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

6 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

41326. Лабораторная работа Определение скорости полета пули методом баллистического маятника 461 KB
  Приборы: пули свинцовые 5 штук; пневматическое ружье; баллистический маятник; аналитические весы 0001 г; технические весы 1 г; линейка 1 см; секундомер 01 с. где d расстояние от зеркальца до шкалы; n отклонение “зайчика†по шкале; расстояние от оси вращения до точки удара пули; l расстояние от оси вращения до центра тяжести; h высота поднятия цента тяжести;  угол отклонения; масса пули m.
41327. Основные закономерности движения простых колебательных систем. Изучение вынужденных колебаний 123 KB
  Найдем коэффициент возвращающей силы К и модуль Юнга Е. Теперь найдем добротность Q логарифмический декремент затухания  коэффициент затухания  коэффициент трения r частота резонанса Wрез: Итак подытожим результат: Е = 54 109  05 109 с1; К = 58  01 кгс1; W0 = Wрез= 622 с1; Q = 2074;  = 002;  = 02; r = 06.
41328. Измерение ускорения силы тяжести при помощи оборотного маятника Катера и механического секундомера 33.5 KB
  Положение ножа Х см Время с Период с1 67 71 142 84 168 82 915 183 91 183 Примерное значение А  81 см. Проведем измерения при нескольких значениях Х лежащих вблизи А: Положение ножа Х см Период Т1 с1 Период Т2 с1 825 184 183 820 184 181 815 183 181 810 183 180 805 182 179 800 182 179 795 182 179 Установим и измерим расстояние а между подшипниками: а = 8546 42 = 8504 мм. Определим центр инерции: а1 = 225 88 = 137 см Измерение периода колебаний Т I положение маятника: N1 = 100; t1 = 181 c.; N3...
41329. Измерение токов и напряжений 188.76 KB
  Цель работы: сравнение две возможные схемы включения амперметра и вольтметра; определение сопротивления амперметра и вольтметра. Приборы: три реостата (30 Ом, 5А; 30 Ом, 5А; 100 Ом, 2А), амперметр (класс точности 0.2; цена деления 0,05 А), вольтметр (точность 0.2; цена деления 1.5 В), выключатель и два переключателя
41330. Измерение токов и напряжений. Дополнение к лабораторной работе 40.5 KB
  Гадуировка шкалы – до 100 В; установка – до 150 В, относительно всей шкалы. Тогда одно деление равно 150/100 = 1,5 В. Vотсч = 0,5 * 1,5 = 0,75 В
41331. Определение отношения e/m при помощи фокусировки электронного пучка в продольном магнитном поле 219 KB
  Приборы: потенциометр 100 Ом 2А вольтметр градуировка 600 В вся шкала 1200 В класс точности 10 амперметр градуировка 150 А вся шкала 3 А класс точности 05. а Ищем Vград Класс точности = 10; Vград Vномин = 001; Vград = 1200 001 = 12 В Vград = 12 В б Ищем Vотсч Градуировка шкалы до 600 В; установка до 1200 В относительно всей шкалы. Общая формула: а Ищем Iград Класс точности = 05; Iград Iномин = 0005; Iград = 3 0005 = 0015 А Iград = 0015 А б Ищем Iотсч Градуировка шкалы до 150 А; установка до 3...
41332. Определение моментов инерции тела 329.5 KB
  Отчет по работе № 90 “Определение моментов инерции тела” студента 12 группы I курса Василькова Сергея Дмитриевича. Приборы: штангенциркуль (0,05 мм); весы (гиревые) (1 г); секундомер (0,1 с). Изучаемый прибор...
41334. Определение моментов инерции тела. Дополнение к отчету по работе 37 KB
  Момент инерции для известного тела: К = К2 К1 = 0028 0002 кгм2 Параметры известного тела: s = 21375 мм; p = 175 мм; l = 25 мм Аналитическое вычисление:.