Полимеры: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 18: "Полимеры"

Полимеры – макромолекулы, состоящие из большого числа повторяющихся фрагментов (структурных звеньев).

Мономер – вещество, из которого может быть получен полимер в результате реакций полимеризации или поликонденсации.

18.1 Количество повторяющихся фрагментов ( n ) называют степенью полимеризации, оно может достигать 1000, 10000 и больших значений.

Классификация полимеров

18.2 Линейные. В линейных полимерах макромолекула представляет собой горизонтально вытянутую последовательность структурных звеньев. При этом звенья могут вращаться в пространстве относительно друг друга, поэтому схематично линейный полимер имеет вид нити.

Разветвленные. В молекуле разветвленного полимера можно выделить главную цепочку, от которой с определенной периодичностью могут отходить боковые «радикалы» разной длины, так же состоящие из разного количества молекул мономера.

Сетчатые. В сетчатых полимерах очень много узлов, закрепляющих сетчатую структуру макромолекулы. Такие полимеры являются наиболее прочными и удобными для эксплуатации.

Методы получения полимеров.

I. Полимеризация

В процессе полимеризации происходит постепенное соединение элементарных звеньев в макромолекулу. При участии одного мономера получаются гомополимеры, а при полимеризации двух и более мономеров – сополимеры.

18.3 II. Поликонденсация

Процесс поликонденсации сопровождается образованием побочного продукта – низкомолекулярного вещества (вода, аммиак, галогенводородные кислоты и др.). Таким образом можно получать как сополимеры, так и гомополимеры. Из фенола и формальдегида образуется фенолформальдегидная смола и вода. В реакциях поликонденсации аминокислот получают полиамиды (белки), в качестве побочного продукта процесса – вода.

18.4 Материалы

Структура полимеров позволяет очень широко использовать их в качестве материалов в быту, промышленности, исследованиях и иных сферах деятельности. Материалы на основе полимеров также можно разделить на группы: пластмассы (пластики), эластомеры и волокна.

Пластмассы (пластики)

– полимерные материалы, способные принимать заданную при производстве форму и сохранять её даже после длительного использования. Изменив состав полимера за счет добавок (стабилизаторов, уплотнителей, красителей, пластификаторов, наполнителей) можно добиться необходимых эксплуатационных характеристик.

18.5 Полиэтилен (ПЭ) – хорошо знакомый нам материал, основное применение которого – упаковочные материалы и изоляторы. Различают полиэтилен высокой и низкой плотности, отличие в способах синтеза и технических характеристиках материала.

Полипропилен (ПП) – также применяется для упаковки и защитных покрытий, но является более прочным в сравнении с полиэтиленом (трубы, волокна, композиционные материалы).

Полистирол (ПС) – получается в результате полимеризации стирола, используется для изготовления посуды, канцелярии, дисков и мелких предметов обихода. Способен сохранять прозрачность даже при значительной толщине, является хрупким.

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – сополимер этиленгликоля и терефталевой кислоты, служит для изготовления контейнеров, посуды, прочных пленочных покрытий. В отличии от многих пластмасс нетоксичен и может сохранять прочность при повышенных температурах.

Поливинилхлорид (ПВХ) – производство бытовых изделий, оконных рам, труб. С использованием пластификаторов может быть использован для получения линолеума, искусственной кожи, обоев. Из-за наличия хлора в структуре при разложении материала выделяются ядовитые газы, что накладывает ограничения на области применения материала.

Полиметилметакрилат (ПММА) – органическое стекло, прозрачный и прочный материал.

Эластомеры

Главным образом к эластомерам относятся каучуки – полимеризованные диены (полибутадиен, изопреновый и хлоропреновый каучуки). Полимеризацией изопрена (2-метилбутадиена-1,3) получают природный каучук. Сам по себе природный каучук – эластичный материал желтого, растворимый в углеводородах. Транс-изомер полиизопрена – гуттаперча.

18.6 Вулканизация каучуков (нагревание с серой) позволяет получать резины – упругие и прочные эластомеры, макромолекулы в которых соединены сульфидными мостиками. Из резины изготавливают шины, шланги, обувь и игрушки, из слабовулканизированной резины – более тонкие изделия (перчатки, воздушные шары, покрытия).

18.7 Волокна

Волокнами считаются упорядоченные в структуре длинные нити макромолекул. Переплетенные волокна формируют ткани и тканеобразные материалы. Виды волокон зависят от способа изготовления, различают природные, искусственные и синтетические волокна.

Природные волокна – химически немодифицированные полимеры, натуральные волокна (лён, хлопок, шёлк, целлюлоза).

Искусственные волокна – структурно модифицированные природные волокна (вискоза, ацетатное волокно). В их основе чаще всего лежит целлюлоза, выделяемая из древесины, или иной природный полимер. Отличить искусственное волокно от природного можно как по внешним характеристикам («на ощупь»), так и с помощью химических и физических воздействий.

Синтетические волокна – полностью могут быть синтезированы человеком и не находятся в природе в чистом виде (капрон, нейлон, лавсан, тефлон, кевлар, полиамиды).