ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Загальні відомості про полімери

 

План:

 

1. Склад і будова полімерів.

2. Види полімерів.

3. Природні полімери.

4. Модифіковані полімери.

5. Одержання синтетичних полімерів.

 

1 – 2

 

Полімерами(від грецького полі − багато, мерос − частинка) називають природні або синтетичні сполуки, молекули яких складаються з великої кількості повторюваних груп атомів, з'єднаних хімічними або координаційними зв'язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги чи просторові групи.

Залежно від складу розрізняють неорганічні, елементоорганічні й органічні полімери.

Неорганічні полімери у своєму складі не містять Карбону. їх ланцюги складаються з атомів Силіцію, Германію чи інших елементів, пов'язаних між собою або безпосередньо (полісилани, полігермани), або через атоми оксигену (аморфний диоксид силіцію SiО2, полісилікатні кислоти, силікатне скло тощо).

Елементоорганічні сполуки містять у складі ланцюгів як атоми Карбону, так і інших елементів (Силіцію, Алюмінію тощо). При цьому головний ланцюг може бути складений атомами цих елементів, а бічні групи містять атоми Карбону. Головний ланцюг може складатися з атомів карбону, у цьому випадку в бічних ланцюгах містяться атоми інших елементів. Прикладом елементоорганічних полімерів є доволі поширені силіційорганічні сполуки.

Органічні полімери містять у головному й бічному ланцюгах атоми карбону. До складу цих сполук входять і атоми інших елементів: Гідрогену, Оксигену, Нітрогену, Сульфуру, галогенів тощо.

Молекули полімерів можуть бути дуже великими. Молекулярна маса їх сягає сотень тисяч і навіть мільйонів одиниць. Речовини, що мають молекулярну масу більше за 5000, називають высокомолекулярными сполуками.

До низькомолекулярних належать речовини з молекулярною масою, меншою від 500.Речовини з молекулярною масою від 500 до 5000називають олігомерами.

Вихідні речовини, з яких одержують полімери, називають мономерамы.

Полімери, молекули яких побудовані з однакових ланок, називають гомополімерами. Якщо ж молекули містять кілька типів монмерних ланок, то сполуки називають сополімерами.

Лінійні, розгалужені, сітчасті полімери.Мономерні ланки в молекулі полімеру можуть бути з'єднані по-різному.

Позначимо мономерну ланку символом −А− і розглянемо різні види об'єднань таких ланок у макромолекули.

Якщо мономерні ланки утворюють довгий ланцюг:

... −А−А−А−А−А−А−А−А− ..., то полімери називають лінійними. Якщо існують бічні відгалуження від головного ланцюга, полімери називають розгалуженими:

Якщо макромолекули поєднані між собою у тривимірну сітку поперечними хімічними зв'язками, то полімери називають сітчастими, або просторовими:

Окремі ланки полімерного ланцюга можуть досить легко повертатися один відносно другого із збереженням валентного кута між атомами карбону, який дорівнює 109°28'. Це пояснює гнучкість молекул і взагалі високу деформаційну здатність полімерів. Ще одна характерна риса полягає у наявності в полімерів двох типів зв'язків. Хімічний зв'язок між атомами в їхніх ланцюгах відзначається високою міцністю (більшою за 100кДж/моль). У лінійних полімерах молекули пов'язані значно слабше − енергія зв'язку менша майже у 100разів. Це визначає зміну властивостей полімерів в міру підвищення їх температури.

Фазові і фізичні стани полімерів. Для полімерів характерним є аморфний стан, хоч за певних умов деякі з них можуть мати кристалічну будову.

Полімери аморфного виду можуть знаходитися у трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичному і в'язкотекучому. Розглянемо зміну деформації полімерів залежно від температури − термомеханічну криву при дії зовнішніх навантажень.

За низьких температур (нижчих температури склування) полімери перебувають у скловидному стані. При цьому атоми коливаються поблизу позиції рівноваги. У цілому ж молекули полімерів та їх окремі ланки не переміщуються. Механічні властивості полімеру в такому стані подібні до властивостей пружного тіла.

Коли температура полімеру перевищує температуру склування, то окремі ланки макромолекули стають здатними здійснювати коливальні рухи, через, що макромолекули одержують можливість згинатися. Полімер переходить у високо еластичний, якому властиві значні зворотні деформації. Оскільки переміщен­ня ланок макромолекул здійснюється не миттєво, для встановлення рівноважного стану потрібен певний час, тобто деформація полімеру у високоеластичному стані має релаксаційну природу. Високоеластичний стан полімерів спостерігається в інтервалі від температури склування скл) до температури плинності пл).

При нагріванні полімеру вище за температуру плинності можуть розриватися досить слабкі зв'язки між макромолекулами, і ті одержують можливість переміщуватися одна відносно іншої. Полімер переходить у в'язкотекучий стан, для якого характерні великі незворотні.

 

 

До природних полімерів належать: целюлоза, крохмаль, природний каучук, білки й інші. Та найважливіше значення у будівництві має целюлоза − основа деревини.

Целюлоза (від лат. cellula − клітка) − високомолекулярний карбоногідроген з групи поліцукридів − основна складова частина обо­лонок рослинних клітин.

Склад целюлози можна описати формулою (С6Н10О5)п, де п, зазвичай, дорівнює приблизно 3000, але може становити 6000−12000. Целюлоза є основою тканини волокон стовбурів дерев − деревини. У шпилькових дерев деревина містить близько 50% целюлози, поряд з якою до її складу входять лігнін і геміцелюлози.

Лігнін (від лат. lignum − дерево) − натуральний полімер, що складається з ароматичних кисневмісних груп бензенового ряду. Його вміст у деревині сягає 30%. Геміцелюлози − поліцукриди, які також включені до складу рослинних волокон.

Целюлоза стійка до дії лугів, слабких окиснювачів. У воді, етиловому спирті, діетиловому ефірі вона не розчиняється. Під дією розведених кислот вона не розщеплюється, але при довготривалій обробці концентрованими розчинами мінеральних кислот і нагріванні целюлоза піддається гідролізу; внаслідок цього у кінцевому підсумку утворюється глюкоза (С6Н12О6).

Ниткоподібні макромолекули целюлози жорстко пов'язані між собою, тому високоеластичний стан, що виникає при нагріванні багатьох полімерів, їй не властивий.

Деревина – важливий, здавна використовуваний будівельний матеріал. Поряд із традиційними виробами з деревини: дошки, бруси, шпали тощо, в будівництві поширюється використання клеєних дерев'яних конструкцій та виробів з відходів переробки деревини − деревостружкових й деревоволокнистих плит.

Деревина відзначається високою міцністю. Наприклад, міцність деревини сосни при її 15% вологості становить при вигинанні 79 МПа, при розтяганні вздовж волокон − 115 МПа, при стисканні вздовж волокон − 44 МПа. Водночас деревина має незначну щільність (у сосни − 530 кг/м3), низьку теплопровідність. Деревина не розчинна у воді й органічних розчинниках, морозостійка, елементи деревних конструкцій просто з'єднуються між собою за допомогою цвяхів, клеїв, врубок і т.п.

Проте деревина має й низку недоліків, які варто враховувати при її обробці, зберіганні та експлуатації. Міцність її змінюється в широких межах залежно від породи дерева, наявності сучків, розколин, суттєво залежить від вологості. Зволоження деревини призводить до її набрякання, а висушування нерідко спричиняє жолоблення й розтріскування. Деревина має волокнисту будову, що пояснює анізотропію її властивостей, тобто їх неоднаковість у різних напрямках (уздовж і поперек волокон). До недоліків деревини належать її горючість і гниття, що відбувається через ураження грибками.

 

 

Модифікована деревина. Модифікація синтетичними полімерами дозволяє усунути недоліки натуральної деревини й поліпшити її властивості. При цьому стає можливим використовувати багато тих порід деревини, які в природному стані вважаються непридатними для застосування в будівництві, наприклад, береза, вільха, осика, тополя. Суть процесу модифікації полягає в тому, що натуральна деревина просочується органічними сполуками − мономерами або слабков'язкими олігомерами, які після цього переводяться у твердий стан у результаті на­грівання чи під дією хімічних речовин або іонізуючих випромінювань. Для просочення деревини, тобто її модифікації, використовують такі мономери, як стирол і метилметакрилат, і полімери (олігомери) аміноальдегідні, фенолоальдегідні, фуранові, поліетерні, поліакрилові. Синтетичні полімери, які використовуються і для просочення деревини, не тільки заповнюють пори й інші вільні об'єми, але й вступають у взаємодію з органічними сполуками, які входять до її складу. При цьому в результаті хімічних реакцій змінюється склад функціональних груп, полярність молекул, утворюються додаткові бічні ланцюги й зв'язки між макромолекулами.

Модифікація деревини забезпечує усунення таких її недоліків, як жолоблення, розтріскування, набрякання, загоряння, загнивання. При цьому зберігаються переваги деревини: її низька щільність поряд з високою механічною міцністю, хімічна стійкість, тепло- і звукоізолюючі якості. При модифікації деревини найбільший ефект досягається тоді, коли вихідний природний матеріал має невисокий рівень властивостей, тобто при використанні деревини малоцінних порід.

Модифікація деревини забезпечує істотне поліпшення її властивостей. Так, опір стиранню зростає у 2−2,5 рази, розбухання зменшується в 10−15 разів, значно збільшується механічна міцність.

Модифікована деревина успішно застосовується в будівництві. Наприклад, у житлових і громадських будинках використовують паркет з деревини вільхи або берези, модифікованої стиролом або метилметакрилатом. Такий паркет за опором стиранню перевершує покриття із плиткових і рулонних матеріалів. Модифікована фенолоспиртами і феноловмісними відходами, деревина застосовується для обшивання зрошувачів градирень теплових електростанцій, що істотно збільшує міжремонтні періоди їхніх робіт. Модифікована деревина використовується також для виготовлення таких деталей конструкцій і будівельних машин, як втулки, штирі, шестерні, вкладки тощо.

Поряд із природними й модифікованими полімерними матеріала­ми, насамперед − деревиною і продуктами її переробки, у будівництві широко застосовуються синтетичні полімери. їх структура і властивості визначаються вихідними речовинами та умовами виготовлення.

 

 

Для одержання синтетичних полімерів використовують два основних методи − полімеризацію і поліконденсацію.

Полімеризація − це процес утворення макромолекул через послідовне приєднання молекул мономера. При цьому не виділяються побічні продукти. У реакцію полімеризації вступають мономери, які мають кратні зв'язки в молекулах (подвійні й потрійні) або нестійкі (такі, що розкриваються) цикли. Так, реакцію одержання поліетилену і полімеризації етилену СН2=СН2 можна подати у вигляді:

...+сн2=сн2+сн2=сн2+сн2=сн2 + ...→

етилен

→... —СН2—СН2—СН2—СН2—СН2

поліетилен

або в скороченій формі:

п[СН2=СН2] → [−СН2-СН2−]п.

Полімеризацією одержують такі розповсюджені в будівництві полімери, як: поліетилен, полівінілхлорид, полістирол, поліізобутилен, поліакрилати й інші. Близько 3/4 усіх полімерів нині одержують полімеризацією (ланцюговою та східчастою).

Ланцюгова полімеризація, як і інші ланцюгові реакції, включає три стадії: зародження ланцюга, його подовження (зростання) й обрив. Зародження ланцюга здійснюється в результаті утворення активних центрів при взаємодії мономера з ініціатором чи каталізатором реакції.

У якості активних центрів в ланцюговій полімеризації можуть виступати вільні радикали, тобто електронейтральні частинки, які мають один чи два неспарені електрони, позитивні або негативні іони й іон-радикали. Залежно від виду активних центрів розрізняють радикальну або іонну полімеризацію.

При ланцюговій реакції проміжні речовини нестабільні. Макромолекули швидко збільшуються до остаточних розмірів.

У промисловості полімеризацію здійснюють у блоці (масі мономера без розчинників), розчині, емульсії або суспензії. При блоковій полімеризації одержують твердий полімер або його розплав, при полімеризації у розчині утворюється осад полімеру або його розчин (лак). При полімеризації в емульсії одержують дисперсію полімеру у воді (латекс).

Поліконденсація − ступінчастий, на відміну від ланцюгової реакції при полімеризації, процес утворення макромолекул полімерів. У більшості випадків поліконденсація супроводжується виділенням низькомолекулярних речовин. Мономери, що вступають в реакції полімеризації, повинні мати дві або більше функціональних груп. Будова ланок макромолекул, як правило, відрізняється від будови похідних мономерів з причини утворення низькомолекулярних речовин. На окремих стадіях реакції можуть бути виділені проміжні сполуки.

Як приклад поліконденсації, можна розглянути взаємодію фенолу С6Н5ОН з формальдегідом СН2=О. Реакція відбувається в присутності каталізаторів: кислот (НСl тощо) або лугів (NaOH, NH4OH). Продукт реакції − фенолформальдегідна смола; виділяється також, як низькомолекулярна сполука, вода:

Поліконденсацію проводять у розчинах, емульсії, суспензії, твердій фазі. У такий спосіб одержують фенолформальдегідні, фуранові, епоксидні, карбамідні й інші полімери.

Окрім описаних методів одержання полімерів, наразі широко використовується розглянута вище хімічна модифікація природних полімерів з метою зміни їх властивостей.

 

Література: 1. §16.1 – 16.3

1. §

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти