Органические полимеры

Полистирол

Полистирол – пример самого распространенного термопластичного полимера. На вид он бесцветный, прозрачный и твердый. Полистирол является более прочным и жестким материалом, имеет большую рабочую температуру использования и меньшую склонность к старению по сравнению с полиэтиленом. Считается хорошим электрическим изолятором и обладает высокой водоотталкивающей способностью. Очень стоек к щелочным и кислотным средам, не подвержен плесени и грибкам.

Полистирол хорошо растворяется в углеводородах, сложных эфирах. Он очень хрупкий и хорошо горит.

Для увеличения прочности полистирол соединяют с другими полимерами или каучуком. Готовые изделия и заготовки из полистирола легко поддаются обработке. Детали изготавливаются при помощи литья жидкого компонента либо способом выдавливания под давлением.

Из полистирола изготавливают лабораторную химическую посуду, трубки, нити, пленки и ленты. Широко используется материал в электротехнике при производстве изоляторов и, в первую очередь, защитной оболочки на электрические провода. Для промышленной дальнейшей обработки материал первоначально выпускается в листах и в виде крошки, которые в дальнейшем могут служить сырьем для конечных деталей и механизмов.

Полистирол популярен в процессе сополимеризации, когда смешивают два и более полимера. Получаются материалы, которым придаются дополнительные полезные свойства своих компонентов. Как правило, это прочность, огнестойкость, стойкость к растрескиванию. Жидкий полистирол с растворителем применяется при производстве клеев и клеевых основ. Широко используется в строительстве при производстве пенополистирола. Из данного материала выпускаются теплоизоляционные блоки.

Пенополистирол используется для теплоизоляции холодильных установок, продуктовых витрин и другого торгового оборудования. Данный материал внешне напоминает застывшую пену. Хорошо выдерживает повышенную влажность, не подвержен гниению, стоек к образованию бактерий и грибков. Может использоваться при температуре до + 70С градусов. Главный недостаток пенополистирола – повышенная горючесть.

Применяется как термо- и звукоизоляционный материал при производстве бытовок, а также различной бытовой и промышленной техники, в пищевой промышленности – для изоляции камер хранилищ, трюмов плавучих средств и помещений для хранения продуктов питания при отрицательных температурах до -35С градусов. Используется также в производстве упаковочного материала.

Виды полимеров

Существует множество классификаций полимеров по различным признакам (химической природе, термостойкости, строению цепи и так далее). В ниже приведенной таблице коротко рассмотрим основные виды полимеров. Классификация полимеров

Принцип	Виды	Определение	Примеры
По происхождению (возникновению)	Природные (натуральные)	Те, что встречаются в естественных условиях, в природе. Созданы природой.	ДНК, РНК, белки, крахмал, янтарь, шелк, целлюлоза, каучук натуральный
Синтетические	Получены в лабораторных условиях человеком, не имеют отношения к природе.	ПВХ, полиэтилен, фенолформальдегидные смолы, полипропилен, полиуретан и другие
Искусственные	Созданы человеком в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров.	Целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза
С точки зрения химической природы	Органической природы	Большая часть всех известных полимеров. В основе мономер органического вещества (состоит из атомов С, возможно включение атомов N, S, O, P и других).	Все синтетические полимеры
Неорганической природы	Основу составляют такие элементы, как Si, Ge, O, P, S, H и другие. Свойства полимеров: не бывают эластичными, не образуют макроцепей.	Полисиланы, полидихлорфосфазен, полигерманы, поликремниевые кислоты
Элементоорганической природы	Смесь органических и неорганических полимеров. Главная цепь — неорганика, боковые — органика.	Полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.
Различие главной цепочки	Гомоцепные	Главная цепь представлена либо углеродом, либо кремнием.	Полисиланы, полистирол, полиэтилен и другие.
Гетероцепные	Основной остов из разных атомов.	Полимеры примеры — полиамиды, белки, этиленгликоль.

Также различают полимеры линейного, сетчатого и разветвленного строения. Основа полимеров позволяет быть им термопластичными или термореактивными. Также они имеют различия по способности к деформации при обычных условиях.

Карбоцепные и гетероцепные ВМС

Классификация полимеров по химическому составу основной полимерной цепи предполагает деление этих веществ на две большие группы.

• Карбоцепные, у которых основная цепочка макромолекулы ВМС состоит лишь из атомов углерода.
• Гетероцепные, в которых в главной цепочке находятся вместе с атомами углерода другие атомы, придающие данному веществу дополнительные свойства.

Каждая из этих больших групп состоит из следующих подгрупп, отличающихся строением цепочки, количеством заместителей, их составом, числом боковых ветвей:

• соединения с насыщенными связями в цепях, примером которых могут служить полиэтилен или полипропилен;
• полимеры с ненасыщенными связями в главной цепи, например полибутадиен;
• галогензамещенные высокомолекулярные соединения – тефлон;
• полимерные спирты, примером чего является поливиниловый спирт;
• ВМС, полученные на основе производных спиртов, пример — поливинилацетат;
• соединения, полученные на основе альдегидов и кетонов, такие как полиакролеин;

• полимеры, полученные на основе карбоновых кислот, представителем которых является полиакриловая кислота;
• вещества, полученные из нитрилов (ПАН);
• высокомолекулярные вещества, полученные из ароматических углеводородов, например полистирол.

Презентация на тему: ” ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ. 03.11.19″ — Транскрипт:

1

ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

2

Органические полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся различных или одинаковых по строению атомных групп – звеньев. Природные : белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Искусственные : вискоза, целлулоид. Синтетические : пластмассы, волокна, каучуки.

3

Общие особенности Многие органические полимеры : – отличаются хорошими электроизоляционными параметрами в обширном интервале напряжений, частот и температур, при большой влажности ; – имеют хорошие звуко – и теплоизоляционные характеристики. – характеризуются высокой стойкостью к химическому воздействию, не подвержены гниению и коррозии ; – обладают большой прочностью при малой плотности.

4

Специфические свойства прозрачность и малая хрупкость ( органическое стекло, пластмассы ) макромолекулярное ориентирование при направленном механическом влиянии ( волокна, пленки ) большая эластичность ( каучук ) быстрое изменение физико – механических параметров под воздействием реагента в малом количестве ( каучук, кожа и т. д.) а также большая вязкость при малой концентрации, радиопрозрачность, антифрикционные характеристики, диамагнетизм и т. д.

5

Чем пластмасса отличается от органических полимеров ? Пластмассы – это конструкционные материалы, содержащие полимер и способные при нагревании приобретать заданную форму и сохранять ее после охлаждения

Пластмасса – смесь нескольких веществ, а полимер – лишь одно из них, но самое важное. Полимер называют связующим, т

к. он связывает все компоненты пластмассы воедино.

6

Пластмасса : состав и виды Чтобы изготовить пластмассу ( связующий полимер – всегда ), обычно вводят наполнители, красители, вещества, повышающие механические свойства, термостойкость, устойчивость к старению. Термопласты Реактопласты при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние в начальном состоянии – линейная структура макромолекул, при некоторой температуре отверждения – сетчатая. После отверждения не могут переходить в вязко – текучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств. Также газонаполненные пластмассы – вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

7

Пластмасса : применение Преимущество пластмассы – низкая стоимость и легкость переработки. При этом иногда она способна превосходить металлы со сплавами. Преимущественно пластмасса применяется в строительстве, технике, машиностроении, производстве упаковочных материалов.

8

Пластмасса в природе – Дерево Liuamber orientalis – выделяет пахучую смолу стиракс, которую 3000 лет назад египтяне использовали при бальзамировании умерших. – Стиракс (« драконова кровь ») из малайской пальмы ротанга – полистирол. – Жук Abax ater – в случае опасности выстреливает в атакующего жидкостью из мономерного метилметакрилата, который полимеризуется на теле врага и делает его неподвижным.

9

Применение органических полимеров Органические полимеры имеют обширную сферу применения. Так, сочетание большой прочности с небольшой плотностью позволяет получить материалы большой удельной прочности ( ткани : кожа, шерсть, мех, хлопок и т. д.; пластмассы ). Помимо названных, из органических полимеров выпускают прочие материалы : резины, лакокрасочные материалы, клеи, электроизоляционные лаки, волокнистые и пленочные вещества, компаунды, связующие материалы ( известь, цемент, глина ). Их применяют для промышленных и бытовых нужд.

10

Недостаток органических полимеров Органические полимеры обладают существенным практическим недостатком старением. Это изменение их характеристик и размеров в результате физико – химических преобразований, происходящих под воздействием различных факторов : истирания, нагрева, облучения и т. д. Старение происходит путем протекания определенных реакций в зависимости от вида материала и воздействующих факторов. Наиболее распространенной среди них является деструкция, подразумевающая формирование более низкомолекулярных веществ вследствие разрыва химической связи главной цепи. На основе причин деструкцию подразделяют на термическую, химическую, механическую, фотохимическую.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Полимеризация	Поликонденсация
Это присоединение одних молекул к другим за счет разрыва кратных связей. Побочные продукты, как правило, не образуются. Полиэтилен, полипропилен и др.	Образование полимера происходит за счет реакции замещения. При этом образуется низкомолекулярный побочный продукт. Фенолформальдегидная смола, капрон

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

Например, образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

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

Например, образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Добавочные вещества, пластификаторы

Пластификаторы:

• эфиры алифатических и ароматических кислот и алифатических спиртов;
• эфиры гликолей и эфиры фосфорной кислоты;
• эпоксидированные и хлорированные соединения.

Введение этих пластификаторов позволяет улучшить условия переработки полимерных композиций, снизить их хрупкость.

Добавки-стабилизаторы:

• антиоксиданты;
• термо- и светостабилизаторы.

Такие добавки способствуют длительному сохранению свойств пластмасс в процессе их эксплуатации.

Отвердители

Это сшивающие и вулканизующие агенты. Обеспечивают процесс отверждения полимеров, т.е. способствуют формированию их пространственной структуры.

Пигменты

Используют для получения окрашенных пластмасс.

Антипирены

Повышают стойкость пластмасс против возгорания.

Порообразователи

Используют для создания газонаполненных (ячеистых) пластмасс.

Классификация

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

• Органические полимеры.
• Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремнийорганические соединения.
• Неорганические полимеры. Они не содержат в повторяющемся звене связей C-C, но способны содержать органические радикалы, как боковые заместители.

Следует отметить, что в технике полимеры часто используются как компоненты композиционных материалов, например, стеклопластиков. Возможны композиционные материалы, все компоненты которых — полимеры (с разным составом и свойствами).

По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвлённые (частный случай — звездообразные), ленточные, плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Полимеры подразделяют по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полярность звеньев полимера определяется наличием в их составе диполей — молекул с разобщённым распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных звеньях дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются. Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными. Полимеры с неполярными звеньями — неполярными, гидрофобными. Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными. Гомополимеры, каждое звено которых содержит как полярные, так и неполярные крупные группы, предложено называть амфифильными гомополимерами.

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных — высокомолекулярных (см. ).

Органические полимеры

К значимым органическим полимерам принадлежат пластмассы и волокна. Пластмассы — смеси веществ, содержащие в качестве связующего компонента полимер, при нагревании принимающие нужную форму и сохраняющие ее после того, как остынут. Первые пластмассы являлись искусственными полимерами, позже в качестве связующих стали использоваться и синтетические полимеры, такие как фенолформальдегидные смолы, полиэфиры и пр.

Широкое применение имеют пластмассы, обратимо твердеющие и размягчающиеся. Их называют термопластичными полимерами, или термопластами. Таковыми являются:

• полиэтилен;
• полистирол;
• полиамиды;
• поливинилхлорид.

Пластмассы, содержащие полимеры, которые по ряду причин не могут вернуться в вязкое состояние, называют термореактивными полимерами, или термореактопластами. К ним принадлежат:

• фенолоформальдегидные;
• карбамидные;
• полиэфирные.

Пластмассы, помимо полимеров, нередко содержат различные добавки — красители, наполнители, вещества, которые улучшают механические свойства. Добавки ощутимо снижают стоимость пластмассы и придают ей множество уникальных, ценных свойств, таких как теплостойкость, кислотостойкость, повышают твердость, увеличивают долговечность. Пластмасса, например, с наполнителем из алмазной пыли выступает в роли абразивного, шлифовального материала. Невысокая стоимость и простота обработки сделали пластмассы широко применяемыми, а некоторые виды могут сравняться по свойствам с металлами и сплавами, и даже превзойти их.

Основными областями применения пластмасс являются:

• упаковка;
• строительство;
• машиностроение;
• техника;
• электроэнергетика;
• электротехника;
• бытовые изделия;
• игрушки;
• фурнитура;
• медицина;
• сельское хозяйство.

Существует множество полимеров природного происхождения, синтезируемые растениями и животными. К примеру, произрастающее в Малой Азии дерево Liuamber orientalis имеет смолу — стиракс, обладающую сильным запахом, которая еще три тысячи лет назад применялась при бальзамировании в Древнем Египте. Стиракс, как и вещество, выделяемое малайскими пальмами, является полистиролом. Тропический жук Abax ater, принадлежащий семейству жужелиц, при нападении врага выстреливает жидким составом из мономерного метилметакрилата,

который полимеризуется на теле нападающего, обездвиживая его.

Типы полимеров

По химическому составу различают:

• органические;
• элементоорганические;
• неорганические.

Органические полимеры:

• природные;
• искусственные (модифицированные);
• синтетические.

Природные полимеры

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

Искусственные полимеры

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

Пример такого полимера — целлюлоза.

Синтетические полимеры

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

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

Элементоорганические полимеры

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

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

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

Неорганические полимеры

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

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

• гомополимеры;
• гетерополимеры (или сополимеры).

Гомополимеры

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

Гетерополимеры

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

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

Гетероцепные полимеры

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

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

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

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

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

Полимеры можно получить разными способами:

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

В зависимости от реакции полимера на нагревание выделяют:

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

Что такое полимеры?

Слово «полимер» получено из греческих слов «поли» – много и «мерос» – часть. Это химическое вещество, преимущественно органическое, молекула которого состоит из большого количества одинаковых молекулярных отрезков-мономеров.

Полимеры часто называют высокомолекулярными соединениями (ВМС), так как их молекулярный вес чрезвычайно высок и достигает сотен тысяч и даже миллионов единиц. Полимеры образуются в результате химических реакций поликонденсации и полимеризации.

Существует три типа формирования полимерных молекул:

– линейный, когда мономерные отрезки соединены друг с другом в виде длинной цепи двумя связями;

– сетчатый, когда макромолекула образует сетчатую структуру, а каждый мономер связан с другими при помощи трёх или четырёх связей;
– разветвлённый, сочетающий в одной молекуле двухвалентные (с двумя связями) и трёх-четырёхвалентные мономеры.

Линейные и разветвлённые полимеры могут образовывать эластичные плёнки и анизотропные волокна, тогда как сетчатые полимеры отличаются высокой прочностью, твёрдостью и достаточно высокой термоустойчивостью. Но сильный нагрев, до температуры плавления, разрушает сетчатую структуру, после чего она не восстанавливается.

Если же нагревать линейный или разветвлённый полимер, то он превращается в пластичную массу, а после застывания восстанавливает свои свойства, поэтому они пригодны для многоразового использования.

Характерности

Рассматриваемые материалы состоят из мономеров, предоставленных повторяющимися фрагментами структуры из нескольких атомов. Они соединяются в трехмерные структуры либо цепи разветвленной или линейной формы вследствие поликонденсации либо полимеризации. Нередко в строении они четко проявлены.

Необходимо сказать, что термин «полимерные материалы» относится по большей части к органическим вариантам, хотя есть и неорганические соединения.

Принцип наименования рассматриваемых материалов состоит в присоединении приставки поли- к наименованию мономера.

Кроме полимерных молекул, большинство полимерных материалов включает другие вещества, работающие с целью улучшения практичных параметров путем вариации параметров. Они предоставлены:

• стабилизаторами (предохраняют реакции старения);
• наполнителями (включения разного фазового состояния, работающие чтобы придать нестандартных параметров);
• водными ингибиторами (увеличивают устойчивость к морозам, уменьшают температуру переработки и совершенствуют пластичность);
• смазками (дают возможность избежать прилипания элементов из металла применяемого в переработке оборудования);
• красителями (служат для декора и для создания маркировок);
• антипиренами (делают меньше возгораемость отдельных полимерных материалов);
• фунгицидами, антисептическими средствами, инсектицидными препаратами (придают дезинфицирующие свойства и стойкость к влиянию насекомых и грибковой плесени).

В природной обстановке рассматриваемые материалы возникают в организмах.

Более того, есть близкие к полимерным материалам по зданию соединения, именуемые олигомерами. Их отличия заключаются в небольшом количестве звеньев и изменении начальных параметров при удалении или добавлении одного либо нескольких из них, тогда как параметры полимерных материалов при этом будут сохранены. Более того нет однозначного мнения относительно отношений между данными соединениями. Одни считают олигомеры низкомолекулярными вариантами полимерных материалов, прочие — индивидуальным типом соединений, не относящимся к высокомолекулярным.