Химия Полимеры и пластмассы Автор: Ольга Катана ОАДК ОНПУ 2010

Кожа и хлопок, цемент и глина – все это полимерные материалы. полимерные материалы

Благодаря широкому спектру качеств, которыми обладают современные полимерные материалы и невысокой стоимости их производства, в настоящее время синтетические полимеры и пластмассы широко используются в строительстве и ремонте. пластмассы

В начале двадцатого века люди научились создавать синтетические полимерные материалы. За прошедшее столетие произошел гигантский скачок в этой области и в настоящее время синтетические полимерные материалы с различными свойствами, не имеющие аналогов в природе – часть быта любого человека.

.

Слово «пластмассы» - это сокращение от словосочетания «пластические массы». Основные свойства пластмасс. Химические свойства. С точки зрения химического поведения полимер похож на мономер (или мономеры), из которого (или которых) он получен. Углеводороды этилен H 2 C=CH 2, пропилен H 2 C=CH–CH 3 и стирол H 2 C=CH–C 6 H 5 претерпевают присоединительную полимеризацию, образуя полиэтилен, полипропилен и полистирол со следующими структурами: Частью огромной группы полимерных материалов являются пластмассы Группа пластмассы получило свое название благодаря набору общих свойств. Все пластмассы становятся пластичными в процессе обработки и теряют свою пластичность после ее окончания.

Трудно перечислить все области строительства, в которых применяются пластмассы и синтетические полимерные материалы. Большая часть изоляционных материалов, оргстекло, эпоксидная смола, используемая для производства клея и лаков – все это полимерные материалы.

полимеры - это не всегда пластмассы, а вот пластмассы – это всегда полимеры!!!

полимеры – это повторяющиеся многомерные структуры в пространстве и взаимодействующие между собой с силой определяемой природой составляющих компонентов. (Например: силоксановая смазка – вязкая жидкость, а корпус телефона – жесткий пластик.)

Полимеры Макромолекулы большинства ВМС – это высокомолекулярные соединения (ВМС) состоящие из макромолекул. построены из одинаковых многократно повторяющихся групп атомов, которые называются – элементарными звеньями. А степень полимеризации определяется числом звеньев входящих в состав макромолекулы.

Полиэтилен и другие пластмассы используют для обеспечения паро- и гидроизоляции помещений. Пенопласт, вспененный полистирол и другие, близкие по свойствам полимерные материалы – для создания тепло- и звукоизоляции. Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами.

Термические и механические свойства в сильной мере зависят от расположения мономерных звеньев в полимерных цепях, поскольку полимеры могут кристаллизоваться, если цепи имеют регулярное строение и расположены параллельно друг другу

Для полимеров характерны некоторые общие свойства которые позволяют выделить химию ВМС в самостоятельную науку. Эти свойства не могут быть описаны с помощью классической химии. Поэтому для полимеров вводятся принципиально новые понятия, общие для всего класса этих соединений. Главные особенности и признаки: полимеры характеризуються молекулярной массой и полимеры нельзя испарить!!!

Пластмассы ( пластические массы) – это материалы, которые получают на основе природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров), которые способны вследствие своей пластичности принимать заданную им форму под действием тепла и давления и стабильно сохранять её.

Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами.

В ряде случаев в качестве сырья применяются природные полимеры – целлюлоза, каучук или канифоль; чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука можно получить резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.

Полимеризация Слово «полимер» - греческого происхождения. Буквально, полимер - это молекула, состоящая из многих (поли-) частей (мерос), каждая из которых представляет собой мономерное, т.е. состоящее из одной (моноз) части, звено полимерной цепи. Реакция получения полимера из мономера называется полимеризацией. Полимерные молекулы обычно представляют собой очень длинные цепи, линейные или разветвленные. Образование этих молекул возможно благодаря тому, что атомы углерода легко и прочно соединяются друг с другом и со многими другими атомами.

Известно много типов полимеризации, однако наиболее распространены два из них: присоединительная полимеризация и поликонденсация. В присоединительной полимеризации мономеры присоединяются друг к другу непосредственно, без изменения состава. Например, молекулы этилена H 2 C=CH 2, состоящие из 6 атомов каждая, соединяются, образуя полиэтилен. Фрагмент полиэтиленовой цепи выглядит следующим образом:

Вся цепь содержит более 6000 атомов. Углеродные атомы цепи соединены простыми (одинарными), а не двойными связями (рис. 1). Эту реакцию можно записать как nH 2 C=CH 2 ® [–CH 2 –CH 2 –] n, где n (число составных звеньев) может достигать 1000 и более, т.е. структура в скобках должна повторяться 1000 и более раз. Сходным образом этиленоксид C 2 H 4 O превращается в полиэтиленоксид согласно схеме:

При поликонденсации два или несколько различных мономеров реагируют, образуя цепь. При этом от их молекул отщепляются небольшие фрагменты, которые, соединяясь друг с другом, обычно образуют воду, т.е. в конечном полимерном продукте присутствуют не все атомы мономеров. Важное условие поликонденсации состоит в том, чтобы каждый мономер был бифункциональным, т.е. содержал две функциональные группы; обе они могут реагировать с функциональными группами другого компонента. Функциональные группы - это те части молекулы, которые непосредственно участвуют в химической реакции, т.е. места, где атомы, ионы, радикалы или другие группы могут либо отщепляться от молекулы, либо присоединяться к ней.

Термопласты Все линейные или слегка разветвленные полимеры термопластичны. Это означает, что они могут многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом, в сущности, физическом процессе, похожем на повторяющиеся расплавление и кристаллизацию металла, химических изменений не происходит.

Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Материалы такого рода называют реактопластами. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.

Хорошо известный реактопласт – феноло-формальдегидную смолу – получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Первая стадия выглядит следующим образом: