Полимеры таблица: Полимеры таблица с примерами – Морской флот

alexxlab | 29.11.1985 | 0 | Разное

Содержание

Исследование свойств полимеров: механические и химические свойства полимеров | ПластЭксперт

Определение свойств полимеров

Качественное определение природы полимера методом сжигания

Общие сведения

Поскольку отдельным видам полимеров свойственны определенный цвет, прозрачность, характер поверхности, блеск, упругость, эластичность и т.д., то по внешним признакам образцов материалов или изделий можно получить первое представление о природе полимеров.

Распознавание полимеров по характеру поведения при нагревании и горении является довольно простым и в то же время достаточно точным методом качественного определения природы полимеров. Метод основан на визуальном наблюдении за поведением образца при внесении его в верхнюю часть пламени горелки. По мере нагревания образцы термопластов постепенно размягчаются и плавятся, а реактопласты не размягчаются и не плавятся. Поэтому по отношению к нагреванию можно определить класс полимеров (термопласты, реактопласты). При дальнейшем нагревании образца происходит его загорание, сопровождающееся выделением продуктов разложения, которые обладают специфичным для отдельных полимеров запахом, позволяющим определять вид полимеров.

Прежде чем приступить к выполнению работы по определению полимера, следует детально ознакомиться с соответствующим теоретическим материалом, отобрать образцы полимеров, внимательно осмотреть их, подробно охарактеризовать их внешний вид (характер поверхности, цвет, жесткость, прозрачность, характер излома и прочие признаки).

Захватив образец тигельными щипцами, следует внести его в пламя горелки; затем проведите наблюдение за нагреванием, размягчением и загоранием. При загорании образца удалите его из пламени горелки; если он плавится и съеживается, выдержите в огне до воспламенения, но не более 10 мин. Проведите наблюдения за загоревшимся материалом вне пламени горелки, определить окраску пламени, характер горения (спокойное, интенсивное, с копотью, прекращение горения и т.д.), отметьте запах продуктов горения и дополнительные признаки (например, способность вытягиваться в нити). Для определения запаха продуктов следует погасить пламя и легким движением кисти рук направить воздух от потушенного образца к носу.

На основании сравнения установленных признаков с данными, приведенными в таблице приложения, можно определить вид полимера во всех образцах, взятых для опыта.

Примерная схема определения:

1. Образец не воспламеняется, сохраняет свою форму, ощущается запах формальдегида. Если, кроме того, ощущается запах:

а) аммиака – это мочевиноформальдегидный полимер;

б) резкий (рыбы) – меламиноформальдегидный полимер;

в) фенола – фенолформальдегидный полимер.

2. Полимер горит в пламени горелки и гаснет при удалении из пламени. Если, кроме того, появляется:

а) запах жженой резины, широкая зеленая кайма пламени у основания – это хлорированный каучук; при небольшой зеленой зоне, перекрываемой желтой зоной – это хлоропрен;

б) резкий запах хлористого водорода и зеленая окраска – это производные поливинилхлорида;

в) сладковатый запах, зеленая окраска у основания пламени, черная зола – это поливинилхлорид;

г) запах горелого молока – это казеин;

д) запах уксусной кислоты, искры, расплавленная смола при попадании в воду образует тяжелые желто-коричневые зерна или хлопья – ацетилцеллюлоза.

3. Полимер горит после удаления из пламени; при этом наблюдается:

а) очень быстрое горение, запах камфоры – это целлулоид; без запаха камфоры – нитроцеллюлоза;

б) пламя голубое у основания и, кроме того, сильный сладковато-плодовый запах – это полиметилметакрилат;

запах горелых овощей – это полиамиды;

чуть сладковатый запах – поливинилформаль;

запах прогорклого масла, искрение – ацетобутират целлюлозы;

в) пламя с пурпурной каймой, искрение, запах уксусной кислоты – это поливилацеталь;

г) пламя яркое, желто-белое, запах: сладковатый (гиацинтов) – это полистирол или его сополимеры; слабый, чуть сладковатый – это поливинилформаль;

д) пламя окружено желто-зеленой каймой, смола долго горит, имеет сладковатый запах; расплавленная смола, падая в воду, образует диски цвета светлого дуба – это этилцеллюлоза.

Определение химической стойкости и твердости пластмасс

Общие сведения

Химическая стойкость является одной из важных характеристик пластмасс, поскольку от нее во многом зависит выбор основных областей применения. Большинство пластмасс отличаются высокой химической стойкостью и превосходят в этом отношении традиционные природные материалы: металлы, дерево и др. Химическая стойкость обусловлена особенностями строения полимеров, наличием или отсутствием функциональных групп, способных претерпевать превращения в среде различных реагентов, наличием и частотой поперечных сшивок и др. Наибольшей химической стойкостью по отношению к действию кислот и щелочей отличаются полимеризационные карбоцепные полимеры, не имеющие активных функциональных групп: полиолефины, полистирол, галоидсодержащие полимеры (поливинилхлорид, перхлорвинил, фторопласты). Последние по своей химической стойкости превосходят наиболее стойкий к агрессивным средам металл – золото, которое растворяется в “царской водке” (смеси азотной и соляной кислот), в то время как фторопласты выдерживают без заметных изменений 24-часовое кипячение в этом реагенте.

Поликонденсационные полимеры обычно имеют в основной цепи гетероатомы и обладают более низкой стойкостью в химических средах, что обусловлено взаимодействием полимера с реагентами, сопровождающимися разрушением цепи. Так, в полиамидах в кислой среде происходит гидролиз амидной группы в сильных кислотах и щелочах.

Химическая стойкость карбоцепных полимеров с функциональными группами зависит от химической активности последних. В таких полимерах под действием химических агентов происходит взаимодействие функциональных групп при сохранении основной цепи. Так, полиакрилонитрил неустойчив в концентрированных кислотах и щелочах из-за омыления нитрильной группы и образования полиакриловой кислоты. То же происходит с полиметилметакрилатом, который вследствие гидролиза сложных групп превращается в полиметакриловую кислоту; поливинилацетат в аналогичных условиях переходит в поливиниловый спирт.

Растворимость полимеров, как и химическая стойкость, зависит от особенностей строения, наличия разветвлений, поперечных сшивок, присутствия полярных групп, длины макромолекулы и других фактов.

Чем меньше разветвлений в макромолекуле, больше ее длина и больше полярных групп, тем выше степень межмолекулярного взаимодействия и ниже растворимость полимеров. Растворимость уменьшается при увеличении упорядоченности макромолекул и повышении частоты поперечных сшивок. Кристаллические полимеры, как правило, обладают меньшей растворимостью, чем аморфные того же химического строения. Отвержденные термореактивные смолы обычно не растворяются и даже не набухают в растворителях.

Пластические массы, используемые как конструкционные материалы, должны обладать высокой химической стойкостью по отношению к тем средам, с которыми изделия контактируют в процессе эксплуатации: мыльно-содовым растворам, растворителям, растворам кислот, пищевым средам. Поэтому знание химической стойкости пластических масс является обязательным для специалиста. Оно позволяет установить правильность выбора пластмасс для изготовления тех или иных изделий.

Методика определения химической стойкости и твердости

1. Образцы пластмасс помещаются в пробирки с соответствующим реагентом и выдерживаются в них в течение двух часов при комнатной температуре, периодическом перемешивании стеклянной палочкой или встряхивании. По окончании выдержки осторожно сливают реагент, вытряхивают содержимое пробирок на керамическую пластинку и при внешнем осмотре образцов устанавливают изменения: растворение, набухание, изменение характера поверхности, вымывание пластификатора, изменение цвета и др. Естественно, полученные результаты дают только ориентировочное представление о химической стойкости пластмасс.

Точные данные о химической стойкости получают при испытании образцов стандартных размеров по изменению веса, размеров, физико-механических свойств в условиях, установленных соответствующими стандартами.

2. Для определения твердости пластмасс пользуются минералогической шкалой твердости (шкала Маоса), состоящей из набора эталонных минералов, подобранных таким образом, что каждый из них при нажиме оставляет царапину на предыдущем и, в свою очередь, чертится последующим.

Шкала состоит из 10 минералов (тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз), которым соответственно присвоены номера от 1 до 10.

При испытании острым углом одного из минералов со средним нажимом проводят по поверхности испытуемой пластмассы и наблюдают за образованием царапины.

Если царапины нет, то рядом наносят черту более твердым материалом до получения видимой невооруженным глазом царапины, не стирающейся пальцем.

Твердость пластмассы обозначают порядковым номером минерала, оставившего след на поверхности.

Метод определения твердости с использованием минералогической шкалы отличается доступностью, простотой, быстротой, но дает результаты невысокой точности. Тем не менее этот метод позволяет охарактеризовать сравнительную твердость пластмасс.

Более точные результаты получают при проведении испытаний методом вдавливания стального шарика на приборах ТШСП, Бринеля в соответствии с утвержденными стандартами, методиками.

Таблица. Распознавание пластмасс методом горения

№ п/п Вид полимера, пластмассы Поведение при нагревании Характер горения Запах продуктов горения Примечание
1 Фенолформальдегидная смола, фенопласты Не размягчается Загорается с трудом, при вынесении из пламени гаснет Фенола и формальдегида Если наполнитель –древесная мука, то ощущается дополнительно запах жженой бумаги
2 Мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола То же Загорается с трудом, образование белого налета по краям Аммиака и формальдегида -
3 Меламиноформальдегидная смола, мелалит – // - То же Сильный тухлой
рыбы
-
4 Полиэтилен Размягчается, плавится Горит спокойным синеватым пламенем; с подтеканием полимера Горящей парафиновой свечи -
5 Полипропилен То же То же Горящего сургуча -
6 Поливинилхлорид – // - При вынесении из пламени гаснет, зеленоватая окраска
у основания пламени; пластикат коптит и при вынесении
из пламени продолжает гореть
Резкий хлористого водорода Реакция на хлор (проба Бельштейна)
7 Поливинилиденхлорид – // - Как у ПВХ Сладковатый То же
8   Ненасыщенные полиэфиры, отвержденные стиролом (полиэфиракрилаты, полиэфирмалеинаты) Не размягчаются Коптят, желтое пламя Сильный, приторный цветочно-фруктовый -
9 Политетрафторэтилен (тефлон,
фторопласт-4)
Не горит, слегка размягчается при нагревании выше 4000С - - При размягчении становится прозрачным, при охлаждении мутнеет
10 Полиметилметакрилат Размягчается, плавится Горит при вынесении из пламени с потрескиванием;
голубоватая окраска пламени
у основания
Сильный цветочно-плодовый (герани) -
11 Полистирол и сополимеры стирола Размягчаются, вытягиваются в нити Пламя ярко-желтое коптящее Сладковатый, цветочный (гиацинтов) -
12 Полиамиды Размягчается, вытягивается в нити из расплава Пламя синеватое, горит при удалении из пламени Горелых овощей, жженой кости -
13 Полиуретаны Размягчаются Пламя желтоватое, полимер темнеет, стекает каплями Острый миндальный -
14 Нитрат целлюлозы То же Горит интенсивно, пламя
яркое, белый дым
Окислов азота или камфоры (целлулоид) -
15 Гидратцеллюлоза (целлофан) Не размягчается Интенсивно горит
после удаления из пламени
Жженой бумаги -
16 Поликарбонаты       Размягчаются Загораются с трудом, самопогашение после вынесения
из пламени, пламя коптящее
Цветочный  
17 Полиэтилентерефталат То же Горит медленно с плавлением
и небольшой копотью
Специфический  
18 Полиформальдегид – // - Горит с оплавлением, стеканием полимера, окраска пламени синеватая у основания, сгорает без остатка Формальдегида  

 

Примечание. Проба Бельштейна на присутствие галоида (например, хлора) заключается в следующем: медной проволочкой, предварительно прокаленной в пламени горелки до прекращения окрашивания пламени в зеленый цвет, касаются образца полимера и снова прокаливают проволочку. Окрашивание пламени в интенсивный зеленый цвет указывает на присутствие галоида (поливинилхлорид и др.).



Полимеры таблица – Справочник химика 21

    Примечание. Для полимеров таблиц 3.1-3.4 выход составлял 94-98% приведенная вязкость найдена для 0.5%-х растворов полимеров в смеси трифторуксусная кислота метиленхлорид = 1 4 (по объему) при 25 °С Приведено по данным термомеханических испытаний при нагрузке на образец 0.8 кгс/см . За температуру размягчения полимера принимали точку пересечения касательных к ветвям термомеханической кривой в области течения полимера.  [c.178]
    П. — термостойкие полимеры (таблица). Замена водорода в имидазольном цикле на фенил практически не снижает термостойкости П., однако заметно уменьшает их теплостойкость. [c.385]

    Д. улучшается введением в композицию с полимером дугостойких наполнителей. Однако и в этом случае Д. наполненных композиций в значительной степени определяется химич. составом и строением полимеров (таблица). [c.383]

    МЕТАКРИЛАМИДА ПОЛИМЕРЫ Таблица 1. Свойства некоторых зарубежных ионитовых мембран  [c.87]

    При дальнейших исследованиях сам Штаудингер и другие исследователи обратили внимание на зависимость удельной вязкости растворов полимеров Таблица 4Г от природы растворителя. [c.159]

    ВИНИЛИДЕНЦИАНИДА ПОЛИМЕРЫ Таблица 3. Свойства вулканизатов тройных 1 ополимеров иа основе бутадиена и винилиденхлорида [c.199]

    В этих таблицах строение полимеров приводится, как правило, в виде нескольких повторяющихся единиц, что дает читателю более наглядное представление о пространственном и линейном строении новых полимеров. Таблицы позволяют читателю сопоставить строение всех этих полимеров и сделать соответствующее за1ключение. Одним из основных выводов, который можно сделать после рассмотрения табл. I. 1 — I. 4, безусловно, является то, что такие двухвалентные элементы, как, например, кислород, обеспечивают высокую степень свободы вращения полимерных сегмеп- [c.8]

    Рассматриваются основные направления исследований в области высокомолекулярных соединений, проводимых в Татарии синтез олигомеров и полимеров — преимущественнофосфорсодержащих и полиолефинов, модификация и пластификация, стабилизация фосфор-органическими стабилизаторами, а также физико-химические исследования полимеров. Таблиц 2. Иллюстраций 4. [c.229]

    Показано, что путем химического модифицирования поверхности можно рез ко улучшить химические и физические свойства высокодисперсных тел Заменой гидроксильных групп кремнезема органическими радикалами с определенными функциональными группами можьо придать кремнезему специфические адсорбционные и ионообменные свойства Метод химического модифицирования поверхности кремнеземных наполнителей позволяет в широких пределах изменять физико-механические свойства наполненных ими полимеров Таблиц 5, иллюстраций 16, библ назв 38 [c.227]


Водорастворимые полимеры POLYOX – Свойства.. Статьи компании «ООО “Силоксан”»

Водорастворимые полимеры POLYOX выпускаются в широком спектре молекулярных масс и рецептированных веществ обычной классификации и по стандартам NF (Национального формуляра). В таблице 1 показан текущий ассортимент продуктов, их молекулярные массы и свойства. С увеличением молекулярной массы возрастает как загущающая способность полимеров, так и вязкоупругие свойства.

Водорастворимые полимеры POLYOX производятся и поставляются в виде белых гранулированных порошков, легко растворимых в воде и обладающих слабым аммиачным запахом. Характерные свойства полимеров приведены в таблице 2.

 

Таблица 1 – Марки водорастворимых полимеров POLYOX:

Марка полимера POLYOX

Молекулярная масса (приблизительно) (1)

Диапазон вязкости, mPa • sec (cP),
Водный раствор при 25°C, вес. %

 

     5 %                             2 %                        1 %

Вискозиметр Brookfield, модель RVF,
Номер мешалки/скорость, об/мин

WSR N-10
WSR N-80
WSR N-750

100 000
200 000
300 000

12–50

65–115

600–1000

1000–1200

— 

 —

 —

 —

 —

 —

 —

1/50 (2)

1/50 (2)

1/10

2/10

WSR N-3000
WSR-205

400 000
600 000

2250–4500

4500–8800

 —

 —

 —

 —

1/2

2/2

WSR-1105
WSR N-12K
WSR N-60K

900 000
1 000 000
2 000 000

8800–17 600

 —

400–800

2000–4000

 —

 —

 —

2/2

1/10

3/10

WSR-301
WSR Coagulant
WSR-303
WSR-308
UCARFLOC300
UCARFLOC302
UCARFLOC304
UCARFLOC309

4 000 000
5 000 000
7 000 000
8 000 000
4 000 000
5 000 000
7 000 000
8 000 000

 —

 —

 —

 —

 —

 —

 —

 —

 —

1650–5500

5500–7500

7500–10 000

10 000–15 000

1650–5500

5500–7500

7500–10 000

10 000–15 000

2/2

2/2

2/2

2/2

2/2

2/2

2/2

2/2

Марки POLYOX NF

По поводу полимеров, отвечающих стандарту NF, обращайтесь к региональным представителям компании Dow (3).

Перечисленные здесь физические свойства отражают типовые свойства, а не спецификацию.

(1) На основе реологических измерений. Молекулярные массы, полученные другими методами, включая рассеивание света и гель-хроматографию, могут не совпадать.

(2) Модель RVT.

(3) Водорастворимые полимеры POLYOX NF отвечают требованиям стандарта “Polyethylene Oxide” Национального формуляра (страница-2285-6), выпущенного в 1995 г. положения USP 23-NF 18.

 

Таблица 2 – Характерные физические свойства водорастворимых полимеров POLYOX:

Внешний вид

Желтоватый порошок

Точка плавления кристаллов (1) (рентгеновское излучение и DSC), °C

62–67

Запах

Слегка аммиачный

Температура течения расплава, °C

  > 98

Содержание летучих компонентов в упаковке, вес. % (при 105°C)

> 1,0

Щелочно-земельные металлы, вес. % в расчете на CaO, макс.

1,0

Насыпная плотность порошка, lb/ft3 (кг/м3)

19–37 (304–593)

Плотность полимера, g/cc

1,15–1,26

Содержание влаги в упаковке, %

< 1

Теплота плавления, кал/г*м

33

pH раствора

8–10

Размер частиц, вес. %
В среднем через сито       10 меш (стандарт США)


100

                                               через сито 20 меш

96

Перечисленные здесь физические свойства отражают характерные свойства, а не спецификацию конкретного продукта.

(1) Наиболее высокомолекулярные водорастворимые полимеры POLYOX в высокой степени сохраняют кристаллическую природу при температурах заметно выше точки плавления кристаллов.

 

Стабильность при хранении:

Водорастворимые полимеры POLYOX со временем и при повышенной температуре разлагаются до более низкомолекулярных фракций. Высокомолекулярные марки более подвержены разложению, чем низкомолекулярные. Образцы с истекшим сроком хранения должны быть проанализированы на соответствие характеристик указанным в спецификации. Образцы, не соответствующие спецификации, должны быть отбракованы.

 

Статус по Compendium:

Существуют марки водорастворимых полимеров POLYOX стандарта NF (Национального формуляра). Водорастворимые полимеры POLYOX NF определены в Compedium как полиэтиленоксиды.

 

Статус по EPA (Агентство по защите окружающей среды):

Водорастворимые полимеры POLYOX разрешены Федеральным агентством по защите окружающей среды (документ 40 CFR 180.1001 (d)) для неограниченного использования в качестве инертных ингредиентов в составах пестицидов, используемых для обработки зерновых культур до сбора урожая.

 

Статус по FDA (Управления по санитарному надзору за пищевыми продуктами и медикаментами):

Значительный интерес проявлен к использованию водорастворимых полимеров POLYOX для разнообразных применений в пищевой промышленности, лекарственных препаратах и косметических продуктах. Эти применения попадают в область действия Федерального закона о пищевых, лекарственных и косметических продуктах (Federal Food, Drug and Cosmetic Act). Управлением FDA разрешено использование полиэтиленоксидов (водорастворимых полимеров POLYOX) для отдельных применений в качестве упаковки продуктов, а также в качестве прямой добавки к пиву.

 

Таблица 3 – Статус FDA для водорастворимых полимеров POLYOX:

Норма FDA
(21 CFR)

Разрешенное использование

172.770

Стабилизатор пены в подвергшихся брожению солодовых напитках (содержание добавки не должно превышать 300 ppm от веса напитка).
(WSR-301 и более высокомолекулярные марки).

175.300 (xxxiii)
175.300 (b) (3) (xxxiii)

Компонент смолистых и полимерных покрытий, применяемых в виде сплошной пленки или эмали на металлических субстратах, или применяемых в виде сплошной пленки или эмали на любых соответствующих субстратах при условии, что покрытие служит функциональным барьером между продовольствием и субстратом и предназначено для многократного использования в контакте с продовольствием (все марки).

175.380

Добавка во время производства или добавка для придания желательных физических и технических свойств к ксилолформальдегидным полимерам, конденсированным с 4,4′-изопропилиден-дифенол-эпихлоргидрин-эпоксиполимерами для использования в покрытиях, контактирующих с водными и сухими пищевыми продуктами и напитками (все марки).

175.390

Получение покрытия на основе цинка/двуокиси кремния, используемого в качестве поверхностей, контактирующих с пищевыми продуктами: объемные емкости многократного использования, предназначенные для хранения, обработки и транспортировки продовольствия (все марки).

176.170
176.180

Компонент поверхностей (с покрытием или без покрытия), контактирующих с пищевыми продуктами: бумага и картон, предназначенные для контакта с жирными, водными, и сухими пищевыми продуктами (все марки).

177.1210

Производство крышек с уплотнительными прокладками для пищевых емкостей (все марки).

177.1350

Добавка в производстве сополимеров этилена с винилацетатом, используемых в контакте продовольствием (все марки).

 

Также Вы можете ознакомится с дополнительной информацией по водорастворимым полимерам серии POLYOX:

Водорастворимые полимеры POLYOX – Общие сведения.
Водорастворимые полимеры POLYOX – Применение.
Водорастворимые полимеры POLYOX – Свойства.
Водорастворимые полимеры POLYOX – Методики растворения.
Водорастворимые полимеры POLYOX – Загущение чистящих составов на основе кислот.

 

Для получения детальной консультации, пожалуйста, свяжитесь:

+38 050 3127173

[email protected]

Автор: Владимир Ионин

Выбор полимерных материалов | ООО Северная торговая компания

Необходимость выбора полимеров может возникнуть как при конструировании нового изделия, так и при модернизации этого изделия за счёт использования новых модифицированных материалов (с улучшенными эксплуатационными и технологическими характеристиками), а также при необходимости использования материалов, более доступных для приобретения.

Выбор полимерных материалов – это один из главных этапов в процессе создания пластмассовых изделий. В конечном счёте используемый материал определяет те эксплуатационные характеристики, которыми будет обладать отливаемое изделие, и соответственно те условия, в которых возможна будет эксплуатация этого изделия без его разрушения.

При эксплуатации изделий из полимерных материалов возможны следующие виды воздействий:

  • Механические нагрузки
  • Различные виды деформаций
  • Повышенные температуры
  • Трение
  • Электрическое высокочастотное и низкочастотное поля
  • Пламя
  • Агрессивные среды
  • Воздействие масел, бензина и проч.

При этом достаточно часто на изделия воздействуют несколько факторов.

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что для потребителя изделий из полимерных материалов важны именно их эксплуатационные свойства и выбор полимерных материалов должен осуществляться исходя из этого критерия.

Поэтому существует классификация полимеров по их эксплуатационным свойствам, согласно которой выделяют следующие основные виды полимерных материалов:

  • Конструкционные
  • Теплостойкие
  • Ударопрочные
  • Морозостойкие
  • Антифрикционные
  • Электроизоляционные
  • Химстойкие
  • Огнестойкие

В обобщённом виде выбор полимерного материала можно разделить на два шага:

  • выбор базового полимерного материала
  • улучшение эксплуатационных свойств базового полимерного материала
Выбор базового полимера

Базовые полимеры – это полимерные материалы, на основе которых создаются прочие полимерные материалы с расширенными свойствами. Процентное содержание базовых полимерных материалов в общей массе полимерного материла составляет около 95 %. Создаются полимерные материалы из базовых методами физической и химической модификации, а также путём создания на их основании полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Каждый год промышленностью запускаются в производство всё новые и новые виды полимерных материалов, которые обладают улучшенными наборами свойств. Более доступными становятся материалы, выпускаемые за рубежом. При этом число базовых полимеров практически не меняется и на данный момент их число составляет несколько десятков.

Поэтому, выбор полимерного материала для будущего изделия можно свести к выбору базового полимера, учитывая с одной стороны способность самого материала модифицироваться и изменять свои свойства. А с другой стороны, учитывая условия эксплуатации изделия, его конструкции, технологических возможностей и экономической эффективности применения.

Выбор базового полимера основан на выяснении комплекса главных эксплуатационных характеристик будущих изделий: механических, электрических, химических и проч.

Большинство справочников по выбору полимеров подают информацию о полимерах не с точки зрения эксплуатационных характеристик, а с точки зрения их химической структуры: (карбоцепные термопластичные (полимеры этилена и его производных), гетероцепные термопластичные (полиэфиры, полиамиды и т.д.), реактопластичные полимерные материалы. А уже в разделе, посвящённом конкретному полимеру, можно найти его эксплуатационные характеристики. Такая подача материала является нецелесообразной и осложняет поиск необходимого материала.

Более эффективной подачей является классификация полимерных материалов в зависимости от конкретного свойства в виде таблиц.

В таких таблицах полимерные материалы располагаются в порядке убывания/возрастания по степени соответствия конкретному свойству.

Таблица. Классификация полимерных материалов по эксплуатационным свойствам
Полимерные материалы

Жесткие

Прочные

Ударопрочные

Теплостойкие

Морозостойкие

Электроизоляционные

Антифрикционные

Светотехнические

Пищевые

Хим. стойкие

Огнестойкие

Дешевые

Полиэтилен ВД и НД                        
Полипропилен                        
Полистирол                        
Ударопрочный полистирол                        
АБС-пластики                        
Полиметилметакрилат                        
Политетрафторэтилен                        
Поливинилхлорид                        
Пласт. поливинилхлорид                        
Сополимеры формальдегида                        
Пентапласт                        
Полифениленоксид                        
Полисульфон                        
Полиэтилентерефталат                        
Полибутилентерефталат                        
Поликарбонат                        
Полиамиды                        
Фенилон                        
Полиимиды                        
Фенопласты                        
Аминопласты                        
Полиэфирные материалы                        
Эпоксидные материалы                        
Кремнийорганопласты                        
Этролы                        
– полное соответствие – частичное соответствие – несоответствие

С помощью данных таблиц и производится отбор базового полимера.

На входе известны условия эксплуатации изделий –› на выходе имеем полимер, характеристики которого идеально подходят для данных условий эксплуатации.

Улучшение эксплуатационных свойств базовых полимеров

После выбора базового полимера необходимо выяснить насколько возможно улучшение эксплуатационных свойств базового полимера. Это улучшение возможно путём физической или химической модификации базового полимера, а также путём создания на основе базового полимера полимерных композиционных материалов (ПКМ). Таким способом возможно изменение значения некоторых характеристик в достаточно широких пределах.

Изделия, изготавливаемые на основе полимерных, материалов эксплуатируются в самых разнообразных областях, эти условия требуют наличия специальных свойств у полимеров.

Как указывалось выше, выделяют несколько групп полимерных материалов, исходя из их эксплуатационных свойств. Возможно расширение состава группы путём модифицирования полимеров.

При использовании модифицирующих наполнителей, пластификаторов и добавок, возможно повышение потребительских качеств любого полимерного материала, хотя цена при этом будет возрастать.

Производство полимерных материалов

По объёмам производства полимерные материалы можно условно разделить на следующие группы:

  • Крупнотоннажные – полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, сополимеры (несколько десятков миллионов тонн)
  • Среднетоннажные – основные инженерные полимерные материалы (такие, как полиамиды), объёмы мирового производства – несколько миллионов тонн.
  • Мелкотоннажные

Однако за короткий интервал времени объёмы потребления могут значительно измениться, что приведёт к значительному изменению объёмов производства.

Цены на полимерные материалы в сильной степени зависят именно от объёмов производства – для крупнотоннажных полимеров характерна наибольшая ценовая доступность.

Полимеры. 11-й класс

Цель: Изучить особенности строения полимеров и их применения в народном хозяйстве.

Задачи:

  1. Образовательная – рассмотреть простейшие по составу и строению полимеры, суть реакции полимеризации, поликонденсации, показать взаимосвязь строения полимеров с их свойствами.
  2. Развивающая – расширить кругозор учащихся, развивать мышление, развивать навыки работы в группах, уметь оказывать взаимопомощь.
  3. Воспитательная – охрана окружающей среды, +, -, действие полимеров на окружающую среду, роль русских ученых в развитии химии.

Оборудование: таблица классификация полимеров, инструкционные карточки, информационные листы, основные понятия урока на доске, выставка полимеров, шаростержневые модели атомов, при наличии мультимедиа все понятия можно показывать через него.

Эпиграф:
Нас полимеров окружает рать…

Ход урока

1. Организационный момент: Здравствуйте ребята, сегодня на уроке мы с вами будем работать группами, для этого нужно распределиться на 5 групп соответственно фамилии указанных в списках, желаю вам успеха в вашей работе (группы формирует учитель в зависимости от особенности классов).

2. Основная часть: учитель читает стихотворение:

“Двадцатый век стал веком полимеров,
От слез гивеи давшей каучук,
Пошли молекулы невиданных размеров
Благодаря древнейшей из наук .
Да, это химия её заслуга
В том, что сегодня украшают быт
Игрушки из пластмассы и посуда,
Тефлон и оргстекло и карболит.
Одежда, обувь, мебель….Посмотрите
Нас полимеров окружает рать!
И в технике они и в медицине
Незаменимыми сумели стать.
Шуршат в пути автомобилей шины,
Искусственное сердце бьется в такт
Волокна, смолы, пластики, резины
На службе человечества стоят!

Ребята из стихотворения видно, что полимеров очень много, все они находят применение в народном хозяйстве, многие сферы жизни не возможны без них, за ними будущее. Сегодня на уроке мы изучим полимеры самые простые по строению и составу и определим область применения этих полимеров.

Запись в тетради: тема урока Полимеры.

Запись на доске:

Основные понятия урока: Мономер, Полимер, Макромолекула.

Их характеристики: Структурное звено, Степень полимеризации, Молекулярная масса, Геометрические формы.

Проводится беседа по вопросам:

  1. Какие полимеры вы знаете?
  2. Что общего у этих полимеров?

Рассмотреть таблицу классификация полимеров (Приложение 1) ответить на вопрос при помощи каких реакций получают полимеры?

Способы получения полимеров:

Полимеризация
а) гомополимеризации
б) сополимеризации
 Поликонденсация
 а) гомополиконденсации
 б) сополиконденсации

Откройте страницу 88 учебника, записать примеры этих реакций, желающие записывают примеры на доске.

Что такое полимеры?

Полимеры это вещества молекулы, которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Беседа по таблице, вывод: Полимеров очень много, но все они подчиняются общему строению:

Запись в тетради: n Ch3= Ch3 —-(-Ch3-Ch3-)n

Мономер – вещество, из которого образуется полимер.

Структурное звено – повторяющаяся группа атомов.

n-степень полимеризации.

Особенность полимеров – огромная молекулярная масса, может достигать несколько тысяч ,чаще это величина средняя.

Полимеры могут иметь различную геометрическую форму:

Линейную – структурные звенья соединены в длинные цепи, одно за другим.

Разветвленную –структурные звенья соединены беспорядочно.

Пространственная – линейные молекулы соединены между собой химическими связями.

3. Практическая часть: Мы познакомились с полимерами наша задача, изучить полимеры получаемые из этилена, пропилена, хлорвинила, тетрафторэтилена, для этого у каждой группы на столах имеется инструкционная карточка (приложение 2 )

и информационный лист (приложение 3) На 2 полимера информационные листы даны в приложении 3, остальные полимеры учитель может взять по выбору на своё усмотрении.

Учащиеся по группам рассказывают о полимерах, каждая группа заполняет информацию на доске, показывая модели полимеров, изделия из пластмассы выбранные в коллекции, применение этого полимера в народном хозяйстве.

4. Охрана окружающей среды: “ Нас полимеров окружает рать…”

Ребята это хорошо или плохо? Что хорошего?

Что плохого? Вся планета заваливается отходами, наша с вами задача сохранить планету чистой, так как планета наш дом… Девочка принесла из дома сшитые сумки из зонтов, предлагает каждому иметь такую сумку, чтобы меньше пользоваться полиэтиленовыми пакетами, которые загрязняют окружающую среду.

Итог урока:

  1. Что узнали?
  2. Что изучили?
  3. Оценки .
  4. Домашняя работа.

Таблица химической стойкости полимеров – СибТС(ТД СТС)

Сокращения и определения

  • susp. — суспензия, приготовленная в интенсивном растворе;
  • op.soi. — рабочий раствор;
  • sat.sol. — насыщенный жидкий раствор;
  • I.tp. — техническая жидкость;
  • g.tp. — технический газ;
  • R — устойчивость;
  • LR — ограниченная сопротивляемость;
  • NR — неустойчив.

R: Устойчив

Никаких отрицательных изменений не происходит со свойствами ПЭ труб и фитингов, обозначенными буквой «R» в таблице, без учета внутреннего давления и механического воздействия извне, а также использования химических субстанций при определенной температуре и концентрации. Данный тип труб и фитингов не должен использоваться для герметичного применения без дополнительной проверки и тестов под давлением.

LR: Ограниченная сопротивляемость

Некоторые отрицательные изменения могут происходить со свойствами ПЭ труб и фитингов, обозначенными буквами «LR» в таблице, без учета внутреннего давления и механического воздействия извне, а также использования химических субстанций при определенной температуре и концентрации. По этой причине трубы, обозначенные LR, могут быть использованы для работ, где допустима небольшая коррозия.

Данный тип труб и фитингов не должен использоваться для герметичного применения без дополнительной проверки и тестов под давлением.

NR: Неустойчив

Трубы и фитинги, обозначенные в таблице «NR», не должны использоваться для работ с давлением и без него, так как они подвержены воздействию химических субстанций.

Химическое воздействие (Концентрация, %)

Т, ºC

LDPE(ПВД)

HDPE(ПНД)

Адипиновая кислота (sat.sol %1.4)

 

20

R

R

 

60

R

R

Аллельный спирт (L.tp.)

 

20

LR

R

 

60

NR

R

Гидроокись алюминия (susp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Аммоний, сухой газ (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Аммоний, жидкость (sat.sol)

 

20

R

R

 

60

R

R

Хлорид аммония (sat.sol)

 

20

R

R

 

60

R

R

Сульфид аммония (sat.sol)

 

20

R

R

 

60

R

R

Анилин (sat.sol)

 

20

NR

R

 

60

NR

R

Уксусная кислота (50)

 

20

R

R

 

60

Уксусная кислота замороженная (>96)

 

20

LR

R

 

60

NR

LR

Ацетон (L.tp.)

 

20

LR

LR

 

60

NR

LR

Сульфат меди (II) (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Бензин (L.tp.)

 

20

NR

LR

 

60

NR

LR

Бензин (топливо) (Sat.sol.)

 

20

LR

R

 

60

NR

LR

Пиво (Op.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Растительное масло (L.tp.)

 

20

R

 

60

LR

Бутан, газ (G.tp.)

 

20

R

 

60

R

Ртуть (L.pt.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Железо (II) и (III) Хлорид (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Этанол (50)

 

20

R

R

 

60

LR

LR

Гликолевый этилен (L.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Фенол (sol.)

 

20

LR

R

 

60

NR

R

Формальдегид (30.40)

 

20

R

R

 

60

R

R

Глицерин (L.pt.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Воздух (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Водорат (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Перекись водорода (30)

 

20

R

R

 

60

LR

R

Соляная кислота (30)

 

20

R

R

 

60

R

R

Моча

 

20

R

R

 

60

R

R

Спирт (Op.sol.)

 

20

NR

NR

 

60

NR

NR

Карбонат кальция (susp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Хлорид кальция (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Углекислый газ, диоксид углерода (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Оксид углерода (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Четыреххлористый углерод (G.tp.)

 

20

NR

LR

 

60

NR

NR

Хлор (сухой газ) (G.tp.)

 

20

NR

LR

 

60

NR

NR

Хлорированная вода (sat.sol.)

 

20

NR

LR

 

60

NR

NR

Хлороформ (L.pt.)

 

20

NR

NR

 

60

NR

NR

Ацетат свинца (sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Сернистый газ

 

20

R

R

 

60

R

R

Метиловый спирт (L.tp.)

 

20

LR

R

 

60

R

R

Азотная кислота (25)

 

20

R

R

 

60

R

R

С парами оксида азота

 

20

NR

NR

 

60

NR

NR

Кислород (G.tp.)

 

20

R

R

 

60

LR

Гиоксид калия (Sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Гидрокарбонат натрия (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Уксус (Op.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Гидроксид натрия (Sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Карбонат натрия (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Сульфат натрия (Sat.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Дистиллированная морская вода

 

20

R

R

 

60

R

R

Минеральная вода (Op.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Серная кислота (50)

 

20

R

R

 

60

R

R

Молоко (Op.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Вино (Op.sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Толуол (G.tp.)

 

20

NR

LR

 

60

NR

NR

Трихлорэтилен (G.tp.)

 

20

NR

NR

 

60

NR

NR

Мочевина (sol.)

 

20

R

R

 

60

R

R

Масло (растительное и животное) (30)

 

20

LR

R

 

60

NR

LR

 

05 декабря 2014

Полимеры

Полимеры

Типы полимеров

Аддитивные полимеры

Дополнительные полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, поли (винилхлорид) и полистирол бывают линейными или разветвленными полимеры с незначительной сшивкой или без нее. В результате они термопластические материалы, которые легко текут при нагревании и могут быть отформованы в самые разные формы. Структуры, названия и торговля названия некоторых распространенных аддитивных полимеров приведены в таблице. ниже.

Обычные аддитивные полимеры

Полиэтилен

Полиэтилен низкой плотности (LDPE) производится свободнорадикальным способом. полимеризация при высоких температурах (200С) и высоких давлениях (выше 1000 атм). Полимер высокой плотности (HDPE) получается с использованием катализа Циглера-Натта при температурах ниже 100 ° C и давление менее 100 атм.С каждым годом производится больше полиэтилена. год, чем любой другой пластик. Около 7800 миллионов фунтов низкой плотности и 4400 миллионов фунтов полиэтилена высокой плотности были проданы в 1980 году. Полиэтилен не имеет вкуса и запаха, легкий, нетоксичный и относительно недорогой. Он используется как пленка для упаковки продуктов питания, одежды и оборудования. Большинство пакеты для мусора, пакеты для сэндвичей и полиэтиленовая упаковка из полиэтиленовых пленок. Полиэтилен также используется для все, от чехлов для сидений до бутылочек с молоком, ведер, сковородок и тарелки.

Полипропилен

Изотактический полипропилен производства Циглера-Натта, катализируемый полимеризация – это жесткий, термостойкий полимер с отличная устойчивость к нагрузкам, растрескиванию и химическим реакциям. Хотя он стоит больше фунта, чем полиэтилен, он намного дороже. сильнее. Таким образом, бутылки из полипропилена могут быть тоньше, содержат меньше полимера и стоят меньше, чем обычные полиэтиленовые изделия.Важнейшее влияние полипропилена на Сегодняшний студент колледжа принимает форму пластиковой штабелируемой стульев, которыми изобилуют университетские городки.

Поли (тетрафторэтилен)

Тетрафторэтилен (CF 2 = CF 2 ) – газ который кипит при -76C и поэтому хранится в баллонах при высоких давление. В 1938 году Рой Планкетт получил цилиндр тетрафторэтилен, который не доставил столько газа, сколько должен имеют.Вместо того, чтобы вернуть цилиндр, он разрезал его ножовкой и обнаружил белый восковой порошок, который был первым политетрафторэтиленовый полимер. После значительных усилий был открыт менее случайный путь к этому полимеру, и политетрафторэтилен, или тефлон, стал коммерческим доступный.

Тефлон – замечательное вещество. Имеет лучшее сопротивление к химическому воздействию любого полимера, и его можно использовать в любых температура от -73C до 260C без влияния на его характеристики.Он также имеет очень низкий коэффициент трения. (В проще говоря, он имеет восковой или скользкий оттенок.) Даже такие «липкие» материалы, как резина, клеи, хлеб тесто и конфеты не будут насекомыми, которые прилипнут к тефлоновому покрытию поверхность. Тефлон настолько скользкий, что его даже разбрызгивают растения, чтобы они могли охотиться на растения.

Поли (винил Хлорид) и поли (винилиденхлорид)

Хлор входит в первую десятку промышленных химикатов США более 20 миллиард фунтов производится ежегодно.Около 20% этого хлора используется для производства винилхлорида (CH 2 = CHCl) для производство поливинилхлорида или ПВХ. Хлор заместители в полимерной цепи делают ПВХ более огнестойким чем полиэтилен или полипропилен. Они также увеличивают силу притяжения между полимерными цепями, что увеличивает твердость пластика. Свойства ПВХ можно варьировать. широкий ассортимент за счет добавления пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей и красители, что делает ПВХ одним из самых универсальных пластиков.

Сополимер винилхлорида (CH 2 = CHCl) и винилиденхлорид (CH 2 = CCl 2 ) продается под торговой маркой Saran. Такое же увеличение силы притяжение между полимерными цепями, которое делает ПВХ тверже, чем полиэтилен придает тонким пленкам Сарана склонность к “цепляться.”

Акрил

Акриловая кислота – это общее название 2-пропеновой кислоты: CH 2 = CHCO 2 H.Акриловые волокна, такие как Orlon, получают путем полимеризации производное акриловой кислоты, известное как акрилонитрил.

Полиакрилонитрил

Другие акриловые полимеры получают полимеризацией сложного эфира эта кислота, например метилакрилат.

Поли (метилакрилат)

Одним из важнейших акриловых полимеров является полиметил метакрилат) или ПММА, который продается под торговыми названиями Люцит и оргстекло.

Поли (метилметакрилат), PMMA

PMMA – это легкий, кристально чистый стеклообразный полимер. в иллюминаторах самолетов, линзах задних фонарей и светильниках. Поскольку он твердый, устойчивый к солнечному свету и чрезвычайно прочный, ПММА также используется для изготовления отражателей между полосами движения. межгосударственных автомагистралей.

Необычная прозрачность ПММА делает этот полимер идеальным для жесткие контактные линзы.К сожалению, ПММА непроницаем для кислорода. и вода. Следовательно, кислород должен транспортироваться к роговице глаз в слезах, а затем прошел под контактную линзу каждый время моргает глаз. Мягкие пластиковые линзы, пропускающие кислород и вода производятся с использованием диметакрилата этиленгликоля для сшитый поли (2-гидроксиэтилметакрилат).

Поли (2-гидроксиэтилметакрилат)
Диметакрилат этиленгликоля

Интересный полимер можно получить путем сополимеризации смесь акриловой кислоты и натриевой соли акриловой кислоты.В Продукт этой реакции имеет следующую структуру.

Полиакрилат натрия

Разница между концентрацией ионов Na + внутри полимерной сетки и в растворе, в котором погруженный полимер создает осмотическое давление, которое притягивает вода в полимер. Количество жидкости, которое может впитаться зависит от ионной силы раствора общая концентрация положительных и отрицательных ионов в растворе.Этот полимер может впитывать в 800 раз больше собственного веса дистиллированной воды, но всего в 300 раз больше веса водопроводной воды. Поскольку ионный концентрация мочи эквивалентна 0,1 M NaCl раствор, этот сверхабсорбентный полимер, который можно найти в одноразовые подгузники, могут поглощать в 60 раз больше своего веса моча.

Конденсация Полимеры

Первый пластик (целлулоид) и первое искусственное волокно. (Вискоза) производились из целлюлозы.Первым по-настоящему синтетическим пластиком стал бакелит, разработанный Лео. Бекланд между 1905 и 1914 годами. Начало синтеза бакелита. с реакцией между формальдегидом (H 2 CO) и фенол (C 6 H 5 OH) с образованием смеси орто – и п. -замещенных фенолов. При температурах выше 100C, эти фенолы конденсируются с образованием полимера, в котором ароматические кольца соединены мостиком -CH 2 OCH 2 – или -CH 2 – тяги.Сшивка в этом полимере настолько обширен, что представляет собой термореактивный пластик. Когда-то это образовался, любая попытка изменить форму этого пластика обречена до отказа.

Исследование начато Уоллесом Карозерсом и его коллегами из DuPont в 1920-х и 1930-х годах в конечном итоге привели к открытию семейства конденсационных полимеров, известных как полиамиды и полиэфиры. Полиамиды были получены взаимодействие диацилхлорида с диамином.

Полиэфиры были получены путем реакции диацилхлорид со спиртом.

Изучая полиэфиры, Джулиан Хилл обнаружил, что может намотайте небольшое количество этого полимера на конец стержня для перемешивания и медленно вытащите его из раствора как шелковистое волокно. Один день, когда Карозерса не было в лаборатории, Хилл и его коллеги пытались чтобы увидеть, какой длины можно сделать волокно, растягивая образец этот полимер, когда они бежали по коридору.Вскоре они поняли, что это игривое упражнение ориентировало молекулы полимера в два размеры и произвел новый материал с превосходными свойствами. Затем они попробовали то же самое с одним из полиамидов и произвела образец того, что стало первым синтетическим волокном: Nylon .

Этот процесс можно продемонстрировать, осторожно налив раствор гексаметилендиамина в воде поверх раствора адипоилхлорид в CH 2 Cl 2 .

На границе раздела между ними образуется тонкая пленка полимера. две фазы. Взяв эту пленку пинцетом, мы можем вытяните из раствора непрерывную нейлоновую нить. Продукт этой реакции известен как нейлон 6,6, потому что полимер образованный из диамина, который имеет шесть атомов углерода и производное дикарбоновой кислоты, имеющей шесть атомов углерода.

Эффект от натягивания полимера пинцетом очень велик. подобно растяжению эластомера, молекулы полимера становятся ориентирована в двух измерениях.Почему не молекулы полимера вернуться к своей первоначальной форме, когда мы перестанем тянуть? В разделе P.3 говорилось, что полимеры эластичны. когда нет сильной силы притяжения между полимером цепи. Полиамиды и полиэфиры образуют прочные водородные связи. между полимерными цепями, которые удерживают молекулы полимера ориентированы, как показано на рисунке ниже.

Первые полиэфирные волокна были получены в результате реакции этилена. гликоль и терефталевая кислота или один из ее эфиров с образованием полиэтилентерефталат).Этот полимер до сих пор используется для изготовления тонкие пленки (майлар) и текстильные волокна (дакрон и фортрел).

Фосген (COCl 2 ) реагирует со спиртами с образованием сложных эфиров, аналогичных тем, которые образуются, когда ацил хлориды реагируют со спиртами.

Продукт этой реакции называется карбонатным эфиром поскольку это диэфир угольной кислоты, H 2 CO 3 . Поликарбонаты производятся, когда один из этих сложные эфиры реагируют с соответствующим спиртом, как показано на рисунке ниже. Поликарбонат, показанный на этом рисунке, известен как Lexan. Он обладает очень высокой устойчивостью к ударам и используется в целях безопасности. стекла, пуленепробиваемые окна и мотоциклетные шлемы.

Структура и названия некоторых распространенных конденсационных полимеров приведены в таблице ниже.

Обычные конденсационные полимеры


Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Содержание полимеров

Содержание полимеров

Оглавление Полимеры: химия и физика современных материалов.

Библиографическая запись и ссылки на соответствующую информацию доступны из каталога Библиотеки Конгресса.

Примечание: Данные содержания генерируются машиной на основе предварительной публикации, предоставленной издателем. Содержание может отличаться от печатной книги, быть неполным или содержать другую кодировку.


СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ
1.1 Рождение концепции 1
1.2 Некоторые основные определения 4
1.3 Синтез полимеров 6
1.4 Номенклатура 7
1.5 Средние молярные массы и распределения 9
1.6 Размер и форма 12
1.7 Конфигурация 16
1.8 Температура стеклования Tg¬ и температура плавления Tm 17
1.9 Эластомеры, волокна и пластмассы 19
1.10 Волокнистые полимеры 20
1.11 Пластмассы 22
1.12 Термореактивные полимеры 23
1.13 Эластомеры 25
ГЛАВА 2 ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ШАГОВОГО РОСТА
2.1 Общие реакции 45
2.2 Реакционная способность функциональных групп 47
2.3 Уравнение Карозерса 47
2.4 Контроль молярной массы 49
2.5 Стехиометрический контроль Mn 52
2.6 Кинетика 54
2.7 Распределение молярной массы в линейных системах 56
2.8 Средние молярные массы 58
2.9 Характеристики ступенчатой ​​полимеризации 59
2.10 Типичные реакции ступенчатого роста 60
2.11 Формирование кольца 62
2.12 Нелинейные реакции ступенчатого роста 63
2.13 Статистический вывод 65
2.14 Сравнение с экспериментом 67
2.15 Полиуретаны 68
2.16 Термореактивные полимеры 73
ГЛАВА 3 ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛЬНЫХ ДОБАВОК
3.1 Аддитивная полимеризация 91
3.2 Выбор инициаторов 91
3.3 Свободнорадикальная полимеризация 93
3.4 Инициаторы 93
3.4.1 Эффективность инициатора 96
3.5 Рост сети 97
3.6 Прекращение действия 98
3.7 Установившаяся кинетика 99
3.8 Объемная полимеризация с высокой конверсией 102
3.9 Цепная передача 105
3.9.1 Последствия передачи цепи 109
3.10 Ингибиторы и замедлители схватывания 110
3.11 Энергии активации и влияние температуры 111
3.12 Термодинамика радикальной полимеризации 112
3.13 Теплоты полимеризации 116
3.14 Процессы полимеризации 117
3.15 Особенности свободнорадикальной полимеризации 122
3.16 Контролируемая радикальная полимеризация 123
3.17 Нитроксид-опосредованная полимеризация 125
3.18 Радикальная полимеризация с переносом атома (ATRP) 128
3.19 Обратный ATRP 128
3.20 Реакция дегенеративной передачи цепи (DT) 130
3.21 Обратимая передача цепи фрагментации присоединения (RAFT) 131
3.22 CRP винилхлорида 134
3.23 Кинетика процессов CRP 135
3.24 Приложение к экспериментальным данным 138
ГЛАВА 4 ИОННАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
4.1 Общие характеристики 153
4.2 Катионная полимеризация 154
4.3 Распространение катионных носителей цепи 156
4.4 Прекращение действия 158
4.5 Общая кинетическая схема 159
4.6 Энергетика катионной полимеризации 159
4.7 Телехелические полимеры посредством катионной полимеризации 160
4.8 Катионная полимеризация с раскрытием цикла 161
4.9 Стабильные карбокатионы 164
4.10 Анионная полимеризация 166
4.11 ¿Живые¿ полимеры 167
4.12 Кинетика и молярно-массовое распределение в «живых» анионных системах 169
4.13 Металлалкильные инициаторы 172
4.13 Металлалкильные инициаторы 172
4.14 Эффекты растворителя и геген-иона 173
4.15 Анионная полимеризация с раскрытием цикла 174
ГЛАВА 5 ЛИНЕЙНЫЕ СОПОЛИМЕРЫ И ДРУГИЕ АРХИТЕКТУРЫ
5.1 Общие характеристики 185
5.2 Дрейф состава 187
5.3 Уравнение сополимера 188
5.4 Коэффициенты реакционной способности мономеров 189
5.5 Коэффициенты реакционной способности и структура сополимера 191
5.6 Реакционная способность мономеров и инициирование цепи 193
5.7 Влияние структурных эффектов на отношения реакционной способности мономеров 194
5.8 Схема Q-e 197
5.9 Чередующиеся сополимеры 199
5.10 Синтез блок-сополимеров 202
5.10.1 Реакции превращения 204
5.10.2 Реакции связывания 211
5.10.3 Использование методов CRP 214
5.11 Синтез блок-сополимеров 218
5.12 Статистические / градиентные сополимеры 222
5.13 Сложные молекулярные архитектуры 224
5.14 Дендримеры 227
5.14.1 Дивергентный рост 227
5.14.2 Конвергентный рост 229
5.14.2 Молекулярная масса дендримера 231
5.14.4 Свойства дендримеров 234
ГЛАВА 6 СТЕРЕОХИМИЯ ПОЛИМЕРА
6.1 Архитектура 244
6.2 Ориентация 245
6.3 Конфигурация 246
6.3.1 Монотактические полимеры 248
6.3.2 Дитактические полимеры 249
6.3.3 Полиэфиры 250
6.4 Геометрическая изомерия 250
6.5 Конформация стереорегулярных полимеров 252
6.6 Факторы, влияющие на стереорегуляцию Коэффициенты реактивности и структура сополимера 254
6.7 Гомогенная стереоспецифическая катионная полимеризация 257
6.8 Гомогенная стереоселективная анионная полимеризация 259
6.9 Гомогенная полимеризация диена 262
6.10 Резюме 264
ГЛАВА 7 РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ, ИНИЦИРОВАННЫЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КАТАЛИЗАТОРЫ И ПЕРЕНОСНЫЕ РЕАКЦИИ
7.1 Полимеризация с использованием катализаторов Циглера-Натта 270
7.2 Природа катализатора 272
7.3 Природа активных центров 273
7.4 Биметаллический механизм 274
7.5 Монометаллический механизм 275
7.6 Стереорегуляция 277
7.7 Метатезисная полимеризация с раскрытием цикла (ROMP) 278
7.8 Моноциклические мономеры 279
7.9 Бицикло- и трицикломономеры 281
7.10 Кополиалкенамеры 283
7.11 Живые системы 283
7.12 Полимеризация с групповым переносом (GTP) 285
7.13 Полимеризация с переносом альдольной группы 289
7.14 Металлоценовые катализаторы 290
7.14.1 Металлоцен / алюмоксановые катализаторы 291
7.14.2 Стереорегуляция 292
7.14.3 Катионные металлоцены 296
7.14.4 Механизм стереорегуляции 296
7.15 Заключительные замечания 298
ГЛАВА 8 ПОЛИМЕРЫ В РАСТВОРЕ
8.1 Термодинамика полимерных растворов 303
8.2 Идеальные смеси малых молекул 304
8.3 Неидеальные решения 306
8.4 Теория Флори-Хаггинса: энтропия смешения 307
8.5 Изменение энтальпии при смешивании 312
8.6 Свободная энергия перемешивания 314
8.7 Ограничения теории Флори-Хаггинса 315
8.8 Фазовое равновесие 316
8.9 Теория Флори-Кригбаума 320
8.10 Местоположение тета-температуры 322
8.11 Более низкие критические температуры раствора 324
8.12 Растворимость и плотность энергии когезии 328
8.13 Полимер-полимерные смеси 333
8.14 Кинетика фазового разделения 337
ГЛАВА 9 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРА МОЛЯРНЫЕ МАССЫ
9.1 Введение 351
9.2 Молярные массы, молекулярные массы и единицы СИ 351
9.3 Среднечисленная молярная масса Mn 352
9.4 Анализ конечных групп 352
9.5 Коллигативные свойства решений 353
9.6 Осмотическое давление 354
9.7 Рассеяние света 357
9.7.1 Рассеяние на крупных частицах 361
9.8 Динамическое рассеяние света 364
9.9 Вязкость 365
9.9 Средневязкостная молекулярная масса 367
9.10 Гель-проникающая хроматография 368
9.11 МАЛДИ 372
ГЛАВА 10 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРА ¿
РАЗМЕРЫ, КОНСТРУКЦИИ И МОРФОЛОГИЯ ЦЕПИ
10.1 Средние размеры цепи 385
10.2 Цепь со свободным сочленением, модель 386
10.3 Короткодействующие эффекты 388
10.4 Жесткость цепи 388
10.5 Обработка данных о разбавленном растворе 389
10.5.1 Второй вириальный коэффициент 390
10.5.2 Коэффициент расширения? 391
10.5.3 Теория Флори-Фокса 392
10.5.4 Косвенные оценки 394
10.5.5 Влияние тактики на размеры цепи 395
10.6 Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) 395
10.7 Инфракрасная спектроскопия 398
10.8 Термический анализ 400
10.9 Широкоугольное и малоугловое рассеяние 402
10.9.1 Широкоугольное рентгеновское рассеяние 404
10.9.2 Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУРР) 405
10.9.3 Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН) 407
10.10 Микроскопия 411
10.10.1 Оптическая микроскопия 411
10.10.2 Сканирующая электронная микроскопия 413
10.10.3 Просвечивающая электронная микроскопия 414
10.10.4 Атомно-силовая микроскопия (АСМ) и
Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) 415,00

ГЛАВА 11 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРА ¿
РАЗМЕРЫ, КОНСТРУКЦИИ И МОРФОЛОГИЯ ЦЕПИ
11.1 Введение 423
11.2 Механизм кристаллизации 424
11.3 Температура и скорость роста 426
11.4 Плавка 427
11.5 Термодинамические параметры 429
11.6 Кристаллическое расположение полимеров 431
11.6.1 Факторы, влияющие на кристалличность и Tm 431
11.7 Морфология и кинетика 435
11.8 Морфология 435
11.9 Кинетика кристаллизации 443
11.10 Блок-сополимеры 446
11.11 Историческое развитие полимерных жидких кристаллов 448
11.12 Жидкокристаллические фазы 450
11.13 Идентификация мезофаз 453
11.14 Лиотропные жидкокристаллические полимеры с основной цепью 455
11.15 Термотропные жидкокристаллические полимеры основной цепи 458
11.16 Жидкокристаллические полимеры с боковой цепью 464
11.17 Хиральные нематические жидкокристаллические полимеры 467
ГЛАВА 12 СТЕКЛЯННОЕ СОСТОЯНИЕ И СТЕКЛЯННЫЙ ПЕРЕХОД
12.1 Аморфное состояние 483
12.2 Стекловидное состояние 483
12.3 Релаксационные процессы в стеклообразном состоянии 484
12.4 Область стеклования 486
12.4.1 Температура стеклования, Tg 487
12.4.2 Экспериментальная демонстрация Tg 488
12.4 Факторы, влияющие на Tg 492
12.5 Теоретические методы лечения 495
12.5.1 Теория свободного объема 495
12.5.2 Термодинамическая теория Гиббса-Ди Марцио 500
12.5.3 Теория Адама-Гиббса 502
12.6 Зависимость Tg от молярной массы 504
12.7 Структурная релаксация и физическое старение 506
ГЛАВА 13 РЕОЛОГИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
13.1 Введение в реологию 518
13.2 Пять областей вязкоупругого поведения 519
13.3 Вязкая область 522
13.3.1 Зависимость вязкости от сдвига 525
13.3.2 Кинетические звенья в полимерных цепях 526 13.3.3 Влияние длины цепи 527
13.3.4 Температурная зависимость? 529
13.3.5 Зависимость вязкости от концентрации 529
13.3.6 Поведение, зависящее от времени 531
13.4 Механические свойства 532
13.4.1 Взаимосвязь модулей 533
13.5 Механические модели, описывающие вязкоупругость 534
13.6 Линейное вязкоупругое поведение аморфных полимеров 538
13.6.1 Ползучесть 539
13.6.2 Измерения напряжения-деформации 542
13.6.3 Влияние температуры на реакцию напряжения-деформации 543
13.6.4 Принцип суперпозиции Больцмана 544
13.6.5 Релаксация стресса 544
13.7 Динамический механический и диэлектрический термический анализ 546
13.7.1 Динамический механический термический анализ (DMTA) 547
13.7.2 Диэлектрический термический анализ (DETA) 550
13.7.3 Сравнение DMTA и DETA 553
13.8 Принцип наложения температуры и времени 556
13.9 Динамическая вязкость 559
13.10 Молекулярная теория вязкоупругости 561
13.11 Рептационная модель 565
ГЛАВА 14 ЭЛАСТОМЕРНОЕ СОСТОЯНИЕ
14.1 Общее введение 578
14.1.1 Натуральный каучук 579
14.2 Экспериментальная вулканизация 581
14.3 Свойства эластомеров 583
14.4 Термодинамические аспекты эластичности резины 583
14.5 Неидеальные эластомеры 586
14.6 Функция распределения для конформации полимера 588
14.7 Статистический подход 590
14.7.1 Результаты экспериментов "напряжение-деформация" 591
14.8 Набухание эластомерных сетей 593
14.9 Сетевые дефекты 594
14.10 Упругость эластомеров 596
ГЛАВА 15 СТРУКТУРА И ИМУЩЕСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ
15.1 Общие положения 607
15.2 Контроль Tm и Tg 608
15.2.1 Жесткость цепи 609
15.2.2 Межмолекулярная связь 610
15.3 Связь между Tm и Tg 611
15.4 Статистические сополимеры 612
15.5 Зависимость Tm и Tg от состава сополимера 614
15.6 Блок-сополимеры 617
15.7 Пластификаторы 619
15.8 Кристалличность и механический отклик 620
15.9 Применение к волокнам, эластомерам и пластмассам 624
15.10 Волокна 624
15.10.1 Химические требования 626
15.10.2 Механические требования к волокнам 629
15.11 Ароматические полиамиды 634
15.12 Полиэтилен 638
15.13 Эластомеры и сшитые сети 640
15.14 Пластмассы 642
15.15 Специальные высокотемпературные полимеры 647
ГЛАВА 16 ПОЛИМЕРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНИКИ
16.1 Введение 680
16.2 Полимерные резисты для изготовления интегральных схем 681
16.3 Литографический процесс 681
16.4 Полимерные резисты 683
16.4.1 Чувствительность 684
16.4.2 Разрешение 684
16.5 Фотолитография 685
16.5.1 Положительные фоторезисты 685
16.5.2 Фоторезисты негативные 687
16.6 Резисты, чувствительные к электронному лучу 689
16.6.1 Положительные резисты 690
16.6.2 Отрицательные резисты 691
16.7 Резисты чувствительные к рентгеновским лучам и ионам 692
16.8 Электроактивные полимеры 692
16.9 Механизмы проводимости 694
16.10 Получение проводящих полимеров 695
16.11 Полиацетилен 697
16.12 Поли (п-фенилен) 701
16.13 Полигетероциклические системы 703
16.13.1 Полипиррол 704
16.13.2 Соединения серы 706
16.14 Полианилин 706
16.15 Поли (фениленсульфид) 707
16,16 Поли (1,6-гептадиин) 707
16.17 Приложения 707
16.18 Фотонные приложения 708
16.19 Светоизлучающие полимеры 709
16.19.1 Приложения 710
16.20 Нелинейная оптика 712
16.21 Фильмы Ленгмюра-Блоджетт 716
16.22 Оптическое хранилище информации 718
16.23 Термозапись жидкокристаллических полимеров 721
Предисловие
Предисловие
Когда в 1973 году вышло первое издание этой книги, она должна была выполнять две основные функции; первая заключалась в предоставлении широкого текста по науке о полимерах на вводном уровне, который бы проиллюстрировал междисциплинарный характер предмета, а вторая заключалась в создании высокоинформативного и недорогого текста, который студенты могли бы себе позволить.Реакция на книгу за прошедшие годы была одновременно удивительной и отрадной и, кажется, указывает на то, что заявленные цели были достигнуты.
Те же принципы все еще применяются в этом третьем издании, и я просто попытался быть в курсе последних достижений в различных областях предмета. Хотя основы науки о полимерах остаются неизменными, значительные открытия были сделаны в области контроля молекулярной массы, макромолекулярной структуры и архитектуры и, как следствие, способности получать материалы с определенными свойствами.Чтобы учесть это, соответствующие главы были расширены, чтобы включить контролируемую радикальную полимеризацию, химию металлоцена и получение блок-сополимеров и привитых сополимеров, многоручьевых и дендритных структур. Работа также неуклонно продвигается к расширению областей, в которых полимерные материалы могут использоваться в электронных, биологических и медицинских приложениях, и примеры этого включены. Глава о характеристике также была изменена, чтобы отразить текущие подходы, в которых новые методы имеют тенденцию заменять или улучшать старые методы.Возможно, наиболее заметным изменением является добавление серии задач в конце каждой главы. Они предназначены для проверки того, понял ли читатель различные вопросы, поднятые в каждой главе, а в некоторых случаях - для расширения этих знаний. Эта функция была введена в ответ на комментарии нескольких лекторов, которые используют книгу в качестве текста для своих курсов по науке о полимерах, и я надеюсь, что это окажется полезным для них и их студентов.
В подготовке этого 3-го издания мне умело помогала д-р Валерия Арриги, которая, помимо прочего, в значительной степени отвечала за составление всех задач и упражнений, а также за реструктуризацию одной или двух глав.Добавление нового материала неизбежно означало, что некоторые разделы, представленные в предыдущих изданиях, были опущены, если они больше не считаются широко используемыми или были заменены современными методами. Тем не менее, я надеюсь, что исправления будут приемлемы для тех, кто использует текст, и что он будет продолжать удовлетворять образовательные потребности, для удовлетворения которых он был изначально разработан.
Наконец, я хотел бы посвятить это третье издание моей семье Энн, Грэму и Кристиану, а также внукам Эмме и Лорен.

Библиотека Конгресса США Тематические рубрики для этой публикации:

Полимеры – Учебники.
Полимеризация – Учебники.

Основы химии полимеров

Возможно, вы начали свой визит сюда, ничего не зная о полимерах, так что я могу понять, если некоторые из вас чувствуют себя потерянными в этой теме. Эта страница даст вам краткую информацию введение, чтобы помочь вам немного больше узнать о полимерах. Что ж сконцентрируйтесь на основах химии, хотя вы должны знать, что есть множество других аспектов науки о полимерах, включая переработку, собственность оценка, инжиниринг и приложения.

Оказывается, что большинство полимеров, как природных, так и синтетических, в основном содержат углерод, водород, кислород и азот как их наиболее распространенные элементы. ДНК и РНК также содержит фосфор, но мы оставим это на потом.

Если вы ничего не знаете о химии, вы можете узнать кое-что здесь, и поверьте мне, когда я говорю, что углерод, водород, кислород и азот входят в число наиболее распространенные элементы, встречающиеся в природе на этой планете. Наверное поэтому они обнаруживаются во многих природных полимерах.Это также причина их использования во многих синтетических полимерах. Доступность означает, что они также довольно недорого. Что еще более важно, у них есть свойства, которые делают их идеальными. для построения сложных полимерных молекул с полезными свойствами.

Теперь выясняется, что эти четыре элемента могут связываться между собой и друг с другом. Эта связь порождает молекулы. Например, вода, H 2 O , состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.Они связаны вместе, чтобы сделать вода, которая так необходима для жизни на этой планете. Кстати, просто потому, что наши моря и океаны полны воды, это не значит, что мы можем тратить ее впустую или загрязнять его, выбрасывая мусор. У нас есть только одна планета – старая добрая Земля – ​​и если мы испортить самый важный природный ресурс, который у нас есть (да, воду), ну вы можете понять это сами.


Давайте поговорим о карбоне

Углерод занимает шестое место в периодической таблице Менделеева и является основным строительным блоком для все полимеры, которые вы найдете на этих веб-страницах.

Знаете ли вы, что вы углеродное существо? Вы едите пищу, состоящую в основном из углерод. Ваши белки и гены содержат углерод. Даже жир, который большинство из нас то, чего у нас не было, сделано в основном из углерода. Ваше тело использует энергию хранится в вашей пище, превращая ее в полезные химические вещества (из углерода) и множество полимеров (опять же, в основном углерод), из которых состоит ваша кожа, волосы, мышцы и кровь. Короче, без углерода вы бы не были.

C ‘ – это сокращение от углерода, и он может связываться с практически все.Углерод всегда имеет четыре связи с другими атомами, хотя иногда это делает более одной связи с чем-то еще. Прикреплена одна молекула углерода до четырех атомов водорода называется “метаном”, и я уверен, что вы считается основной частью природного газа. Молекула метана выглядит так:

Я сказал, что углерод может связываться практически со всем, и делает это, но он всегда любит связывать все четыре связи с чем-то другим. Так что если это связан с чем-то вроде другого атома углерода, чем другой три связи будут связаны с чем-то еще, обычно это водород, но может также быть комбинацией кислорода, азота и большего количества углерода атомы.Ниже представлены четыре молекулы. Начиная с метана у меня присоединил углерод к каждой из четырех связей основного атома, одну за другой.

Каждая из этих молекул реальна, ее можно найти в нефти и нефтепереработке. Каждый совершенно счастлив и стабилен, как это показано здесь. Но ждать! Есть больше!

Углерод также может иметь несколько связей. Он может связываться с самим собой, кислород и азот с использованием более чем одной связи с одним или несколькими из них атомы. Множественные связи между двумя атомами углерода выглядят так:

Как я уже сказал, углерод – это основа всего, что вы увидите. на этих страницах.Он встречается в двух основных формах; длинные цепочки вроде это:


Или циклические кольца, подобные приведенным ниже. Циклическое кольцо с шестью атомами углерода, имеющее все одинарные связи, называется циклогексаном. Обычно это показано схематически как структура слева, но более точное изображение связей и углов находится в середине и справа:

Циклические кольца можно найти всего с тремя атомами углерода. много, намного больше, но чаще всего в них всего несколько атомов с шестью атомами углерода. будучи самым стабильным.Они также нарисованы без атомов углерода на каждом углу, поэтому вам просто нужно знать, где две линии собрались вот так, там есть углерод. Как они нарисованы, просто предполагается, что все кольцо состоит из атомов углерода с достаточным количеством атомов водорода на каждом, чтобы составляют четыре облигации.

Теперь, если вы посмотрите на изображения справа от каждого из колец, вы увидите реальный Трехмерное изображение этого кольца. Показаны все атомы углерода и водорода, а углы и длины связей почти такие же, как на молекулярном уровне.


Довольно круто, да? Они похожи на те блоки, к которым мы привыкли Получите столько удовольствия, запихивая в отверстия красной пластиковой коробки когда мы были маленькими крошками, помнишь? Эти кольца могут стоять сами по себе как совершенно счастливые молекулы, или они могут быть частью более крупных молекул. Их даже можно соединить в длинные полимерные цепи – безумие, да?

Обе эти структуры для циклогексана верны, но крайняя правая структура называется форма стула, чтобы показать что-то о том, как кольцо действительно выглядит в трехмерном пространстве, но не так хорошо, как На самом деле трехмерная структура справа от каждого кольца. Не волнуйся ты не буду тестироваться на этом материале – по крайней мере, пока.

Поли-что?

Теперь можно поговорить о полимерах. Полимеры – это длинные цепочки линейные или циклические структуры. Например, мономерное звено может иметь только пропиленовая структура с двумя атомами углерода в цепи и одним связанным с ней, но эта структура затем повторяется много раз. Это делает каждую цепочку или молекулу очень длинной и очень большой. Результат называется полимером или макромолекулой.Молекула полимера, которую мы видим ниже, содержит одна из простейших повторяющихся единиц (3 атома углерода, помните?), связанных вместе связями между атомами углерода соседних блоков.

Пунктирные линии на конце этой молекулы показывают, что она продолжается, со многими другими присоединенными атомами, которые вы просто не можете здесь увидеть. Другими словами, реальная картина будет намного больше, чем то, что мы имеем. место на этой странице.

И давайте не будем забывать, что природа тоже создает полимеры. Фактически, натуральные полимеры были задолго до того, как люди даже поняли, что такое полимер, например, миллионы лет назад до! Хорошим примером натурального полимера, который является основной частью деревьев и хлопка, является целлюлоза:

Полимеры везде и внутри нас.Они есть в том, что мы едим, в вещах, которые мы используем и являемся важнейшими частями всех живых существ. В принципе, от полимеров никуда не деться. Поэтому для нас так важно понимать их и как использовать эти знания для улучшения того, что у нас есть и делаем.

Итак, этого достаточно, чтобы вы начали изучать химию полимеров. Но чтобы узнать больше о полимерах вокруг посетите Макрогалерию или Детскую макрогалерию. Также есть ссылку ниже на список других сайтов с периодической таблицей на случай, если вы хотите увидеть по-разному организованы все атомы нашей вселенной.


Ссылки на сайты с периодической таблицей
Вернуться в Инфоцентр
Вернуться в Поликвариум

Полимеры | Введение в химию

Изобразите полимер, полученный в результате полимеризации винилхлорида.

Другой тип полимера – это конденсационный полимер , который представляет собой полимер, полученный, когда два разных мономера взаимодействуют вместе и выделяют в качестве продукта некоторую другую небольшую молекулу. Мы уже видели пример этого при образовании амидной связи:

Здесь H 2 O высвобождается, когда концы молекул реагируют с образованием полимера.

К конденсационным полимерам относятся сополимеры , полимеры, состоящие из более чем одного типа мономеров. Например, этилен и пропилен могут быть объединены в полимер, который представляет собой смесь двух мономеров. Обычная форма синтетического каучука, называемая стирол-бутадиеновый каучук (SBR) , состоит из двух мономеров: стирола и бутадиена:

.

Физические и химические свойства полимеров широко варьируются в зависимости от их мономеров, структур и добавок. Среди других свойств, которые могут быть изменены на основе этих факторов, включают растворимость в H 2 O и других растворителях, температуру плавления, воспламеняемость, цвет, твердость, прозрачность, толщину пленки, смачиваемость, поверхностное трение, формуемость и размер частиц – список продолжается.

Применения полимеров слишком многочисленны, чтобы их можно было рассматривать. Все, что вы могли бы назвать «пластиком», скорее всего, является полимером. Из полимеров делают все, от зубных щеток до корпусов компьютеров и автомобильных запчастей. Многие клеи на основе эпоксидной смолы представляют собой конденсационные полимеры, которые прочно сцепляются с другими поверхностями. Полиуретановые краски и покрытия – это полимеры, как и полиэфирные ткани, используемые для изготовления одежды. Нейлон, дакрон и майлар являются полимерами (на самом деле, и дакрон, и майлар являются формами полиэтилентерефталата [ПЭТ]).Продукт, известный как Saran Wrap, был первоначально изготовлен из Saran, названия поливинилиденхлорида, который был относительно непроницаем для кислорода и мог использоваться в качестве барьера для сохранения свежести продуктов. (С тех пор его заменили полиэтиленом, который не так непроницаем для атмосферного кислорода.) Поли (винилхлорид) является третьим по величине производимым полимером [после полиэтилена и полипропилена] и используется для производства всего из пластиковые трубки к деталям автомобильных двигателей, водопроводные трубы к игрушкам, полы к водяным матрасам и бассейнам.

Все полимеры, которые мы рассмотрели до сих пор, основаны на основной цепи углерода (в основном). Существует еще один класс полимеров, основанный на основной цепи атомов Si и O; эти полимеры называются силиконами. К атомам Si присоединены органические группы, поэтому эти полимеры все еще являются органическими. Вот один пример силикона:

Силиконы используются для производства масел и смазок. Они также используются в качестве герметиков для стеклянных предметов (например, аквариумов) и пленок для гидроизоляции предметов.Твердые силиконы термостойки и эластичны и используются для изготовления посуды и электроизоляции.

Некоторые очень важные биологические материалы – это полимеры. Из трех основных пищевых групп полимеры представлены двумя: белками и углеводами. Белки представляют собой полимеры аминокислот, которые представляют собой мономеры, которые имеют функциональную группу амина и функциональную группу карбоновой кислоты. Эти две группы реагируют, образуя конденсированный полимер, образуя амидную связь:

Белки образуются, когда сотни или даже тысячи аминокислот образуют амидные связи для образования полимеров.Белки играют решающую роль в живых организмах.

Углеводы – это соединение, имеющее общую формулу C n (H 2 O) n . Многие углеводы представляют собой относительно небольшие молекулы, например глюкоза:

Соединение сотен молекул глюкозы вместе дает относительно общий материал, известный как крахмал :

Крахмал – важный источник энергии в рационе человека.Обратите внимание на то, как соединяются отдельные единицы глюкозы. Их также можно соединить другим способом, например:

Этот полимер известен как целлюлоза . Целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растений. Любопытно, что, несмотря на сходство строительных блоков, некоторые животные (например, люди) не могут переваривать целлюлозу; те животные, которые могут переваривать целлюлозу, обычно полагаются на симбиотические бактерии в пищеварительном тракте для фактического пищеварения. У животных нет необходимых ферментов для расщепления глюкозных единиц в целлюлозе, поэтому она проходит через пищеварительный тракт и считается пищевым волокном .

Дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК ) и рибонуклеиновая кислота ( РНК ) также представляют собой полимеры, состоящие из длинных трехчастных цепей, состоящих из фосфатных групп, сахаров с пятью атомами углерода (рибоза или дезоксирибоза) и N -содержащие кольца обозначаются как основания . Каждая комбинация трех частей называется нуклеотидом; ДНК и РНК – это, по сути, полимеры нуклеотидов, которые имеют довольно сложные, но интригующие структуры (рис. 16.6 «Нуклеотиды»).ДНК является основным материалом хромосом и напрямую отвечает за наследственность, в то время как РНК играет важную роль в синтезе белка.

Рисунок 16.6 Нуклеотиды

ДНК в наших клетках представляет собой полимер нуклеотидов, каждый из которых состоит из фосфатной группы, сахара и N-содержащего основания. Источник: «ДНК» Андерса Сандберга находится под лицензией Creative Commons Attribution 2.0 Generic

.

Основные выводы

  • Полимеры – это длинные молекулы, состоящие из цепочек звеньев, называемых мономерами .
  • Несколько важных биологических полимеров включают белки, крахмал, целлюлозу и ДНК.

Упражнения

  1. Объясните взаимосвязь между мономером и полимером.

  2. Должен ли мономер иметь двойную связь для образования полимера? Приведите пример, поясняющий ваш ответ.

  3. Нарисуйте полимер, сделанный из этого мономера.

  4. Нарисуйте полимер, сделанный из этого мономера.

  5. В чем разница между аддитивным полимером и конденсационным полимером?

  6. В чем разница между конденсационным полимером и сополимером?

  7. Перечислите три свойства полимеров, которые сильно различаются в зависимости от состава.

  8. Перечислите три применения полимеров.

  9. Нарисуйте силикон, сделанный из этого мономера.

  10. Нарисуйте силикон, сделанный из этого мономера.

  11. Объясните, как крахмал превращается в полимер.

  12. В чем разница между крахмалом и целлюлозой?

  13. Объясните, как белок представляет собой полимер.

  14. Какие части составляют ДНК?

Ответы

1. Полимер – это множество мономеров, связанных вместе.

3.

5. В аддитивном полимере небольшие молекулы не выделяются как продукт, тогда как в конденсационном полимере небольшие части каждого мономера выделяются как небольшие молекулы.

7. растворимость в H 2 O и других растворителях, точка плавления, воспламеняемость, цвет, твердость, прозрачность, толщина пленки, смачиваемость, поверхностное трение, формуемость и размер частиц (ответы могут быть разными)

9.

11. Крахмал состоит из множества мономерных единиц глюкозы.

13. Белки представляют собой полимеры аминокислот, которые действуют как мономеры.

Финальный отчет квадратного стола для устойчивых полимеров

| Наука о полимерах | ChemRxiv

Abstract

Это заключительный отчет квадратной таблицы по устойчивым полимерам, спонсируемой NSF, которая объединила различные группы заинтересованных сторон для разработки широких, интегрированных и футуристических идей и стратегий в области устойчивых полимеров. .В «Квадратный стол» вошли новые и признанные лидеры из самых разных слоев общества и различных институциональных типов, так что была сформирована четкая картина основных проблем и потребностей. В течение двух сессий по полдня группа из более чем 50 участников (см. Приложение 1) обсуждала стратегии развития науки, технологий и других всеобъемлющих систем, связанных с устойчивыми полимерами. Концепция квадратного стола обеспечивает структуру и самостоятельное взаимодействие между заинтересованными сторонами, которые обычно не взаимодействуют друг с другом, чтобы устранить пробелы, существующие между отраслью, федеральными агентствами и научными кругами, открытым и беспристрастным образом.Это было достигнуто путем смешивания участников в секционном обсуждении с наводящими вопросами, с последующим отчетом перед группой и повторением с новым набором участников, вопросов и тем для обсуждения. Выбор участников, которые не только внесли свой вклад в обсуждение, но и выступили в качестве писцов для подсекций, были важны для того, чтобы помочь собрать сумму взглядов, предложений и вкладов участников. Таким образом, дискуссии быстро и менее предвзято затрагивают первопричину успехов и возможностей, чем традиционные круглые столы или семинары.Цели Square Table включали разработку предлагаемых ответов на такие ключевые вопросы, как: (1) Каковы важнейшие базовые и прикладные вопросы, которые, когда решаются вместе, могли бы улучшить возможность воздействия с точки зрения движущихся фундаментальных исследований и трансляционных усилий? (2) Что мешает крупномасштабным скоординированным усилиям промышленности, научных кругов и федеральных агентств? (3) Что необходимо для уменьшения этих препятствий с точки зрения ресурсов данных, физической инфраструктуры и / или обучения персонала? (4) Как можно совместно использовать данные и передовые подходы к моделированию, что позволило бы ускорить науку и инженерию, основанные на данных, в трансляционном смысле? (5) Какие партнерские отношения необходимы для создания среды / культуры для реализации более устойчивых полимерных решений в будущем?

Cite Эта статья

27.8: Полимеры и реакции полимеризации

До начала 1920-х годов химики сомневались в существовании молекул с молекулярным весом более нескольких тысяч. Это ограничивающее мнение было оспорено Германом Штаудингером, немецким химиком, имеющим опыт изучения природных соединений, таких как каучук и целлюлоза. В отличие от преобладающего рационализации этих веществ как агрегатов небольших молекул, Штаудингер предположил, что они состоят из макромолекул , состоящих из 10 000 или более атомов.Он сформулировал структуру полимера для каучука на основе повторяющегося изопренового звена (называемого мономером). За свой вклад в химию Штаудингер получил Нобелевскую премию 1953 года. Термины полимер и мономер произошли от греческих корней поли (много), моно (один) и мерос (часть).

За признанием того, что полимерные макромолекулы составляют многие важные природные материалы, последовало создание синтетических аналогов, обладающих множеством свойств.Действительно, применение этих материалов в качестве волокон, гибких пленок, клеев, стойких красок и твердых, но легких твердых тел изменило современное общество. Некоторые важные примеры этих веществ обсуждаются в следующих разделах.

Существует два основных типа реакций полимеризации: аддитивная полимеризация и конденсационная полимеризация. Помимо полимеризации, мономеры присоединяются друг к другу таким образом, что полимер содержит все атомы исходных мономеров.Молекулы этилена соединяются в длинные цепи.

Примечание

Многие природные материалы, такие как белки, целлюлоза и крахмал, а также сложные силикатные минералы, являются полимерами. Искусственные волокна, пленки, пластмассы, полутвердые смолы и каучуки также являются полимерами. Более половины соединений, производимых химической промышленностью, составляют синтетические полимеры.

Цепная реакция (присоединение) Полимеризация

Полимеризация может быть представлена ​​реакцией нескольких мономерных звеньев:

Линии скрепления, идущие на концах в формуле продукта, указывают на то, что структура простирается на множество единиц в каждом направлении.Обратите внимание, что все атомы – два атома углерода и четыре атома водорода – каждой молекулы мономера включены в структуру полимера. Поскольку дисплеи, подобные показанному выше, громоздки, термин «полимеризация» часто обозначается следующим образом:

n CH 2 = CH 2 → [CH 2 CH 2 ] n

Во время полимеризации этена тысячи молекул этена соединяются вместе, образуя поли (этен), обычно называемый полиэтиленом.Реакция протекает при высоком давлении в присутствии небольшого количества кислорода в качестве инициатора.

Некоторые общие аддитивные полимеры перечислены в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Обратите внимание, что все мономеры имеют двойные связи углерод-углерод. Многие полимеры обычны (например, полиэтиленовые пакеты, пищевая упаковка, игрушки и посуда), но есть также полимеры, которые проводят электричество, обладают удивительными адгезионными свойствами или прочнее стали, но намного легче по весу.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \) : Некоторые дополнительные полимеры
Мономер Полимер Название полимера Некоторые виды использования
CH 2 = CH 2 ~ Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 ~ полиэтилен Пакеты полиэтиленовые, бутылки, игрушки, электроизоляция
CH 2 = CHCH 3 полипропилен ковровые покрытия, бутылки, чемоданы, спортивная одежда
CH 2 = CHCl поливинилхлорид пакеты для внутривенных растворов, трубки, трубки, напольные покрытия
CF 2 = CF 2 ~ CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 ~ политетрафторэтилен антипригарные покрытия, электроизоляция

Шаг 1: Инициирование цепочки

Кислород реагирует с некоторым количеством этилена с образованием органического пероксида.{\ bullet} \)

Шаг 2: Распространение цепочки

В молекуле этена, CH 2 = CH 2 , две пары электронов, образующие двойную связь, не совпадают. Одна пара надежно удерживается на линии между двумя ядрами углерода в связи, называемой сигма-связью. Другая пара более свободно удерживается на орбитали выше и ниже плоскости молекулы, известной как связь \ (\ pi \).

Примечание

Было бы полезно, но не обязательно, если бы вы прочитали о структуре этена перед тем, как продолжить.Если приведенная выше диаграмма вам незнакома, то вам, безусловно, следует прочитать этот справочный материал.

Представьте, что произойдет, если свободный радикал приблизится к связи \ (\ pi \) в этене.

Примечание

Не беспокойтесь, мы вернулись к более простой схеме. Пока вы понимаете, что пара электронов, показанная между двумя атомами углерода, находится в связи \ (\ pi \) и поэтому уязвима – это все, что действительно имеет значение для этого механизма.

Ничего из этого не влияет на сигма-связь между атомами углерода.Свободный радикал Ra использует один из электронов в связи \ (\ pi \), чтобы помочь сформировать новую связь между собой и левым атомом углерода. Другой электрон возвращается к правому углероду. Вы можете показать это с помощью обозначения “фигурная стрелка”, если хотите:

Это энергетически целесообразно, потому что новая связь между радикалом и углеродом сильнее, чем связь \ (\ pi \), которая разорвана. При создании новой связи вы получите больше энергии, чем было использовано для разрыва старой.Чем больше энергии выделяется, тем стабильнее становится система. Теперь у нас есть более крупный свободный радикал, удлиненный на CH 2 CH 2 . Он может таким же образом реагировать с другой молекулой этена:

Итак, теперь радикал еще больше. Это может вступить в реакцию с другим этеном – и так далее, и так далее. Полимерная цепь становится все длиннее и длиннее.

Шаг 3: Обрыв цепи

Однако цепочка не может расти бесконечно. Рано или поздно два свободных радикала столкнутся вместе.

Это немедленно останавливает рост двух цепей и дает одну из конечных молекул поли (этена). Важно понимать, что поли (этен) будет смесью молекул разных размеров, созданных таким случайным образом. Поскольку обрыв цепи является случайным процессом, поли (этен) будет состоять из цепей разной длины.

Ступенчатая реакция (конденсация) полимеризации

Большое количество важных и полезных полимерных материалов не образуется в результате процессов роста цепей с участием реакционноспособных частиц, таких как радикалы, а происходит вместо этого путем обычных преобразований функциональных групп полифункциональных реагентов.Эти полимеризации часто (но не всегда) происходят с потерей небольшого побочного продукта, такого как вода, и обычно (но не всегда) объединяют два разных компонента в чередующейся структуре. Полиэфир дакрон и полиамид нейлон 66, показанные здесь, являются двумя примерами синтетических конденсационных полимеров, также известных как полимеры ступенчатого роста. В отличие от полимеров с цепным ростом, большинство из которых растут за счет образования углерод-углеродных связей, ступенчатые полимеры обычно растут за счет образования углерод-гетероатомных связей (C-O и C-N в дакроне и нейлоне соответственно).Хотя полимеры такого типа можно рассматривать как чередующиеся сополимеры, повторяющееся мономерное звено обычно определяется как комбинированный фрагмент.

Примерами встречающихся в природе конденсационных полимеров являются целлюлоза, полипептидные цепи белков и поли (β-гидроксимасляная кислота), полиэфир, синтезируемый в большом количестве некоторыми почвенными и водными бактериями. Формулы для них будут отображены ниже при нажатии на диаграмму.

Характеристики конденсационных полимеров

Конденсационные полимеры образуются медленнее, чем аддитивные полимеры, часто требуют тепла, и их молекулярная масса обычно ниже.Концевые функциональные группы в цепи остаются активными, так что группы более коротких цепей объединяются в более длинные цепи на поздних стадиях полимеризации. Присутствие полярных функциональных групп в цепях часто усиливает притяжение цепей к цепям, особенно если они включают водородные связи и, следовательно, кристалличность и прочность на разрыв. Следующие ниже примеры конденсационных полимеров являются иллюстративными.

Следует отметить, что для промышленного синтеза компоненты карбоновой кислоты могут фактически использоваться в форме производных, таких как простые эфиры.Кроме того, реакции полимеризации нейлона 6 и спандекса не протекают путем удаления воды или других небольших молекул. Тем не менее, очевидно, что полимер образуется в процессе ступенчатого роста. Некоторые конденсационные полимеры

Разница в Tg и Tm между первым полиэфиром (полностью алифатическим) и двумя полиамидами нейлона (5-я и 6-я позиции) показывает влияние внутрицепочечных водородных связей на кристалличность. Замена гибких алкилиденовых звеньев жесткими бензольными кольцами также делает полимерную цепь более жесткой, что приводит к усилению кристаллического характера, как показано для полиэфиров (позиции 1, 2 и 3) и полиамидов (позиции 5, 6, 7 и 8).Высокие значения Tg и Tm аморфного полимера Lexan соответствуют его блестящей прозрачности и жесткости, подобной стеклу. Кевлар и номекс – чрезвычайно прочные и стойкие материалы, которые находят применение в пуленепробиваемых жилетах и ​​огнестойкой одежде.

Многие полимеры, как аддитивные, так и конденсационные, используются в качестве волокон. Основные методы формования синтетических полимеров в волокна – из расплавов или вязких растворов. Полиэфиры, полиамиды и полиолефины обычно получают из расплава при условии, что Tm не слишком высока.Полиакрилаты подвергаются термическому разложению и поэтому формуются из раствора в летучем растворителе. Холодная вытяжка – важная физическая обработка, улучшающая прочность и внешний вид этих полимерных волокон. При температурах выше T g волокно толще, чем требуется, может быть принудительно растянуто во много раз своей длины; при этом полимерные цепи распутываются и стремятся выровняться параллельно. Эта процедура холодной вытяжки организует произвольно ориентированные кристаллические домены, а также выравнивает аморфные домены, чтобы они стали более кристаллическими.В этих случаях физически ориентированная морфология стабилизируется и сохраняется в конечном продукте. Это контрастирует с эластомерными полимерами, для которых растянутая или выровненная морфология нестабильна по сравнению с морфологией аморфной случайной спирали.

Эту обработку холодной вытяжкой можно также использовать для обработки полимерных пленок (например, майлара и сарана), а также волокон.

Поступенчатая полимеризация также используется для получения класса адгезивов и аморфных твердых веществ, называемых эпоксидными смолами.Здесь ковалентное связывание происходит в результате реакции S N 2 между нуклеофилом, обычно амином, и концевым эпоксидом. В следующем примере тот же промежуточный бисфенол A, который используется в качестве мономера для Lexan, служит бифункциональным каркасом, к которому присоединены эпоксидные кольца. Бисфенол А получают путем катализируемой кислотой конденсации ацетона с фенолом.

Авторы и авторство

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *