Примеры полимеров: Полимеры таблица с примерами – Морской флот

alexxlab | 02.03.1970 | 0 | Разное

Полимеры. Реакции полимеризации и поликонденсации.

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют соединения с молекулярной массой более 10000.

Практически все высокомолекулярные вещества являются полимерами.

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

Полимеры могут быть получены с помощью реакций, которые можно разделить на два основных типа: это реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации — это реакции образования полимера путем объединения огромного числа молекул низкомолекулярного вещества (мономера).

Количество молекул мономера (n), объединяющихся в одну молекулу полимера, называют степенью полимеризации.

В реакцию полимеризации могут вступать соединения с кратными связями в молекулах. Если молекулы мономера одинаковы, то процесс называют гомополимеризацией, а если различны — сополимеризацией.

Примерами реакций гомополимеризации, в частности, является реакция образования полиэтилена из этилена:

Примером реакции сополимеризации является синтез бутадиен-стирольного каучука из бутадиена-1,3 и стирола:

Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные мономеры

Мономер		Получаемый из него полимер
Структурная формула	Варианты названия	Структурная формула	Варианты названия
	этилен, этен		полиэтилен
	пропилен, пропен		полипропилен
	стирол, винилбензол		полистирол, поливинилбензол
	винилхлорид, хлористый винил, хлорэтилен, хлорэтен		поливинилхлорид (ПВХ)
	тетрафторэтилен (перфторэтилен)		тефлон, политетрафторэтилен
	изопрен (2-метилбутадиен-1,3)		изопреновый каучук (натуральный)
	бутадиен-1,3 (дивинил)		бутадиеновый каучук, полибутадиен-1,3
	хлоропрен(2-хлорбутадиен-1,3)		хлоропреновый каучук
и	бутадиен-1,3 (дивинил) и стирол (винилбензол)		бутадиенстирольный каучук

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации — это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего вода).

В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.

К реакциям гомополиконденсации относятся:

* образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул глюкозы:

* реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:

К реакциям сополиконденсации относятся:

* реакция образования фенолформальдегидной смолы:

* реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):

Материалы на основе полимеров

Пластмассы

Пластмассы — материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.

Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер. Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в связи с чем его называют связующим.

Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.

Термопласты — вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной формы.

Реактопласты — пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.

Так, например, термопластами являются пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.

Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе фенолформальдегидных смол.

Каучуки

Каучуки — высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить следующим образом:

Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи, т.е. каучуки являются непредельными соединениями.

Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е. соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной одинарной С-С связью.

Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для получения каучуков являются:

1) бутадиен:

2) изопрен:

3) хлоропрен:

В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета) полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена схемой:

Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:

Весьма интересным является тот факт, что впервые с каучуком познакомились не самые продвинутые в плане прогресса страны, а племена индейцев, у которых  промышленность и научно-технический прогресс отсутствовали как таковые. Естественно, индейцы не получали каучук искусственным путем, а пользовались тем, что давала им природа: в местности, где они проживали (Южная Америка), произрастало дерево гевея, сок которого содержит до 40-50% изопренового каучука. По этой причине изопреновый каучук называют также натуральным, однако он может быть получен и синтетическим путем.

Все остальные виды каучука (хлоропреновый, бутадиеновый) в природе не встречаются, поэтому всех их можно охарактеризовать как синтетические.

Однако каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков. Так, например, из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком интервале температур. На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и растрескиванию.

Технические характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией. Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука «сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными «мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:

Волокна

Волокнами называют материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов.

Классификация волокон по их происхождению

Искусственные волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).

Синтетические волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации (лавсан, капрон, нейлон).

Урок 28. от полимеров природных к полимерам синтетическим – Естествознание – 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 28. От полимеров природных к полимерам синтетическим

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Какой смысл вкладывают в понятия «полимер», «мономер», «элементарное звено»? Как полимеры классифицируют по происхождению, способам получения и свойствам? Каковы свойства искусственных и синтетических полимеров, их преимущества и недостатки? Какие можно привести примеры полимеров и области их применения?

Глоссарий по теме:

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Мономер – элементарное звено полимера, группа атомов, повторяющаяся в структуре полимера.

Степень полимеризации – число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера.

Эластичность – это способность полимеров к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

Органические полимеры – это полимеры, которые содержат органические звенья.

Элементоорганические полимеры – это полимеры, которые содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы. Не встречаются в природе.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – С. 135-140.

2. Тагер А. А., Физико-химия полимеров. – М.: Научный мир, 2007. – С. 347-356.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Электронный технический словарь / Раздел: полимеры, природные, синтетические. URL: http://www.ai08.org/index.php/term/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9+%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C+%D0%A2%D0%BE%D0%BC+V,4157-sinteticheskie-prirodnye-polimer.xhtml

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Современный этап человеческой цивилизации – это одновременно и этап активного развития химических веществ и различных материалов. Многие из современных материалов, созданных человеком, разработаны по аналогии и на основе природных структур. В число таких соединений, наиболее часто используемых в повседневной жизни человеком, входят высокомолекулярные соединения – полимеры.

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.

В строении всех полимеров присутствует повторяющийся структурный фрагмент – мономерное звено, включающий несколько атомов. Полимеры, молекулы которых содержат не одну, а несколько видов повторяющихся групп, называют гетерополимерами. Полимер формируется из мономеров в ходе реакций полимеризации или поликонденсации.

По происхождению полимеры делят на природные и синтетические. Природные полимеры возникают естественным путём. Например, к их числу относятся нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также белки, полисахариды. В большинстве случаев природные полимеры – это органические соединения, но существуют и природные неорганические полимеры.

Синтетические полимеры получают искусственным путём из низкомолекулярных соединений с помощью реакций полимеризации или поликонденсации. Химические названия полимеров формируют из названия мономера и приставки «поли-», например, полипропилен, полиэтилен, поливинилацетат и т. п.

За счет того, что полимеры обладают рядом важных для хозяйственной деятельности характеристик, их используют в промышленности и быту.

Основными характеристиками полимеров являются следующие:

1. Эластичность – это способность полимерам к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

2. Малая хрупкость кристаллических и стекловидных полимеров (например, органическое стекло, пластмассы).

3. Способность макромолекул полимеров к ориентации в пространстве под действием механического поля. Эта характеристика полимеров применяется при промышленном изготовлении плёнок и волокон.

Важными для хозяйственной деятельности человека являются и свойства растворов полимеров, в частности:

1. Значительная вязкость раствора при сравнительно небольшой концентрации полимера.

2. Образование раствора полимера через стадию набухания.

Кроме того, полимеры могут резко менять свои физико-механические свойства под влиянием небольших количеств реагента (это свойство полимера используется при вулканизации каучука, в процессе дубления кож и т. п.).

Свойства полимеров обусловлены как их большой молекулярной массой, так и цепным строением и гибкостью молекул. В промышленности полимеры используют в качестве композитных материалов.

По химическому составу полимеры классифицируют на органические, неорганические и элементоорганические.

Органические полимеры содержат органические звенья, например, это полипептиды, которые содержат пептидную группу из атомов кислорода, азота, углерода, водорода (О=С-N-Н). Пептидная связь – основа белков.

Элементоорганические полимеры не встречаются в природе и являются синтетическими. Элементоорганические полимеры содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы (например, кремний, алюминий). Искусственно полученное вещество, которое можно отнести к данной группе – это кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

По форме и пространственной ориентации макромолекул полимеры разделяют на линейные, разветвлённые, плоские, ленточные, гребнеобразные, сеточные и т.д.

Кроме того, полимеры классифицируют по полярности, которая влияет на растворимость полимера. Полярность отдельных мономерных звеньев полимера определяется присутствием диполей в их составе – молекул с разобщенными положительными и отрицательными зарядами.

У гидрофильных полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются гидрофобными, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине). Полимеры, которые содержат полярные и неполярные звенья, являются амфифильными.

Полимеры, по реакции на нагревание разделяют на термореактивные и термопластичные. Термопластичные полимеры (к которым относится полипропилен, полиэтилен, полистирол) при нагреве обратимо плавятся, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные полимеры при нагреве разрушаются без плавления и необратимо.

Природные полимеры формируются в живых организмах. Ключевыми для жизни из них являются белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты. Решающим этапом возникновения жизни на Земле стало формирование из простых органических молекул высокомолекулярных соединений.

Человек изначально использовал природные полимеры в своей жизни. Например, это кожа, шерсть, меха, шёлк, в их состав входят природные биополимеры. Промышленное производство полимеров началось в первой четверти XX века. Промышленное производство полимеров практически сразу развивалось в двух направлениях – это переработка полимеров природного происхождения и синтез искусственных полимеров.

Производство синтетических полимеров начато в 1906 году, когда Лео Бакеланд создал бакелитовую смолу – путем конденсации фенола и формальдегида, который при нагревании превратился в трёхмерный полимер. В течение десятилетий этот полимер использовали для изготовления аккумуляторов, корпусов электрических приборов, телевизоров, электрических розеток.

Благодаря своим физическим и химическим свойствам полимеры используются в машиностроении, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, медицине, авиастроении и широко применимы в быту (пластик, посуда, резина, клей и лаки). Все живые ткани живых организмов – это также высокомолекулярные соединения.

Наука о полимерах с 30-х годов XX века развивается как самостоятельная область знаний. Эта наука тесно связана с физикой, коллоидной, физической и органической химией. Сегодня выделяют и отдельные области знаний – например, химия полимеров, физика полимеров.

Выводы:

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы, это:

1. Полимеры.

2. Мономеры.

3. Молекулы.

Правильный ответ: 1. Полимеры.

2. Вставьте пропущенные слова в текст:

«У __________ полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются _________, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине)».

Правильный ответ: гидрофильные; гидрофобные.

Полимеры — свойства и применение

Полимеры — это высокомолекулярные вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Свойства полимеров во многом обусловлены не только молекулярной массой, но и химическим составом звеньев, пространственной конфигурацией молекул, степенью разветвленности молекул, типом связей между молекулами, способом производства полимера. В зависимости от всех этих параметров свойства полимеров могут различаться очень сильно.

Практически все полимеры являются хорошими диэлектриками, обладают низкой теплопроводностью, высокой механической прочностью. Стеклообразные полимеры бьются без острых осколков. Линейные полимеры обладают способностью к обратимым деформациям; поддаются ориентации макромолекул под влиянием механических нагрузок (на этом свойстве основано производство пленок и волокон). Важным качеством полимеров является резкое изменение характеристик при введении небольших количеств примесей.

Полимеры существуют в различных агрегатных состояниях: в виде тягучей жидкости (смазки, клеи, лаки и краски, герметики), в виде эластичных материалов (резины, силикон, эластомеры, поролон) и в виде твердых пластмасс (полиэтилен, полипропилен, поликарбонат и т.д.).

Полимеры в качестве химических веществ могут:
— образовывать новые химические связи между молекулами;
— образовывать новые связи между отдельными звеньями молекулы;
— присоединять боковые звенья к основной цепочке молекул;
— распадаться на отдельные мономеры.

Образование полимеров

Искусственные полимеры получают в результате трех типов реакций: полимеризации, поликонденсации, химических реакций. Полимеризацией называется процесс присоединения повторяющихся цепочек молекул (звеньев) к активному центру роста макромолекулы. Механизм полимеризации состоит из таких этапов, как:
— образование центров полимеризации;
— рост молекул путем последовательного присоединения новых звеньев;
— перенос центров полимеризации на другие молекулы, которые начинают активно расти;
— разветвление молекул;
— прекращение процесса роста молекул.

Для того чтобы вызвать полимеризацию в исходном низкомолекулярном сырье, используют различные способы воздействия: высокое давление, высокие температуры, воздействие светом или облучением, катализатором. В результате полимеризации химический состав сырья и готового продукта остается одним и тем же, но меняется структура вещества.

Поликонденсацией называется процесс изготовления полимеров из многофункциональных соединений методом перегруппировки атомов и отделения побочных продуктов (воды, низкомолекулярных соединений). Способом поликонденсации, например, производят поликарбонаты, полиуретаны, фенолальдегидные смолы.

Применение

Современная экономика просто немыслима без различных полимеров. Да мы и сами состоим из природных полимеров: белков, нуклеинов, полисахаридов.

Производство полимеров в промышленных масштабах началось в начале 20-го века. Практически одновременно промышленность начала производить искусственные полимеры методом переработки целлюлозы и синтетические полимеры методом переработки низкомолекулярного сырья (фенола, формальдегида, стирола, винилхлорида, акрила). На основе эфиров целлюлозы изготавливали, в частности, целлулоид, пленки, лакокрасочные материалы. Например, развитие кинематографа напрямую связано с появлением нитроцеллюлозных прозрачных пленок. Из синтетических полимеров перед Второй мировой войной особо важным было получение искусственного каучука, оргстекла, фенолформальдегидных смол.

В настоящее время полимеры используются практически во всех областях производства. Из них делают игрушки и строительные материалы, имплантаты, ткани, лекарственные средства, смазку для станков, защитные маски и очки, оптические стекла, навесы и окна, мебельные ткани и наполнители, кожезаменители и обработанные натуральные кожи, резины, упаковочные материалы, рекламную продукцию, корпуса приборов, ткани и волокна искусственные и синтетические, пленки различного назначения, конструкционные материалы, материалы для электротехнической и радиотехнической индустрии, украшения, ионообменные и эпоксидные смолы, пластики с экстремальными свойствами (жаростойкие и морозоустойчивые, повышенной твердости, пожаробезорасные  ит.д.). Полимеры служат основой для производства композиционных материалов.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» широко представлена продукция из полимеров — это и пластиковая лабораторная посуда, и средства защиты, и различные лабораторные принадлежности. Также у нас можно купить и некоторые вещества, являющиеся полимерами — целлюлозу, крахмал, полиэтиленгликоль и другие, по выгодным ценам и с доставкой.

Полимеры.

Органическая химия

Полимеры.

Полимеры (греч. πολύ- — много; μέρος — часть) – это сложные вещества, молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев – мономеров.

Полимеры являются высокомолекулярными соединениями с большими молекулярными весами (порядка сотен , тысяч и миллионов).

Следующие два процесса приводят к Образованию высокомолекулярных соединений:

1. Реакция полимеризации,

2. Реакция поликонденсации.

Реакция полимеризации

Реакция полимеризации – процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом, образуя новое вещество (полимер), молекулярный вес которого в целое число раз больше, чем у мономера.

Полимеризация, главным образом, характерна для соединений с кратными связями (двойной или тройной). Кратные связи в ходе реакции полимеризации преобразуются в простые (одинарные). Высвободившиеся в результате этого преобразования валентные электроны идут на установление ковалентных связей между мономерами.

Примером реакции полимеризации может служить образование полиэтилена из этилена:

Или в общем виде:

Характерной чертой этой реакции является то, что в результате образуется только вещество полимера и никаких побочных веществ, при этом, не выделяется. Этим объясняется кратность весов полимера и исходных мономеров.

Реакция поликонденсации

Реакция поликонденсации – процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений (мономеров).

Но в данном случае мономеры содержат две или несколько функциональных групп, которые в ходе реакции теряют свои атомы, из которых образуются другие вещества (вода, аммиак, галогеноводороды и т.д.).

Таким образом, состав элементарного звена полимера отличается от состава исходного мономера, а в ходе реакции поликонденсации мы получаем не только сам полимер, но и другие вещества.

Пример реакции поликонденсации – образование капрона из аминокапроновой кислоты:

В ходе этой реакции аминогруппа (-NH₂) теряет один атом водорода, а карбоксильная группа (-СООН) лишается входящей в неё гидроксильной группы (-ОН). Отделившиеся от мономеров ионы образуют молекулу воды.

Природные полимеры

Примерами природных высокомолекулярных соединений (полимеров) могут служить полисахариды крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы).

Кожа, шерсть, хлопок, шелк – всё это природные полимеры.

Крахмал

Крахмал образуется в результате фотосинтеза, в листьях растений, и запасается в клубнях, корнях, зёрнах.

Крахмал – белый (под микроскопом зернистый) порошок, нерастворимый в холодной воде, в горячей – набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер).

Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%).

Структурные формулы амилозы и амилопектина

Гликоген

Гликоген – полимер, в основе которого лежит мономер мальтоза.

В животных организмах гликоген является структурным и функциональным аналогом растительного крахмала.

Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках.

Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.

По строению гликоген подобен амилопектину, но имеет ещё большее разветвление цепей.

Целлюлоза

Целлюлоза (или клетчатка) – наиболее распространённый растительный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений.

Наиболее чистая природная целлюлоза – хлопковое волокно – содержит 85-90% целлюлозы. В древесине хвойных деревьев целлюлозы содержится около 50%.

Белки

Белки – полимеры, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот.

Десятки, сотни и тысячи молекул аминокислот, образующих гигантские молекулы белков, соединяются друг с другом, выделяя воду за счёт карбоксильных и аминогрупп. Структуру такой молекулы можно представить так:

Белки – природные высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения. Они играют первостепенную роль во всех жизненных процессах, являются носителями жизни. Белки содержатся во всех тканях организмов, в крови, в костях.

Белки содержатся во всех тканях организмов, в крови, в костях. Энзимы (ферменты), многие гормоны представляют собой сложные белки.

Белок, так же как углеводы и жиры, – важнейшая необходимая часть пищи.

Природный каучук

Натуральный (природный) каучук – полимер на основе мономера изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея).

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

Сырой каучук липок непрочен, а при небольшом понижении температуры становится хрупким.

Чтобы придать изготовленным из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, каучук подвергают вулканизации – вводят в него серу и затем нагревают. Вулканизированный каучук называется резиной.

Синтетические полимеры

Синтетические полимеры – это разнообразные материалы, обычно получаемые из дешёвого и доступного сырья. На их основе получают пластические массы (пластмассы), искусственные и синтетические волокна и пр.

Пластмассы – сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств.

Полимеры и пластмассы на их основе, являются ценными заменителями многих природных материалов (металла, дерева, кожи, клеев и т.д.).

Синтетические волокна успешно заменяют натуральные – шёлковые, шерстяные, хлопчатобумажные.

При этом важно подчеркнуть, что по ряду свойств материалы на основе синтетических полимеров часто превосходят природные. Можно получать пластмассы, волокна и другие соединения с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет решать многие задачи современной техники, которые не могли быть решены при использовании только природных материалов.

Полимеризационные смолы

К полимеризационным смолам относят полимеры, получаемые реакцией полимеризации преимущественно этиленовых углеводородов или их производных.

Примеры полимеризационных смол: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид и пр.

Полиэтилен.

Полиэтилен – полимер, образующийся при полимеризации этилена.

Или сокращённо:

Полиэтилен – предельный углеводород с молекулярным весом от 10000 до 400000. Он представляет собой бесцветный полупрозрачный в тонких слоях и белый в толстых слоях. Полиэтилен – воскообразный, но твёрдый материал с температурой плавления 110-125 градусов С. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью.

Его применяют в качестве электроизоляционного материала, а также для изготовления плёнок, используемых в качестве упаковочного материала, посуды, шлангов и т.д.

Свойства полиэтилена зависят от способа его получения. Полиэтилен высокого давления обладает меньшей плотностью и меньшим молекулярным весом (10000- 45000), чем полиэтилен низкого давления (молекулярный вес 70000- 400000), что сказывается на технических свойствах.

Для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, так как полиэтилен низкого давления может содержать остатки катализаторов – вредные для здоровья человека соединения тяжёлых металлов.

Полипропилен.

Полипропилен – полимер пропилена, следующего за этиленом гомолога непредельных этиленовых углеводородов.

По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твёрдая и упругая.

Отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления.

Полипропилен используют для электроизоляции, для изготовления защитных плёнок, труб шлангов, шестерён, деталей приборов, высокопрочного и химически стойкого волокна. Последнее применяют в производстве канатов, рыболовных сетей и т.д.

Плёнки из полипропилена значительно прозрачнее и прочнее полиэтиленовых. Пищевые продукты в упаковке из полипропилена можно подвергать температурной обработке (варке и разогреванию и пр.).

Полистирол

Полистирол образуется при полимеризации стирола:

Он может быть получен в виде прозрачной стеклообразной массы.

Применяется как органическое стекло, для изготовления промышленных товаров (пуговиц, гребней и т.п.).

Искусственный каучук

Отсутствие в нашей стране природного каучука вызвало необходимость в разработке искусственного метода получения этого важнейшего материала. Советскими химиками был найден и впервые в мире осуществлён (1928-1930) в прмышленном маштабе способ получения синтетического каучука.

Исходным материалом для производства синтетического каучука служит непредельный углеводород бутадиен или дивинил, который полимеризуется подобно изопрену.

Исходный бутадиен получают из этилового спирта или бутана, попутного нефтяного газа.

Конденсационные смолы

К конденсационным смолам относят полимеры, получаемые реакцией поликонденсации. Например:

• фенолформальдегидные смолы,
• полиэфирные смолы,
• полиамидные смолы и т.д.

Фенолформальдегидные смолы

Эти высокомолекулярные соединения образуются в результате взаимодействия фенола (С₆Н₅ОН) с формальдегидом (СН₂=О) в присутствии кислот или щелочей в качестве катализаторов.

Фенолформальдегидные смолы обладают замечательным свойством: при нагревании они вначале размягчаются, а при дальнейшем нагревании затвердевают.

Из этих смол готовят ценные пластмассы – фенолопласты. Смолы смешивают с различными наполнителями (древесной мукой, измельчённой бумагой, асбестом, графитом и т.д.), с пластификаторами, красителями и из полученной массы изготавливают методом горячего прессования различные изделия.

Полиэфирные смолы

Примером таких смол может служить продукт поликонденсации двухосновной ароматической терефталевой кислоты с двухатомным спиртом этиленгликолем.

В результате получается полиэтилентерефталат – полимер, в молекулах которого многократно повторяется группировка сложного эфира.

В нашей стране эту смолу выпускают под названием лавсан (за рубежём – терилен, дакрон).

Из неё изготавливают волокно, напоминающее шерсть, но значительно более прочное, дающее несминаемые ткани.

Лавсан обладает высокой термо-, влаго-, и свтостойкостью, устойчив к действию щелочей, кислот и окислителей.

Полиамидные смолы

Полимеры этого типа являются синтетическими аналогами белков. В их цепях имеются такие же, как в белках, многократно повторяющиеся амидные –СО–NH– группы. В цепях молекул белков они разделены звеном из одного С-атома, в синтетических полиамидах – цепочкой из четырёх и более С-атомов.

Волокна, полученные из синтетических смол, – капрон, энант и анид – по некоторым свойствам значительно превышают натуральный шёлк.

Из них вырабатывают красивые, прочные ткани и трикотаж. В технике используют изготовленные из капрона или анида верёвки, канаты, отличающиеся высокой прочностью. Эти полимеры применяют также в качестве основы автомобильных шин, для изготовления сетей, различных технических изделий.

Капрон является поликонденсатом аминокапроновой кислоты, содержащей цепь из шести атомов углерода:

Энант – поликонденсат аминоэнантовой кислоты, содержащий цепь из семи атомов углерода.

Анид (найлон и перлон) получается поликонденсацией двухосновной адипиновой кислоты НООС-(СН₂)₄-СООН и гексаметилендиамина NН₂-(СН₂)₆– NН₂.

Синтетические полимеры — свойства и применение

Синтетические полимеры – это семейство высокомолекулярных соединений, которые полностью синтезируются в результате прохождения химических реакций полимеризации. Природные и синтетические полимеры отличаются тем, что природные формируются естественным путем (к примеру, кожа, шерсть, шёлк, известь, цемент), а синтетические создаются из исходных веществ-мономеров. В современных условиях применение синтетических полимерных материалов является основой деятельности многих отраслей народного хозяйства и в целом оценивается как катализатор развития человеческой цивилизации.

Примеры и применение синтетических полимеров

Синтетические полимеры можно подразделить на следующие группы:

• Термопласты (или пластмассы) – вещества, которые размягчаются при нагревании и застывают при охлаждении, не теряя при этом своих исходных свойств. Именно эта группа является наиболее значимой с точки зрения промышленности. К ней относятся такие широко применяемые полимеры, как полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен и другие. Сфера применения – крайне широкая: строительство, машиностроение, медицина, электроника, энергетика и практически любая другая отрасль экономики.
• Реактопласты (или термореактивные полимеры) – вещества, которые при переработке в готовое изделие проходят необратимую трансформацию, и при повторном нагревании уже не размягчаются или деформируются, а разрушаются. Отличаются высокой твердостью и прочностью. Наиболее распространенные примеры – полиуретан, синтетические каучуки, а также вещества на основе эпоксидной или карбамидной смолы.

Мы рассмотрели базовую классификацию, однако существует целый ряд критериев, по которым можно классифицировать данные вещества. К примеру, можно выделять группы в зависимости от строения молекулярной структуры, молекулярной массы, участвующих в образовании макромолекулы мономерных звеньев и т.п. И по каждой группе можно привести интересные факты о синтетических полимерах, но в рамках данного краткого обзора это сделать мы, увы, не успеем.

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических?

Теперь разберемся, в чем состоит особенность синтетических полимеров. Как мы знаем, их синтезируют в искусственно созданных условиях, на базе мономеров. К примеру, этилен в естественном виде – это бесцветный газ, однако после реакции полимеризации на выходе получаются твёрдые гранулы полиэтилена. Главная особенность как раз и заключается в наличии возможности влиять на процесс полимеризации, а в итоге – и на свойства получаемого полимера:

• Возможно введение дополнительных мономеров с целью получения сополимеров с улучшенными свойствами.
• Имеется возможность модифицировать свойства вещества: к примеру, изменить его устойчивость к ударам или низким температурам.
• Также осуществляется модификация технологических свойств: вязкости и текучести расплава, температуры размягчения и плавления и т.п.
• Наконец, есть возможность модифицировать визуальные свойства: изменить цвет, сделать материал прозрачным, модифицировать его светопропускающие свойства.

То есть, обобщая, можно говорить о том, что естественные полимерные материалы даются в том виде, в котором их создала природа. Синтетические же человек научился полностью адаптировать под свои нужды и задачи. Поэтому в современных условиях синтетика часто замещает натуральные вещества. К примеру, искусственная полимерная кожа и синтетические волокна активно вытесняют натуральные аналоги, так как отличаются более выгодной ценой и более широким спектром возможных модификаций.

Рассматривая же негативные свойства синтетических полимеров, следует сказать об экологических рисках. Важное преимущество полимеров, их долговечность, оборачивается негативом, если к утилизации отработанных изделий подходят безответственно. Потому ключевым риском популярности синтетических полимеров на планете можно считать существенное загрязнение окружающей среды этими веществами.

Приведите примеры полимеров (структурные формулы) с гибкими и жесткими полимерными цепями

В макромолекулах вращение вокруг каждой простой связи является заторможенным и складывается из ряда колебаний. Вся совокупность перемещений приведет к тому, что макромолекула в результате теплового движения располагается в пространстве не прямолинейно, как жесткий стержень, а криволинейно, причем искривление может происходить в разных направлениях и меняться во времени. Важная особенность макромолекул – они обладают гибкостью.

Чем больше потенциальный барьер вращения в макромолекуле, тем более жесткой она является: если бы барьер вращения был непреодолимым, то вращения не было бы вовсе и макромолекула вообще не могла бы образовать клубок, оставаясь предельно вытянутой. Тепловое движение в макромолекуле имеет характерную особенность, связанную с ее цепным строением. Пусть в результате флуктуации теплового движения в какой-либо точке возник механический импульс. Поскольку атомы связаны в единую цепь, перемещение одного атома или одной атомной группировки приведет к перемещению соседних атомов и групп. Отрезок цепи, перемещающийся как единое целое в элементарном акте теплового движения, называется сегментом цепи. Под воздействием тепловой, механической и электрической энергии перемещаются именно сегменты макромолекул, а не отдельные атомные группы. Невозможно и одновременное перемещение макромолекулы как единого целого из-за ее большой молекулярной массы.

Если цепь гибкая, набрана из мелких звеньев, то перемещение одного звена на 1 см приведет к перемещению относительно небольшого участка цепи. Если цепь жесткая (набрана из длинных звеньев), то перемещение одного звена на то же расстояние приведет к перемещению большего отрезка цепи. Чем более полярны заместители в макромолекуле, тем больше барьер вращения, тем сильнее взаимодействие между соседними группами атомов. Более полярную молекулу можно моделировать цепью из более длинных сегментов, менее полярную — цепью из более коротких сегментов. Таким образом, более жесткая цепь характеризуется большей длиной сегмента. Более гибкая макромолекула полиэтилена характеризуется меньшей длиной сегмента, чем более жесткая молекула поливинилхлорида.

Гибкость цепи часто оценивают по величине так называемого сегмента Куна. В цепи с нулевым барьером вращения, то есть в свободносочлененной цепи, каждая следующая химическая связь может занимать любое положение в пространстве. При наличии барьера вращения и при сохранении валентного угла между соседними звеньями каждое звено распологается так, чтобы обеспечить миниму внутренней энергии молекулы, то есть положение данного звена зависит от положения предшествующего. Чем больше барьер, тем сильнее эта зависимость. Можно, однако, найти такое N-е звено, положение которого из-за удаленности практически не зависит от положения первого (начального) звена. Если теперь составить макромолекулу из этих новых звеньев длинной N каждое и соединить свободно, без барьера вращения, то вместо реальной цепи с заторможенным вращением звеньев получим эквивалентную цепь с теми же размерами молекулярного клубка. Свободносочлененная эквивалентная цень и составлена из сегментов Куна. Чем больше барьер вращения, тем больше сегмент Куна. Таким образом, сегмент Куна — это отрезок цепи длинной в N звеньев, положение которого в макромолекуле не зависит от положения соседних отрезков цепи.

Пусть одна из групп атомов макромолекулы получила под действием тепловой энергии некоторый импульс. Абсолютно жесткая молекула должна была бы под влиянием этого импульса переместиться целиком в новое положение в пространстве. В гибкой макромолекуле перемещается только ее участок. Среднестатистический отрезок макромолекулы, перемещающийся как единое целое в элементарном акте теплового движения называется кинетическим сегментом. Чем жестче цепь, то есть чем больше потенциальный барьер вращения в макромолекуле, тем больший отрезок цепи перемещается в элементарном акте теплового движения, то есть тем больше сегмент. Размер сегмента определяет гибкость цепи: с уменьшением гибкости цепи при переходе от полиэтилена к поливинилхлориду увеличиватся среднестатистический размер сегмента.

Таким образом, и сегмент Куна, и кинетический сегмент характеризуют гибкость макромолекулы: чем больше сегмент, тем меньше гибкость макромолекулы. Однако размер сегмента Куна определяется барьером вращения, то есть термодинамической характеристикой, тогда как размер кинетического сегмента определяется в большей мере взаимодействием с соседними молекулами. Поэтому размеры сегмента Куна и кинетического сегмента не совпадают.

Основными факторами, определяющими гибкость макромолекулы, являются величина потенциального барьера вращения, молекулярный вес полимера размер заместителей, частота пространственной сетки и температура.

Потенциальный барьер вращения. Как уже указывалось, величина потенциального барьера вращения зависит от внутри- и меж-молекулярного взаимодействия. Поскольку учет межмолекулярного взаимодействия очень сложен, то при теоретических расчетах обычно рассматривают поведение изолированной макромолекулы и полагают, что значения потенциальных барьеров вращения в цепях полимеров равны величинам, рассчитанным на основе термодинамических свойств газообразных низкомолекулярных аналогов.

Следует указать, однако, что это не совсем правильно. Межмолекулярное взаимодействие, которое всегда наблюдается у реальных полимеров, может резко изменить величину потенциального барьера, рассчитанную из данных только внутримолекулярного взаимодействия. Поэтому цепи, жесткие в изолированном состоянии, будучи окружены себе подобными цепями, становятся более гибкими. Так, например, изолированные цепи полиакриловой и полиметакриловой кислот вследствие сильного внутримолекулярного взаимодействия групп — COOH должны быть жесткими. В конденсированной фазе межмолекулярчое взаимодействие групп —СООН снижает потенциальный барьер вращения, цепи становятся гибкими н принимают свернутую, глобулярную форму.

В

Полиакриловая кослота

Полиметаакриловая кислота

озможно и обратное явление, когда цепи, гибкие в изолированном состоянии, в конденсированной фазе вследствие сильного межмолекулярного взаимодействия становятся более жесткими.

Однако, несмотря на сложность учета меж молекулярного взаимодействия, величины потенциальных барьеров, рассчитанные для низкомолекулярных газообразных соединений, позволяют сравнивать полимеры.

Карбоцепные полимеры. У предельных высокомолекулярных углеводородов значения и невелики, следовательно, их цепи обладают высокой термодинамической и кинетической гибкостью. К таким соединениям относятся полиэтилен, полипропилен, полизобутилен.

Полиэтилен

Полипропилен

Полиизобутилен

Особенно низки значения потенциальных барьеров вращения у полимеров, в цепи которых рядом с ординарной связью имеется двойная связь. Примерами таких полимеров являются полиизопрен, полибутадиен, обладающие очень гибкими цепями.

1,4-транс-полибутадиен

1,4-транс-полиизопрен

Введение в молекулы полимера заместителей, содержащих полярные группы, приводит к увеличению внутри- и межмолекулярного взаимодействий. При этом большое значение имеет степень полярности введенных групп, расстояния между ними вдоль цепи и симметричность их расположения. Наибольшей полярностью обладают группы —CN, —NO₂; менее полярны группы -С—Cl, — ОН.

Поскольку группы —ОН способны к образованию водородных связей, это приврдит к повышенным значениям энергии как внутри-, так и межмолекулярного взаимодействия.

Если полярные группы расположены вдоль цепи настолько близко друг к другу, что между ними возможно взаимодействие, то некоторые расположения звеньев цепи в пространстве оказываются энергетически более устойчивыми. Переход в другие положения, то есть изменение конформации цепей, требует преодоления больших потенциальных барьеров. Поэтому цепи этих полимеров являются наименее гибкими (наиболее жесткими). Примерами таких полимеров могут служить полиакрилонитрил, поливинилхлорид, поливиниловый спирт.

Е

Полиакрилонитрил

Поливиниловый спирт

Поливинил хлорид

сли полярные группы расположены вдоль цепи редко (на больших расстояниях друг от друга), то взаимодействие между ними практически не проявляется. Значения потенциальных барьеров вращения в таких полимерах невелики и макромолекулы обладают высокой термодинамической и кинетической гибкостью (например, полихлоропрен).

Полихлоропрен. 1) 1,4-транс- звенья; 2) 1,4-цис- звенья

Влияние расстояния между полярными группами на гибкость цепи можно проследить на сополимерах бутадиена и акрилонитрила. У сополимера, содержащего 18% акрилонитрила гибкость цепи близка к гибкости цепи полибутадиена. По мере увеличения содержания нитрильных групп в молекуле полимера гибкость уменьшается, цепь становится жестче.

Если полярные заместители расположены симметрично относительно какого-либо атома углерода, суммарный дипольпый момент уменьшается. Поэтому такие полимеры, как политетрафторэтилен, поливинилиденхлорид обладают достаточно гибкими цепями, несмотря на наличие большого числа полярных связей. Однако величина потенциального барьера вращения их молекул больше, чем у углеводородов, следовательно, цепи менее гибки.

Политетрафторэтилен

Поливинилиденхлорид

В гетероцепных полимерах вращение происходит вокруг связей С—О, С—N, Si—О, С—С и т. д. Потенциальные барьеры вращения вокруг этих связей невелики, поэтому цепные молекулы полиэфиров, полиамидов, силиконовых куачуков, полиуретанов, полиэпоксидов должны быть очень гибкими. Но их гибкость может быть ограничена сильным межмолекулярным взаимодействием, особенно в тех случаях, когда между звеньями соседних цепей возникают прочные водородные связи, например у полиамидов. При образовании прочных межмолекулярных связей ограничивается подвижность не только тех звеньев, которые участвуют в образовании этих связей, но и звеньев, примыкающих к ним, т. е. уменьшается гибкость цепи. Так, цепи полиамидов отличаются значительно меньшей гибкостью, чем цепи полиэтилена.

О

Полигесаметиленсебацинамид

дним из наиболее жестких гетероцепных высокомолекулярных соединений является целлюлоза, в которой содержится большое число групп ОН, способных к образованию водородных связей. Для макромолекулы целлюлозы характерно значительное внутри- и меж молекулярное взаимодействие и высокий потенциальный барьер вращения.

Целлюлоза

Молекулярный вес полимера. Поскольку потенциальный барьер вращения обусловлен взаимодействием звеньев, расположенных на близких расстояниях, влияние на данное звено других звеньев этой же цепи не проявляется уже на расстоянии порядка нескольких звеньев. Отсюда следует, что возможность поворотов звеньев в линейных полимерах одинакового химического строения не зависит от длины цепи. Итак, в полимергомологическом ряду величина потенциального барьера вращения не изменяется с увеличением молекулярного веса полимера, но число возможных коцформационных превращений при этом возрастает.

Молекула, состоящая из трех звеньев, при неизменном валентном угле может принять лишь несколько конформаций. Молекула, состоящая из четырех звеньев, принимает уже большее число конформаций- С увеличением числа звеньев, т.е. с повышением степени полимеризации, число конформаций, которые принимает цепь, возрастает. Поэтому даже при высоких значениях потенциального барьера вращения цепь очень большой длины может иметь не палочкообразную, а свернутую (глобулярную) форму.

Частота пространственной сетки. Сильное межмолекулярное взаимодействие уменьшает подвижность звеньев. Наличие химических связей (например, в сшитом полимере), которые являются более прочными, чем межмолекулярные, еще сильнее влияет на подвижность звеньев.

Если химические связи между цепями расположены редко, т.е. длина отрезков цепи между связями достаточно велика, то подвижность большинства звеньев остается неизменной, характерной для полимера данного строения. Это означает, что гибкость цепей полимера с редкой пространственной сеткой практически такая же, как и соответствующего линейного полимера. Например, гибкость цепи слабо вулканизованного натурального каучука (2—3% серы) такая же, как у невулкаинзованного. По мере увеличения числа поперечных связей величина отрезков, на которых может проявляться гибкость, становится меньше, и наконец, в сетчатом полимере с очень частой пространственной сеткой гибкость цепей не проявляется совсем.

Размер заместителей. Большие по размерам и по массе заместители затрудняют вращение звеньев. Конформационные превращения цепей, содержащих такие заместители, требуют значительного времени и при недостаточно высоких температурах практически не происходят. Например, цепная молекула полистирола, в которую входят тяжелые фенильные заместители, при комнатных температурах практически не изменяет своих конформаций, т. е. ведет себя как жесткое образование.

В

Полистирол

лияние числа тяжелых заместителей на гибкость цепи можно проследить на сополимерах бутадиена и стирола. При небольшом числе фенильпых заместителей и достаточно редком их расположении вдоль цепи они практически не влияют ца гибкость цепи. По мере увеличения числа фенильных групп гибкость цепи уменьшается. У самого полистирола при высокой термодинамической гибкости кинетическая гибкость цепи при комнатной температуре очень невысока.

При наличии у одного и того же атома углерода двух заместителей, например, групп —СН₃ и —СОСН₃ гибкость цепи заметно уменьшаетея. Так, цепи полиметакрилатов более жестки, чем цепи соответствующих полиакрилаюв. Цепи поли-α-метилстирола обладают большей жесткостью по сравнению с цепями полистирола.

Температура. С повышением температуры кинетическая энергия молекулы увеличивается. Пока значение кТ меньше величины потенциального барьера вращения, звенья цепи совершают только крутильные колебания, амплитуда которых тем больше, чем выше температура. Когда величина kT становится соизмеримой с величиной энергии потенциального барьера, звенья начинают свободно вращаться относительно друг друга. Поэтому с повышением температуры вращение звеньев становится более свободным (менее заторможенным).

Следует отметить, что величина потенциального барьера вращения мало изменяется с температурой. Но при повышении температуры увеличивается скорость поворотов звеньев. Поэтому у всех полимеров с повышением температуры увеличивается кинетическая гибкость цепи.

Полимеры, теория и примеры реакций

В 1833 году Й. Берцелиус ввел в обиход термин «полимерия», которым он назвал один из видов изомерии. Такие вещества (полимеры) должны были обладать одинаковым составом, но разной молекулярной массой, как например этилен и бутилен. К современному пониманию термина «полимер» умозаключение Й. Берцелиуса не соответствует, потому что истинные (синтетические) полимеры в то время еще не были известны. Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) годам.

Химия полимеров возникла только после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений и получила дальнейшее развитие благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука (Г. Бушарда, У. Тилден, К Гарриес, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев). С начала 20-х годов 20 века стали развиваться теоретические представления о строении полимеров.

Классификация полимеров

Классификация полимеров основана на трех признаках: их происхождении, химической природе и различиях в главной цепочке.

С точки зрения происхождения все полимеры подразделяют на природные (натуральные), к которым относят нуклеиновые кислоты, белки, целлюлозу, натуральный каучук, янтарь; синтетические (полученные в лаборатории путем синтеза и не имеющие природных аналогов), к которым относят полиуретан, поливинилиденфторид, фенолформальдегидные смоли и др; искусственные (полученные в лаборатории путем синтеза, но на основе природных полимеров) – нитроцеллюлоза и др.

Исходя из химической природы, полимеры делят на полимеры органической (в основе мономер – органическое вещество – все синтетические полимеры), неорганической (в основе Si, Ge, S и др. неорганические элементы – полисиланы, поликремниевые кислоты) и элементоорганической (смесь органических и неорганических полимеров – полислоксаны) природы.

Выделяют гомоцепные и гетероцепные полимеры. В первом случае главная цепь состоит из атомов углерода или кремния (полисиланы, полистирол), во втором – скелет из различных атомов (полиамиды, белки).

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны два агрегатных состояния – кристаллическое и аморфное и особые свойства – эластичность (обратимые деформации при небольшой нагрузке — каучук), малая хрупкость (пластмассы), ориентация при действии направленного механического поля, высокая вязкость, а также растворение полимера происходит посредством его набухания.

Получение полимеров

Реакции полимеризации – цепные реакции, представляющие собой последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема получения полимера

Так, например, полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса молекулы достигает 1миллиона.

n CH₂=CH₂ = -(-CH₂-CH₂-)-

Химические свойства полимеров

В первую очередь для полимеров будут характерны реакции, характерные для функциональной группы, присутствующей в составе полимера. Например, если в состав полимера входит гидроксо-группа, характерная для класса спиртов, следовательно, полимер будет участвовать в реакциях подобно спиртам.

Во-вторых, взаимодействие с низкомолекулярными соединениями, взаимодействие полимеров друг с другом с образованием сетчатых или разветвленных полимеров, реакции между функциональными группами, входящими в состав одного и того же полимера, а также распад полимера на мономеры (деструкция цепи).

Применение полимеров

Производство полимеров нашло широкое применение в различных областях жизни человечества — химической промышленности (производство пластмасс), машино – и авиастроении, на предприятиях нефтепереработки, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (производство гербицидов, инсектицидов, пестицидов), строительной промышленности (звуко- и теплоизоляция), производство игрушек, окон, труб, предметов быта.

Примеры решения задач

Натуральные и синтетические полимеры – Центр Гельфанда

Есть два типа полимеров: синтетические и натуральные. Синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производятся учеными и инженерами. Примеры синтетических полимеров включают нейлон, полиэтилен, полиэфир, тефлон и эпоксидную смолу. Природные полимеры встречаются в природе и могут быть извлечены. Часто они бывают на водной основе. Примерами встречающихся в природе полимеров являются шелк, шерсть, ДНК, целлюлоза и белки.

В предыдущем разделе, посвященном сетчатым полимерам, мы упоминали вулканизированный каучук и пектин.Вулканизированный каучук – это синтетический (искусственный) полимер, а пектин – это пример природного полимера.

Каучук встречается в природе и собирается в виде латекса (молочной жидкости) с нескольких видов деревьев. Натуральный каучук, получаемый из латекса дерева, по сути, представляет собой полимер, сделанный из звеньев изопрена с небольшим процентом примесей в нем. Каучук также может быть произведен (синтезирован) человеком. Синтетический каучук можно получить путем полимеризации различных мономеров, включая изопрен.

Натуральный каучук трудно обрабатывать (он липкий), а также не имеет очень хороших свойств или долговечности (гниет).Обычно это вулканизация – процесс, при котором резина нагревается в присутствии серы для улучшения ее упругости, эластичности и долговечности. Синтетический каучук является предпочтительным, поскольку различные мономеры можно смешивать в различных пропорциях, что приводит к широкому диапазону физических, механических и химических свойств. Мономеры можно производить в чистом виде, а добавление примесей или добавок можно контролировать конструктивно для придания оптимальных свойств.

Вулканизация, также называемая вулканизацией, представляет собой химический процесс, используемый в резиновой промышленности, в котором отдельные полиизопреновые цепи связаны с другими полиизопреновыми цепями химическими связями (см. Последовательность реакций ниже).Фактическое химическое сшивание обычно осуществляется с помощью серы, но есть и другие технологии, которые также можно использовать. Вулканизация – процесс необратимый, как выпечка торта. Обычно мягкие и упругие молекулы резины сцепляются друг с другом, в результате получается более твердый материал с большей прочностью и химической стойкостью. Вулканизация изменяет поверхность материала от очень липкой до гладкой, мягкой поверхности, которая не прилипает к металлическим или пластиковым основам.

Источник: www.chemistrydaily.com.

Пектин – это длинноцепочечный полимер, состоящий из пектиновой кислоты и молекул пектиновой кислоты (см. Структуру ниже). Поскольку эти кислоты являются сахарами, пектин называют полисахаридом. Его получают из кожуры цитрусовых и остатков яблок. В растении / фрукте пектин – это материал, который соединяет вместе растительные клетки.

Источник: www.cybercolloids.net.

Пектиновые цепи образуют сеть, потому что некоторые из сегментов пектиновых цепей соединяются вместе посредством кристаллизации, образуя трехмерную сеть, в которой удерживаются вода, сахар и другие материалы.Образование геля вызывается физическими или химическими изменениями, которые имеют тенденцию снижать растворимость пектина, и это способствует образованию мелких локализованных кристаллов. Наиболее важным фактором, влияющим на склонность пектина к гелеобразованию, является температура.

При охлаждении горячего раствора, содержащего пектин, движение молекул уменьшается, а их тенденция к объединению в гелевую сетку увеличивается. Эта способность делает пектин хорошим загустителем для многих пищевых продуктов, таких как желе и джемы.Если в смеси достаточно сахара, пектин образует плотный гель.

Какие примеры полимеров?

Полимер – это большая молекула, состоящая из повторяющихся субъединиц, связанных друг с другом химическими связями. Вам нужны примеры полимеров? Вот список материалов, которые являются натуральными и синтетическими полимерами, а также некоторые примеры материалов, которые вообще не являются полимерами.

Натуральные полимеры

Полимеры встречаются в природе и производятся в лабораториях.Природные полимеры использовались из-за их химических свойств задолго до того, как они были изучены в химической лаборатории: шерсть, кожа и лен перерабатывались в волокна для изготовления одежды; Кость животного была сварена для изготовления клея. К натуральным полимерам относятся:

• Белки, такие как волосы, ногти, черепаховый панцирь
• Целлюлоза в бумаге и деревьях
• Крахмалы в растениях, таких как картофель и кукуруза
• ДНК
• Смола (также известная как битум или гудрон)
• Шерсть (белок, производимый животными)
• Шелк (белок, производимый насекомыми)
• Натуральный каучук и лак (протеины из деревьев)

Синтетические полимеры

Полимеры были впервые произведены людьми, которые искали заменители натуральных материалов, в частности, каучука и шелка.Среди первых были полусинтетические полимеры, которые представляют собой природные полимеры, модифицированные каким-либо образом. К 1820 году натуральный каучук был модифицирован, сделав его более текучим; а нитрат целлюлозы, полученный в 1846 году, использовался сначала как взрывчатое вещество, а затем как твердый формовочный материал, используемый для изготовления воротников, фильма Томаса Эдисона для фильмов и искусственного шелка Илера де Шардонне (называемого нитроцеллюлозой).

Полностью синтетические полимеры включают:

• Бакелит, первый синтетический пластик
• Неопрен (промышленная форма резины)
• Нейлон, полиэстер, вискоза (промышленные формы из шелка)
• Полиэтилен (полиэтиленовые пакеты и тара для хранения)
• Полистирол (упаковочный арахис и стаканы из пенополистирола)
• тефлон
• Эпоксидные смолы
• Силикон
• Глупая шпатлевка
• Слизь

Неполимеры

Таким образом, хотя бумажные тарелки, чашки из пенополистирола, пластиковые бутылки и брусок являются примерами полимеров, есть некоторые материалы, которые являются полимерами , а не .Примеры материалов, не являющихся полимерами, включают:

• Элементы
• Металлы
• Ионные соединения, такие как соль

Обычно эти материалы образуют химические связи, но не длинные цепи, характерные для полимеров. Есть исключения. Например, графен – это полимер, состоящий из длинных углеродных цепей.

