71073

Введение в технологию синтеза полимеров. Научные основы получения полимеров с заданными свойствами

Лекция

Химия и фармакология

По происхождению полимеры делятся на три группы: природные искусственные и синтетические. Искусственные полимеры получают путём обработки природных полимеров при их выделении очистке модификации при этом структура основных цепей остаётся неизменной. Синтетические полимеры получают в результате синтеза из низкомолекулярных веществ.

Русский

2014-11-01

1018.18 KB

8 чел.

ЛЕКЦИЯ 1. Введение в технологию синтеза полимеров. Научные основы получения полимеров с заданными свойствами.

Мономер – низкомолекулярное соединение (вещество), из которого в результате химической реакции полимеризации или поликонденсации образуется полимер.

Большинство мономеров, участвующих в полимеризации, принадлежит к одному из следующих двух классов:

1) соединения, полимеризующиеся вследствие раскрытия кратных связей С = С, С ≡ С, С = О, C ≡ N и др. (олефины, диеновые и ацетиленовые углеводороды, альдегиды, нитрилы и др.);

2) соединения, полимеризующиеся вследствие раскрытия циклическихгруппировок, например окисиды олефинов, лактамы, лактоны.

Мономерами для поликонденсации могут быть любые соединения, содержащие в молекулах не менее двух реагирующих (функциональных) групп, например диамины, дикарбоновые кислоты, аминокислоты, гликоли. При этом из бифункциональных соединений образуются линейные полимеры, из соединений с функциональностью больше двух – разветвлённые и пространственные (сетчатые) полимеры.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

По происхождению полимеры делятся на три группы: природные,

искусственные и синтетические.

Природные образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Примеры  природных полимеров: протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Искусственные полимеры получают путём обработки природных полимеров при их выделении, очистке, модификации, при этом структура основных цепей остаётся неизменной. Примером искусственного полимера является целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфорой для повышения эластичности.

Синтетические полимеры получают в результате синтеза из низкомолекулярных веществ. Они не имеют аналогов в природе. Примеры синтетических полимеров: полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, фторопласт, капрон и др.

По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

Органические  полимеры образованы с участием органических радикалов (CH3, C6H5, CH2). Это смолы и каучуки.

 Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры состоят из оксидов Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К неорганическим полимерам относятся керамика, слюда, асбест.

По числу мономерных звеньев в цепи полимеры классифицируют на гомополимеры и сополимеры.

Гомополимеры состоят из одинаковых звеньев (например, –А–А–А–), а сополимеры – из двух или более звеньев (например, –А–В–С–).

Сополимеры подразделяют на статистические –А–В–В–А–В–А–А–А–В–В– (имеют нерегулярное расположение звеньев) и чередующиеся А–В–А–В– (имеют регулярное расположение звеньев).

Различают блок-сополимеры и привитые сополимеры Блок-сополимеры имеют длинные последовательности звеньев каждого типа ~АААААВВВВВААААА~ и в названии указываются составляющие звенья [например, поли (стирол–блок–метилакрилат)]. Привитыесополимеры основную цепь имеют из звеньев одного мономера, а боковую – из звеньев другого мономера: –А–А–А–А–А–

                  –В–В–В.

По составу главной цепи макромолекулы полимеры делятся на гомоцепные и гетероцепные. Гомоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую из одинаковых атомов. Если она состоит из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными (полиэтилен, полистирол и др.):

–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–.

Если главная цепь состоит из атомов кремния, то полимеры называют кремнийцепными: –Si–Si–Si–Si–Si–Si–Si–Si–Si–.

Гетероцепными называют полимеры, главная цепь которых состоит из разных атомов. К гетероцепным полимерам относятся простые эфиры, например полиэтиленгликоль: –CH2–CH2–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O–CH2–CH2–O–.

По структуре макромолекулы полимеры делятся на линейные, разветвлённые, сетчатые или пространственные.

Среди классификаций по свойствам наиболее важным является разделение полимеров по их отношению к нагреванию на термопластичные и термо-

реактивные.

· Термопластичные полимеры (термопласты), это полимеры линейного и разветвленного строения, которые обратимо изменяют свои свойствапри нагревании и охлаждении. Они размягчаются при нагревании и отвердевают при охлаждении, сохраняя форму и исходное химическое строение.

Примерами термопластичных полимеров являются полиэтилен, поливи-

нилхлорид, найлон и сургуч.

· Термореактивные полимеры (реактопласты) при нагревании изменяют химическое строение и структуру, превращаясь в неплавкие и нерастворимые материалы, характеризующееся образованием поперечных химических связей между макромолекулами. Вследствие наличия прочной химической связи между цепями, исключающей их взаимное перемещение, сетчатые полимеры немогут быть переведены в жидкое состояние без разрушения их структуры.

Примерами термореактивных полимеров являются резольные феноло-формальдегидные, аминоформальдегидные олигомеры, алкиды и др.

В зависимости от своей конечной формы и назначения полимеры мож-

но классифицировать на пластики (или пластмассы), эластомеры, волокнообра-

зующие и жидкие смолы (олигомеры).

Эта классификация основана на деформационно - прочностных свойствах

полимеров.

· Эластомерами называют полимеры, полученные после вулканизации каучуковых продуктов и обладающие хорошей деформируемостью и высокой прочностью (т.е. способные к очень большим обратимым деформациям и к быстрому восстановлению формы после снятия нагрузки). Типичные примеры эластомеров – натуральный, синтетический и силиконовый каучуки, резины.

· Полимеры превращают в "волокна" вытяжкой в нитеподобные материалы, длина которых, по крайней мере, в 100 раз превышает их диаметр. Для них характерно высокое сопротивление деформированию и большая разрывная прочность. Эти свойства проявляются за счет сильных межмолекулярных взаимодействий.

Типичными примерами являются найлон и лавсан.

· Если полимеру под действием давления и температуры придают жесткую и прочную форму изделия, его называют пластиком. По своим механическим свойствам они занимают промежуточное положение между эластомерами и волокнообразующими. Типичными примерами являются полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.

Пластики условно делятся на гибкие (полиэтилен), жесткие (полистирол,

полиамиды, целлюлоза).

· Полимеры, используемые в качестве адгезивов, герметиков, уплотнителей и пр. в жидкой форме, называют жидкими смолами, например промышленные эпоксидные адгезивы и полисульфидные уплотнители; эти же продукты могут быть использованы в качестве пленкообразователей в лакокрасочных материалах.

Но данное деление условно. Например, полиэтилентерефталат (лавсан) – волокнообразующий полимер (его добавляют к натуральному волокну), но в то же время из него делают и бутылки, а это уже пластик.

1.2. Реакционные центры мономеров, олигомеров и полимеров

В процессах синтеза полимеров принимают участие мономеры, олигомеры, полимеры и растущие цепи, реакционная способность которых определяется количеством и природой реакционных центров. В широком плане под реакционным центром понимают группу атомов, которая претерпевает изменения в данной реакции RX         К         П     

где Х – реакционный центр, R – неизменный радикал, полностью

входящий в состав продукта реакции П.

Реакционными центрами называют ту часть растущих цепей, которые вступают в элементарные реакции полимерообразования (цепной полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полимераналогичных превращений и химической модификации, структурирования). При этом реакционные центры растущих цепей могут как исчезать (например, в процессах поликонденсации, сопровождающихся выделением низкомолекулярных соединений, и в реакциях полиприсоединения), так и регенерироваться (ионные пары, свободные ионы и радикалы в процессах цепной полимеризации).

Функциональной группой называется часть молекулы мономера, определяющая его принадлежность к тому или иному классу соединений. Число функциональных групп мономера (олигомера, полимера), имеющих характерную реакционную способность, определяет его молекулярную (структурную) функциональность. Поликонденсационные олигомеры могут быть как бифункциональными (содержащими в молекуле два реакционных центра), так и полифункциональными.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31637. Накопители на гибких магнитных дисках 99 KB
  Структура накопителя на гибких магнитных дисках Устройство накопителя на гибких магнитных дисках НГМД рис. Все электрические схемы размещаются на печатной плате компонуемой в корпусе НГМД. Обычно в профессиональной ПЭВМ к одному адаптеру через интерфейс можно подключать до четырех НГМД. Для подключения определенных НГМД применяются микропереключатели.
31639. Накопители на оптических дисках 1.41 MB
  Основы оптической записи Методы оптической записи на поверхности подвижного носителя основаны на способности некоторых материалов изменять отражательные свойства на участках которые подвергались тепловому магнитному или комбинированному воздействию. Первоначально для оптической записи использовалось свойство лазерного луча прожигать отверстия в тонком слое металла рис. Такой способ записи используется для НОД с однократной записью. Возможность многократной записи обеспечивается при использовании магнитооптических носителей.
31640. Видеоадаптеры. Графические видеоадаптеры точечные 33.63 KB
  Последней командой графического файла является команда безусловного перехода на начало файла что обеспечивает регенерацию изображения. Структура графического адаптера с произвольным сканированием векторного типа: СМ сумматор ГВ генератор векторов Если адаптер работает в абсолютных координатах то ЦП сильно загружен в режиме редактирования или перемещения изображения. Адаптеры такого типа обладают отсутствием мерцания возможностью наложения изображения из видеоЗУ на стандартное телевизионное изображение от телекамеры или...
31641. Системные и локальные шины 23.51 KB
  Стоимость такой организации получается достаточно низкой поскольку для реализации множества путей передачи информации используется единственный набор линий шины разделяемый множеством устройств. Одна из причин больших трудностей возникающих при разработке шин заключается в том что максимальная скорость шины главным образом лимитируется физическими факторами: длиной шины и количеством подсоединяемых устройств и следовательно нагрузкой на шину. Эти физические ограничения не позволяют произвольно ускорять шины.
31642. Системная шина ISA 11.88 KB
  Эта системная шина отличалась наличием второго 36контактного дополнительного разъема для соответствующих плат расширения. Системная шина IS полностью включала в себя возможности старой 8разрядной шины. Шина IS позволяет синхронизировать работу процессора и шины с разными тактовыми частотами.
31643. Психологические особенности детей дошкольного возраста 55.5 KB
  Игра сюжетно ролевая игра Наглядно образное мышление Начало понятийного мышления Картина мира Произвольность поведения Самооценка Практическое овладение речью развитие функций речи Дошкольное детство большой отрезок жизни ребенка. Социальная ситуация развития Изменяется место ребенка в системе отношений уже не является центром своей семьи развивается способность к идентификации с людьми образами героев художественных произведений. Она оказывает значительное влияние на развитие ребенка. Но хотя жизнь в игре протекает в...
31644. Психологическая готовность ребёнка к обучению в школе. Проблемы адаптации первоклассника к школе 55.5 KB
  Психологическая готовность ребёнка к обучению в школе. Проблемы адаптации первоклассника к школе. Тема готовности ребенка к школе в отечественной психологии своими корнями уходит в труды Л.Эльконина готовность ребенка к обучению в школе определяет социальная зрелость.
31645. Психологические особенности детей младшего школьного возраста 54.5 KB
  Отчетливо виден социальный смысл учения отношение маленьких школьников к отметкам. Учебные действия школьников с помощью которых можно решить задачу. Самоконтроль Оценка Самооценка Особенности познавательного развития младших школьников. Внимание школьников зависит от: организации активной умственной деятельности.