Что такое полимеры

Полимеры — это высокомолекулярные соединения, обладающие большой молекулярной массой. Бывают полимеры, как синтетического происхождения, так и натурального (природные полимеры © Википедия).

Полимеры образуются в результате реакции мономеров в виду их поликонденсации и полимеризации. К натуральным полимерам относятся различные природные соединения, такие как белки, органические вещества и нуклеиновые кислоты.

На сегодняшнее время трудно представить многие отрасли без использования полимеров. Из них делают многочисленные материалы и изделия, пользоваться которыми мы привыкли каждый день.

Что такое полимеры

К полимерам относятся различные органические и неорганические, кристаллические, аморфные и другие вещества, состоящие из «мономерных звеньев» (© Википедия).

По своей классификации встречаются различные виды полимеров, например:

1. Неорганические и органические полимеры;
2. Элементоорганические полимеры, содержащие в своей цепи атомы.

Природные полимеры происходят из животных и растительных организмов и окружающего нас мира.

К ним относятся белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты.

Применение полимеров

Человечество издавна использует различные виды полимеров для собственных нужд. В первую очередь это многочисленные полимерные материалы для изготовления одежды из кожи, шерсти, хлопка и шёлка. Не менее распространено и применение полимеров для изготовления строительных материалов, в особенности на сегодняшний день.

И хотя как было сказано выше, человек издавна использует полимерные материалы для собственных целей, производство промышленного полимера появилось сравнительно недавно, лишь в начале 20 века. Промышленное производство полимеров представляет собой переработку органических полимеров в искусственно созданные полимерные материалы.

Известно, что первое крупное производство полимеров связано с изготовлением модифицированной целлюлозы, которая в середине 20 века стала широко применяться для изготовления лакокрасочных материалов, киноплёнки и многого другого.

Сегодня благодаря своим отменным эксплуатационным свойствам и характеристикам, применение полимеров можно увидеть практически всюду.

Это машиностроительная и текстильная промышленности, строительная отрасль и сельское хозяйство. Кроме того, полимерные материалы получили широчайшее распространение в:

1. Автомобилестроении;
2. Судостроении;
3. Авиастроении;
4. Медицине;
5. И в быту.

Из полимерных материалов изготавливается резина, пластмасса и многочисленные строительные материалы, без которых не обходится ни один ремонт и ни одна стройка.

«Зеленые» полимеры

Вероятно, не все знают, но предприятия компании СИБУР производят полимеры из попутного нефтяного газа (ПНГ), который является побочным продуктом нефтедобычи. Поскольку сырая нефть не может быть направлена в магистральные нефтепроводы, пока в ней есть ПНГ, для нефтяников наиболее простой способ избавления от него – факельное сжигание на нефтепромыслах. СИБУР же выкупает ПНГ для последующей переработки, утилизируя его и существенно снижая выбросы углекислого газа и вредных веществ в атмосферу. Но СИБУР идет дальше, и прорабатывает проекты создания по-настоящему биоразлагаемых полимеров и переработки пластиковых отходов путем их «расщепления» на составные молекулы.

Изучением «зеленых» технологий занимается НИОСТ, корпоративный научный центр СИБУРа, который находится в Томске. О том, как компания относится к переработке полимеров, к чему стремится и что делает каждый сотрудник НИОСТа для экологии ежедневно, нам рассказал исполнительный директор научного центра — Владимир Бушков. 

Фото: Sk.ru.

— Владимир, что самое главное вы можете сказать о проблеме пластиковых отходов и путях ее решения?

— Проблема пластиковых отходов не в самом пластике, а в том, что он попадает в окружающую среду в результате отсутствия культуры ответственного потребления и инфраструктуры сбора. В России реформа отрасли обращения с отходами стартовала совсем недавно – сейчас заканчивается первый год фактического перехода. Теперь это не проблема местной власти, а полномочия региональных и даже межрегиональных властей – формирование оптимальных решений движения отходов.

В нашей Компании решение этой проблемы начинается с консолидации промышленных отходов для последующей утилизации лицензированными компаниями. А если взять за пример нас с вами – с раздельного сбора. На всех предприятиях СИБУРа сотрудникам привита культура сортировки отходов. И в офисе, и на производствах вы обязательно увидите контейнеры для раздельного сбора бумаги, пластика, стекла и других отходов. Наши сотрудники (и я в том числе) также занимаются раздельным сбором дома, хотя мы понимаем, что делать это там, где нет инфраструктуры для дальнейшего раздельного транспортирования и переработки, может быть нецелесообразным.

Кроме того, очень важно отметить, что пластиковые отходы – это не мусор, а ресурс, который сам по себе может быть легко переработан: либо химически, либо механически. Химическая переработка означает, что пластик можно разобрать на исходные молекулы-мономеры, из которых потом снова можно собрать полимерный продукт с теми же свойствами. Механическая переработка — это физический процесс, который сопровождается этапами разделения по видам полимеров, их очистки, измельчения и расплава в гранулы (как вторичное сырье) или сразу в конечные товары, например, в пленку.

Еще один вариант решения — создание биоразлагаемой упаковки, которая после использования могла бы быть компостирована или механически переработана в сырье.

— Какая переработка лучше: механическая или химическая?

— Каждая из технологий имеет свои преимущества и недостатки. Но можно с уверенностью утверждать, что наибольшее развитие и распространение сегодня получили технологии механической переработки. Полимер — уникальный продукт, который позволяет использовать его многократно, иногда циклически. При этом есть как пластики, которые при механической переработке теряют ряд своих полезных свойств, и тогда их можно вовлекать в химическую переработку, так и те, которые в силу своих уникальных свойств, могут восстанавливаться, например – полиэтилентерефталат (ПЭТФ).

Однако даже для механической переработки ПЭТФ существует ряд ограничений: добавки (барьерные и цветовые), компаунды, где невозможно выделить сам материал, и так далее – в таком случае больше подходят технологии химического рециклинга. Но для разных полимеров они также различны, так, решения для полиэфиров (ПЭТФ) отличаются от решений базовых полимеров (полиэтилена и полипропилена), что связано с разным химическим составом и структурой.

Именно технологии химического рециклинга позволяют разбирать полимер на молекулы и использовать их снова и снова. Несмотря на то, что данное направление представлено в основном небольшими пилотными установками, но технологии развиваются стремительно. И, кто знает, может быть со временем именно это станет основным решением проблемы пластиковых отходов.

— Переработка вторсырья для СИБУРа — новое направление работы, или компания уже занимается этим в какой-то степени?

— Если говорить именно об отходах потребления, то не так давно, на Дальневосточном экономическом форуме мы анонсировали проект модернизации нашего производства ПЭТ в Республике Башкортостан, в рамках которого создается дополнительная мощность для переработки ПЭТ-отходов. В результате мы получим гранулу, которая будет содержать первичный полимер, полученный химическим синтезом, и до 26 % вторичного полимера, полученного путем механической переработки. Это сырье будет соответствовать самым строгим требованиям и может применяться для производства новой упаковки.

Кроме того, в НИОСТе изучаются и направления по переработке других пластиков, которые производят наши предприятия: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ) и др.

— Вы сказали ПВХ, но ведь везде пишут, что поливинилхлорид не перерабатывается вообще, так же, как и вспененный полистирол, и композитная упаковка («тетрапаки»). Вы работаете над тем, чтобы сделать это возможным?

— Мы оцениваем технологии переработки, которых становится все больше: мировое сообщество в последние годы активизировалось в изобретении новых способов утилизации. Любой собранный раздельно и концентрированный полимер можно переработать, в том числе ПВХ, и полистирол, о которых вы говорите.

— А в чем проблема?

— Проблема в том, что нужно получить чистый полистирол или ПВХ из отходов. Совместная переработка разных видов пластика ухудшает свойства конечного продукта. Не все существующие на сегодняшний день технологии экономически эффективны, но мы продолжаем поиск и изучение разных вариантов переработки.

— То есть, главное — это культура сортировки отходов?

— Не только. Проблема еще в технологических решениях производителей продукции. Когда упаковка содержит много разных элементов из разных видов материалов и полимеров, ее не так легко разделить, а в условиях традиционной системы сбора мусора не всегда возможно. Тут есть над чем работать как в области дизайна упаковки, так и в инфраструктурной части для возможности сохранения ресурсной базы полимеров в оптимальном виде.

Критичен и вклад каждого человека. Важно не оставлять пластик после использования в непредназначенных для этого местах – например, после пикника или поездки на дачу. Мусорить на природе или на водных объектах преступно. Это портит внешний вид природы и наносит вред животным, которые могут принять частицы упаковки за пищу. На каждом из нас лежит большая ответственность за то, какой наша природа будет завтра, и вклад каждого человека критически важен.

— Вы сказали, что НИОСТ занимается разработкой биоразлагаемых полимеров, которым не требуется переработка. Расскажите об этом подробнее, пожалуйста.

— Это одна из задач, стоящих перед научным центром: разработать полимер, который разлагался бы в естественной среде, не нанося ей ущерб. В лаборатории мы изучаем различные вещества и добавки, при помощи которых можно произвести такой полимер.

— Существующие марки биоразлагаемого полиэтилена много критикуют: во-первых, он разлагается только при определенных условиях, под воздействием солнечного света, например. А во-вторых, не распадается на элементарные молекулы, а сохраняет свою полимерную структуру.

— Такая проблема есть, и отношение производителей к ней можно разделить на два типа. Кто-то старается создать истинно биоразлагаемый в естественных условиях полимер. А кто-то выдает за экологичный полимер такой, который подлежит биодеструкции. А биодеструкция и биоразложение — процессы разные. При биодеструкции полимер может довольно быстро «рассыпаться» в мелкую пыль, но при этом он не перестает быть полимером. Такой микропластик производители могут называть биоразлагаемым, но он не улучшает экологическую обстановку, а только ухудшает ее, так как может легко попадать в воду и пищу. Таким примером является полиэтилен с добавлением оксо-добавок, который уже запретили в ЕС.

Биоразлагаемые полимеры должны достаточно быстро распадаться на простые вещества: углекислый газ и воду без дополнительных химических воздействий. Задача исследователей — найти ту рецептуру молекулы полимера, которая будет обладать свойствами истинного биоразложения. Но пока такие полимеры широко не распространены.

— То есть те пакеты, на которых написано, что они биоразлагаемые, на самом деле таковыми не являются? 

— Да, в них используются специальные молекулы, которые разрушают полимерные связи, но сами мономеры не являются, так сказать, «вкусными» для бактерий, в связи с чем мы сталкиваемся с большим количеством полимерной пыли. Истинно биоразлагаемые полимеры не вредят окружающей среде и фактически разлагаются по аналогу с пищевыми отходами, представляя собой питательную среду для бактерий.  Наиболее коммерчески доступные биоразлагаемые полимеры требуют промышленного компостирования с поддержанием специальной температуры и влажности. Есть и полимеры, способные разлагаться вне промышленных компостов (по аналогу с садовым компостом), но их объем очень ограничен ввиду сложности технологии и высокой цены.  Мир только на пути к созданию и массовому потреблению таких полимеров. 

— А в принципе создание таких экологичных полимеров возможно?

— Мы в НИОСТе верим в то, что это возможно: изобрести полимер, который разлагался бы за достаточно короткий срок на простые, безопасные для природы, молекулы. Например, это полимолочная кислота или полигидроксиалконаат — полимеры, которые производятся из «зеленого» сырья, экологически чистого и возобновляемого: из древесных опилок, отходов производства сахара и так далее.

Сейчас мы изучаем технологии, которые есть на рынке, и не исключаем возможности приобретения лицензии на производство биоразлагаемого полимера.

— Потребует ли запуск производства «зеленых» полимеров на предприятиях компании ввода новых мощностей, или их можно будет производить на имеющемся оборудовании?

—  Если говорить о новых молекулах — то для них потребуются новые мощности. Для производимых продуктов с добавками, возможно, не будет необходимости в реконструкции производственных мощностей. Но в изменении структуры — тут все индивидуально, все зависит от того, насколько сильно мы будем ее менять.

— Что еще делает СИБУР для борьбы с пластиковым загрязнением?

— Устойчивое развитие и развитие технологий замкнутого цикла являются одними из ключевых фокусов компании. Мы приобщаем к экологическому образу мышления как наших сотрудников, так и широкую общественность, взаимодействуем с органами власти, образовательными учреждениями и экспертами.

В частности, в рамках Восточного экономического форума в сентябре 2019 г., СИБУР, Минприроды РФ и «Российский экологический оператор» заключили соглашение о взаимодействии в сфере экологического развития до 2030 г.

Немного раньше, в мае этого года, мы открыли на территории Инновационного центра «Сколково» первый в России исследовательский Центр для разработки и тестирования продуктов из полимеров – «ПолиЛаб». В числе основных задач Центра – развитие применения вторичных материалов и реализация потенциала полимеров в экономике замкнутого цикла.

Также в ноябре этого года подписано соглашение в сфере устойчивого развития между СИБУРом и одним из лидеров химической промышленности – компанией BASF, обладающей огромным опытом и наработками в области «зеленых» технологий.

Отдельным направлением следует выделить, что СИБУР уже несколько лет реализует инициативы по популяризации сбора пластиковых бутылок на спортивных мероприятиях – футболе, баскетболе, теннисе и других. За 2 года акции #БАСКЕТБОТЛ на играх Баскетбольной Единой лиги ВТБ было собрано 15 тонн ПЭТ-бутылок, а совсем недавно СИБУР и РФС заключили соглашение по развитию культуры и системы обращения с отходами на футбольных матчах. Теперь при участии СИБУРа на всех турнирах под эгидой РФС будет организован раздельный сбор пластиковых бутылок для их дальнейшей переработки, а также реализованы принципы эффективного управления отходами на спортивных аренах.

Особое внимание СИБУР уделяет работе с молодежью. В 2019 году СИБУР и Центр экономии ресурсов запустили образовательную инициативу «Вторая жизнь пластика», которая призвана в простой и понятной форме обучить детей школьного возраста правильному отношению к отходам.

СИБУР сделал ответственное производство и потребление одним из главных приоритетов развития Компании – в этом внутренние решения соответствуют Целям устойчивого развития ООН: производственные отходы вовлекаются снова в цикл производства продукции, а одно их предприятий СИБУРа «РусВинил» с 2018 года работает над переработкой побочного продукта производства ПВХ в строительные материалы.

В завершение могу сказать, что СИБУР – участник Инициативы Operation Clean Sweep Plastics Europe, направленной на предотвращение попадания частиц полимеров в окружающую среду при их производстве и логистике.

— Вы в НИОСТе начали с себя?

— Конечно! Раздельный сбор отходов должен стать культурным принципом каждого человека. В этом году НИОСТ удостоен второго места в областном конкурсе «Зеленый офис» (первое досталось «Томскнефтехиму» – другому предприятию СИБУР).

Также мы принимаем активное участие в городских мероприятиях по спортивному сбору мусора. В этом году от НИОСТа было заявлено две команды, в общегородском конкурсе мы заняли 1 и 2 места. Изучая технологии, наши химики-аналитики регулярно проводят исследования свойств полимерной продукции, изготовленной из вторичного сырья. Компания поддерживает все инициативы, направленные на уменьшение количества полимерных отходов.

Источник: tomsk.ru

Что такое полимеры – Справочник химика 21

    Сополимеризация этилена и пропилена на гомогенных катализаторах Циглера—Натта, например, на комплексах хлорид ванадия—алкилы алюминия, приводит к блоксополимерам, в которых блоки полипропилена и полиэтилена статистически распределены вдоль полимерной цепи [107]. Найдено, что такие полимеры действуют как стабилизаторы дисперсий полиэтилена в алифатическом углеводороде [108. Сополимер этилена и пропилена [21% (мол.) пропилена] получен в пентане при —47 °С на катализаторе хлорид ванадия—алкилалюминий в присутствии водорода, [c.123]

    Эти радикалы и инициируют, и обрывают цепи. Установлено, что такие полимеры значительно стабильнее полимеров, полученных фотополимеризацией, или полимеров, полученных в присутствии перекиси бензоила, и что энергия активации образования мономера из них равна 47 ккал/люль. [c.36]

    Наибольшее количество исследований в области полимеров с циклами в цепи относится к фенол-формальдегидным полимерам. Это прежде всего связано с тем, что такие полимеры нашли широкое применение в различных областях техники и быту, а [c.894]

    Выше при рассмотрении свойств кристаллических гомополимеров в блоке (см. гл. 1) было показано, что такие полимеры всегда содержат некоторую долю вещества в аморфном состоянии, причем разные сегменты одной цепи могут находиться в кристаллических и аморфных областях [506]. Если аморфная часть полимера находится при температуре, превышающей температуру стеклования Tg, т. е. является эластомером, то можно указать на прямую аналогию, существующую между такими полимерами и полимер- [c.72]

    Деформационная теплостойкость полимеров 5Р превышает 245 °С (за теплостойкость принимается температура, при которой деформация волокна под напряжением 18,5 кгс/см составляет 0,25 мм). На этом основании можно считать, что такие полимер  [c.187]

    Наличие в макромолекуле таких полярных заместителей, как С1, Вг, ОН, СООН и др., приводит к более жестким цепям, так как взаимодействие между такими атомами или группами атомов, с одной стороны, и их более тяжелый вес, с другой, неизбежно повышают потенциальный барьер макромолекулы. Неудивительно поэтому, что такие полимеры, как полихлорвинилы, фенол-формальдегидные смолы, целлюлоза и другие, при комнатной температуре эластическими свойствами не обладают. [c.167]

    Именно поэтому до последнего времени считалось, что такие полимеры вообще не способны к течению. Однако химическое течение в них возможно. [c.88]

    При рассмотрении аморфных полимеров вводится упрощающее предположение о том, что такой полимер можно моделировать цепочкой связанных между собой сегментов, каждый из которых состоит из нескольких мономерных единиц. Ориентация сегмента в поле внешних сил не зависит от ориентации остальных сегментов в цепи. Эта мо-Рис. 9. Модель полимер- дель представлена на рис. 9. Принимается, ной цепи. сопротивление перемещению цепи со- [c.304]

    Но всем ли известно, что такое полимер Откуда пошло само название И что это за вещества — поли- [c.11]

    Что такое полимер, мономер, сополимер  [c.15]

    При формовании волокна из растворов вторичного ацетата целлюлозы в смеси с небольшими количествами (5% от массы ацетата целлюлозы) гибких синтетических полимеров [39] получаются волокна, обладающие в 3—5 раз более высокой устойчивостью к истиранию, чем обычные ацетатные волокна (см. разд. 6.1). Однако практическая реализация этого интересного метода затрудняется тем, что такие полимеры не растворяются в ацетоне, и формование волокна из растворов смеси полимеров может производиться только при использовании в качестве общего растворителя диметилформамида (преимущественно мокрым способом). Естественно, что этот способ формования является значительно менее экономичным и перспективным. [c.504]

    Нами предложен и проработан на опытной установке процесс полимеризации изобутилена на треххлористом алюминии, исключающий применение разбавленной серной кислоты и позволяющий получить ценный низкомолекулярный полимер. Достаточно сказать, что такой полимер может быть использован при приготовлении различных клейких веществ, как присадка к смазочным маслам, для производства конденсаторов, в качестве пластификаторов, для обработки кожи и приготовления чернил для шариковых ручек и т. д. [c.28]

    Бечтольд, Вест и Плембек [149] провели следующие исследования. Были приготовлены поликремневые кислоты гидролизом этилсиликата при низких pH. Затем на различных этапах полимеризации поверхностные силанольные группы этерифици-ровались или покрывались концевыми зонтиками из триметилсилильных групп. Полученные продукты охарактеризовы-вали химическим анализом и измерением молекулярной массы. Из полученных данных подсчитывали количественное соотношение распределенного кислорода (т. е. атомов кислорода, каждый из которых связан с двуми атомами кремния) в поликремневой кислоте. Авторы показали, что такой полимер не представлял собой линейную силоксановую цепочку, в которой один мостиковый атом кислорода приходился бы на один атом кремния. Вместо этого они обнаружили, что после того, как достигалась степень полимеризации 15, отношение распределения О 51 повышалось очень медленно вблизи значения 1,5. [c.348]

    Представляется вполне очевидным (как из опыта эксплуатацц , установок алкилирования, так и по результатам неудачных попы, ток экстрагировать полимеры из отработанного катализатор алкилирования), что такие полимеры нельзя извлечь из сильно( серной кислоты, используемой на этих установках. Однако не быJ Q, уверенности и в том, что этого нельзя добиться, если кислота ст , нет слабой в результате превращения большей ее части в диалки ], сульфаты. Был рассмотрен целый ряд вариантов процесса, вкл1 , чающего абсорбцию олефинов рециркулирующей серной кислотой) экстракцию диалкилсульфатов, обработку экстракта и алкилиро вание обработанных диалкилсульфатов. Описание одного таког процесса, который стал известен в промышленности как процес , алкилирования с регенерацией серной кислоты, является предм , том настоящей статьи. [c.227]

    Установлена возможность химической модификации полиариленэфиркетонов и -сульфонов, в том числе и кардового типа, при действии на них гексакарбонилов хрома, молибдена и вольфрама с регулированием содержания металла в широком диапазоне (0,7-12 мас.%, 0,1-1,5 атома на звено полимера). Отмечается, что такие полимеры, содержащие аренметаллтрикарбонильные фрагменты в полимерной [c.117]

    Использование для синтеза полиимидов такого мономера, как 3,3-бис-(4-аминофенил)хинуклидина, позволило получить высокомолекулярные функциональные полиимиды [174, 206, 233]. Оказалось, что такие полимеры благодаря наличию в их составе высокоосновных хинуклидиновых групп проявляют каталитические свойства при имидизации полиамидокислот в гомогенных и гетерогенных условиях. [c.228]

    Условие независимости состояния макросистемы от особенностей ее микросоставляющих соблюдается для синтетических полимеров, в том числе гетерогенных поли-а-аминокислот со случайными порядками, но пе соблюдается для природных аминокислотных последовательностей. В доказательном плане и достаточно подробно этот вопрос рассмотрен во введении книги и главе 2. Там показано, что причина исключительной роли белков в процессах жизнедеятельности заключается в особой, присущей только им молекулярной структурной самоорганизации. Среди компонентов биосистем молекулярного уровня и известных искусственных полимеров лишь белковые последовательности способны самопроизвольно свертываться в строго детерминированные трехмерные структуры, геометрия и конформационные возможности которых полностью определяются в физиологических (нативных) условиях составом и порядком аминокислотных остатков в цепи. В настоящее время неизвестен какой-либо другой класс полимерных соединений, наделенных такой же уникальной способностью. Это не значит, что такие полимеры не могут быть созданы в будущем, но у них, как и у белков, должна существовать неразрывная связь между макроскопическим поведением и химическим строением атомных групп мономерных звеньев. Отказ от атомных деталей и реального химического строения белковых молекул делает в прип- [c.498]

    Многие вырабатываемые в промышленном масштабе полимеры представляют собой продукты, в молекуле которых содержатся сложноэфирные группы. Было установлено, что такие полимеры, подобно низкомолекулярным сложным эфирам, при нагревании разлагаются с образованием кислоты и непредельного углеводорода. Поливинилацетат, например, при нагревании отщепляет уксусную кислоту и превращается в томно-окрашенный продукт окраска его связана, вероятно, с наличием сопряженных углерод-углеродных двойных связей, и его можно рассматривать предположительно как нолиацетилен. Основные особенности этой реакции термодеструкции достаточно удовлетворительно могут быть объяснены, так же как механизм разложения алкиловых [c.83]

    Следует отметить, что такой полимер не состоит из повторяющихся структурных единиц, а построен по типу X — (А) — У. Такой полимер носит название теломера, процесс его образования называется теломериза-цией, а соединение X — У — телогеном. [c.524]

    Индуцируемая радикалами полимеризация имеет, однако, некоторые недостатки. Так, в ряде случаев образуются разветвленные полимеры вследствие отрыва атомов водорода от растущей цепи (см. выще). При использовании мономеров типа СНг=СИХ (т. е. обычных мономеров кроме СН2=СН2 и СРг= =СРг) возможна неупорядоченная ориентация заместителей X относительно атомов углерода в цепи твердого полимера. Такие полимеры, называемые атактическими, например атактический полипропилен, не получаются в кристаллической форме, обладают низкой плотностью, низкой температурой плавления, малой механической прочностью. Однако при использовании в качестве катализатора Т1С1з-А1Е1з полимеризация, например, пропена идет в очень мягких условиях и приводит к полимеру с одинаковой ориентацией всех метильных групп. Показано, что такой полимер — изотактический полипропилен — является кристаллическим, обладает высокой плотностью, высокой температурой плавления, высокой механической прочностью. Полагают, что протекание такой регулярной, координационной полимеризации объясняется наличием на поверхности гетерогенного катализатора групп атомов, действующих как матрица таким образом, что каждая следующая молекула мономера может присоединиться к растущей полимерной цепи только благодаря координации , т. е. лищь при определенной ориентации на поверхности катализатора. [c.362]

    Представление о том, что такие вещества должны быть гигантскими молекулами и не могут существовать в более простой форме, начало распространяться в 20-х годах этого столетия. Штаудин-гер указал, что такие полимеры, как полистирол и натуральный каучук, сохраняют свой высокий молекулярный вес во всех растворителях в противоположность коллоидным частицам, являющимся физическими агрегатами, которые как таковые существуют только в определенных растворителях. Сведберг опубликовал свои замечательные седиментационные диаграммы белков, из которых было видно, что даже сравнительно плохо очищенные белки состоят в основном из идентичных молекул, что никак не ожидалось для соединений со слабой ассоциацией. [c.12]

    Метод концевых групп можно применять не только для определения молекулярного веса. Он дает возможность также установить степень разветвленности полимеров. Выше было указано, что такие полимеры, как, например, образующийся при поликонденсации дикарбоновой кислоты, диамина и трикарбоновой кислоты в качестве разветвляющего агента, имеют молекулы с различным числом трифункцио-нальных звеньев и, следовательно, с различным числом концевых групп. Определение общего содержания концевых групп химическим анализом и измерение среднечислового молекулярного веса при помощи, например, осмометрии позволяют рассчитать среднее число концевых групп, приходящееся на одну молекулу, что является мерой степени разветвленности. Флори [2] и другие авторы разработали строгий способ описания структуры нелинейных конденсационных полимеров этого типа на основе рассмотрения соотношения между величиной коэффициента разветвления (определяемого как вероятность того, что один узел разветвления связан с другим), с одной стороны, и состава мономерной смеси и той доли р всех карбоксильных групп, [c.275]

    Каталитическая активность полимеров с системой сопряженных двойных связей была впервые установлена в 1959 г. .Оказалось, что такие полимеры с сопряженными связями, как полиами-нохиноны и термически обработанный полпакрилонитрил, проявляют значительную каталитическую активность в реакции разложения перекиси водорода. Затем было показано , что полимеры с системой сопряжения проявляют каталитическую активность в ряде иаро- и газофазных окислительно-восстановительных реакций. Термически обработанный полиакрилонитрил, характеризующийся протяженной системой эффективного сопряжения, оказался активным катализатором разложения муравьиной кислоты при 240—304 °С. Так же как и при катализе в присутствии многих неорганических катализаторов (в частности, полупроводникового типа), разложение муравьиной кислоты идет в основном (на 70—80%) в направлении дегидрирования. Каталитическая активность термообработанного полиакрилонитрила в данной реакции, по-видимому, связана с химическим строением полимера. Можно продпололсить, что атомы азота в цепи сопряжения могут быть центрами адсорбции молекул кислоты. Исследования показали, что в изученном температурном интервале каталитическая [c.223]

    Можно было бы ожидать, что такой полимер будет высокоплавким кристаллическим веществом с более высокой термостойкостью, чем поли- -ксилилены (см. стр. 55), поскольку он не содержит относительно слабых днбензильных связей. [c.52]

    Все описанные выше результаты были получены при изучении кристаллизации из раствора. В случае блочных полимеров аналогичные наблюдения становятся весьма затруднительными, в первую очередь вследствие того, что такие полимеры нельзя непосредственно изучать методом электронной микроскопии. Выше уже обсуждались доказательства того, что пластинчатая структура существует и в блочных полимерах. Клевер и Бухдаль сопоставили наблюдения над монокристаллами с результатами изучения тонких пленок, приготовленных из фракционированного линейного полиэтилена. Они пришли к заключению, что в определенной части кристаллизация из расплава происходит по механизму складывания цепей. [c.209]

    Полибис(дитиокарбаматы) металлов — аморфные вещества [16]. По данным динамического ТГА, наиболее устойчивы никельсодержащие полимеры. Повышенной термостойкостью обладают полимеры, содержащие бензольные ядра. Заметное разложение этих полимеров начинается в интервале температур 200—300° С, причем механизм деструкции на воздухе и в инертной атмосфере один и тот же [16]. Хотя в одной из ранних работ с достаточной определенностью было установлено, что такие полимеры имеют лине1Шое строение (за исключением медьсодержащих полимеров), недавно появились данные о двух- и трехмерном строении [17, 18]. При исследовании электропроводности некоторых классов хелатных полимеров, включая полибис(дитиокарбаматы) металлов (табл. [c.314]

    Нами также проведено исспедование влияния кислорода на высокотемпературное разложение К-фазы на примере фосфорсодержаш их полидиенов. Показано, что такие полимеры мало подвержены влиянию окислителя при разложении К-фазы, причем не только в условиях горения, но и в условиях низкотемпературного разложения. [c.19]

    Уже на начальной стадии этих исследований была установлена зависимость радиационной стойкости полимеров от их химической природы. Было найдено, что такие полимеры, как полиметилметакрилат, полиизобутилен и бутилкаучук, под действием излучения быстро теряют прочность при одновременном снижении молекулярного веса. В то же время другие полимерные материалы (резины на основе бутадиенового, бутадиеннитрильного и натурального каучуков, пластикаты на основе поливинилхлорида) при радиационных воздействиях, наоборот, становятся жестче и при больших дозах могут превращаться в твердые эбонитоподобные вещества (1947 г.). Полимеры, макромолекулы которых содержат ароматические группы (полистирол, бутадиенсти-рольный каучук), обнаружили высокую радиационную стойкость (1951—1952 гг.) [188]. Было показано, что устойчивость пластиков может быть существенно повышена путем введения минеральных наполнителей (1950 г.). Выяснилось, что большую роль в радиационном разрушении полимеров, особенно находящихся в стеклообразном состоянии, играют процессы газовыделения, поскольку образующиеся газообразные продукты создают в образцах внутренние напряжения, приводящие к появлению неоднородностей, вздутий, трещин и пр. (1951 г. [188, 189]). [c.364]

Полимеры: от ДНК до резиновых уток

Что общего у ДНК, резиновых уток и странных плащей семидесятых?

Это все полимеры.

Хотя вы можете этого не осознавать, полимеры есть повсюду вокруг нас: не только в наших игрушках, одежде и множестве пластиковых изделий, но и в том, что мы едим, и даже в наших телах. Но что такое полимеры? Они такие же, как пластмассы? Как их сделать? И при чем тут скрепки?

Что такое полимер?

Полимеры крупные молекулы .Они состоят из ряда более мелких молекул, известных как мономеры.

Один из способов мышления о полимерах – это цепочка связанных скрепок.

Допустим, вы чувствуете себя творчески и решаете создать узор (один серебряный, один красный, один серебряный), который затем повторяете в длинной цепочке.Вы можете решить добавить несколько дополнительных канцелярских скрепок к основной цепочке. Или вы можете подумать, что настенная подвеска из канцелярских скрепок была бы отличной идеей (давайте посмотрим правде в глаза, кто бы не стал?) И соединить несколько цепочек крест-накрест, чтобы образовать сеть, похожую на циновку.

Подобно скрепкам, мономеры могут соединяться в длинные цепочки. Эти цепи могут быть линейными, разветвленными или сетевыми. Когда вы делаете цепочку из скрепок, это проволока из соединенных скрепок, которая скрепляет ваше творение. Мономеры соединяются вместе, образуя полимерные цепи, образуя ковалентные связи, то есть разделяя электроны.Затем другие связи удерживают группы цепей вместе, образуя полимерный материал.

Полимеры природные и синтетические

Когда большинство людей думают о полимерах, первое, что приходит в голову, как правило, сделано руками человека – например, австралийские банкноты или странные плащи из ПВХ семидесятых. Но есть также много полимеров, которые встречаются в природе. Крахмалы, содержащиеся в кукурузе и картофеле, представляют собой полисахариды (сахарные полимеры).Шелк и волосы – это полимеры, известные как полипептиды. Целлюлоза, из которой состоит клеточная стенка растений, – еще один природный полимер. Белки, которые мы едим и из которых мы состоим, представляют собой полимеры, состоящие из аминокислот. И даже наша ДНК – это полимер, состоящий из мономеров, называемых нуклеотидами.

Первые искусственные полимеры были фактически модифицированными версиями этих природных полимеров. Целлулоид, материал, из которого делали фильм немое кино, представлял собой пластик, созданный из химически модифицированной целлюлозы.Первым полностью синтетическим полимером (то есть произведенным людьми путем химического синтеза), изобретенным в первые годы двадцатого века, был бакелит: пластик, полученный путем реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах. Он был обнаружен, когда его изобретатель, Лео Бэкеланд, пытался найти замену шеллаку, натуральному полимеру, полученному из панцирей азиатских лаковых жуков.

Сегодня есть все виды синтетических полимеров, от полиэтилена (самый распространенный пластик в мире) до полиэстера. Их используют для создания всего, от водосточных труб и бутылок для напитков до термоусадочной пленки и шпателей. Различные комбинации мономеров в этих длинных полимерных цепях приводят к полимерам с разными свойствами (подробнее о том, как и почему, чуть позже), поэтому полимеры могут быть созданы в зависимости от того, какие характеристики вам нужны для вашего материала – прочность, долговечность, гибкость. и так далее

Полимеры и пластмассы: в чем разница?

Хотя слова «полимер» и «пластик» часто используются как синонимы, на самом деле пластик – это всего лишь один вид полимера.Это полимеры, обладающие пластичностью. Другими словами, их можно формовать, например, с помощью тепла.

Многие пластмассы синтезируются из углеводородсодержащего масла или нефти (хотя не все пластмассы: например, биопластики могут быть получены из растений или даже из бактерий). Процесс превращения масла в пластик обычно выглядит примерно так. Сначала нефтеперерабатывающий завод расщепляет нефть на мелкие углеводороды (мономеры). Нефтехимический завод получает мономеры, и, используя процессы, которые мы сейчас опишем, они превращаются в полимеры.Наконец, полимеры в виде смолы (массы полимерных цепей) поступают на завод по производству пластмасс, где добавки придают пластику желаемые свойства. Затем его отливают в пластмассовые изделия.

Полимеризация: как получаются полимеры

Соединение длинной цепочки молекул называется полимеризацией.

Чтобы не усложнять задачу, давайте рассмотрим один из видов полимеризации, который называется «аддитивная полимеризация».Помимо полимеризации – как вы уже догадались – мономеры просто складываются вместе по повторяющейся схеме. В результате не создается никакой другой, дополнительной субстанции.

(Другой способ создания полимеров называется конденсационной полимеризацией. В этом процессе, когда каждый мономер добавляется к цепи, в качестве побочного продукта образуется дополнительная небольшая молекула, такая как вода. Нейлон и полиэфир сделаны таким образом.)

Аддитивная полимеризация основана на использовании мономера с двойной связью, соединяющей два атома углерода.Вводится молекула, называемая свободным радикалом, которая заставляет двойную связь открываться и связываться со следующей молекулой мономера. Полимерная цепь образуется, когда одна и та же основная единица повторяется снова и снова в регулярной цепной структуре. Хотя использование свободных радикалов таким образом не является новой идеей, химики регулярно открывают молекулы, которые намного эффективнее создают полимеры. Это означает, что полимеры можно производить быстрее, дешевле, чище и с большим контролем над конечным продуктом.

Давайте увеличим масштаб и рассмотрим этот процесс более подробно на примере образования полиэтилена.

Полиэтилен – простейший синтетический полимер. Он состоит только из одного типа мономера – этилена, состоящего из двух атомов углерода и двух атомов водорода. (Другие полимеры могут состоять из двух или более различных мономеров.) Полиэтилен образуется, когда многие тысячи молекул этилена соединяются встык.

Процесс начинается с нагревания молекулы, например перекиси водорода.

Пероксид водорода

Это заставляет его расщепляться на две части, образуя свободный радикал.Свободный радикал – это молекула с одним неспаренным электроном. Электроны – экстраверты атомного мира; они действительно не справляются с одиночеством. Или, говоря техническим языком, молекула с неспаренным электроном во внешней валентной оболочке является нестабильной молекулой. В любом случае одинокий электрон захочет образовать пару с другим электроном.

Образованный свободный радикал

Теперь представим нашу молекулу этилена.

Молекула этилена

Свободный радикал ищет другой электрон, с которым соединяется одинокий электрон.

Свободный радикал с неспаренным электроном

Он атакует двойную связь, соединяющую два атома углерода в молекуле этилена, и удаляет электрон.

Разрывы двойной связи

Его электроны благополучно соединились, свободный радикал присоединяется к одному из атомов углерода.

Другой углерод, ранее благополучно спаренный, теперь имеет неспаренный электрон. Он превратился в свободный радикал, в котором один неспаренный электрон стремится соединиться с другим, чтобы образовать пару.

Начало полимерной цепи

Вводится вторая молекула этилена.Вновь созданный свободный радикал разрывает связь углерод-углерод, удаляя электрон и создавая новый свободный радикал с одним неспаренным электроном на конце.

Построение полимерной цепи

Это продолжается как цепная реакция с образованием длинной цепи по мере добавления новых молекул этилена.

Сеть продолжает строительство

Процесс продолжается до тех пор, пока свободные радикалы не встретятся с другим свободным радикалом, завершая цепочку.

Завершение цепочки

Теперь у нас есть полимер, полиэтилен, состоящий из мономера (повторяющегося звена) этилена.

Полиэтилен

Некоторыми другими примерами полимеров, образованных таким образом, являются полихлорэтилен (ПВХ), используемый для изготовления таких вещей, как водопроводные трубы и изоляция для электрических кабелей, и полипропилен, используемый в таких продуктах, как резиновые утки (и другие игрушки), а также при переработке в волокна , ковры.

Разные полимеры с разными свойствами

Способ расположения молекул придает разным полимерам разные свойства.Манипулируя молекулярной структурой, можно создавать разные полимеры – в зависимости от того, нужен ли вам материал, который будет прочным, эластичным, пригодным для вторичной переработки или чем-то еще.

Полиэтилен, например, имеет длинные полимерные цепи, расположенные рядом. Их часто описывают как спагетти: при нагревании они могут раскручиваться и легко скользить друг по другу, давая гибкий материал. Когда они остывают, цепи взаимодействуют и запутываются. Полиэтилен можно плавить и преобразовывать в новую форму снова и снова.Эти плавкие, изменяемые полимеры известны как термопласты. Другие примеры включают полистирол и полипропилен.