Ресурсы и дополнительная информация

• Cowie, J.M.G. и Валерия Арриги. «Полимеры: химия и физика современных материалов», 3-е изд.Бока-Ратон, Лос-Анджелес: CRC Press, 2007.
• Сперлинг, Лесли Х. «Введение в науку о физических полимерах», 4-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2006.
.
• Янг, Роберт Дж. И Питер А. Ловелл. «Введение в полимеры», 3-е изд. Бока-Ратон, Лос-Анджелес: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011. Печать.

Определение полимера и примеры

Полимер – это большая молекула, состоящая из цепей или колец связанных повторяющихся субъединиц, которые называются мономерами.Полимеры обычно имеют высокие температуры плавления и кипения. Поскольку молекулы состоят из множества мономеров, полимеры имеют тенденцию иметь высокие молекулярные массы.

Слово полимер происходит от греческого префикса poly -, что означает «многие», и суффикса – mer , что означает «части». Слово было придумано шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом (1779–1848) в 1833 году, хотя его значение несколько отличается от современного определения. Современное понимание полимеров как макромолекул было предложено немецким химиком-органиком Германом Штаудингером (1881–1965) в 1920 году.

Примеры полимеров

Полимеры можно разделить на две категории. Природные полимеры (также называемые биополимерами) включают шелк, каучук, целлюлозу, шерсть, янтарь, кератин, коллаген, крахмал, ДНК и шеллак. Биополимеры выполняют ключевые функции в организмах, выступая в качестве структурных белков, функциональных белков, нуклеиновых кислот, структурных полисахаридов и молекул хранения энергии.

Синтетические полимеры получают путем химической реакции, часто в лаборатории. Примеры синтетических полимеров включают ПВХ (поливинилхлорид), полистирол, синтетический каучук, силикон, полиэтилен, неопрен и нейлон.Синтетические полимеры используются для изготовления пластмасс, клеев, красок, механических деталей и многих обычных предметов.

Синтетические полимеры можно разделить на две категории. Термореактивные пластмассы изготавливаются из жидкого или мягкого твердого вещества, которое может быть необратимо превращено в нерастворимый полимер путем отверждения с использованием тепла или излучения. Термореактивные пластмассы обычно жесткие и имеют высокий молекулярный вес. Пластик не деформируется при деформации и обычно разлагается, прежде чем расплавиться. Примеры термореактивных пластиков включают эпоксидную смолу, полиэфир, акриловые смолы, полиуретаны и сложные виниловые эфиры.Бакелит, кевлар и вулканизированный каучук также относятся к термореактивным пластмассам.

Другой тип синтетических полимеров – это термопластичные полимеры или термопластичные пластмассы. В то время как термореактивные пластмассы являются жесткими, термопластичные полимеры являются твердыми в холодном состоянии, но пластичны и могут быть отформованы при температуре выше определенной. В то время как термореактивные пластмассы при отверждении образуют необратимые химические связи, связь в термопластах с температурой ослабевает. В отличие от термореактивных пластиков, которые не плавятся, а разлагаются, термопласты при нагревании плавятся в жидкость.Примеры термопластов включают акрил, нейлон, тефлон, полипропилен, поликарбонат, ABS и полиэтилен.

Краткая история разработки полимеров

Природные полимеры использовались с древних времен, но способность человечества к преднамеренному синтезу полимеров появилась сравнительно недавно. Первым искусственным пластиком была нитроцеллюлоза. Процесс его изготовления был разработан в 1862 году британским химиком Александром Парксом (1812–1890). Он обработал природную полимерную целлюлозу азотной кислотой и растворителем.Когда нитроцеллюлозу обрабатывали камфарой, она давала целлулоид, полимер, широко используемый в пленочной промышленности и в качестве формовочной замены слоновой кости. Когда нитроцеллюлоза растворялась в эфире и спирте, она превращалась в коллодий. Этот полимер использовался в качестве хирургической повязки, начиная с гражданской войны в США и позже.

Вулканизация резины была еще одним большим достижением в химии полимеров. Немецкий химик Фридрих Людерсдорф (1801–1886) и американский изобретатель Натаниэль Хейворд (1808–1865) независимо друг от друга обнаружили, что добавление серы к натуральному каучуку помогает предотвратить его липкость.Процесс вулканизации резины путем добавления серы и применения тепла был описан британским инженером Томасом Хэнкоком (1786–1865) в 1843 году (патент Великобритании) и американским химиком Чарльзом Гудиером (1800–1860) в 1844 году.

Хотя ученые и инженеры могли создавать полимеры, только в 1922 году было предложено объяснение их образования. Герман Штаудингер предположил, что ковалентные связи удерживают вместе длинные цепочки атомов. Помимо объяснения того, как работают полимеры, Штаудингер также предложил название «макромолекулы» для описания полимеров.

Полимер

| Описание, примеры, типы, материал, использование и факты

полимер , любой из класса природных или синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, называемых макромолекулами, которые кратны более простым химическим единицам, называемым мономерами. Полимеры составляют многие материалы в живых организмах, включая, например, белки, целлюлозу и нуклеиновые кислоты. Более того, они составляют основу таких минералов, как алмаз, кварц и полевой шпат, а также таких искусственных материалов, как бетон, стекло, бумага, пластмассы и каучуки.

химическая структура поливинилхлорида (ПВХ)

Промышленные полимеры синтезируются из простых соединений, соединенных вместе в длинные цепи. Например, поливинилхлорид – это промышленный гомополимер, синтезированный из повторяющихся звеньев винилхлорида.

Британская энциклопедия, Inc.

Подробнее по этой теме

life: Производство полимеров

Образование полимера s, длинноцепочечных молекул, состоящих из повторяющихся звеньев мономеров (упомянутые основные строительные блоки…

Слово полимер обозначает неопределенное количество мономерных звеньев. Когда количество мономеров очень велико, соединение иногда называют высокополимером. Полимеры не ограничиваются мономерами того же химического состава, молекулярной массы и структуры. Некоторые природные полимеры состоят из одного вида мономеров. Однако большинство природных и синтетических полимеров состоит из двух или более различных типов мономеров; такие полимеры известны как сополимеры.

Органические полимеры играют решающую роль в живых существах, обеспечивая основные конструкционные материалы и участвуя в жизненно важных процессах. Например, твердые части всех растений состоят из полимеров. К ним относятся целлюлоза, лигнин и различные смолы. Целлюлоза – это полисахарид, полимер, состоящий из молекул сахара. Лигнин представляет собой сложную трехмерную сеть полимеров. Смолы для дерева – это полимеры простого углеводорода изопрена. Еще один знакомый изопреновый полимер – это каучук.

натуральный каучук

Латекс, изготовленный из каучукового дерева ( Hevea brasiliensis ) в Малайзии.

© Стюарт Тейлор / Fotolia

Другие важные природные полимеры включают белки, которые являются полимерами аминокислот, и нуклеиновые кислоты, которые представляют собой полимеры нуклеотидов – сложных молекул, состоящих из азотсодержащих оснований, сахаров и фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты несут в клетке генетическую информацию. Крахмалы, важные источники пищевой энергии, получаемые из растений, представляют собой натуральные полимеры, состоящие из глюкозы.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Многие неорганические полимеры также встречаются в природе, включая алмаз и графит. Оба состоят из углерода. В алмазе атомы углерода связаны в трехмерную сеть, которая придает материалу твердость. В графите, используемом в качестве смазки и в «грифелях» карандашей, атомы углерода соединяются в плоскостях, которые могут скользить друг по другу.

Синтетические полимеры получают с помощью различных типов реакций.Многие простые углеводороды, такие как этилен и пропилен, можно превратить в полимеры, добавляя один мономер за другим к растущей цепи. Полиэтилен, состоящий из повторяющихся мономеров этилена, является аддитивным полимером. Он может иметь до 10 000 мономеров, объединенных в длинные спиральные цепи. Полиэтилен кристаллический, полупрозрачный и термопластичный, то есть он размягчается при нагревании. Он используется для покрытий, упаковки, формованных деталей, а также для изготовления бутылок и контейнеров. Полипропилен также кристаллический и термопластичный, но тверже полиэтилена.Его молекулы могут состоять из 50 000 – 200 000 мономеров. Этот состав используется в текстильной промышленности и для изготовления формованных изделий.

Другие аддитивные полимеры включают полибутадиен, полиизопрен и полихлоропрен, которые играют важную роль в производстве синтетических каучуков. Некоторые полимеры, такие как полистирол, являются стекловидными и прозрачными при комнатной температуре, а также термопластичными. Полистирол может быть окрашен в любой оттенок и используется при изготовлении игрушек и других пластиковых предметов.

Если один атом водорода в этилене заменить атомом хлора, образуется винилхлорид. Он полимеризуется в поливинилхлорид (ПВХ), бесцветный, твердый, прочный термопластический материал, который можно производить в различных формах, включая пену, пленки и волокна. Винилацетат, полученный реакцией этилена и уксусной кислоты, полимеризуется с образованием аморфных мягких смол, используемых в качестве покрытий и клеев. Он сополимеризуется с винилхлоридом с образованием большого семейства термопластичных материалов.

Трубы из ПВХ

Трубы из поливинилхлорида (ПВХ).

AdstockRF

Многие важные полимеры содержат атомы кислорода или азота наряду с атомами углерода в основной цепи. К таким высокомолекулярным материалам с атомами кислорода относятся полиацетали. Самый простой полиацеталь – полиформальдегид. Он имеет высокую температуру плавления, кристаллический и устойчивый к истиранию и действию растворителей. Ацеталевые смолы больше похожи на металл, чем любые другие пластмассы, и используются в производстве деталей машин, таких как шестерни и подшипники.

Линейный полимер, характеризующийся повторением сложноэфирных групп вдоль основной цепи, называется полиэфиром. Сложные полиэфиры с открытой цепью представляют собой бесцветные кристаллические термопластичные материалы. Те с высоким молекулярным весом (от 10 000 до 15 000 молекул) используются в производстве пленок, формованных изделий и волокон, таких как дакрон.

Полиамиды включают встречающийся в природе протеин казеин, содержащийся в молоке, и зеин, содержащийся в кукурузе (кукурузе), из которой изготавливаются пластмассы, волокна, клеи и покрытия.К синтетическим полиамидам относятся карбамидоформальдегидные смолы, которые являются термореактивными. Они используются для изготовления формованных изделий, а также в качестве клеев и покрытий для текстиля и бумаги. Также важны полиамидные смолы, известные как нейлон. Они прочные, устойчивые к нагреванию и истиранию, негорючие и нетоксичные, их можно окрашивать. Наиболее известно их использование в качестве текстильных волокон, но у них есть много других применений.

нейлон

Образование нейлона, полимера.

Британская энциклопедия, Inc.

Еще одно важное семейство синтетических органических полимеров состоит из линейных повторов уретановой группы. Полиуретаны используются в производстве эластомерных волокон, известных как спандекс, и в производстве основ покрытий, а также мягких и жестких пен.

Другой класс полимеров – это смешанные органические и неорганические соединения. Наиболее важными представителями этого семейства полимеров являются силиконы. Их основа состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода с органическими группами, присоединенными к каждому из атомов кремния.Силиконы с низкой молекулярной массой – это масла и смазки. Соединения с более высокой молекулярной массой представляют собой универсальные эластичные материалы, которые остаются мягкими и эластичными при очень низких температурах. Они также относительно стабильны при высоких температурах.

герметик

Силиконовый герметик выдается из пистолета для герметика.

Achim Hering

Фторуглеродосодержащие полимеры, известные как фторполимеры, состоят из углеродно-фторных связей, которые обладают высокой стабильностью и делают соединение устойчивым к растворителям.Природа углеродно-фторной связи дополнительно придает фторполимерам антипригарные свойства; это наиболее широко проявляется в тефлоне из политетрафторэтилена (PFTE).

Примеры полимеров

Полимер

Полимеры состоят из множества молекул, которые связаны вместе, образуя действительно длинные цепи. В зависимости от того, из каких молекул состоит полимер, зависит их действие. Итак, вещи, которые сделаны из полимеров, выглядят, ощущаются и действуют в зависимости от того, как связаны их атомы и молекулы.Некоторые полимеры эластичны, как надувной мяч, а некоторые твердые и жесткие, как скейтборд.

Большинство полимеров представляют собой линейные полимеры. Линейный полимер состоит из одной молекулы за другой, связанных длинной цепью. Эта цепочка называется магистральной. Линейные полимеры не обязательно должны быть прямыми по длине. Одинарные связи между атомами в основной цепи могут вращаться, как скрепка для бумаг, соединенная вместе из конца в конец.

В то время как пластмассы используются в качестве общего примера полимеров, существует множество других материалов, которые также являются полимерами, которые включают в себя все пластики, белки, такие как волосы, ногти, раковины, ДНК, глупую замазку, чашки и тарелки из пенополистирола, пластиковые бутылки и блоки. из дерева.Полимеры включают:

Полимеры не начинаются большими. Они начинаются как крошечные молекулы, которые соединяются в цепочку. В природе встречается много полимеров, таких как шелк, целлюлоза, каучук и протеины. Кроме того, в лаборатории было синтезировано большое количество полимеров, что привело к появлению таких коммерчески важных продуктов, как пластмасса, синтетические волокна и синтетический каучук. А изменения окружающей среды влияют на использование умных полимеров.

Было высказано предположение, что могут быть разработаны полимеры, которые могут обучаться и самокорректировать поведение с течением времени.В ближайшем будущем появятся и другие, более подходящие приложения. Одна из них – идея умных туалетов, которые анализируют мочу и помогают выявлять проблемы со здоровьем. Судя по представленным свидетельствам, полимеры являются важным аспектом человеческого существования.

Примеры полимеров:

1. Полимеры природные

Они использовались веками. Многие из них – шеллак, янтарь, шерсть, шелк и резина. Существует еще один природный полимер, такой как целлюлоза, которая является основным компонентом древесины и бумаги.

2. Синтетические полимеры

Это полимер, изготовленный инженерами и учеными из искусственных компонентов, а не из природных. Примерно 80% индустрии органической химии посвящено производству синтетических полимеров, таких как пластмассы, текстильные волокна и синтетические каучуки. Синтетические полимеры обычно встречаются в потребительских товарах, таких как эпоксидная смола, текстиль, кухонная утварь, синтетический каучук, смола, неопрен и нейлон.

3. Умные полимеры

Это высокоэффективные полимеры, которые меняются в зависимости от среды, в которой они находятся.Такие материалы могут быть чувствительны к ряду факторов, таких как температура, влажность, pH, длина волны, интенсивность света или магнитного поля, и могут реагировать по-разному, например, изменять цвет или прозрачность. Они используются для производства биоразлагаемой упаковки и в значительной степени в биомедицинской инженерии. Умные полимеры могут изменять адгезионные или водоудерживающие свойства из-за незначительных изменений в факторах окружающей среды.

Полимеры викторины
Пластмассы викторины
Химические свойства пластмасс викторины
Примеры белков
Формула синильной кислоты – использование синильной кислоты, свойства…
Тест по углеводам
Полимеризация
Примеры нуклеиновых кислот
Органическая химия: тест по углеводам
Латексная краска против масляной краски

Примеры полимеров

Типы синтетических органических полимеров

Цель обучения

• Опишите, как химическая структура полимера соотносится с его физическими свойствами.

---

Ключевые моменты

• Синтетические полимеры – это полимеры, созданные человеком.Их можно разделить на четыре основные категории: термопласты, реактопласты, эластомеры и синтетические волокна. Они обычно встречаются в различных потребительских товарах.
• Различные основные цепи и боковые цепи используются для получения различных синтетических органических полимеров. Каркасы обычных синтетических полимеров состоят из углерод-углеродных связей, тогда как в гетероциклических полимерах есть другие элементы (например, кислород, сера, азот), вставленные вдоль основной цепи.
• Семь наиболее распространенных типов синтетических органических полимеров: полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC), полистирол (PS), нейлон, тефлон и термопластичный полиуретан ( ТПУ).

---

Условия

• термопластичный полимер, который становится пластичным или пластичным при превышении определенной температуры и возвращается в твердое состояние при охлаждении.
• синтетические полимеры, синтетические полимеры

---

Синтетические полимеры – это полимеры, созданные человеком. С точки зрения полезности их можно разделить на четыре основные категории: термопласты, реактопласты, эластомеры и синтетические волокна. Термопласты – это тип полимера, который становится пластичным и пластичным после определенной температуры и затвердевает при охлаждении.Точно так же термореактивные материалы становятся твердыми и не могут изменить форму после застывания; по этой причине их часто используют в клеях. Эластомер – термин, используемый как синоним резины, – это гибкий полимер. Синтетические волокна создаются путем улучшения натуральных растительных и животных волокон и составляют большую категорию полимеров.

Полиакрилаты являются основой обычных синтетических полимеров, таких как полиэтилен и полистирол. Они состоят из углерод-углеродных связей, тогда как гетероцепные полимеры, такие как полиамиды, сложные полиэфиры, полиуретаны, полисульфиды и поликарбонаты, содержат другие элементы (например,грамм. кислород, сера, азот), вставленные вдоль позвоночника. Координационные полимеры могут содержать ряд металлов в основной цепи с нековалентной связью. Также доступно большое количество синтетических полимеров с вариациями основных и боковых цепей.

Синтетические полимеры для повседневного использования

Некоторые известные бытовые синтетические полимеры включают нейлон в текстильных изделиях и тканях, тефлон в сковородах с антипригарным покрытием и поливинилхлорид в трубах. Обычные ПЭТ-бутылки изготавливаются из синтетического полимера, полиэтилентерефталата.Пластиковые комплекты и крышки в основном изготовлены из синтетических полимеров, таких как полиэтилен, а шины – из каучуков Buna. Из-за экологических проблем, создаваемых этими синтетическими полимерами, которые часто не поддаются биологическому разложению и синтезируются из нефти, также рассматриваются альтернативы, такие как биопластики; Однако эти биопластики часто дороже синтетических полимеров.

Многие полимеры полностью состоят из углеводородов. Это делает их гидрофобными, то есть они плохо впитывают воду; это полезная черта, поскольку альтернатива – представьте, например, бутылку с водой, которая становится мокрой при наполнении водой, – может иметь катастрофические последствия.

Типы синтетических полимеров

Полиэтилен низкой плотности

Полимеры полиэтилена низкой плотности (LDPE) являются одними из наиболее распространенных типов синтетических органических полимеров, которые часто встречаются в домашних условиях. LDPE – это термопласт, сделанный из мономера этилена. Один из первых полимеров, который был создан, он был произведен в 1933 году компанией Imperial Chemical Industries с использованием процесса под высоким давлением путем свободнорадикальной полимеризации. Сегодня он изготавливается таким способом. LDPE обычно перерабатывается, и цифра 4 является его символом переработки.Несмотря на конкуренцию со стороны более современных полимеров, LDPE продолжает оставаться важным сортом пластмасс.

Полиэтилен высокой плотности

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилен высокой плотности (PEHD) – это термопластический полиэтилен, изготовленный из нефти. Для производства одного килограмма HDPE требуется 1,75 кг нефти (в пересчете на энергию и сырье). HDPE обычно перерабатывается, и цифра 2 является его символом.

Полипропилен

Полипропилен (PP), также известный как полипропилен, представляет собой термопластичный полимер, используемый в самых разных областях, включая упаковку и маркировку, текстиль, канцелярские товары, пластиковые детали и многоразовые контейнеры различных типов, лабораторное оборудование, громкоговорители, автомобильные компоненты и т. Д. банкноты полимерные.Дополнительный полимер, изготовленный из мономера пропилена, он прочен и необычайно устойчив ко многим химическим растворителям, основаниям и кислотам.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид (ПВХ) является третьим по величине производимым пластиком после полиэтилена и полипропилена. ПВХ используется в строительстве, потому что он дешевле и прочнее, чем более традиционные альтернативы, такие как медь или ковкий чугун. Его можно сделать более мягким и гибким, добавив пластификаторы, наиболее популярными из которых являются фталаты.В этой форме ПВХ используется в одежде и обивке, в изоляции электрических кабелей, в надувных изделиях и во многих областях, в которых он заменяет резину.

Полистирол

Полистирол (ПС) – это ароматический полимер, изготовленный из мономера стирола, жидкого нефтехимического продукта. PS – один из самых популярных пластиков, бесцветное твердое вещество, которое используется, например, в одноразовых столовых приборах, пластиковых моделях, коробках для компакт-дисков и DVD, а также в корпусах детекторов дыма. Изделия из пенополистирола включают упаковочные материалы, изоляцию и чашки для напитков из пенопласта.Его очень медленное биоразложение является предметом споров, и его часто можно найти на открытом воздухе, особенно вдоль берегов и водных путей.

Нейлон

Нейлон, семейство синтетических полимеров, известных как полиамиды, был впервые произведен 28 февраля 1935 года Уоллесом Каротерсом в исследовательском центре DuPont. Нейлон – один из наиболее часто используемых полимеров. Амидная основная цепь, присутствующая в нейлоне, делает его более гидрофильным, чем полимеры, описанные выше. Обратите внимание, что ваша нейлоновая одежда, например, впитывает воду; это потому, что нейлон может вступать в водородную связь с водой, в отличие от чисто углеводородных полимеров, из которых состоит большинство пластиков.

тефлон

Тефлон (политетрафторэтилен или ПТФЭ) представляет собой синтетический фторполимер тетрафторэтилена, имеющий множество применений. ПТФЭ – твердое высокомолекулярное соединение, полностью состоящее из углерода и фтора. ПТФЭ гидрофобен: ни вода, ни водосодержащие вещества не могут взаимодействовать с ПТФЭ. ПТФЭ используется в качестве антипригарного покрытия для сковород и другой посуды, поскольку он имеет очень низкое трение с другими составами. Он очень инертен, отчасти из-за прочности углеродно-фторных связей, поэтому его часто используют в контейнерах и трубопроводах для химически активных и агрессивных химикатов.При использовании в качестве смазки ПТФЭ снижает трение, износ и потребление энергии в оборудовании. Хотя широко распространенное мнение, что тефлон является результатом космических проектов НАСА, не соответствует действительности, НАСА использовало его.

Тефлоновая сковорода Тефлон (ПТФЭ) часто используется для покрытия сковород с антипригарным покрытием, поскольку он гидрофобен и обладает довольно высокой термостойкостью.

Термопластический полиуретан

Термопластический полиуретан (ТПУ) – это любой класс полиуретановой пластмассы. Он обладает множеством полезных свойств, включая эластичность, прозрачность и устойчивость к маслам, жирам и истиранию.Большинство этих свойств являются результатом того факта, что ТПУ гидрофильно и может реагировать с водой. Технически TPU представляет собой термопластичный эластомер, состоящий из линейных сегментированных блок-сополимеров, состоящих из твердых и мягких сегментов.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Что такое полимеры? – Свойства, приложения и примеры – Видео и стенограмма урока

Повторяющийся элемент из полиэтилена

Синтез полимеров

Полимеры образуются с помощью химических реакций, известных как полимеризации , и большинство из них получают с помощью двух основных типов реакций.Первый тип реакции полимеризации известен как конденсационная полимеризация. Второй тип реакции известен как полимеризация с ростом цепи.

Конденсационная полимеризация , также называемая ступенчатой ​​полимеризацией , происходит, когда два мономера реагируют с образованием повторяющегося звена и молекулы меньшего размера, такой как вода. Прекрасным примером этого типа реакции является полимеризация нейлона из мономеров с карбоновыми кислотами и основными аминами. Реакция (показанная ниже) создает связь между каждым мономером и производит воду в качестве побочного продукта и используется для производства нейлоновых волокон для одежды.

Полимеризация нейлона, в результате которой в качестве побочного продукта образуется вода.

Куртка из нейлоновых волокон

Полимеризация роста цепи происходит, когда мономер образует высокореактивный свободный радикал или молекулу с неспаренным электроном. Свободный радикал быстро реагирует с другим мономером и вызывает повторение единицы с другим свободным радикалом.Быстрая цепная реакция продолжает полимеризацию, и полимерная цепь продолжает расти. Одним из примеров полимера, полученного путем полимеризации с ростом цепочки, является полистирол, полимер, обычно встречающийся в одноразовых стаканчиках для питья.

Полимеризация стирола с образованием полистирола

Стаканы из полистирола

Свойства полимера

Поскольку многие полимеры состоят из длинных гибких цепей, они легко спутываются, как миска с приготовленными спагетти.Неупорядоченное запутывание полимерных цепей создает так называемую аморфную структуру . Аморфные полимеры обычно прозрачны, и их гораздо легче расплавить, чтобы получить такие материалы, как кухонная пленка.

Пищевая пленка для кухни

Полимерные цепи не всегда образуют аморфные структуры. При надлежащих условиях, таких как растяжение, полимерные цепи могут выстраиваться бок о бок, образуя упорядоченные кристаллические структуры.Кристаллическая структура в полимерах также может быть достигнута за счет медленного охлаждения, когда отдельные полимерные цепи складываются сами по себе.

Выровненные полимерные цепи, образующие кристаллические полимеры

Сложенные полимерные цепи, которые также образуют кристаллы

Полимеры также можно использовать для создания огромных трехмерных сетей. Эти сети образуются в результате реакции мономеров с более чем двумя возможными участками полимеризации.Множественные реакционные сайты позволяют различным цепям соединяться друг с другом с образованием сшитых цепей . В результате сшитых цепей получается трехмерное твердое тело, которое по сути представляет собой одну огромную молекулу.

Полимеры в промышленности и природе

Многие полимеры, с которыми мы знакомы из повседневной жизни, известны как пластмассы. Пластмассы, или термопласты , представляют собой полимеры, которые размягчаются при нагревании и принимают различные формы.Из термопластов делают все, от бутылок из-под газировки до столовых приборов для пикника.

Еще одно применение полимеров – длинные пряди, известные как волокна . Волокна включают множество типов синтетической пряжи или каната, которые сделаны из аморфных материалов, таких как полиэфиры. Кристаллические полимеры также могут быть использованы для изготовления волокон, одним из самых известных является волокна, используемые в пуленепробиваемой одежде.

Последние промышленные применения, которые будут обсуждаться здесь, – это резина и пена.Эти материалы состоят из сшитых полимерных цепей. Каучук содержится в таких материалах, как латекс для красок или в вулканизированной резине, содержащейся в шинах. Пены получают либо путем вдувания воздуха в мономеры во время реакции, либо за счет газов, образующихся в качестве побочных продуктов реакции. Мягкие, упругие свойства пенопласта делают их идеальными для постельных принадлежностей, таких как пенополиуретан с эффектом памяти.

Пенополиуретан с эффектом памяти

Полимеры не ограничиваются областью производства и встречаются в мире природы.Один из самых распространенных природных полимеров, целлюлоза, содержится в растениях. Целлюлоза на самом деле представляет собой молекулу сахара (полисахарид), которая придает растениям их волокнистую структуру. Конечно, обсуждение природных полимеров не будет полным без упоминания дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК. ДНК состоит из длинных цепочек пептидов. Две параллельные полипептидные цепи удерживаются вместе силами притяжения, образуя характерную структуру двойной спирали.

Древесина содержит целлюлозу

ДНК с двойной спиральной структурой

Краткое содержание урока

Полимеры – это очень большие молекулы, которые состоят из тысяч или миллионов атомов, которые образуют последовательность повторяющихся единиц.Полимеры образуются в результате реакций полимеризации, в которых молекулы, называемые мономерами , связываются вместе, образуя повторяющихся звеньев . Полимерные цепи могут либо переплетаться друг с другом с образованием аморфных структур , либо выстраиваться с образованием кристаллических структур. Полимеры также могут быть соединены посредством сшивки с образованием трехмерных сетей. Многие современные объекты используют полимеры в виде термопластов , а также волокон . Биологические полимеры, такие как целлюлоза и ДНК, можно найти во всем мире природы.

Полимеры: ключевые термины

Условия	Определения
Полимеры	очень большие молекулы, состоящие из тысяч и миллионов атомов, которые образуют последовательность повторяющихся единиц
Мономеры	молекул, которые связываются вместе с образованием повторяющихся звеньев в полимерной цепи
Повторяющиеся блоки	молекулярных звеньев в полимерной цепи
Полимеризация	химическая реакция, которая создает полимеры
Конденсационная полимеризация / ступенчатая полимеризация	два мономера реагируют с образованием повторяющегося звена и молекулы меньшего размера
Полимеризация с ростом цепи	возникают, когда мономер образует высокореактивную молекулу с неспаренным электроном
Свободный радикал	молекула с неспаренным электроном
Аморфный	Структура, образующаяся из-за неупорядоченного переплетения полимерных цепей
Сшитые цепи	различных цепочек, которые соединяются друг с другом, образуя трехмерные твердые тела, которые по сути представляют собой одну огромную молекулу
Термопласты	полимеры, которые размягчаются при нагревании и могут принимать различные формы
Волокна	длинные пряди из аморфных материалов или кристаллических полимеров

Результаты обучения

По окончании урока учащиеся должны уметь:

• Определение полимера
• Опишите, как синтезируются полимеры
• Назовите примеры полимеров, используемых в нашей повседневной жизни

.