeni polimerni materijali koji se najčešće koriste su disperzije, lateksi i ljepila.

Što su građevinski polimerni materijali

Što su polimerni materijali i kako se koriste u građevinarstvu? Sve vrste polimernih materijala su tvari u kojima je svaka molekula lanac od desetaka ili stotina tisuća identičnih skupina atoma povezanih u seriju, a ista skupina atoma se ritmički ponavlja mnogo puta.

Glavne vrste polimernih materijala dijele se na termoplastične i termoreaktivne. Termoplastični polimeri mogu opetovano omekšati i otvrdnuti s promjenama temperature, kao i lako bubriti i otapati se u organskim otapalima. To uključuje polistiren, polietilen i polivinilklorid (polivinilklorid) smole i plastiku.

Glavno svojstvo termoreaktivnih polimernih materijala je prijelaz u netopljivo kruto stanje pri zagrijavanju i nepovratan gubitak sposobnosti taljenja. Takvi polimeri uključuju fenol-formaldehid i urea-formaldehid, poliesterske i epoksi smole.

Pojedine vrste polimernih materijala u građevinarstvu pod utjecajem topline, svjetlosti i kisika u zraku s vremenom mijenjaju svoja svojstva: gube fleksibilnost, elastičnost, odnosno stare.

Za sprječavanje starenja suvremenih građevinskih polimernih materijala koriste se posebni stabilizatori (sredstva protiv starenja), a to su različiti organometalni spojevi olova, barija, kadmija itd. Kao stabilizator se koristi npr. tinuvin P.

Što su polimerni materijali i koje su njihove glavne karakteristike, saznat ćete na ovoj stranici.

Polimerni plastični materijali i njihova svojstva

Jedna od glavnih vrsta polimernih materijala je plastika. Oni su skupina organskih materijala koji se temelje na sintetskim ili prirodnim smolastim visokomolekularnim tvarima koje se mogu oblikovati pod zagrijavanjem i pritiskom, stabilno zadržavajući oblik koji im je dan.

Polimerni plastični materijali imaju dobra toplinska i električna izolacijska svojstva, otpornost na koroziju i trajnost. Prosječna gustoća plastike je 15-2200 kg/m3; tlačna čvrstoća - 120-160 MPa. Plastika ima dobra svojstva električne i toplinske izolacije, otpornost na koroziju i trajnost. Neki od njih su prozirni i visoko ljepljivi te imaju tendenciju stvaranja tankih filmova i zaštitnih premaza. Ovi polimerni materijali zbog svojih svojstava imaju široku primjenu u građevinarstvu, uglavnom u kombinaciji s vezivima, metalima i kamenim materijalima.

Plastika se sastoji od veziva – polimera, punila, plastifikatora i ubrzivača stvrdnjavanja. U proizvodnji obojene plastike također se koriste mineralne boje.

Kao punila u proizvodnji ove vrste polimernih materijala koriste se organski i mineralni prahovi, azbest, drvena i staklena vlakna, papir, staklene i pamučne tkanine, drveni furnir, azbestni karton itd. Punila ne samo da smanjuju troškove materijala, ali također poboljšava pojedinačna svojstva plastike: povećava tvrdoću, čvrstoću, otpornost na kiseline i otpornost na toplinu. Moraju biti kemijski inertni, neisparljivi i netoksični. Plastifikatori u proizvodnji plastike su cinkova kiselina, aluminijev stearat i drugi, koji materijalu daju veću plastičnost. Katalizatori (akceleratori) koriste se u plastici za ubrzavanje stvrdnjavanja. Primjer katalizatora je vapno ili urotropin, koji se koriste za stvrdnjavanje polimera fenol-formaldehida.

Sintetski polimerni materijali i njihova primjena

Prema načinu proizvodnje sintetski polimerni materijali dijele se u dvije klase: klasa A - polimeri dobiveni lančanom polimerizacijom; klasa B - polimeri dobiveni polikondenzacijom i stupnjevitom polimerizacijom.

Proces polimerizacije je kombinacija istih i različitih molekula. Nusproizvodi tijekom polimerizacije ne nastaju.

Proces polikondenzacije je spoj veliki broj identične i različite polireaktivne molekule tvari niske molekulske mase, što rezultira stvaranjem tvari velike molekularne težine. Tijekom procesa polikondenzacije oslobađaju se voda, klorovodik, amonijak i druge tvari.

Silikonske smole- ovo je posebna skupina makromolekularni spojevi. Osobitost ovih polimernih građevinskih materijala je da imaju svojstva i organskih i anorganskih tvari.

Fizičke i mehaničke karakteristike ovih polimernih materijala praktički su neovisne o temperaturnim fluktuacijama u usporedbi s konvencionalnim smolama, osim toga imaju visoku hidrofobnost i otpornost na toplinu. Silikonske smole koriste se za dobivanje različitih proizvoda koji su otporni na povišene temperature(400-500°C).

Glavno područje primjene ovih sintetičkih polimernih materijala je proizvodnja betona i mortova za povećanje njihove trajnosti. Koriste se i kao zaštitni premazi na prirodnim i umjetnim kamenim materijalima (beton, vapnenac, travertin, mramor i dr.). Impregnacijske žbuke zaštitno djelovanje unutar 6-10 godina, nakon čega ga treba obnoviti.

Za impregniranje površina proizvoda od prirodnog kamena i drugih građevinskih konstrukcija koriste se hidrofobizirajuće organosilikonske tekućine (GCL) koje se prije upotrebe otapaju organskim otapalima, kao i vodena 50% emulzija (mlijeko- bijela boja), koji se prije upotrebe pomiješa s vodom u omjeru 1:10.

Polivinil acetatna disperzija (PVA) je proizvod polimerizacije vinil acetata u vodenom mediju u prisutnosti inicijatora i zaštitnog koloida. To je viskozna tekućina bijele boje, homogena, bez krikova i stranih inkluzija.

PVA se, ovisno o viskoznosti, proizvodi u tri stupnja: H - niske viskoznosti, C - srednje viskoznosti, B - visoke viskoznosti. Koristi se u proizvodnji polimercementnih mortova, mastika, pasta, koje se koriste u oblagačkim radovima.

Sintetički lateks SKS-65GP- produkt zajedničke polimerizacije butadiena sa stirolom u omjeru 35:65 (težinski) u vodenoj emulziji uz korištenje sintetskog nekala i natrijevog sapuna kao emulgatora masne kiseline. Latex SKS-65GP koristi se u proizvodnji polimer betona, emulzijskih boja, mastika i pasta koje se koriste u oblagačkim radovima. Lateks se također koristi za nanošenje raznih premaza.

Fizička i kemijska svojstva ovog polimernog građevinskog materijala lateks SKS-65GP:

• sadržaj suhe tvari,%, ne manje od 47;
• sadržaj nepolimeriziranog stirena,%, ne više od 0,08;
• koncentracija vodikovih iona (pH), ne manje od 11;
• površinska napetost, dyne/cm2, ne više od 40;
• viskoznost, s - 11-15;
• sadržaj pepela,%, ne više od 1,5.

Sintetski lateks SKS-ZOSHR je proizvod zajedničke polimerizacije butadiena sa stirolom u vodenoj emulziji, koristi se kao vezivo ili ljepilo u oblogarskim radovima.

Fizikalna i kemijska svojstva SKS-ZOSHR lateksa:

• sadržaj suhe tvari,%, ne manje od 33;
• temperatura želatinizacije, ° C, ne viša od 14;
• sadržaj slobodnih alkalija,%, ne više od 0,15.

Karakteristike polimernih ljepila

Polimerna ljepila se proizvode u obliku tekućina, praha i filmova.

Postoje dvije vrste tekućih ljepila. Prva vrsta ljepljivih smjesa su gume, smole ili derivati ​​celuloze otopljeni u organskom hlapljivom otapalu (alkohol ili aceton). Nakon isparavanja otapala nastaje čvrsta ljepljiva veza. Druga vrsta ljepljivih sastava je vodene otopine smole posebno pripremljene za ljepila. Takva rješenja su pravilno skladištenje nemojte se zgusnuti nekoliko mjeseci. Tekuća ljepila sadrže 40-70% čvrstog ljepila.

Od tekućih ljepila najzastupljenija su melamin-formaldehidna, fenol-formaldehidna, urea-formaldehidna, gumena, epoksidna, polivinil acetatna, te ljepila s dodatkom silikona.

Glina CMC ( natrijeva sol karboksimetilceluloza) koristi se u proizvodnji kitova i otopina koje se koriste u.

Karbinol ljepilo (vinilacetilen karbolen)- To je viskozna prozirna tekućina svijetlonarančaste boje, koja ima veliku moć lijepljenja. Stoga se naziva univerzalnim. Sposoban je lijepiti raznih materijala, čak i kao što su beton, kamen, metal, drvo. Stvrdnuto karbinol ljepilo otporno je na ulja, kiseline, lužine, benzin, aceton i vodu.

Kao katalizatori za ubrzavanje stvrdnjavanja karbinol ljepila koriste se koncentrirana dušična kiselina ili benzoil peroksid. Potonji je eksplozivan prah, pa ga treba čuvati dalje od vatre.

Karbinol ljepilo se proizvodi na bazi karbinolnog sirupa (100 wt.h) dva sastava: u 1. benzoil peroksid (1-3 wt.h.) se dodaje kao učvršćivač, u 2. - koncentrirana dušična kiselina (1- 2 tež.h.).h.).

Karbinol ljepilo se skladišti na temperaturi od 20°C i na tamnom mjestu jer pod utjecajem svjetlosti gubi sposobnost lijepljenja.

Epoksidno ljepilo To je bistra, viskozna, svijetlosmeđa tekućina visoke ljepljivosti. Koristi se za lijepljenje kamena, betona, keramičkih pločica. Stvrdnuta epoksidna ljepljiva fuga otporna je na kiseline, lužine, otapala, vodu, kao i na velika mehanička opterećenja. Učvršćivači epoksidnih smola su polietilenpoliamin ili heksametilendiamin, a dibutil ftolat je plastifikator.

Polimer

Polimer- visokomolekularni spoj, tvar velike molekularne težine (od nekoliko tisuća do nekoliko milijuna.), Sastoji se od velikog broja ponavljajućih atomskih skupina iste ili različite strukture - spojnih veza, međusobno povezanih kemijskim ili koordinacijskim vezama u duge linearne (npr. celuloza) ili razgranate (npr. amilopektin) lance, kao i prostorne trodimenzionalne strukture.

Često se monomer može razlikovati u svojoj strukturi - ponavljajući strukturni fragment koji uključuje nekoliko atoma. Polimeri se sastoje od velikog broja ponavljajućih skupina (jedinica) iste strukture, npr. nazivaju se polivinil klorid (-CH2-CHCl-) n, prirodni kaučuk itd. Visokomolekularni spojevi čije molekule sadrže više vrsta ponavljajućih skupine nazivaju se kopolimeri.

Polimer nastaje iz monomera kao rezultat reakcija polimerizacije ili polikondenzacije. Polimeri uključuju brojne prirodne spojeve: proteine, nukleinske kiseline, polisaharide, kaučuk i druge organske tvari. U većini slučajeva, koncept se odnosi na organski spojevi međutim, postoji mnogo anorganskih polimera. Velik broj polimera dobiva se sintetski iz najjednostavnijih spojeva elemenata prirodnog podrijetla polimerizacijom, polikondenzacijom i kemijskim transformacijama. Imena polimera tvore se od naziva monomera s prefiksom poli-: poli etilen, poli propilen, poli vinil acetat...

Zbog svojih vrijednih svojstava polimeri se koriste u strojogradnji, tekstilnoj industriji, poljoprivredi i medicini, automobilskoj industriji i brodogradnji, u svakodnevnom životu (tekstil i proizvodi od kože, posuđe, ljepila i lakovi, nakit i dr.). Na bazi makromolekularnih spojeva proizvode se guma, vlakna, plastika, filmovi i premazi za boje. Sva tkiva živih organizama su makromolekularni spojevi.

Znanost o polimerima

sintetski polimeri. Umjetni polimerni materijali

Čovjek već dugo koristi prirodne polimerne materijale u svom životu. To su koža, krzno, vuna, svila, pamuk i dr. koji se koriste za izradu odjeće, razna veziva (cement, vapno, glina) koja odgovarajućom obradom tvore trodimenzionalna polimerna tijela koja se široko koriste kao građevinski materijali. No, industrijska proizvodnja lančanih polimera započela je početkom 20. stoljeća, iako su preduvjeti za to stvoreni ranije.

Gotovo odmah se industrijska proizvodnja polimera razvija u dva smjera - preradom prirodnih organskih polimera u umjetne polimerne materijale i dobivanjem sintetskih polimera iz organskih niskomolekularnih spojeva.

U prvom slučaju, proizvodnja velikog kapaciteta temelji se na pulpi. Prvi polimerni materijal od fizički modificirane celuloze - celuloid - dobiven je početkom 20. stoljeća. Velika proizvodnja jednostavnih i esteri pulp je organiziran prije i poslije Drugog svjetskog rata i postoji do danas. Na njihovoj osnovi proizvode se filmovi, vlakna, boje i lakovi te zgušnjivači. Valja napomenuti da je razvoj kinematografije i fotografije bio moguć samo zahvaljujući pojavi prozirnog filma od nitroceluloze.

Proizvodnja sintetičkih polimera započela je 1906. godine, kada je L. Baekeland patentirao tzv. bakelitnu smolu - kondenzacijski proizvod fenola i formaldehida, koji se zagrijavanjem pretvara u trodimenzionalni polimer. Desetljećima se koristi u proizvodnji kućišta za električne uređaje, baterije, televizore, utičnice itd., a sada se češće koristi kao vezivo i ljepilo.

Klasifikacija polimera

Prema kemijskom sastavu svi polimeri se dijele na organske, organoelementne i anorganske.

• organski polimeri. Nastaje uz sudjelovanje organskih radikala (CH3, C6H5, CH2). To su smole i gume.
• organoelementni polimeri. Sadrže anorganske atome (Si, Ti, Al) u kombinaciji s organskim radikalima u glavnom lancu organskih radikala. Oni ne postoje u prirodi. Umjetno dobiven predstavnik su organosilicijevi spojevi.
• anorganski polimeri. Temelje se na oksidima Si, Al, Mg, Ca itd. Nema ugljikovodični skelet. To uključuje keramiku, tinjac, azbest.

Treba napomenuti da je u tehničkih materijalačesto korištene kombinacije pojedinačne grupe polimeri. To su kompozitni materijali (na primjer, stakloplastika).

Prema obliku makromolekula polimeri se dijele na linearne, razgranate, vrpčaste, prostorne, ravne.

Prema faznom sastavu polimeri se dijele na amorfne i kristalne.

Amorfni polimeri su jednofazni i građeni od lančanih molekula sklopljenih u pakete. Paketi se mogu kretati u odnosu na druge elemente.

Kristalni polimeri nastaju kada su njihove makromolekule dovoljno fleksibilne da tvore strukturu.

Prema polarnosti polimeri se dijele na polarne i nepolarne. Polaritet je određen prisutnošću u njihovom sastavu dipola - molekula s disociranom raspodjelom pozitivnih i negativnih naboja. U nepolarnim polimerima dipolni momenti atomskih veza se međusobno poništavaju.

S obzirom na zagrijavanje, polimeri se dijele na termoplastične i duroplastične.

Prirodni organski polimeri

Prirodni organski polimeri nastaju u biljnim i životinjskim organizmima. Najvažniji od njih su polisaharidi, bjelančevine i nukleinske kiseline, od kojih su u velikoj mjeri izgrađena tijela biljaka i životinja i koji osiguravaju samo funkcioniranje života na Zemlji. Vjeruje se da je odlučujuća faza u nastanku života na Zemlji bilo formiranje složenijih makromolekularnih molekula iz jednostavnih organskih molekula.

Značajke polimera

Posebna mehanička svojstva:

• elastičnost - sposobnost visokih reverzibilnih deformacija s relativno malim opterećenjem (gume);
• niska lomljivost staklastih i kristalnih polimera (plastika, organsko staklo);
• sposobnost makromolekula da se orijentiraju pod djelovanjem usmjerenog mehaničkog polja (koristi se u proizvodnji vlakana i filmova).

Značajke polimernih otopina:

• visoka viskoznost otopine pri niskoj koncentraciji polimera;
• otapanje polimera se odvija kroz fazu bubrenja.

Posebna kemijska svojstva:

• sposobnost dramatične promjene njegovih fizičkih i mehaničkih svojstava pod djelovanjem malih količina reagensa (vulkanizacija gume, štavljenje kože itd.).

Posebna svojstva polimera objašnjavaju se ne samo njihovom velikom molekularnom težinom, već i činjenicom da makromolekule imaju lančanu strukturu i imaju jedinstveno svojstvo za neživu prirodu - fleksibilnost.

Uvod
1. Značajke polimera
2. Klasifikacija
3. Vrste polimera
4. Primjena
5. Znanost o polimerima
Zaključak
Popis korištenih izvora

Uvod

Lanci polipropilenskih molekula.

polimeri(grč. πολύ- - mnogo; μέρος - dio) - anorganske i organske, amorfne i kristalne tvari dobivene opetovanim ponavljanjem raznih skupina atoma, nazvanih "monomerne jedinice", povezanih u dugačke makromolekule kemijskim ili koordinacijskim vezama. Polimer je spoj velike molekulske mase: broj monomernih jedinica u polimeru (stupanj polimerizacije) mora biti dovoljno velik. U mnogim slučajevima, broj jedinica može se smatrati dovoljnim za klasificiranje molekule kao polimera, ako se svojstva molekule ne mijenjaju kada se doda sljedeća monomerna jedinica. Polimeri su u pravilu tvari molekulske mase od nekoliko tisuća do nekoliko milijuna.

Ako se veza između makromolekula odvija uz pomoć slabih Van der Waalsovih sila, nazivaju se termoplasti, ako uz pomoć kemijskih veza - termoplasti. Linearni polimeri uključuju, na primjer, celulozu; razgranati polimeri, na primjer, amilopektin, imaju polimere sa složenom prostornom trodimenzionalnom strukturom.

U strukturi polimera može se razlikovati monomerna veza - ponavljajući strukturni fragment koji uključuje nekoliko atoma. Polimeri se sastoje od većeg broja ponavljajućih skupina (jedinica) iste strukture, npr. polivinil klorid (-CH2-CHCl-) n, prirodni kaučuk itd. Visokomolekularni spojevi čije molekule sadrže više vrsta ponavljajućih skupina nazivaju se kopolimeri ili heteropolimeri.

Polimer nastaje iz monomera kao rezultat reakcija polimerizacije ili polikondenzacije. Polimeri uključuju brojne prirodne spojeve: proteine, nukleinske kiseline, polisaharide, kaučuk i druge. organska tvar. U većini slučajeva, koncept se odnosi na organske spojeve, ali postoji mnogo anorganskih polimera. Velik broj polimera dobiva se sintetski iz najjednostavnijih spojeva elemenata prirodnog podrijetla polimerizacijom, polikondenzacijom i kemijskim transformacijama. Imena polimera tvore se od naziva monomera s prefiksom poli-: polietilen, polipropilen, polivinil acetat itd.

1. Značajke polimera

Posebna mehanička svojstva:

elastičnost- sposobnost velikih reverzibilnih deformacija s relativno malim opterećenjem (gume);

niska lomljivost staklastih i kristalnih polimera (plastika, organsko staklo);

sposobnost makromolekula da se orijentiraju pod djelovanjem usmjerenog mehaničkog polja (koristi se u proizvodnji vlakana i filmova).

Značajke polimernih otopina:

visoka viskoznost otopine pri niskoj koncentraciji polimera;

otapanje polimera se odvija kroz fazu bubrenja.

Posebna kemijska svojstva:

sposobnost dramatične promjene njegovih fizičkih i mehaničkih svojstava pod djelovanjem malih količina reagensa (vulkanizacija gume, štavljenje kože itd.).

Posebna svojstva polimera objašnjavaju se ne samo njihovom velikom molekulskom težinom, već i činjenicom da makromolekule imaju lančanu strukturu i fleksibilne su.

2. Klasifikacija

Prema kemijskom sastavu svi polimeri se dijele na organske, organoelementne i anorganske.

organski polimeri.

organoelementni polimeri. Sadrže anorganske atome (Si, Ti, Al) u kombinaciji s organskim radikalima u glavnom lancu organskih radikala. Oni ne postoje u prirodi. Umjetno dobiven predstavnik su organosilicijevi spojevi.

Treba napomenuti da se kombinacije često koriste u tehničkim materijalima. različite grupe polimeri. To su kompozitni materijali (na primjer, stakloplastika).

Prema obliku makromolekula polimeri se dijele na linearne, razgranate (poseban slučaj - zvjezdasti), vrpčaste, ravne, češljaste, polimerne mreže i tako dalje.

Polimeri se dijele prema polarnosti (što utječe na topljivost u razne tekućine). Polarnost polimernih jedinica određena je prisutnošću dipola u njihovom sastavu - molekula s nepovezanom raspodjelom pozitivnih i negativnih naboja. U nepolarnim vezama dipolni momenti veza atoma su međusobno kompenzirani. Polimeri čije jedinice imaju značajan polaritet nazivaju se hidrofilni ili polarni. Polimeri s nepolarnim vezama - nepolarni, hidrofobni. Polimeri koji sadrže i polarne i nepolarne jedinice nazivaju se amfifilnim. Predlaže se da se homopolimeri, čija svaka karika sadrži i polarne i nepolarne velike skupine, nazivaju amfifilnim homopolimerima.

S obzirom na zagrijavanje, polimeri se dijele na termoplastične i duroplastične. Termoplastični polimeri (polietilen, polipropilen, polistiren) zagrijavanjem omekšavaju, čak se tope, a hlađenjem stvrdnjavaju. Ovaj proces je reverzibilan. Termoreaktivni polimeri, kada se zagrijavaju, podliježu nepovratnoj kemijskoj degradaciji bez taljenja. Molekule termoreaktivnih polimera imaju nelinearnu strukturu dobivenu umrežavanjem (na primjer, vulkanizacijom) lančanih polimernih molekula. Elastična svojstva termoreaktivnih polimera veća su od termoreaktivnih polimera, međutim, termoreaktivni polimeri praktički ne teče, zbog čega imaju niže naprezanje loma.

Prirodni organski polimeri nastaju u biljnim i životinjskim organizmima. Najvažniji od njih su polisaharidi, bjelančevine i nukleinske kiseline, od kojih su u velikoj mjeri izgrađena tijela biljaka i životinja i koji osiguravaju samo funkcioniranje života na Zemlji. Vjeruje se da je odlučujuća faza u nastanku života na Zemlji bilo formiranje složenijih makromolekularnih molekula iz jednostavnih organskih molekula (vidi Kemijska evolucija).

3. Vrste polimera

sintetski polimeri. Umjetni polimerni materijali

Čovjek već dugo koristi prirodne polimerne materijale u svom životu. To su koža, krzno, vuna, svila, pamuk i dr. koji se koriste za izradu odjeće, razna veziva (cement, vapno, glina) koja odgovarajućom obradom tvore trodimenzionalna polimerna tijela koja se široko koriste kao Građevinski materijali. Međutim, industrijska proizvodnja lančanih polimera započela je početkom 20. stoljeća, iako su se preduvjeti za to pojavili ranije.

Gotovo odmah se industrijska proizvodnja polimera razvija u dva smjera - preradom prirodnih organskih polimera u umjetne polimerne materijale i dobivanjem sintetskih polimera iz organskih niskomolekularnih spojeva.

U prvom slučaju proizvodnja velikog kapaciteta temelji se na celulozi. Prvi polimerni materijal od fizički modificirane celuloze - celuloid - dobiven je početkom 20. stoljeća. Velika proizvodnja etera i estera celuloze organizirana je prije i poslije Drugog svjetskog rata i traje do danas. Na njihovoj osnovi se proizvode filmovi, vlakna, boje i lakovi i zgušnjivači. Treba napomenuti da je razvoj filma i fotografije bio moguć samo zahvaljujući pojavi prozirnog nitroceluloznog filma.

Proizvodnja sintetičkih polimera započela je 1906. godine, kada je L. Baekeland patentirao tzv. bakelitnu smolu - kondenzacijski proizvod fenola i formaldehida, koji se zagrijavanjem pretvara u trodimenzionalni polimer. Desetljećima se koristi u proizvodnji kućišta za električne uređaje, baterije, televizore, utičnice itd., a sada se češće koristi kao vezivo i ljepilo.

Zahvaljujući naporima Henryja Forda, prije Prvog svjetskog rata počinje nagli razvoj automobilske industrije, najprije na bazi prirodnog, a zatim i sintetičkog kaučuka. Proizvodnja potonjeg ovladala je uoči Drugog svjetskog rata u Sovjetskom Savezu, Engleskoj, Njemačkoj i SAD-u. U istim godinama ovladana je industrijska proizvodnja polistirena i polivinil klorida, izvrsnih elektroizolacijskih materijala, kao i polimetil metakrilata - bez organskog stakla zvanog "pleksiglas" bila bi nemoguća masovna gradnja zrakoplova tijekom ratnih godina.

Poslije rata obnavlja se prijeratna proizvodnja poliamidnih vlakana i tkanina (kapron, najlon). U 50-ima. 20. stoljeće razvijeno je poliestersko vlakno i ovladana proizvodnja tkanina na njegovoj osnovi pod nazivom lavsan ili polietilen tereftalat. Polipropilen i nitron - umjetna vuna izrađena od poliakrilonitrila - upotpunjuju popis sintetičkih vlakana koja modernog čovjeka za odjeću i industrijske djelatnosti. U prvom slučaju ova se vlakna vrlo često kombiniraju s prirodnim celuloznim ili proteinskim vlaknima (pamuk, vuna, svila). Epohalni događaj u svijetu polimera bilo je otkriće sredinom 50-ih godina XX. stoljeća i brz industrijski razvoj Ziegler-Natta katalizatora, što je dovelo do pojave polimernih materijala na bazi poliolefina i prije svega polipropilena i polietilena. niski pritisak(prije toga ovladana je proizvodnja polietilena pri tlaku od oko 1000 atm.), kao i stereopravilnih polimera sposobnih za kristalizaciju. Tada su u masovnu proizvodnju uvedeni poliuretani - najčešća brtvila, ljepila i porozni mekani materijali (pjenasta guma), kao i polisiloksani - organoelementni polimeri koji imaju veću toplinsku otpornost i elastičnost u usporedbi s organskim polimerima.

Popis zatvaraju takozvani jedinstveni polimeri sintetizirani 60-70-ih godina. 20. stoljeće To uključuje aromatske poliamide, poliimide, poliestere, poliesterske ketone itd.; neizostavan atribut ovih polimera je prisutnost aromatskih ciklusa i (ili) aromatskih kondenziranih struktura. Karakterizira ih kombinacija izvanrednih vrijednosti čvrstoće i toplinske otpornosti.

Vatrostalni polimeri

Mnogi polimeri, poput poliuretana, poliestera i epoksidnih smola, skloni su zapaljivosti, što je često neprihvatljivo kada praktična aplikacija. Da bi se to spriječilo, koriste se različiti aditivi ili se koriste halogenirani polimeri. Halogenirani nezasićeni polimeri sintetiziraju se ugradnjom kloriranih ili bromiranih monomera, kao što je heksakiselina (HCEMTFA), dibromneopentil glikol ili tetrabromftalna kiselina, u kondenzaciju. Glavni nedostatak takvih polimera je taj što prilikom spaljivanja mogu ispuštati plinove koji uzrokuju koroziju, što može imati štetan učinak na obližnju elektroniku. S obzirom visoke zahtjeve ekološka sigurnost, Posebna pažnja daje se komponentama bez halogena: fosfornim spojevima i metalnim hidroksidima.

Djelovanje aluminijevog hidroksida temelji se na činjenici da se pod izlaganjem visokoj temperaturi oslobađa voda koja sprječava izgaranje. Da biste postigli učinak, morate dodati velike količine aluminijev hidroksid: težinski 4 dijela na jedan dio nezasićenih poliesterskih smola.

Amonijev pirofosfat djeluje na drugačijem principu: uzrokuje pougljenje, što zajedno sa staklenim slojem pirofosfata izolira plastiku od kisika, sprječavajući širenje vatre.

Novo obećavajuće punilo su slojeviti aluminosilikati, čija se proizvodnja stvara u Rusiji.

4. Primjena

Zbog svojih vrijednih svojstava polimeri se koriste u strojarstvu, tekstilnoj industriji, poljoprivredi i medicini, automobilskoj i brodogradnji, zrakoplovnoj industriji, te u svakodnevnom životu (tekstilni i kožni proizvodi, posuđe, ljepila i lakovi, nakit i dr.). Na temelju makromolekularnih spojeva proizvode se guma, vlakna, plastika, filmovi i premazi za boje. Sva tkiva živih organizama su makromolekularni spojevi.

5. Znanost o polimerima

Znanost o polimerima počela se razvijati kao samostalno područje znanja početkom Drugog svjetskog rata, a kao cjelina formirala se 50-ih godina prošlog stoljeća. XX. stoljeća, kada je uloga polimera u razvoju tehnički napredak i vitalna aktivnost bioloških objekata. Usko je povezana s fizikom, fizikalnom, koloidnom i organska kemija i može se smatrati jednim od temeljnih temelja moderne molekularne biologije, čiji su predmet proučavanja biopolimeri.

Popis korištenih izvora

1. Enciklopedija polimera, vol. 1 - 3, pogl. izd. V. A. Kargin, M., 1972. - 77.;
2. Makhlis F. A., Fedyukin D. L., Terminološki priručnik o gumi, M., 1989;
3. Krivoshey V. N., Ambalaža od polimernih materijala, M., 1990;
4. Sheftel V. O., Štetne tvari u plastici, M., 1991.;

Sažetak na temu "Polimeri" ažurirano: 18. siječnja 2018. od strane: Znanstveni članci.Ru