Cтраница 1
Природные полимеры мы не рассматриваем, так как, учитывая колоссальный объем исследований в данной области, это совершенно невозможно сделать в пределах данной монографии.
Природные полимеры распространены достаточно широко, это, например, белки и целлюлоза. Полимеры представляют собой соединения с длинными молекулами, построенными как последовательность повторяющихся идентичных химических единиц, связанных в цепи ковалентными связями. Возможно, основные сведения о способах синтеза полимеров химики приобрели, пытаясь получить синтетический аналог натурального каучука. Сегодня химики создали так много полимеров столь разнообразного целевого назначения, что уже трудно представить себе современное общество лишенным возможности пользоваться полимерными материалами. Ярким свидетельством важности полимеров является 100-кратный рост их производства в США за последние 40 лет. В объемных показателях их производится больше, чем стали, выпуск которой за тот же период увеличился лишь вдвое. Совершенно ясно, какие экономические выводы следуют из этого сравнения.
Природные полимеры недостаточно эффективны.
Природные полимеры были известны давно, но только в конце XIX века появились первые синтетические полимеры, такие, как целлулоид и бакелит. Бурное развитие науки о полимерах и промышленности полимерных материалов началось в XX веке и продолжается в настоящее время.
Природные полимеры известны с давних времен. На протяжении многих тысяч лет они обеспечивают человека пищей, одеждой, теплом, крышей.
Природные полимеры и их водорастворимые производные стали известны и нашли применение в технике гораздо раньше, чем их синтетические аналоги. Коллоидные свойства природных полимеров также изучены гораздо подробнее. Однако подробная оценка этих работ не входит в задачу данной книги.
Природные полимеры образуют многочисленную группу вещестз растительного и животного происхождения, например натуральный каучук, хлопок, шелк, шерсть и др. Они не могут удовлетворить все современные бытовые и производственные потребности. Поэтому огромное большинство различных по свойствам полимерных материалов получают синтезом из низкомолекулярных. Они называются синтетическими полимерами.
Природные полимеры образуют многочисленную группу веществ растительного и животного происхождения, например натуральный каучук, хлопок, шелк, шерсть и др. Они не могут удовлетворять все современные бытовые и производственные потребности. Поэтому огромное большинство различных по свойствам полимерных материалов получают синтезом из низкомолекулярных. Они называются синтетическими полимерами.
Природные полимеры полиоксифлаван-3 4-диолов, несмотря на широкое распространение, исследованы мало. При полимеризации лейкоантоцианиджнов, по Мнению Фрейденберга - образуется СС-связь с отщеплением молекулы воды за счет гид-роксила G4 одной молекулы и атома водорода другой молекулы в Се - или Сз-положешга.
Природных полимеров, пригодных для получения химически: волокон, очень немного. Промышленное же значение и них имеет только целлюлоза.
| Упругая деформация. |
Некоторые природные полимеры по простоте строения и по полимолекулярности цепей похожи на синтетические.
Многие природные полимеры в высокой степени упорядочены. Молекулы, богатые функциональными группами и водородными связями, особенно важны в установлении внешней и внутренней упорядоченности цепей полимера. В настоящее время установлено, что полисахариды и белки часто имеют спиральную форму цепей, поэтому многие водородные связи осуществляются между несоседними единицами одной цепи.
Многие природные полимеры (например, целлюлоза или белки) лри наличии воды образуют стабильные агрегаты в форме волокон или ячеистых структур по аналогии с процессом возникновения обратимых водородных связей.
1. Природные и синтетические полимеры. Полимеры – это соединения, без которых человек уже не может обойтись. С этими соединениями знакомы все – от самых маленьких до пожилых, от домохозяек до специалистов многих отраслей промышленности. Что же такое полимеры? Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества одинаковых структурных звеньев.
Синтетические полимеры – это многочисленные пластмассы, волокна, каучуки. Они играют большую роль в развитии всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, связи. Как без природных по- лимеров невозможна сама жизнь, так без синтетических полиме- ров немыслима Сов- ременная цивилизация.
2. Способы получения полимеров. Как же образуются эти необычные соединения? Полимеры получают в основном двумя методами - реакциями полимеризации и реакциями поликонденсации. В реакцию полимеризации вступают молекулы, содержащие кратную (чаще – двойную) связь. Такие реакции протекают по механизму присоединения и всё начинается с разрыва двойных связей.
С реакцией полимеризации мы знакомились на примере получения полиэтилена: nСН 2 =СН 2 (- СН 2 – СН 2 -) n Для реакции поликонденсации нужны особые молекулы. В их состав должны входить две или более функциональные группы (-ОН, -СООН, -NН 2 и др.). При взаимодействии таких групп происходит отщепление низкомолекулярного продукта (например, воды) и образование новой группировки, которая связывает остатки реагирующих между собой молекул.
В реакцию поликонденсации вступают, например, аминокислоты. При этом образуется биополимер- белок и побочное низкомолекулярное вещество – вода: …+ Н NН-СН(R)–СООН+ … Н NН-СН(R)–СООН+… …-NН-СН(R)-СО- NН-СН(R)-СО-… + nН 2 О Реакцией поликонденсации получают многие полимеры, в том числе капрон.
