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

69040. Расчет энергетического спектра случайного сигнала 206.5 KB
  Расчет энергетического спектра случайного сигнала. Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала. Пример расчета энергетического спектра случайного сигнала. Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала.
69041. Аналитический сигнал и его свойства. Описание огибающей случайного сигнала 250.5 KB
  В лекции 2.6 были введены понятия огибающей, мгновенной фазы и мгновенной частоты для детерминированного квазигармонического сигнала. Аналогичные понятия могут в общем виде введены и для любого и в том числе для случайного сигнала.
69042. Дискретное представление непрерывных сигналов. Теорема В.А.Котельникова 220.5 KB
  Дискретизация непрерывного сигнала означает переход от непрерывного к дискретному способу задания сигнала на оси времени без потери сведений о форме сигнала рис.3 с точки зрения повышения помехоустойчивости ТКС: цифровой сигнал подлежит регенерации восстановлению формы с точностью до шага...
69043. Дискретизация непрерывных сигналов по теореме В.А. Котельникова 200.5 KB
  До сих пор речь шла о сигналах со спектром не превышающим частоту и где ширина спектра сигнала.3 где отсчетные значения соответственно амплитуды и фазы сигнала; и определяется соответственно через 2. среднее значение круговой частоты в спектре сигнала.
69044. Обще сведения о модулированных сигналах. Классификация. Сигналы модулированные по амплитуде 226 KB
  Трансформация переносчика в линейный сигнал осуществляется в процессе модуляции. С учетом особенностей линий связи в процессе модуляции решаются следующие задачи: 1 Перенос признаков сообщения в область частот переносчика формирование линейного сигнала; 2 Придание линейному сигналу...
69045. Форматирование документов XML с помощью XSL 246 KB
  Основными типами выходных документом при преобразованиях XSLT являются документы XML, текстовые документы и документы HTML. Конечным результатом преобразования является представление выходного документа в оформлении, которое зависит как от содержания документа, так и носителя, на который выводится документ...
69046. Внутристроковые элементы XSL 192.5 KB
  Элемент fo:inline обычно используется для форматирования участка текста. Содержимым этого элемента являются текстовые данные (#PCDATA), либо блоковые или внутристроковые элементы. Для элемента fo:inline, так же как и для элемента fo:block, определены общие свойства фона, рамки и отступа...
69047. Технология работ при создании лесных культур на вырубке 1.32 MB
  В системе машин каждая предыдущая машина своей работы создает условия для работы последующей машины. Следовательно, для осуществления лесохозяйственных мероприятий из системы машин выбираются необходимые лесохозяйственные машины и транспортные средства.
69048. Представление текста в SVG 335 KB
  В XML текстовое содержание определяется как последовательность символов, где каждый символ определен своим кодом Unicode. С другой стороны, шрифты состоят из набора глифов (glyphs) и другой связанной информации, такой, как таблицы шрифтов.