Полимеры, их получение, свойства и применение

     Природный каучук содержится  в млечном соке каучуконосных  растений, главным образом тропических  (браз. дерево гевея). Его получают  из их сока.

    Другой  природный продукт – гуттаперча. Она также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

    Важнейшими  физическими свойствами каучуков являются:

• Эластичность – способность восстанавливать форму.
• Непроницаемость для воды и газов.

    Сырой каучук липок, непрочен, при небольшом  понижении температуры становится хрупким. Чтобы придать изготовленным из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, каучук подвергают вулканизации – вводят серу и нагревают. Вулканизированный каучук – это резина.

    К сожалению, у нас нет возможности  производить природный каучук.  

    Нуклеиновые кислоты.

    Нуклеиновые кислоты – природные ВМС (биополимеры), макромолекулы которых состоят  из мононуклеотидов. Главным образом  нуклеиновые кислоты – полинуклеотиды. Они были обнаружены в 1868 г. швейцарским  химиком Ф. Мишером в клеточном ядре.

    Схема образования полинуклеотида:

    1.  
 
 

    2. 
 
 

    3. 
 
 

    Нуклеиновые кислоты бывают 2 типов:

1. Дезоксирибонуклеиновые кислоты – хранят и передают генетическую информацию.
2. Рибонуклеиновые кислоты – копируют генетическую информацию, переносят ее к месту синтеза белка, участвуют в самом синтезе белка.

 

    Волокна.

     

    Волокна – ВМС природного синтетического происхождения, перерабатываемые в  нити. Характеризуются высокой упорядочностью молекул (линейные полимеры).

    Природные волокна бывают 2 типов:

1. животного происхождения – белковые. Их получают из животных (шерсть, шелк).
2. растительного происхождения – целлюлозные. Их вырабатывают из растительности (хлопок, лен, джут).

    Применяют в легкой промышленности для одежды и других принадлежностей. Также для изготовления веревок, канатов и др.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Химические  ВМС, свойства, применение, получение. 

    Химические  полимеры – это ВМС, которые получают или путем переработки природных  ВМС (искусственные), или путем синтеза  из низкомолекулярных веществ (синтетические).

Химические  ВМС делят на:

1. пластмассы.
2. эластомеры.
3. волокна.

 

    Пластмассы.  

    Пластическим  массами называют материалы на основе природных и синтетических ВМС (часто в состав пластмасс входят и другие компоненты), способные  под воздействием высокой температуры и давления принимать любую заданную форму и сохранять ее после охлаждения (пластичность). Если полимер переходит из высокоэластичного состояние в стеклообразное при температуре ниже комнатной, его относят к эластомерам, при более высоких – к пластикам.

    Пластмассы  делятся на два типа: термопластичные  и термореактивные.

    Термопластичные – пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются.

    Свойства:

1. Их структура – линейная.
2. У них отсутствуют прочные связи между отдельными цепями.
3. Легко плавятся, используются для переплавки.

    Термореактивные – пластмассы, которые при нагревании утрачивают способность переходить в вязкотекучее состояние из-за образования сетчатой структуры.

    Свойства:

1. Сетчатая структура.
2. Существуют прочные связи между отдельными цепями.
3. С трудом плавятся, не подвергаются переплавке.

    Подробнее рассмотрим виды пластмасс.

    Полимеризационные смолы.

    Полимеризационные смолы – это полимеры, получаемые реакцией полимеризации преимущественно  этиленовых углеводородов или их производных.

    Представители полимеризационных  смол.

1. Полиэтилен – полимер, образующийся при полимеризации этилена. При сжатии его до 150-250 мПа и при температуре 150-250 градусов получается полиэтилен высокого давления. При катализаторах (С Н ) Аl и TiCL (триэтилалюминий и хлорид титана IV) – полиэтилен низкого давления. При 10мПа и оксидах хрома – полиэтилен среднего давления.

 

    Полиэтилен  – бесцветный, полупрозрачный в  тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110-125 . Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью. Свойства полиэтилена зависят от способа получения. Полиэтилен высокого давления обладает меньшей плотностью, че5м полиэтилен низкого давления. Для пищевых продуктов используют только полиэтилен высокого давления.

    Полиэтилен  применяют в качестве электроизоляционного материала, изготовления пленок в качестве упаковочного материала, изготовления легкой небьющейся посуды, шлангов  и трубопроводов для химической промышленности.

2. Полипропилен –  полимер пропилена:

    Получают  полимеризацией в присутствии катализатора. В зависимости от условий полимеризации  полипропилен отличается по своим свойствам. Это каучукоподобная масса, более  менее твердая и упругая, водонепроницаемая. Используют полипропилен для электроизоляции, изготовления защитных пленок, труб шлангов, шестерен, деталей приборов, высокопрочного и химически стойкого волокна (канатов, рыболовных сетей). Пищу в упаковке из полипропилена можно стерилизовать и даже варить.

    3. Полистирол – образуется при полимеризации стирола:

    Он  может быть получен в виде прозрачн6ой стеклянной массы. Применяется как  органическое стекло, для изготовления промышленных товаров (пуговиц), электроизолирующий материал.

    4. Поливинилхлорид (полихлорвинил) – получается при полимеризации винилхлорида:

    Это эластичная масса, устойчивая к действию кислот, щелочей, воды. Широко используется для футеровки труб и сосудов  в химической промышленности, электроизолятор, для изготовления искусственной кожи, линолеума, не промокающих плащей. Его хлорированием получают перхлорвиниловую смолу, из которой получают химически стойкое волокно хлорин.

    5. Политетрафторэтилен – полимер тетрафторэтилена: 

    Он  выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном. Стоек к щелочам и концентрированным кислотам, превосходит в этом золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется в химическом машиностроении, электротехнике.

    6. Полиакрилаты и полиакрилонитрил. Важнейшими представителями являются метилакрилат и полиметилметакрилат – твердые, прозрачные, стойкие к нагреванию и свету, пропускают ультрафиолет. Из них изготавливаю листы органического стекла. Из полиакрилонитрила получают нитрон синтетическое волокно, идущее на производство трикотажа и тканей.

    Конденсационные смолы.

    Конденсационные смолы – к ним относятся  полимеры, получаемые реакций поликонденсации.

    Представители поликонденсационных  смол.

    1. Фенолоформальдегидные смолы – ВМС, образующиеся в результате взаимодействия фенола (С Н ОН) с формальдегидом (СН =О) в присутствии катализаторов. Эти смолы обладают замечательными свойствами: при нагревании они вначале размягчаются, а при дальнейшем нагревании (с катализатором) затвердевают. Из них готовят пластмассы – фенопласты: смолы смешивают с различными наполнителями (древ. мукой, асбестом и др.), красителями, пластификаторами и из полученной массы изготавливают методом горячего прессования различные изделия. Также их применяют в строительном и литейном делах.

    2. Полиэфирные смолы. Пример – продукт конденсирования двухосновной кислоты с таким же спиртом – полиэтилентерефталат – полимер, в молекулах которого многократно повторяется группировка сложного эфира. Эту смолу выпускают под названием ЛАВСАН. Из нее готовят волокно, напоминающее шерсть, но прочнее ее и ткань не мнется. Лавсан обладает высокой термо -, влаго-, и светостойкостью. Устойчив к действию щелочей, кислот и окислителей.

    3. Полиамидные смолы – синтетические аналоги белков (амидные связи). Из них получают волокна – КАПРОН, ЭНАНТ, АНИД. Они по некоторым свойствам превосходят натуральный шелк. Подробнее в разделе волокна.

    Эластомеры.

    Про эластомеры мы говорили выше. Рассматривали  их на примере натурального каучука  и гуттаперчи. Теперь рассмотрим синтетические  эластомеры. Т. к. в нашей стране нет возможности получать природный каучук, наши химики первые вывели и осуществили способ получения синтетического каучука (1928-1930). По Лебедеву исходным материалом служил бутадиен, который получали из этилового спирта. Теперь разработано получение его из бурана, попутного нефтяного газа. Сейчас химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки – продукты совместной полимеризации бутадиена с другими непредельными соединениями, например со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН).

    Также производят синтетический полиизопреновый  каучук (СКИ) – близкий по свойствам  к натуральному.

    Синтетический каучук, как и натуральный, вулканизирую, получая из него резину, эбонит.

    В технике из каучуков изготавливают  шины для транспорта, применяют как  электроизолирующий материал, производства промышленных товаров и медицинских  приборов, в легкой, строительной и др. областях.

    Волокна.

    Волокна мы также рассматривали, но природные. А теперь будем рассматривать  химические. Существуют 2 вида химических волокон:

    1. искусственные – продукты переработки  природных полимеров (вискозное,  ацетатное, медноаммиачное).

    2. синтетические – полимеры, образуемые  из низкомолекулярных веществ  (полиэфиры, полиамиды).

    Искусственные волокна.

    Производство  искусственного волокна из целлюлозы  осуществляется 3 способами: вискозным, ацетатным и медноаммиачным.

    1. Вискозное. Целлюлозу обрабатывают едким натром, а затем сероуглеродом. Образующуюся оранжевую массу (ксантогенат) растворяют в слабом растворе едкого натра, получая вискозу. Ее продавливают через специальные колпачки – фильеры в осадительную ванну с раствором серной кислоты. Образуются блестящие нити, несколько измененной по составу целлюлозы – вискозное волокно.

    2. Ацетатное. Раствор ацетата целлюлозы  в ацетоне продавливается через  фильеры навстречу теплому воздуху.  Струйки раствора превращаются  в тончайшие нити – ацетатное волокно.

    3. Медноаммиачное. Его способ менее  распространен. Из аммиачного  раствора оксида меди, в котором  растворена целлюлоза, под действием  кислот вновь выделяют целлюлозу.  Нити и составляют волокно. 

    Синтетические волокна.

    Синтетические волокна получают из полиэфирных и полиамидных смол. Полиэфирные смолы мы рассматривали в пластмассах (лавсан). Теперь рассмотрим полиамидные смолы и волокна, которые из них получаются.

    Капрон  – поликонденсат аминокапроновой кислоты, содержащий цепь из 6 атомов углерода.