Прочность полимеров также варьируется в зависимости от того, как расположены молекулы. Если использовать нашу аналогию со скрепкой, вы можете решить, что несколько скрепок будут отходить от вашей основной линии. Это может показаться довольно забавным, но если вы решите превратить его в настенную подвеску, будет сложно соединить ее с другой цепочкой в ​​обычном соединительном узоре. Как и в случае с вашей забавной скрепкой с боковыми ветвями, полимерные цепи с боковыми ответвлениями не могут быть выстроены в один регулярный узор.В результате получается полимер с более низкой плотностью. Примером может служить полиэтилен низкой плотности (LDPE) – мягкий материал, в который упаковывают и упаковывают полиэтиленовые пакеты (например, тот, в который можно завернуть бутерброд). Напротив, полимерные цепи, не имеющие боковых ответвлений, могут выстраиваться в одну линию, образуя регулярную (кристаллическую) структуру. Получаемый полимер прочнее и имеет большую плотность. Примером может служить полиэтилен высокой плотности (HDPE), используемый для изготовления пластиковых бутылок, пищевых контейнеров и водопроводных труб.

В отличие от термопластичных полимеров являются термореактивными полимерами.Они не размягчаются при нагревании и после того, как придут в форму, в значительной степени останутся такими. Это потому, что полимерные цепи сильно сшиты в сети. Это не очень поможет, если вы хотите что-то мягкое и податливое, чтобы завернуть бутерброд. Тем не менее, это полезно для таких вещей, как автомобильные шины, поскольку шина, плавящаяся от жары, сделает поездку на пляж довольно интересной. Клеи и электрические компоненты также являются термореактивными полимерами.

Цепи термопластичных полимеров (слева) проходят параллельно и поперек друг друга, но не соединяются.Напротив, термореактивные полимеры (справа) имеют сшитые цепи.

Помимо расположения молекул, свойства полимера также определяются длиной молекулярной цепи. Короче говоря, чем больше, тем сильнее. Это связано с тем, что по мере того, как молекула становится длиннее, общие силы связывания между молекулами становятся больше, что делает полимерную цепь более прочной. Когда, например, более тысячи атомов углерода выстраиваются в цепочку мономеров этилена, полученный полимер, полиэтилен, становится прочным и гибким.

Контактные линзы VR и солнечные очки для печати

Разработки синтетических полимеров выходят далеко за рамки пластиковых пакетов и бутылок для напитков. Следующим большим достижением могут стать гибкие электропроводящие полимеры. В виртуальную реальность (VR)? В недалеком будущем вы, возможно, сможете отказаться от толстых очков и вместо этого надеть контактные линзы благодаря очень тонкому электропроводящему полимерному покрытию.Австралийские ученые также работают над легкими гибкими солнечными элементами, на которые можно дешево печатать полимерными чернилами с помощью обычного принтера. В городах будущего можно будет увидеть множество поверхностей – зданий, автомобилей и даже одежды – из этого материала, вырабатывающего энергию. Благодаря обилию дешевых одноразовых продуктов и упаковки пластмассы часто получают плохую репутацию (простите за каламбур) за их воздействие на окружающую среду – и это правильно. Но новые открытия в науке о материалах – от солнечных батарей до биоразлагаемых пластиков из природных материалов – также открывают перспективы более устойчивого будущего.

Что такое полимеры?

Полимеры – это вещества, содержащие большое количество структурных единиц, соединенных связями одного типа. Эти вещества часто образуют цепочечную структуру. Полимеры в мире природы существуют с незапамятных времен. Крахмал, целлюлоза и каучук обладают полимерными свойствами. Искусственные полимеры изучаются с 1832 года. Сегодня полимерная промышленность выросла и стала больше, чем алюминиевая, медная и стальная промышленность вместе взятые.

Полимеры уже имеют спектр применения, который намного превосходит любой другой класс материалов, доступных человеку. Текущие области применения простираются от клеев, покрытий, пен и упаковочных материалов до текстильных и промышленных волокон, композитов, электронных устройств, биомедицинских устройств, оптических устройств и прекурсоров для многих недавно разработанных высокотехнологичных керамических изделий.

Применение полимеров:

Сельское хозяйство и агробизнес

• Полимерные материалы используются в почве и на ней для улучшения аэрации, создания мульчи и улучшения роста и здоровья растений.

  Медицина

• Многие биоматериалы, особенно заменители сердечных клапанов и кровеносные сосуды, сделаны из полимеров, таких как дакрон, тефлон и полиуретан.

  Наука о потреблении

• Пластиковые контейнеры всех форм и размеров имеют малый вес и экономически менее дороги, чем более традиционные контейнеры. Другие области применения полимеров – это одежда, напольные покрытия, мешки для мусора и упаковка.

  Промышленность

• Автомобильные детали, лобовые стекла для истребителей, трубы, резервуары, упаковочные материалы, изоляция, заменители древесины, клеи, матрица для композитов и эластомеры – все это полимеры, используемые на промышленном рынке.

  Спорт

• Игровое оборудование, различные мячи, клюшки для гольфа, бассейны и защитные шлемы часто изготавливают из полимеров.

Следующая тема: История полимеров

Что такое полимер?

Термин «полимер » обычно используется в индустрии пластмасс и композитов, часто как синоним для пластика или смолы .Фактически, полимеры включают в себя ряд материалов с различными свойствами. Их можно найти в обычных предметах домашнего обихода, в одежде и игрушках, в строительных материалах и изоляционных материалах, а также во многих других продуктах.

Определение

Полимер – это химическое соединение, молекулы которого связаны в длинные повторяющиеся цепи. Благодаря своей структуре полимеры обладают уникальными свойствами, которые можно адаптировать для различных целей.

Полимеры являются как искусственными, так и естественными.Например, каучук – это натуральный полимерный материал, который использовался тысячи лет. Обладает прекрасными эластичными качествами, это результат молекулярной полимерной цепи, созданной матерью-природой. Другой природный полимер – это шеллак, смола, производимая лаковым жучком в Индии и Таиланде, которая используется в качестве грунтовки для краски, герметика и лака.

Самый распространенный природный полимер на Земле – это целлюлоза, органическое соединение, содержащееся в клеточных стенках растений. Он используется для производства бумажных изделий, текстиля и других материалов, таких как целлофан.

Искусственные или синтетические полимеры включают в себя такие материалы, как полиэтилен, наиболее распространенный в мире пластик, который используется в различных предметах, от хозяйственных сумок до контейнеров для хранения, и полистирол, материал, используемый для изготовления упаковки арахиса и одноразовых стаканчиков. Некоторые синтетические полимеры пластичны (термопласты), а другие остаются жесткими (термореактивные). Третьи имеют каучукоподобные свойства (эластомеры) или напоминают растительные или животные волокна (синтетические волокна). Эти материалы можно найти во всех видах товаров, от купальных костюмов до кастрюль.

Недвижимость

В зависимости от желаемого использования полимеры могут быть адаптированы для использования определенных полезных свойств. К ним относятся:

• Отражательная способность : Некоторые полимеры используются для производства световозвращающей пленки, которая используется в различных технологиях, связанных со светом.
• Ударопрочность : Прочный пластик, выдерживающий грубое обращение, идеально подходит для багажа, защитных чехлов, автомобильных бамперов и т. Д.
• Хрупкость : Некоторые формы полистирола твердые и хрупкие и легко деформируются при нагревании.
• Translucence : Прозрачные полимеры, включая полимерную глину, часто используются в декоративно-прикладном искусстве.
• Пластичность : В отличие от хрупких полимеров пластичные полимеры можно деформировать без разрушения. Такие металлы, как золото, алюминий и сталь, известны своей пластичностью. Пластичные полимеры, хотя и не такие прочные, как другие полимеры, полезны для многих целей.
• Эластичность : Натуральные и синтетические каучуки обладают эластичными свойствами, что делает их идеальными для автомобильных шин и аналогичных продуктов.

Полимеризация

Полимеризация – это процесс создания синтетических полимеров путем объединения небольших молекул мономера в цепи, удерживаемые вместе ковалентными связями. Двумя основными формами полимеризации являются полимеризация с постепенным ростом и полимеризация с ростом цепи. Основное различие между ними состоит в том, что при полимеризации с ростом цепи молекулы мономера добавляются к цепи по одной молекуле за раз. При ступенчатой ​​полимеризации несколько молекул мономера связаны непосредственно друг с другом.

Если бы вы могли посмотреть на полимерную цепь вблизи, вы бы увидели, что визуальная структура и физические свойства молекулярной цепи имитируют физические свойства полимера. Например, если полимерная цепь содержит плотно скрученные связи между мономерами, которые трудно разорвать, полимер, вероятно, будет прочным и жестким. С другой стороны, если полимерная цепь включает молекулы с характеристиками растяжения, полимер, вероятно, будет иметь гибкие свойства.

Сшитые полимеры

Большинство полимеров, обычно называемых пластиками или термопластами, состоят из цепочек молекул, которые могут быть разорваны и повторно связаны.Большинство обычных пластмасс можно согнуть в новую форму путем нагревания. Их также можно переработать. Например, пластиковые бутылки из-под газировки можно переплавить и повторно использовать для производства различных продуктов, от новых бутылок из-под газировки до ковров и флисовых курток.

С другой стороны, сшитые полимеры не могут повторно связываться после разрыва сшитой связи между молекулами. По этой причине сшитые полимеры часто обладают такими характеристиками, как более высокая прочность, жесткость, термические свойства и твердость.

В композитных продуктах FRP (армированный волокном полимер) чаще всего используются сшитые полимеры, которые называются смолой или термореактивной смолой.Наиболее распространенными полимерами, используемыми в композитах, являются полиэфир, сложный виниловый эфир и эпоксидная смола.

Примеры

Общие полимеры включают:

• Полипропилен (PP): ковролин, обивка
• Полиэтилен низкой плотности (LDPE): Пакеты для продуктов
• Полиэтилен высокой плотности (HDPE): бутылки для моющих средств, игрушки
• Поли (винилхлорид) (ПВХ): трубопроводы, настил
• Полистирол (ПС): игрушки, поролон
• Политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон): сковороды с антипригарным покрытием, электроизоляция
• Поли (метилметакрилат) (ПММА, люцит, оргстекло): лицевые щитки, световые люки
• Поли (винилацетат) (ПВА): краски, клеи
• Полихлоропрен (неопрен): мокрые костюмы

Наука на расстоянии

Как производятся полимеры? – Scientific American

Фрэнк Н.Келли, декан Колледжа полимеров и полимерной инженерии в Университете Акрона, дает следующее объяснение.

Синтетические полимеры получают в результате химических реакций, называемых «полимеризацией». Полимеризация протекает в различных формах – их слишком много, чтобы рассматривать здесь, – но такие реакции состоят из повторяющихся химических связей отдельных молекул или мономеров. Различные комбинации тепла, давления и катализа изменяют химические связи, которые удерживают мономеры вместе, заставляя их связываться друг с другом.Чаще всего они делают это линейным образом, образуя цепочки мономеров, называемых полимерами.

Некоторые полимеризации объединяют целые мономеры вместе, тогда как другие объединяют только части мономеров и создают «оставшиеся» материалы или побочные продукты. Сополимеры могут быть образованы с использованием двух или более различных мономеров. Два или более полимера могут быть объединены для получения сплава или смеси, которая отображает характеристики каждого компонента.

Для примера рассмотрим обычный пластиковый полиэтилен, который содержится в таких предметах, как продуктовые пакеты, игрушки и бутылки.Мономер этилена состоит из двух атомов углерода, каждый из которых связан с двумя атомами водорода и имеет двойную связь друг с другом. Полиэтилен состоит из цепочки одинарных атомов углерода, каждый из которых по-прежнему несет два атома водорода.

ЛИНЕЙНЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН

Один из способов производства полиэтилена называется «свободнорадикальная полимеризация». Как и в других процессах полимеризации, процесс состоит из трех стадий, известных как инициирование, распространение и завершение. Для начала нам нужно добавить катализатор в наш запас этилена.Обычным катализатором является перекись бензоила, которая при нагревании имеет свойство расщепляться на два фрагмента, каждый с одним неспаренным электроном или свободным радикалом. Эти фрагменты известны как фрагменты инициатора.

Непарный электрон естественно ищет другого и находит удобную мишень в двойной связи между атомами углерода в молекуле этилена. Взяв электрон из углеродной связи, фрагмент инициатора соединяется с одним из атомов углерода мономера.

Радикал теперь счастлив, но эта инициирующая реакция создает еще один свободный радикал, связанный с другим атомом углерода молекулы этилена.Новый радикал тоже ищет партнера. Таким образом, мономеры этилена начинают связываться в цепочку, каждый раз создавая новые радикалы и удлиняя цепь. Этот этап называется размножением.

Растущие цепи также могут прикрепляться друг к другу. Чаще всего цепи соединяются встык, но иногда они соединяются конец к остову, образуя разветвленные молекулы полиэтилена.

В конце концов, свободнорадикальная полимеризация останавливается из-за так называемых реакций обрыва.Например, вместо того, чтобы украсть электрон у атомов углерода с двойной связью или соседней растущей цепи, атом углерода со свободным радикалом иногда крадет весь атом водорода у другого конца цепи. Конец полимера, лишенный водорода, легко образует двойную связь с соседним атомом углерода, и полимеризация прекращается.

Поскольку каждая часть мономера этилена включена в конечный полимер, свободнорадикальная полимеризация полиэтилена называется аддитивной полимеризацией; молекулы этилена просто складываются.Однако полимеризация, в которой используются только части мономера, известна как конденсационная полимеризация. Мономеры, которые конденсируются друг с другом, должны содержать по крайней мере две реакционноспособные группы, чтобы образовать цепь. Реакции конденсации приводят к образованию «конденсированных» полимеров, которые имеют меньшую общую массу, чем мономеры, использованные для их создания, и побочные продукты или «конденсаты» вместе взятые.

Например, поли (этилентерефталат), полиэфир, известный как ПЭТ, который обычно содержится в бутылках из-под газировки, образуется в результате реакции двух мономеров: этиленгликоля и терефтоилхлорида.В конце реакции атом водорода и атом хлора не попадают в каждое молекулярное соединение ПЭТ, в результате образуется побочный продукт – газообразный хлористый водород (HCl).

Изложенное выше должно дать вам представление о принципе действия полимеризации, но это еще не все. Чтобы узнать больше, посетите некоторые веб-сайты, посвященные полимерам.

Что такое полимеры и откуда они берутся – Mixer Direct

Полимеры {в той или иной форме} повсюду вокруг нас и в бесчисленном количестве различных предметов домашнего обихода, которые используются каждый день.Но идентифицировать материал только как «полимер» примерно так же расплывчато, как описывать актера как «того одного чувака в этом фильме». Этот термин может применяться к одному из многих различных веществ под более общим обозначением полимера. Они бывают бесчисленного множества разных форм, размеров и текстур; и служат разным целям. Большинство химиков согласны с тем, что в широком смысле полимеры представляют собой химические вещества, состоящие из серии повторяющихся единиц. Существуют природные полимеры, такие как шерсть, шелк, каучук, протеины и пектин; искусственные полимеры, такие как искусственный шелк; и родственные им синтетические полимеры, такие как нейлон, полиэстер, тефлон и т. д.

Полимеризация создается посредством удачно названного процесса полимеризации, в котором более мелкие молекулы, называемые мономерами, химически объединяются, образуя более крупную сеть связанных молекул, называемых полимерами. Цепочка может состоять из одного материала или нескольких разных веществ. По общему правилу, он должен состоять как минимум из ста молекул мономера, чтобы считаться полимером; с такими свойствами, как эластичность, прочность на разрыв и способность образовывать волокна.Что действительно отличает полимеризацию, так это образование ковалентных химических связей между мономерами; в отличие от чего-то вроде кристаллизации, при которой большие количества молекул объединяются из-за влияния слабой межмолекулярной силы. Есть две основные классификации процессов полимеризации. Конденсационная полимеризация происходит, когда каждая стадия полимеризации соединяется с образованием простой молекулы, такой как вода. В аддитивной полимеризации используются катализаторы, которые часто могут оказывать значительное влияние на структуру и химические свойства полимера.

Природные полимеры использовались людьми на протяжении веков, даже если сам термин «полимер» не был придуман в то время – он был впервые использован в 1866 году французским химиком Марселленом Бертло, когда он заметил, что химическое соединение под названием стирол при нагревании при 200 ° в течение нескольких часов образуется смолистый полимер. Но этому предшествовало изобретение вулканизированного каучука – комбинации натурального каучука и серы – в 1839 году. 1907 год стал еще одной важной вехой с появлением синтетического каучука путем полимеризации; и бакелит {жесткий и жаропрочный пластик}.В 1920 году Герман Штаудингер выдвинул гипотезу о полимерах, которая более известна в современном мире; точно предполагая, что они были цепями, состоящими из мономеров. Но многие отвергли его теорию, сохраняя свою веру в то, что молекулы удерживаются вместе некой неопределенной силой. После неустанной работы в лаборатории со своими коллегами Штаудингер смог доказать справедливость своего утверждения.

Один тип полимера называется эластомером, например каучук. Каучук на самом деле является натуральным полимером.Повторяющийся компонент – изопрен. Он использовался в той или иной форме в течение нескольких сотен или более лет; но каучук в его современной и наиболее полезной форме появился в 1823 году, когда Чарльз Гудиер изобрел более прочный материал, соединив натуральный каучук с серой с помощью процесса, известного как вулканизация.

Еще есть пластмассы – возможно, самый известный пример полимера. Пластмассы обычно бывают одной из двух различных форм: термопласты и реактопласты. Термопласты размягчаются и образуются под воздействием тепла, и они затвердевают при остывании до более низкой температуры.Они гораздо чаще встречаются и используются в потребительских товарах. С другой стороны, образуются реактопласты, и молекулы связываются при нагревании, и после этого они никогда больше не станут размягчаться или плавиться под действием тепла. Полиэтилен – один из наиболее широко используемых пластиков на рынке сегодня – он бывает в бесчисленном множестве различных форм и может использоваться для бесчисленного множества различных целей. Его можно использовать для изготовления пластиковых пакетов, текстиля, изоляционных материалов, покрытий и многого другого. Полиэтилены высокой плотности часто используются для изготовления крышек для бутылок, трубок и т. Д.К концу 19 века были представлены искусственные варианты тканей, таких как шерсть и шелк. Многие считают это началом современного волокна. В большинстве случаев они как минимум в сто раз длиннее своей ширины. Преимущества включают возможность глажки, высокую прочность на разрыв, жесткость, привлекательные характеристики ткани и универсальность.

Что касается обработки полимеров, существует несколько различных подходов. В случае пластмасс литье под давлением и экструзия – два широко используемых метода.Литье под давлением влечет за собой нагревание пластика до точки плавления, чтобы он стал течь, а затем заполнение формы продукта расплавленным материалом. Обычно его вдавливают чем-то вроде плунжера или винта. После заполнения форм и формирования конструкции их охлаждают. Большим преимуществом литья под давлением является скорость и простота операции, которые позволяют повторять ее снова и снова за короткий промежуток времени. Экструзия аналогична, но использует матрицу, а не форму. Для правильной работы изделие должно иметь точно такое же поперечное сечение, что и матрица.Волокна создаются путем прядения. Это может быть достигнуто путем плавления, растворения в растворителе, который может испаряться, или с помощью химикатов, если растворитель не может испаряться. По сути, все они представляют собой одну и ту же концепцию – материал плавится и проталкивается через металлическую тарелку с множеством крошечных отверстий, а нити, которые проходят через другую сторону, скручиваются и быстро наматываются вместе, образуя ткань.

Артикул:

http://www.britannica.com/ наука / полимеризация

http: // plc.cwru.edu/tutorial/ расширенный / файлы / полимеры / приложения / apps.htm

http://www.polymerexpert.fr/ en / presentation / histoire-des- polymeres /

http: // humantouchofchemistry. com / история полимеров. htm

Свойства полимеров | Безграничная химия

Типы биологических макромолекул

Биологические макромолекулы, большие молекулы, необходимые для жизни, включают углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и белки.

Цели обучения

Определить четыре основных класса биологических макромолекул

Основные выводы

Ключевые моменты

• Биологические макромолекулы являются важными клеточными компонентами и выполняют широкий спектр функций, необходимых для выживания и роста живых организмов.
• Четыре основных класса биологических макромолекул – это углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Ключевые термины

• полимер : относительно большая молекула, состоящая из цепи или сети многих идентичных или подобных мономеров, химически связанных друг с другом.
• мономер : относительно небольшая молекула, которая может образовывать ковалентные связи с другими молекулами этого типа с образованием полимера.

Питательные вещества – это молекулы, которые необходимы живым организмам для выживания и роста, но животные и растения не могут синтезировать сами себя. Животные получают питательные вещества, потребляя пищу, а растения извлекают питательные вещества из почвы.

Источники биологических макромолекул : Такие продукты, как хлеб, фрукты и сыр, являются богатыми источниками биологических макромолекул.

Многие важные питательные вещества представляют собой биологические макромолекулы. Термин «макромолекула» впервые был введен в употребление в 1920-х годах лауреатом Нобелевской премии Германом Штаудингером. Штаудингер был первым, кто предположил, что многие большие биологические молекулы построены путем ковалентного связывания более мелких биологических молекул вместе.

Живые организмы состоят из химических строительных блоков : Все организмы состоят из множества этих биологических макромолекул.

Мономеры и полимеры

Биологические макромолекулы играют решающую роль в структуре и функционировании клеток.Большинство (но не все) биологических макромолекул представляют собой полимеры, которые представляют собой любые молекулы, построенные путем соединения множества более мелких молекул, называемых мономерами. Обычно все мономеры в полимере имеют тенденцию быть одинаковыми или, по крайней мере, очень похожими друг на друга, связанными снова и снова, чтобы создать более крупную макромолекулу. Эти простые мономеры можно соединить во множество различных комбинаций для получения сложных биологических полимеров, точно так же, как из нескольких типов блоков Lego можно построить что угодно, от дома до автомобиля.

Мономеры и полимеры : Множество мелких мономерных субъединиц объединяются с образованием этого углеводного полимера.

Примеры этих мономеров и полимеров можно найти в сахаре, который вы можете добавить в кофе или чай. Обычный столовый сахар – это дисахарид сахароза (полимер), который состоит из моносахаридов фруктозы и глюкозы (которые являются мономерами). Если бы мы соединяли вместе много углеводных мономеров, мы могли бы получить полисахарид, подобный крахмалу. Префиксы «моно-» (один), «ди-» (два) и «поли-» (многие) скажут вам, сколько мономеров было объединено в молекулу.

Молекула сахарозы (обычный столовый сахар) : углеводные моносахариды (фруктоза и глюкоза) соединяются, чтобы образовать дисахарид сахарозу.

Все биологические макромолекулы содержат углерод в кольцевой или цепной форме, что означает, что они классифицируются как органические молекулы. Обычно они также содержат водород и кислород, а также азот и дополнительные второстепенные элементы.

Четыре класса биологических макромолекул

Существует четыре основных класса биологических макромолекул:

1. углеводы
2. липиды
3. белков
4. нуклеиновых кислот

Каждый из этих типов макромолекул выполняет широкий спектр важных функций внутри клетки; клетка не может выполнять свою роль в организме без множества различных типов этих важнейших молекул.В сочетании эти биологические макромолекулы составляют большую часть сухой массы клетки. (Молекулы воды составляют большую часть общей массы клетки.) Все молекулы как внутри, так и снаружи клеток находятся в водной (т.е. водной) среде, и все реакции биологических систем происходят в той же среде. .

Interactive: мономеры и полимеры : углеводы, белки и нуклеиновые кислоты построены из небольших молекулярных единиц, которые связаны друг с другом прочными ковалентными связями.Небольшие молекулярные единицы называются мономерами (моно означает один или один), и они связаны вместе в длинные цепи, называемые полимерами (поли означает множество или несколько). Макромолекулы разных типов, кроме липидов, построены из разного набора мономеров, которые похожи друг на друга по составу и размеру. Липиды не являются полимерами, потому что они не состоят из мономеров (единиц схожего состава).