3. Основные понятия химии полимеров. 1.Макромолекула – от греч. макрос – большой, длинный. 2. Мономер – исходное вещество для получения полимеров. 3.Полимер – много мер (структурное звено). 4.Структурное звено – многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов. 5.Степень полимеризации n – число структурных звеньев в макромолекуле.
N X (-X-) n Х – мономер, (-Х-) – структурное звено, n - степень полимеризации. (- Х-) n - макромолекулы полимеров. В зависимости от строения основной цепи полимеры имеют разные структуры: линейную (например, полиэтилен), разветвленную (например, крахмал) и пространственную (например, вторичная и третичная структура белков).
4. Пластмассы и волокна. Обычно полимеры редко используют в чистом виде. Как правило из них получают полимерные материалы. К числу последних относятся пластмассы и волокна. Пластмасса – это материал, в котором связующим компонентом служит полимер, а остальные составные части – наполнители, пластификаторы, красители, противоокислители и др. вещества.
Особая роль отводится наполнителям, которые добавляют к полимерам. Они повышают прочность и жёсткость полимера, снижают его себестоимость. В качестве наполнителей могут быть стеклянные волокна, опилки, цементная пыль, бумага, асбест и др. Поэтому такие пластмассы, как, например, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фенолформальдегидные, широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в медицине, культуре, в быту.
Федеральное агентство по образованию РФ
Брянская государственная инженерно-технологическая Академия
Контрольная работа № 2
По дисциплине : «Концепции современного естествознания»
На тему : «Полимеры, их получение, свойства и применение»
Выполнила: Базанова Елена Ильинична
Шифр: 05-2.254
Факультет: экономический
Группа ФК 103
Адрес: г. Клинцы
ул. Мира д.113 кв.122
Проверил: Евтюхов К.Н.
г. Брянск 2006г
1. Виды полимеров, их общие свойства и способы получения.
2. Природные ВМС или биополимеры. Свойства, применение, получение.
3. Химические ВМС. Свойства, применение, получение.
4. Список используемой литературы.
Виды полимеров, их общие свойства и способы получения.
Полимеры или высокомолекулярные соединения (ВМС) – это сложные вещества с большими молекулярными массами, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа регулярно или нерегулярно повторяющихся структурных единиц (звеньев) одного или нескольких типов. Молекулярные массы полимеров могут быть от нескольких тысяч до миллионов.
По происхождению полимеры делят на:
1. Природные, биополимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча).
2. Химические:
Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).
1. Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна /капрон, лавсан/, пластмассы).
По составу:
1. Органические.
2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.
3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).
По структуре макромолекулы:
1. Линейные (высокоэластичные).
2. Разветвленные.
3. Сетчатые (низкоэластичные).
1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).
2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья)
По составу главной цепи:
1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).
2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)
По пространственному строению:
1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.
2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.
По физическим свойствам:
1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)
2. Аморфные
По способу получения:
1. Полимеризационные.
2. Поликонденсационные.
По свойствам и применению:
1. Пластмассы.
2. Эластомеры.
3. Волокна.
Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).
1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.
2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.
3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.
4. Обладают высокой прочностью.
5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.
Получение полимеров.
К образованию ВМС приводят три процесса:
1) Реакция полимеризации – процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономеры) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей, образуя полимер. Эта реакция характерна для соединений с кратными связями.
2) Реакция поликонденсации – процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих 2 или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за счет этих групп, таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород и т. п. (Капрон, нейлон, фенолформальдегидные смолы).
3) Реакция сополимеризации – процесс образования полимеров из двух или нескольких разных мономеров. (Получение бутадиенстирольного каучука).
Теперь рассмотрим полимеры, совмещая два признака: по происхождению – природные и химические, и по свойствам и применению – белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, пластмассы, эластомеры, волокна.
Природные полимеры. Свойства, применение, получение.
Природные полимеры – это ВМС растительного или животного происхождения. Сюда относят:
2. Полисахариды.
3. Эластомеры (натуральный каучук).
4. Нуклеиновые кислоты.
5. Волокна.
Теперь более подробно рассмотрим каждый пункт.
Белки.
Белки – это природные органические, азотосодержащие ВМС (биополимеры), структурную основу которых составляют полипептидные цепи, построенные из остатков аминокислот. Они бывают 2 видов:
Протеины (простые белки) – состоят только из аминокислот, и протеиды (сложные белки) – в составе не только аминокислоты, но другие группы атомов.
Строение белковых структур.
Различают 4 уровня структурной организации белковых молекул.
1. Первичная структура белка – это число и последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Установлена в 1954г.
2. Вторичная структура белка – это спираль, которая образуется в результате скручивания полипептидной цепи за счет водородных связей между группами: Была установлена в 1951г.
3. Третичная структура белка – пространственная конфигурация спирали. У большинства белков полипептидные цепи свернуты особым образом в «клубок» - компактную «глобулу»:
4. Четвертичная структура белка (ассоциата) – способ совместной укладки нескольких полипептидных цепей:
Свойства белков.
Свойства белков разнообразны. Одни растворяются в воде, образуя коллоидные растворы, другие в растворах солей, третьи нерастворимы. Белки вступают в реакции окисления-восстановления, этерификации, алкилирования, нитрирования; они амфотерны. Белки также способны к обратимому изменению своей структуры.
Функции и применение.
Пластическая функция – белки служат строительным материалом клетки.
Транспортная функция – переносят различные вещества.
Защитная функция – обезвреживают чужеродные вещества.
Энергетическая функция – снабжают организмы энергией.
Каталитическая функция – ускоряют протекание химических реакций в организме.
Сократительная функция – выполняют все виды движений организма.
Регуляторная функция – регулируют обменные процессы в организмах.
Сигнальная (рецепторная) – выполняют связь с окружающей средой.
Белки – необходимая составная часть пищи человека, недостаток которого может привести к серьезным заболеваниям. Так же белки применяют практически во всех сферах деятельности человека: медицина, пищевая промышленность, химическая промышленность и многое другое.
Полисахариды.
Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от 10 до 100 тысяч остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. Крахмал и целлюлоза – важнейшие природные представители. Общая эмпирическая формула (С Н О)n. Мономер – глюкоза.
Крахмал, его свойства, применение и получение.
Аморфный порошок белого цвета, без вкуса и запаха, плохо растворяется в воде, в горячей воде набухает, образуя коллоидный раствор. Крахмал состоит из 2 фракций: амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%).
Крахмал образуется в результате фотосинтеза и откладывается «про запас» в клубнях, корневищах, зернах. Его получают путем их переработки.
Крахмал подвергается гидролизу, в результате которого выделяется глюкоза. В технике его кипятят несколько часов с разбавленной серной кислотой, затем к нему прибавляют мел, отфильтровывают и упаривают. Получается густая сладкая масса – крахмальная патока, которую используют для кондитерских и технических целей. Для получения чистой глюкозы раствор кипятят дольше, сгущают и кристаллизуют глюкозу.
При нагревании сухого крахмала получается смесь, называемая декстрином, которая применяется в легкой промышленности и для приготовления клея. Также крахмал – сырье для производства этилового, н-бутилового спиртов, ацетона, лимонной кислоты, глицерина. Он используется и в медицине. Биологическая роль крахмала велика. Он главное питательное запасное вещество растений.
Целлюлоза, или клетчатка, ее свойства, применение, получение.
Целлюлоза, или клетчатка – волокнистое вещество, главная составная часть растительной клетки, синтезируется в растениях. Чистая целлюлоза – белое волокнистое вещество без вкуса и запаха, нерастворимое в воде, диэтиловом эфире и этиловом спирте. Не расщепляется под действием разбавленных кислот, устойчив к действию щелочей и слабых окислителей. При обработке на холоду концентрированной серной кислотой растворяется, образуя вязкий раствор. Подвергается гидролизу под действием ферментов, конечным продуктом которого является глюкоза. Образует сложные эфиры, горит.
Получение: Наиболее распространенный промышленный способ выделения целлюлозы из древесины заключается в обработке измельченной древесины при повышенной температуре и давлению раствором гидросульфата кальция. Древесина разрушается, лигнин переходит в раствор, а целлюлоза остается неизменной. Ее отделяют от раствора, промывают, сушат и отправляют на дальнейшую переработку.
Применение: Являясь составной частью древесины, целлюлоза используется в строительном и столярном деле и как топливо. Из древесины получают бумагу и картон, этиловый спирт. В виде волокнистых материалов (хлопка, льна, джута) целлюлоза используется для приготовления тканей, нитей. Эфиры целлюлозы идут на изготовление нитролаков, кинопленок, бездымного пороха, пластмасс, искусственных волокон, медицинских коллодий.
Эластомеры.
Эластомеры – природные или синтетические ВМС с высокоэластичными свойствами. Важнейшими представителями природных эластомеров являются каучук и гуттаперча. Макромолекулы эластомеров – скрученные в клубки цепи, которые могут вытягиваться под действием внешней силы, а после ее снятия снова скручиваются.
Натуральный каучук и гуттаперча.
Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (С Н)n – где n от 1000 до 3000). Он является полимером изопрена.
Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом тропических (браз. дерево гевея). Его получают из их сока.
Другой природный продукт – гуттаперча. Она также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.
Важнейшими физическими свойствами каучуков являются:
Эластичность – способность восстанавливать форму.
Непроницаемость для воды и газов.
Сырой каучук липок, непрочен, при небольшом понижении температуры становится хрупким. Чтобы придать изготовленным из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, каучук подвергают вулканизации – вводят серу и нагревают. Вулканизированный каучук – это резина.
К сожалению, у нас нет возможности производить природный каучук.
Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты – природные ВМС (биополимеры), макромолекулы которых состоят из мононуклеотидов. Главным образом нуклеиновые кислоты – полинуклеотиды. Они были обнаружены в 1868 г. швейцарским химиком Ф. Мишером в клеточном ядре.
Схема образования полинуклеотида:
Нуклеиновые кислоты бывают 2 типов:
1. Дезоксирибонуклеиновые кислоты – хранят и передают генетическую информацию.
2. Рибонуклеиновые кислоты – копируют генетическую информацию, переносят ее к месту синтеза белка, участвуют в самом синтезе белка.
Волокна.
Волокна – ВМС природного синтетического происхождения, перерабатываемые в нити. Характеризуются высокой упорядочностью молекул (линейные полимеры).
Природные волокна бывают 2 типов:
1. животного происхождения – белковые. Их получают из животных (шерсть, шелк).
2. растительного происхождения – целлюлозные. Их вырабатывают из растительности (хлопок, лен, джут).
Применяют в легкой промышленности для одежды и других принадлежностей. Также для изготовления веревок, канатов и др.
Химические ВМС, свойства, применение, получение.
Химические полимеры – это ВМС, которые получают или путем переработки природных ВМС (искусственные), или путем синтеза из низкомолекулярных веществ (синтетические).
Химические ВМС делят на:
1. пластмассы.
2. эластомеры.
3. волокна.
Пластмассы.
Пластическим массами называют материалы на основе природных и синтетических ВМС (часто в состав пластмасс входят и другие компоненты), способные под воздействием высокой температуры и давления принимать любую заданную форму и сохранять ее после охлаждения (пластичность). Если полимер переходит из высокоэластичного состояние в стеклообразное при температуре ниже комнатной, его относят к эластомерам, при более высоких – к пластикам.
Пластмассы делятся на два типа: термопластичные и термореактивные.
Термопластичные – пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются.
Свойства:
1. Их структура – линейная.
2. У них отсутствуют прочные связи между отдельными цепями.
3. Легко плавятся, используются для переплавки.
Термореактивные – пластмассы, которые при нагревании утрачивают способность переходить в вязкотекучее состояние из-за образования сетчатой структуры.
Свойства:
1. Сетчатая структура.
2. Существуют прочные связи между отдельными цепями.
3. С трудом плавятся, не подвергаются переплавке.
Подробнее рассмотрим виды пластмасс.
Полимеризационные смолы.
Полимеризационные смолы – это полимеры, получаемые реакцией полимеризации преимущественно этиленовых углеводородов или их производных.
Представители полимеризационных смол.
1. Полиэтилен – полимер, образующийся при полимеризации этилена. При сжатии его до 150-250 мПа и при температуре 150-250 градусов получается полиэтилен высокого давления. При катализаторах (С Н) Аl и TiCL (триэтилалюминий и хлорид титана IV) – полиэтилен низкого давления. При 10мПа и оксидах хрома – полиэтилен среднего давления.
Полиэтилен – бесцветный, полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110-125. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью. Свойства полиэтилена зависят от способа получения. Полиэтилен высокого давления обладает меньшей плотностью, че5м полиэтилен низкого давления. Для пищевых продуктов используют только полиэтилен высокого давления.
Полиэтилен применяют в качестве электроизоляционного материала, изготовления пленок в качестве упаковочного материала, изготовления легкой небьющейся посуды, шлангов и трубопроводов для химической промышленности.
2. Полипропилен – полимер пропилена:
Получают полимеризацией в присутствии катализатора. В зависимости от условий полимеризации полипропилен отличается по своим свойствам. Это каучукоподобная масса, более менее твердая и упругая, водонепроницаемая. Используют полипропилен для электроизоляции, изготовления защитных пленок, труб шлангов, шестерен, деталей приборов, высокопрочного и химически стойкого волокна (канатов, рыболовных сетей). Пищу в упаковке из полипропилена можно стерилизовать и даже варить.
3. Полистирол – образуется при полимеризации стирола:
Он может быть получен в виде прозрачн6ой стеклянной массы. Применяется как органическое стекло, для изготовления промышленных товаров (пуговиц), электроизолирующий материал.
4. Поливинилхлорид (полихлорвинил) – получается при полимеризации винилхлорида:
Это эластичная масса, устойчивая к действию кислот, щелочей, воды. Широко используется для футеровки труб и сосудов в химической промышленности, электроизолятор, для изготовления искусственной кожи, линолеума, не промокающих плащей. Его хлорированием получают перхлорвиниловую смолу, из которой получают химически стойкое волокно хлорин.
5. Политетрафторэтилен – полимер тетрафторэтилена:
Он выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном. Стоек к щелочам и концентрированным кислотам, превосходит в этом золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется в химическом машиностроении, электротехнике.
6. Полиакрилаты и полиакрилонитрил. Важнейшими представителями являются метилакрилат и полиметилметакрилат – твердые, прозрачные, стойкие к нагреванию и свету, пропускают ультрафиолет. Из них изготавливаю листы органического стекла. Из полиакрилонитрила получают нитрон синтетическое волокно, идущее на производство трикотажа и тканей.
Конденсационные смолы.
Конденсационные смолы – к ним относятся полимеры, получаемые реакций поликонденсации.
Представители поликонденсационных смол.
1. Фенолоформальдегидные смолы – ВМС, образующиеся в результате взаимодействия фенола (С Н ОН) с формальдегидом (СН =О) в присутствии катализаторов. Эти смолы обладают замечательными свойствами: при нагревании они вначале размягчаются, а при дальнейшем нагревании (с катализатором) затвердевают. Из них готовят пластмассы – фенопласты: смолы смешивают с различными наполнителями (древ. мукой, асбестом и др.), красителями, пластификаторами и из полученной массы изготавливают методом горячего прессования различные изделия. Также их применяют в строительном и литейном делах.
2. Полиэфирные смолы. Пример – продукт конденсирования двухосновной кислоты с таким же спиртом – полиэтилентерефталат – полимер, в молекулах которого многократно повторяется группировка сложного эфира. Эту смолу выпускают под названием ЛАВСАН. Из нее готовят волокно, напоминающее шерсть, но прочнее ее и ткань не мнется. Лавсан обладает высокой термо -, влаго-, и светостойкостью. Устойчив к действию щелочей, кислот и окислителей.
3. Полиамидные смолы – синтетические аналоги белков (амидные связи). Из них получают волокна – КАПРОН, ЭНАНТ, АНИД. Они по некоторым свойствам превосходят натуральный шелк. Подробнее в разделе волокна.
Эластомеры.
Про эластомеры мы говорили выше. Рассматривали их на примере натурального каучука и гуттаперчи. Теперь рассмотрим синтетические эластомеры. Т. к. в нашей стране нет возможности получать природный каучук, наши химики первые вывели и осуществили способ получения синтетического каучука (1928-1930). По Лебедеву исходным материалом служил бутадиен, который получали из этилового спирта. Теперь разработано получение его из бурана, попутного нефтяного газа. Сейчас химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки – продукты совместной полимеризации бутадиена с другими непредельными соединениями, например со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН).
Также производят синтетический полиизопреновый каучук (СКИ) – близкий по свойствам к натуральному.
Синтетический каучук, как и натуральный, вулканизирую, получая из него резину, эбонит.
В технике из каучуков изготавливают шины для транспорта, применяют как электроизолирующий материал, производства промышленных товаров и медицинских приборов, в легкой, строительной и др. областях.
Волокна.
Волокна мы также рассматривали, но природные. А теперь будем рассматривать химические. Существуют 2 вида химических волокон:
1. искусственные – продукты переработки природных полимеров (вискозное, ацетатное, медноаммиачное).
2. синтетические – полимеры, образуемые из низкомолекулярных веществ (полиэфиры, полиамиды).
Искусственные волокна.
Производство искусственного волокна из целлюлозы осуществляется 3 способами: вискозным, ацетатным и медноаммиачным.
1. Вискозное. Целлюлозу обрабатывают едким натром, а затем сероуглеродом. Образующуюся оранжевую массу (ксантогенат) растворяют в слабом растворе едкого натра, получая вискозу. Ее продавливают через специальные колпачки – фильеры в осадительную ванну с раствором серной кислоты. Образуются блестящие нити, несколько измененной по составу целлюлозы – вискозное волокно.
2. Ацетатное. Раствор ацетата целлюлозы в ацетоне продавливается через фильеры навстречу теплому воздуху. Струйки раствора превращаются в тончайшие нити – ацетатное волокно.
3. Медноаммиачное. Его способ менее распространен. Из аммиачного раствора оксида меди, в котором растворена целлюлоза, под действием кислот вновь выделяют целлюлозу. Нити и составляют волокно.
Синтетические волокна.
Синтетические волокна получают из полиэфирных и полиамидных смол. Полиэфирные смолы мы рассматривали в пластмассах (лавсан). Теперь рассмотрим полиамидные смолы и волокна, которые из них получаются.
Капрон – поликонденсат аминокапроновой кислоты, содержащий цепь из 6 атомов углерода.
Энант – поликонденсат аминоэтановой кислоты (7 атомов углерода).
Анид (найлон) – поликонденсат двухосновной адипиновой кислоты и гексаметилдиоамна. Структурное звено:
Список использованной литературы.
1. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – 23-е издание, исправленное / Под редакцией В. А. Рабиновича. – Л.: Химия, 704 стр.
2. Химия. Пособие – репетитор для поступающих в вузы // 7-е издание. – Ростов на Дону: издательство «Феникс», 2003г. – 768 стр.
3. Органическая химия. / Под ред. Н. Е. Кузьменко. – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2002 г. – 640 стр.
4. Общая химия. Учебник для техникумов. И.Г. Хомченко. – М.: ООО «Издательство Новая Волна». –2003 г. - 464 стр.
Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт природных ресурсов
Направление подготовки (специальность) Химическая технология
Кафедра химической технологии топлива и химической кибернетики
Реферат
Название реферата:
“ Природные полимеры, полимеры вокруг нас “
по дисциплине «Введение в инженерную деятельность»
Выполнили студенты гр. 2Д42 Никонова Ньургуйаана
Прокопчук Кристина
Даянова Регина
Реферат принят:
Мойзес О. Е.
(Подпись)
2014г.
(дата проверки отчета)
Томск 2014 г.
1.Введение ……………………………………………………………………………………………..2
2.Понятие полимера и классификация ………………………………………………….3
3.Целлюлоза ……………………………………………………………………………………………3
4.Крахмал…………………………………………………………………………………………………5
5.Глютин…………………………………………………………………………………………………..6
6.Казеин……………………………………………………………………………………………………6
7.Каучук…………………………………………………………………………………………………….7
8.Резина……………………………………………………………………………………………………7
9.Синтетические полимеры…………………………………………………………………...9
10.Свойства и важнейшие характеристики ……………………………………………10
11. Химические реакции………………………………………………………………………….11
12.Получение……………………………………………………………………………………………12
13.Полимеры в сельком хозяйстве………………………………………………………..12
14.Полимеры в промышленности………………………………………………………….14
15. Использованная литература………………………………………………………………19
Введение
Термин “полимерия” был введен в науку И.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.
Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол),
Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден, немецкий учёный К Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У.Карозерса.
С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.
Понятие полимера и классификация
Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
Классификация.
По происхождению полимеры делятся на:
природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные
синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.
К природным полимерам, применяемым в полиграфии, относятся: полисахариды (целлюлоза крахмал, камеди), 6елки, глютин, казеин, альбумин), полидиены (каучук).
Целлюлоза
Целлюлоза, или клетчатка (от латинского слова «целлула» - клетка), широко распространена в природе. Целлюлоза - это прочное волокнистое вещество органического происхождения, из которого состоит опорная ткань всех растений (растительных клеток).
Физические свойства целлюлозы
Целлюлозные волокна отличаются белизной, гибкостью, прочностью, упруго-эластичностью, т.е. способностью обратимо деформироваться без разрушения даже при больших механических напряжениях, нерастворимостью в воде и органических растворителях, неплавкостью.
Целлюлоза выдерживает нагрев до 150° без разрушения; при более высокой температуре наблюдается деполимеризация целлюлозы и связанная с этим потеря прочности, а при 270° и выше начинается термическое разложение с выделением продуктов распада: уксусной кислоты, метилового спирта, кетонов, в остатке - деготь и уголь.
Строение целлюлозного волокна.
Каждое растительное волокно, например хлопковое, льняное, древесное и др. это одна клетка, оболочка которой состоит в основном из целлюлозы. Внутри волокна имеется канал - капилляр, доступный для проникновения воздуха и влаги. Технические волокна целлюлозы имеют длину в среднем 2,5-3 мм (ель, сосна, береза, тополь) и 20-25 мм (лен, хлопок, пенька) при диаметре 25 мкм.
Целлюлозного растительного волокна имеет фибриллярное строение. Фибриллы - это нитевидные, элементарные рол окна - пачки молекул целлюлозы, прочно соединенных между собой водородными связями, длиной 50-мкм и диаметром 0,1-0,4 мкм. Вероятнее всего, что целлюлоза образует упорядоченную систему нитей - фибрилл, расположенных более плотно вокруг внутреннего канала (капилляра) волокна и более свободно в наружных его слоях. В промежутках между фибриллами находятся мицеллюлозы и лигнин, причем содержание их увеличивается от внутренних слоев клеточной стоики к наружным. Межклеточные пространства целлюлозы заполнены преимущественно лигнином.
Главный источник получения целлюлозы - древесина... Древесиной называется внутренняя часть деревьев, лежащая под корой и составляющая основную растительную ткань, из которой образуется ствол дерева.
Живая клетка растущего дерева имеет оболочку (стенки) из целлюлозы, внутреннюю полость, заполненную протоплазмой, и ядро. Живая клетка способна долиться и образовывать из года в год в растущем дереве новые образования древесины в слое камбия, под корой.
Живые клетки с течением времени подвергаются одеревенению, приводящему в конечном счете к их полному омертвлению, или одревеснению. Одревеснение клетки происходит главным образом в результате появления в ней лигнина. Древесина на 90-95% состоит, из таких отмерших клеток - волокон, лишенных протоплазмы и ядра, но способных к делению, с внутренней полостью, заполненной воздухом и водой.
Химические строение и свойства целлюлозы. Целлюлоза - это природный полимер полисахарид, принадлежащий к классу углеводов. Гигантская молекула (макромолекула) целлюлозы построена из многократно повторяющихся структурных звеньев - остатков β-глюкозы (О6Н10О5)п. Число п, или коэффициент полимеризации, показывает, сколько раз структурное звено-остаток β -глюкозы - повторяется в макромолекуле целлюлозы, а следовательно, характеризует длину молекулярной цепи (длину молекулы) и предопределяет ее молекулярный вес.
Коэффициент полимеризаций у целлюлозы различного происхождения различен. Так, у древесной целлюлозы он равен 3000, у хлопковой - 12 000, у льняной 36 000 (приблизительно). Этим и объясняется большой прочность хлопкового и льняного волокон по сравнении с волокнами древесной целлюлозы.
Щелочная целлюлоза получается действием на целлюлозу раствора едкого натра. При этом атомы водорода спиртовых гидроксилов частично или полностью заменяются атомами натрия. Щелочная целлюлоза, не теряя своего волокнистого строения, отличается повышенной химической активностью, что и используется при получении простых эфиров целлюлозы, например карбоксиметилцеллюлозы.
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) - это простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты. Промышленный способ изготовления карбоксиметилцеллюлозы основан на взаимодействии щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой.
Гемицеллюлозы - это нечто среднее между целлюлозой и крахмалом. Они также являются полисахаридами. Молекулы гемицеллюлоз построены из остатков моносахаридов: маннозы (гексозы) и ксилозы (пентозы). Гемицеллюлозы не имеют волокнистого строения. Они служат резервным питательным веществом для растений и предохраняют их от инфекций. Гемицеллюлозы набухают в воде и сравнительно легко гидролизуются даже очень разбавленными кислотами, растворяются в 18,5%-ной щелочи. Гемицеллюлозы не являются вредными примесями целлюлозы, идущей для изготовления бумаги. Наоборот, древесная целлюлоза с большим содержанием гемицеллюлоз легко поддается размолу, а приготовленная из неё бумага имеет повышенную прочность (особенно поверхности), так как гемицеллюлозы являются очень хорошей естественной проклейкой.
Лигнин - вещество химически неустойчивое: под влиянием света, влаги, кислорода, воздуха и тепла лигнин разрушается, вследствие чего растительные волокна теряют прочность и темнеют. Лигнин, в отличие от целлюлозы, растворяется в разбавленных кислотах и щелочах. На этом свойстве лигнина основаны способы производства целлюлозы из древесины, соломы, тростника и других растительных тканей. Строение лигнина очень сложно и еще недостаточно изучено; известно, что лигнин - природный полимер, структурным звеном которого является остаток очень реакционно-способного ароматического спирта - β -оксикониферилового.
Крахмал
Крахмал в виде микроскопических зерен образуется в зеленых частях растении из углекислоты воздуха и влаги под влиянием света и уносится вместе с соками растения в клубни и зерна, где и отлагается как запасное питательное вещество.
Физические свойства крахмала. Крахмальные зерна разных растений имеют различную форму и величину. Крахмал не растворяется в холодной воде, спирте и эфире. В горячей воде зерна крахмала набухают, увеличиваясь в объеме в сотни раз, затем теряют форму и образуют вязкий и клейкий раствор. Температура растворения крахмала в воде называется температурою клейстеризации. Для картофельного крахмала она равна 60°, для маисового (кукурузного) 70°, пшеничного и рисового - 80°.
Крахмал очень гигроскопичен, он притягивает влагу з окружающего воздуха содержит обычно 10-20% влаги. Плотность крахмала 1,620-1,650 г/см3. С раствором йода крахмальный клейстер дает интенсивно синее окрашивание, исчезающей при кипячении и вновь появляющееся при охлаждении (качественная реакция на крахмал). Химические свойства крахмала. Крахмал, так же как и целлюлоза, является природным полимером - полиcaxapидом, принадлежащим к классу углеводов и отвечающим молекулярной формуле (С6К10О5)п. Но структурным звеном молекулярной цепи крахмала будет остаток α-глюкозы, а целлюлозы - β-глюкозы. Поэтому в крахмале каждые два остатка α-глюкозы образуют остаток дисахарида мальтоза, а в целлюлозе - каждые два остатка β-глюкозы образуют остаток дисахарида целлюлозы. Мальтоза изомер целлюлозы.
Крахмал содержит две фракции полисахаридов: амилозу и амилопектин. Амилоза имеет линейное строение молекул, закрученных в клубочки. Ее коэффициент полимеризации достигает 1000. Амилозой богат картофельный крахмал.
Глютин
Костный клей, мездровый клей и желатин состоят в основном из белкового вещества - глютин а.
Костный клей в виде твердых, хрупких плиток или клеевого студня - галерты вырабатывается из костей, рогов и копыт животных.
Мездровый клей, внешне очень похожий на костный, вырабатывается из мездры, которую счищают со шкур животных.
Желатин по химическому составу очень близок к костному и мездровому клею, но гораздо выше их по качеству, в частности по чистоте. Для получения желатина отбирают лучшие сорта свежих кожевенных отходов: мездру, обрезки телячьих шкур и кости крупного рогатого скота.
В костях мездре, рогах и копытах животных содержится белковое вещество - коллаген (от греческих слов «колла» - клей и «генос»- род, происхождение), не растворимое в воде. Коллаген, однако, под действием длительного нагревания в воде превращается в другой вид белка глютин, растворимый в горячей воде и обладающий клеящими свойствами.
Белковые вещества, или белки, состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидными группами -NH - СО - в длинные полипептидные молекулярные цепи. Концевыми группами этих цепей (молекул) будут, с одной стороны, амино-, а с другой - карбоксильная группы.
Казеин
Казеин - это белковое вещество, содержащееся в молоке. Коровье молоко содержит 3,2%, козье - 3,8%, овечье - 4,5% казеина в растворенном состоянии. Если к молоку прибавить кислоты или дать молоку скиснуть, казеин свертывается и образует осадок, который можно отфильтровать от сыворотки, высушить и измельчить. Сворачивание казеина происходит также при добавлении к молоку сычужного фермента, т. е. сока, выделяемого одним из отделов желудка жвачных животных. Поэтому и зависимости от способа изготовления различают два вида казеина: кислотный и сычужный. В чистом виде казеин - белый творожистый осадок. И воде казеин не растворяется, а только набухает. Однако казеин хорошо растворяется в щелочных растворах. Для растворения на каждые 100 весовых частей казеина берут одну из следующих щелочных добавок. Для изготовления переплетного клея применяют только кислотный казеин, так как он лучше растворяется и дает более клейкие растворы, чем сычужный казеин. Последний идет главным образом на производство белковой пластической массы - галалит.
Высушенный казеин очень гигроскопичен и поглощает влагу из воздуха. Поэтому казеин надо хранить в сухом, хорошо вентилируемом помещении.
Каучук
Каучук добывается из латекса - сока некоторых тропических деревьев, главным образом гевеи бразильской, произрастающей в Южной Америке, Индии, Африке, Цейлоне.
Латекс - это колоидная система, золь из глобул каучука и воды. При добавлении к латексу кислот или при нагревании устойчивость золя нарушается, и каучук выпадает в виде осадка, который высушивают, вальцуют, нарезают листами. В таком виде каучук попадает на резиновые заводы.
Каучук эластичен и прочен, но он затвердевает на морозе, расплавляется при нагревании, а также впитывает воду и растворяется в бензине и некоторых других органических растворителях. Поэтому каучук долгое время не находил практического применения. Каучук начали применять для изготовления резины только в 40-х гг. XIX в., после того, как Чарльз Гудъир нашел, что в результате нагревания с серой каучук становится резиной. Процесс взаимодействия каучука с серой при 125-150° называется вулканизацией. (При вулканизации атомы серы присоединяются к молекулам каучука по месту двойных связей, «сшивая» молекулярные цепи каучука в непрерывную трехмерную сетчатую систему)
Резина
Резиной называется каучук, смешанный с серой, ускорителями процесса вулканизации, усилителями, наполнителями, мягчителями, противостарителями, красочными пигментами и подвергнутый процессу вулканизации.
Ускорители вулканизации, например каптакс, тиурам и др., значительно сокращают время вулканизации и одновременно улучшают механические свойства резины.
Усилители, например сажа, и наполнители, например мелд увеличивают механическую прочность резины в несколько раз и одновременно позволяют сэкономить некоторое количество каучука, снизить стоимость резины.
Мягчители, например минеральные масла, облегчают переработку резиновой смеси и уменьшают твердость готовых резиновых изделий.
Противостарители, например эджерайт, препятствуют преждевременному отвердеванию резины; потере эластичности и упругости.
Красящие вещества придают резине тот или иной цвет. Функции красящих веществ выполняют сажа, красная окись железа (редоксайд), двуокись титана, окись цинка и др. Примерные составы резиновых смесей даются в главе пятой «Эластомеры».
Все составные части резиновой массы смешивают на вальцах или в резиносмесителе. После этого резиновой массе придается форма листов каландрированием или «сырых» заготовок будущих резиновых изделий.
Для закрепления формы изделий, и придания им надлежащих свойств они должны быть подвергнуты процессу вулканизации при 120-150° во время прессования заготовок с давлением 15-25 кг/см или при нормальном давлении после формования деталей из заготовок.
Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).
Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными.
Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.
Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами.
В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора
гомоцепные,основные цепи которых построены из одинаковых атомов.
Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода,например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.
Синтетические полимеры
Полиэтилен получается полимеризацией этилена двумя способами: при высоком или при низком давлении. Этилен из-за строго симметричного строения молекулы полимеризуется с трудом. Полиэтилен полупрозрачный бесцветный очень прочный термопластичный полимер с хорошими диэлектрическими и антикоррозионными свойствами. Высокая прочность полиэтилена объясняется его кристаллическим строением. Полиэтилен применяется для изготовления пленочных материалов, облицовки электропроводов, изготовления труб, сосудов бытового и промышленного назначения. Полиэтиленовые пленки пропускают ультрафиолетовые лучи, что очень ценно в случае применения их как защитных покрытий в сельском хозяйстве взамен стекла. Низкомолекулярный полиэтилен - воскообразный продукт - применяется как добавка к печатным краскам.
Печатание на полиэтилене весьма затруднительно, так как он имеет чрезвычайно ровную сомкнутую поверхность, не проницаемую для красок и растворителей, и плохие адгезионные свойства по отношению к печатным краскам. Поэтому поверхность полиэтилена, перед печатью активируют различными способами: ионизируют электрическим силовым полем, окисляют перманганатом и другими сильными окислителями, подвергают кратковременному действию пламени. После этого полиэтилен запечатывают любым способом. Предпочтение, однако, отдают способу глубокой печати, этмографии или эластографии.
Полихлорвинил (- СН2 - СНС1-) - термопластичный твердый роговидный полимер. Начинает размягчаться при 92-94° и плавится при 170°. Становится упруго-эластичным и гибким при добавлении пластификаторов например 30-35% дибутилфталата. Полихлорвинил с введенными в него пластификаторами и пигментами называется винипластом. Он выпускается в виде пластин и пленок, применяется для изготовления плоских, и ротационных (цилиндрических) стереотипов, дубликатов клише, книжных переплетов и текстовинитовых декельных покрышек.
Текстовинит полиграфический представляет собой хлопчатобумажную ткань с нанесенным на нее упруго-эластичным слоем из полихлорвинила, пигментов, наполнителей и пластификатора - дибутилфталата. Применяется в качестве декелей (упруго-эластичных прокладок) печатных машин. Вырабатывается толщиной 0,65 мм (при допуске ±0,05 мм).
Покрытие должно быть гладким, ровным, эластичным, не липким и немарким, устойчивым к действию воды, керосина, бензина, машинного масла и не должно иметь неприятного запаха.
Поливинилиденхлорид - это полимер винилиденхлорида применяется редко из-за плохой растворимости и нестабильности. Однако большое практическое значение имеет сополимер винилиденхлорида и хлорвинила.
I Сополимер хлорвинила и винилиденхлорида выпускается под маркой латекс СВХ. Применяется для пропитке бумаги и изготовления переплетных материалов - заменителей ледерина и коленкора.
Полистирол - твердый прозрачный бесцветный термопластический полимер, размягчающийся при 80° и плавящийся при 170°. В виде сополимера с акрилонитрилом применяется для отливки типографских шрифтов. Сополимер выпускается под маркой СНАК-15, содержит 85% стирола и 15% акрилонитрила, отличается высокой прочностью и устойчивостью к действию органических растворителей и смывающих веществ
Свойства и важнейшие характеристики.
Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.
Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообразное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большиеразличия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, стереорегулярный полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и размягчается при температуре около 80 °С.
Химические реакции
Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций :
образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи;
распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения);
внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта.
