Из чего состоят полимеры – Полимеры — свойства и применение

alexxlab | 14.11.2020 | 0 | Вопросы и ответы

Полимерные материалы и пластмассы. Состав и строение полимеров

Полимерными материалами или полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных маломолекулярных звеньев (мономеров) одинакового строения. Чаще всего для получения полимеров применяют следующие мономеры: этилен, винилхлорид, винилацетат, винилденхлорид, тетрафторэтилен, пропилен, метилметакрилат, стирол, мочевину, фенол, меламин, формальдегид.

Особенностью молекул полимеров является их большая молекулярная масса (М > 5•10³). Соединения с меньшей молекулярной массой (М = 500 – 5000) называются олигомерами, у низкомолекулярных соединений М

Различают природные и синтетические полимеры. К полимерам, встречающимся в природе, относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть и т. д. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений.

В зависимости от способа образования высокомолекулярных синтетических соединений различают полимеры, получаемые либо в процессе поликонденсации, либо в результате реакции присоединения.

Полимеризация – это процесс соединения низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные с образованием длинных цепей. Величиной степени полимеризации является количество меров в молекуле полимера. В большинстве полимеров их количество составляет от 1000 до 10000 единиц. В результате полимеризации получают такие часто применяемые полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полибутадиен и др.

Поликонденсация – это ступенчатая реакция, заключающаяся в соединении большого количества одинаковых мономеров или двух различных групп (А и В) мономеров в макромолекулы (поликонденсаты) с одновременным образованием побочных продуктов (вода, аммиак, хлороводород, диоксид углерода, метиловый спирт и др.).

С помощью реакции поликонденсации получают полиамиды, полиэстеры, фенопласты, аминопласты, поликарбонаты, полисульфоны, силиконы и другие полимеры.

Полиприсоединение – процесс образования полимера в результате реакции множественного присоединения мономеров, содержащих предельные реакционные группы, к мономерам, содержащим непредельные группы (двойные связи или активные циклы). В отличие от поликонденсации полиприсоединение протекает без выделения побочных продуктов.

Выездной бар цена на сайте компании catering.moscow. Большое меню коктейлей.

К важнейшим реакциям полиприсоединения относятся получение поли-уретанов и процесс отверждения эпоксидных смол.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры, составляющие наиболее обширную группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи, кроме перечисленных, атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, сочетающихся с органическими радикалами. В природе таких соединений нет. Это чисто синтетические полимеры. Их характерными представителями являются кремнийорганические соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода. Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда, асбест и др.) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния и др.

Для получения материалов с заданными свойствами в технике часто используют не сами полимеры, а их сочетания с другими материалами как органического, так и неорганического происхождения (металлопласты, пластмассы, полимербетоны, стеклопластики и др.).

Своеобразие свойств полимеров обусловлено их структурой. Различают следующие типы полимерных структур: линейную, линейно-разветвленную, лестничную и пространственную с громоздкими молекулярными группами и специфическими геометрическими построениями (рисунок 15.1).

Рисунок 15.1 – Различные типы структур полимеров: а – линейная; б – линейно-разветвленная; в – лестничная; г – пространственная сетчатая

Полимеры с линейной структурой представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рисунок 15.1, а). Их макромолекулы характеризуются повторениями вдоль цепи одной и той же структурной группы – звена или химической единицы цепи. Для полимеров с линейной структурой существенно наличие достаточно длинных макромолекул с резким различием характера связи вдоль цепи и между цепями (химические и межмолекулярные связи). Для макромолекул полимеров с линейной структурой характерна высокая гибкость. Гибкость – основное свойство полимерных цепей, приводящее к качественно новым свойствам: высокой эластичности и отсутствию хрупкости в твердом состоянии. Полимеры с линейно-разветвленной структурой помимо основной цепи имеют боковые ответвления (рисунок 15.1, б). К типичным полимерам с линейной структурой относится полиэтилен, с линейно-разветвленной – полиизобутилен и полипропилен.

Молекула полимера с лестничной структурой (рисунок 15.1, в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями. Полимеры с лестничной структурой, к которым относятся, например, кремнийорганические полимеры, характеризуются повышенной термостойкостью, жесткостью, они нерастворимы в органических растворителях.

Полимеры с пространственной структурой (рисунок 15.1, г) образуют при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочные химические связи. В результате такого соединения макромолекул образуется сетчатая структура с различной густотой сетки или пространственная сетчатая структура. Полимеры с пространственной структурой обладают большей жесткостью и теплостойкостью, чем полимеры с линейной структурой. Полимеры с пространственной структурой являются основой конструкционных неметаллических материалов.

По фазовому составу полимеры представляют собой системы, состоящие из кристаллических и аморфных областей.

Кристаллическая фаза полимеров способствует повышению их твердости, прочности, модуля упругости и других механических характеристик, одновременно снижая гибкость молекул. Аморфная фаза уменьшает жесткость, делает полимер более эластичным, т. е. способным к большим обратимым деформациям. Отношение объема всех кристаллических областей к общему объему называют степенью кристалличности. Высокую степень кристалличности (60 – 80 %) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности. Меньшей степенью кристалличности обладают поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности.

В зависимости от того, как ведут себя полимеры при нагреве, они делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются и плавятся, а при охлаждении затвердевают. При этом материал не претерпевает химических превращений, что делает процесс плавления-затвердевания полностью обратимым. Термопластичные полимеры имеют линейную или линейно-разветвленную структуру макромолекул. Между молекулами действуют слабые силы и нет химических связей. К термопластам относятся полиэтилен, полистирол, полиамиды и др. Изделия из термопластичных полимеров изготавливают литьем под давлением в водоохлаждаемые формы, прессованием, экструзией, выдуванием и другими способами.

Термореактивные полимеры сначала имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и превращаются в твердое вещество, сохраняя и в дальнейшем высокую твердость. Последующий нагрев не размягчает их и может привести только к их разложению. Готовый термореактивный полимер не плавится и не растворяется, поэтому в отличие от термопластичного не может подвергаться повторной переработке. К термореактивным полимерам относятся феноло-формальдегидная, кремнийорганическая, эпоксидная и другие смолы.

uas.su

Пластмассы и природные полимеры

Полимеры состоят из небольших молекул, соединенных в длинные цепи. Пластмасса и синтетические волокна. например нейлон, — полимеры, полученные из содержащихся в нефти соединений. Помимо синтетических, существуют природные полимеры — резина, крахмал, шерсть, шелк и даже волосы человека. Пластик может принимать любую форму благодаря формовке.

Как делают пластмассу

Пластмассы — это синтетические полимеры, состоящие из органических соединений, входящих в состав нефти. Множество пластмасс, включая полиэтилен,  поливинилхлорид и полистирол получают из этилена — одного из алканов. Полиэтилен и полистирол можно расплавить и затем делать из них посуду. В тонкие листы полиэтилена упаковывают продукты.

Этилен — ненасыщенное соединение т.е. в нем есть двойные ковалентные связи, по которым могут присоединяться новые атомы. Термин «двойная связь» оз­начает, что у двух атомов есть две общие пары электронов. В состав молекулы этилена (C₂H₄) входят два атома углерода, соединенные двойной ковалентной связью. Двойная связь может открыться и присоединить новые атомы. При нагревании, высоком давлении и в присутствии катализатора молекулы этиле­на могут реагировать друг с другом. При этом двойные связи раскрываются, атомы углерода соединяются и образуют длинные цепочки — огромные молекулы по­лиэтилена. Такое соединение молекул называется полимеризацией. Небольшие молекулы, из которых состоит молекула полимера, называются

мономерами. Гигантская молекула полиэтилена может содержать до 20 000 атомов углерода.  При замене некоторых атомов в мономерах на другие можно получать разные виды пластмасс. Поливинилхлорид (ПВХ) образуется при замещении атомов водорода в этилене атомами хлора: при этом образует­ся хлорэтилен. Молекула ПВХ состоит из длинной цепочки мономеров – молекул хлорэтилена.

Пластмассы делятся на две группы. Термопластичные пластмассы можно расплавить и использовать вновь, а термореактивные расплавить вновь нельзя. В термопластичных пластмассах полимерные цепочки не связанны между собой. В термореактивных пластмассах полимерные цепи жестко связаны друг с другом. Термопластичные пластмассы – такие, как полиэтилен, полистирол, нейлон, — гибкие, но не термостойкие. Эти пластмассы можно перерабатывать по нескольку раз, но пока это мало применяется. Термореактивные пластмассы используются только один раз. Они имеют жесткую структуру, они тверды и теплостойки. Эбонит, из кото­рого делают посуду, относится к термореактивным пластмассам.

Синтетические волокна

Из некоторых пластмасс, например из нейлона, полистирола и акрила, можно делать волокна. Их можно прясть, как шерсть и хлопок, делать из них одежду ковры, веревки и прочные ткани для парусов и парашютов. Синтетические волокна, например лайкра, гладкие и легкие. Они помогают уменьшить вес и трение, что важно для танцоров и спортсменов. Синтетические волокна прочнее и лег­че натуральных — шерсти, хлопка. К тому же из синтетических волокон, в отличие от натуральных, можно сделать очень длинные нити.

Свойства пластмасс

Здесь вы найдете описание множества ­полезных свойств пластмасс. Некоторые свойства пластмасс создают трудности. Пластмассы не подвержены гниению и коррозии, поэтому их нелегко уничтожить, а некоторые из них при горении выделяют ядовитые газы. Впрочем, сейчас уже разработаны новые сорта пластмасс, поддающихся биологическому разложению. Первые пластмассы были получены более 170 лет назад. Тогда был создан целлулоид, а позднее – бакелит. В начале XX века из бакелита делали корпуса радиоприемников и телефонов. Сейчас телефоны не делают из бакелита, а из значительно более легких материалов. Полиэтилен, полистирол и нейлон появились в 1930 годах. В упаковке из полистирола еда долго не остывает. Пенополистирол —   прекрасный изолятор, к тому же он очень легок. Из него делают упаковки для продуктов и бьющихся приборов. Современные паруса делают из чрезвычайно прочных и легких синтетических волокон, например майлара. Тефлон (политетрафторэтилен) делает поверхность сковородок гладкими, и к ним ничего не прилипает. Компакт-диски делают из поликарбоната. Затем их покрывают тонким слоем алюминия. Пластмассы не проводят электричество, поэтому из них делают вилки и розетки, а также изоляцию для проводов. В аэрокосмической промышленности используются композитные материалы – пластмассы, укрепленные стеклянным волокнами.

Природные полимеры

До изобретения пластмасс в текстильной промышленности использовались природные полимеры – шерсть, хлопок, джут. Молекулы природных полимеров, как и пластмасс, представляют собой длинные цепочки более простых молекул. Белки – тоже природные полимеры. ДНК, вещество, из которого состоят хромосомы, — природный полимер. Хромосомы находятся в составе ядер живых клеток. В них записана генетическая информация организма. Резину делают из природного полимера под названием латекс, млечного сока коры каучуконосных растений. После вулканизации — нагревания в присутствии серы — резина становится прочной. Вулканизация используется при производстве автомобильных шин.

www.polnaja-jenciklopedija.ru

Полимеры – это… Что такое Полимеры?

Полимеры — – вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. По происхождению полимеры делят на природные, или… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ПОЛИМЕРЫ — (от поли… и греч. meros доля часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. По происхождению полимеры… …   Большой Энциклопедический словарь

ПОЛИМЕРЫ — (от греч. polymeris состоящий из многих частей) вещества, состоящие из макромолекул, т. е. молекулярных полимерных цепей. В химии полимеры наз. также высокомолекулярными соединениями. Существуют как природные (см. Полимеры, биологические), так и… …   Физическая энциклопедия

ПОЛИМЕРЫ — (от поли… и греческого meros доля, часть) (высокомолекулярные соединения), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих… …   Современная энциклопедия

ПОЛИМЕРЫ — ПОЛИМЕРЫ, вещества, образованные слиянием от двух до нескольких тысяч простых молекул (МОНОМЕРОВ), в результате чего получается крупная молекулярная структура. Некоторые полимеры, такие как ЦЕЛЛЮЛОЗА, встречаются в природе; другие получают… …   Научно-технический энциклопедический словарь

ПОЛИМЕРЫ — [Словарь иностранных слов русского языка

Полимеры — (от поли… и греческого meros доля, часть) (высокомолекулярные соединения), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

ПОЛИМЕРЫ — ПОЛИМЕРЫ, ов, ед. полимер, а, муж. Высокомолекулярные химические соединения, состоящие из однородных повторяющихся групп атомов, широко применяемые в современной технике. Природные, синтетические п. | прил. полимерный, ая, ое. Полимерные… …   Толковый словарь Ожегова

Полимеры — Полимеры: высокомолекулярные соединения неорганического и органического происхождения или вещества с большой молекулярной массой, состоят из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок составных звеньев,… …   Официальная терминология

полимеры — ов, мн. polymères m., pl, нем. Polymeren <гр. polymeres состоящий из многих частей, многообразный. спец. Вещества, образующиеся соединением нескольких, часто очень многих, простых молекул при определенных условиях. БАС 1. Полимеризатор а, м.… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

полимеры — Химические соединения с высокой молекулярной массой (от неск. тысяч до мн. миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены… …   Справочник технического переводчика

dic.academic.ru