Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie
autonómna vzdelávacia inštitúcia federálneho štátu
vyššie odborné vzdelávanie
„NÁRODNÝ VÝSKUM
TOMSK POLYTECHNICKÁ UNIVERZITA »
Ústav prírodných zdrojov
Smer prípravy (špecialita) Chemická technológia
Oddelenie chemickej technológie palív a chemickej kybernetiky
abstraktné
Názov abstraktu:
“ Prírodné polyméry, polyméry okolo nás “
disciplína "Úvod do inžinierskych činností"
Účinkujú študenti gr. 2D42 Nikonova Nyurguyana
Prokopchuk Kristina
Dayanova Regina
Abstrakt akceptovaný:
Moises O. E.
(Podpis)
2014.
(dátum overenia správy)
Tomsk 2014
1. Úvod ……………………………………………………………………………………………………… ..2
2. Pojem polymér a klasifikácia ……………………………………………………… .3
3. Celulóza ……………………………………………………………………………………………………… 3
4. Škrob …………………………………………………………………………………………………………… 5
5. Glutín …………………………………………………………………………………………………………… ..6
6. Kazeín ………………………………………………………………………………………………………………… 6
7. Guma ………………………………………………………………………………………………… .7
8. Pradivo …………………………………………………………………………………………………………… 7
9. Syntetické polyméry ……………………………………………………………………… ... 9
10. Vlastnosti a najdôležitejšie vlastnosti …………………………………………… 10
11. Chemické reakcie ……………………………………………………………………………… .11
12. Získanie ……………………………………………………………………………………………………… 12
13. Polyméry v poľnohospodárstve …………………………………………………………… ..12
14. Polyméry v priemysle ………………………………………………………………… .14
úvod
Pojem „polymér“ bol do vedy zavedený I. Berzeliusom v roku 1833, čo označuje špeciálny typ izomérie, v ktorom látky (polyméry) s rovnakým zložením majú rôzne molekulové hmotnosti, ako je etylén a butylén, kyslík a ozón. Tento obsah pojmu nezodpovedal moderným konceptom polymérov. „Skutočné“ syntetické polyméry dovtedy neboli známe.
V prvej polovici 19. storočia bolo evidentne získaných niekoľko polymérov. Chemici sa však potom zvyčajne snažili potlačiť polymerizáciu a polykondenzáciu, ktorá viedla k „živici“ produktov hlavnej chemickej reakcie, tj v skutočnosti k tvorbe polymérov (doteraz sa polyméry často nazývajú „živice“). Prvá zmienka o syntetických polyméroch je z roku 1838 (polyvinylidénchlorid) a 1839 (polystyrén),
Polymérna chémia vznikla iba v súvislosti s vytvorením teórie chemickej štruktúry A.M.Butlerovom. A.M.Butlerov študoval vzťah medzi štruktúrou a relatívnou stabilitou molekúl, prejavujúci sa v polymerizačných reakciách. Ďalší rozvoj vedy o polyméroch bol spôsobený najmä intenzívnym hľadaním metód syntézy gumy, na ktorých sa zúčastnili poprední vedci z mnohých krajín (G. Bushard, W. Tilden, nemecký vedec K Harries, I.L. Kondakov, S.V. Lebedev a ďalšie). ). V 30. rokoch sa dokázala existencia mechanizmov voľných radikálov a iónovej polymerizácie. Veľkú úlohu pri vývoji myšlienok o polykondenzácii hrali diela W. Carosersa.
Od začiatku 20. rokov 20. storočia sa rozvíjajú aj teoretické predstavy o štruktúre polymérov, spočiatku sa predpokladalo, že biopolyméry ako celulóza, škrob, kaučuk, proteíny a niektoré syntetické polyméry s podobnými vlastnosťami (napríklad polyizoprén) pozostávajú z malé molekuly s neobvyklou schopnosťou asociácie v roztoku do komplexov koloidnej povahy v dôsledku nekovalentných väzieb (teória „malých blokov“). G. Staudinger bol autorom zásadne nového konceptu polymérov ako látok pozostávajúcich z makromolekúl, častíc s neobvykle veľkou molekulovou hmotnosťou. Víťazstvo myšlienok tohto vedca nás prinútilo považovať polyméry za kvalitatívne nový objekt výskumu v chémii a fyzike.
Pojem polymér a klasifikácia
polyméry - chemické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou (od niekoľkých tisíc do mnohých miliónov), ktorých molekuly (makromolekuly) pozostávajú z veľkého počtu opakujúcich sa skupín (monomérne jednotky). Atómy, ktoré tvoria makromolekuly, sú navzájom spojené silami hlavnej a (alebo) koordinačnej valencie.
Klasifikácia.
Podľa pôvodu sa polyméry delia na:
prírodné (biopolyméry), napríklad proteíny, nukleové kyseliny, prírodné živice
syntetické, napríklad polyetylénové, polypropylénové, fenolformaldehydové živice.
Prírodné polyméry používané v tlači zahŕňajú: polysacharidy (celulózový škrob, gumy), 6 stromov, glutín, kazeín, albumín), polydién (guma).
celulóza
Celulóza alebo vláknina (z latinského slova „cellul“ - bunka) je v prírode rozšírená. Celulóza je silná vláknitá látka organického pôvodu, ktorá tvorí podporné tkanivo všetkých rastlín (rastlinných buniek).
Fyzikálne vlastnosti celulózy
Celulózové vlákna sa vyznačujú belosťou, pružnosťou, pevnosťou, elastickou elasticitou, t.j. schopnosť reverzibilne sa deformovať bez deštrukcie aj pri vysokom mechanickom namáhaní, nerozpustnosť vo vode a organických rozpúšťadlách a nerozpustnosť.
Celulóza vydrží bez tepelného poškodenia až 150 °; viac vysoká teplota je pozorovaná depolymerizácia celulózy a strata pevnosti, ktorá s ňou súvisí, a pri 270 ° a viac sa tepelný rozklad začína uvoľňovaním produktov rozkladu: kyselina octová, metylalkohol, ketóny, vo zvyšku - decht a uhlie.
Štruktúra celulózových vlákien.
Každé rastlinné vlákno, ako je bavlna, ľanové semeno, drevo atď., Je jedna bunka, ktorej obal pozostáva hlavne z celulózy. Vo vnútri vlákna je kanál - kapilára, prístupná pre prenikanie vzduchu a vlhkosti. Technické celulózové vlákna majú priemernú dĺžku 2,5 až 3 mm (smrek, borovica, breza, topoľ) a 20 až 25 mm (ľan, bavlna, konope) s priemerom 25 mikrónov.
Celulózové rastlinné vlákno má fibrilárnu štruktúru. Vlákna sú vláknité, elementárne okenné rolky - balíčky molekúl celulózy pevne prepojené vodíkovými väzbami, dlhé 50 mikrónov a priemerom 0,1 až 0,4 mikrónov. Celulóza s najväčšou pravdepodobnosťou vytvára usporiadaný systém vlákien - vlákien, ktorý sa nachádza hustejšie okolo vnútorného kanálika (kapiláry) vlákna a voľnejšie vo svojich vonkajších vrstvách. V priestoroch medzi vláknami sú micelulózy a lignín a ich obsah sa zvyšuje z vnútorných vrstiev bunkovej stoiky na vonkajšie. Medzibunkové priestory celulózy sú prevažne vyplnené lignínom.
Hlavným zdrojom celulózy je drevo ... Drevo je vnútornou časťou stromov ležiacich pod kôrou a tvoriacich hlavné rastlinné tkanivo, z ktorého sa vytvára kmeň stromu.
Živá bunka rastúceho stromu má škrupinu (steny) z celulózy, vnútornú dutinu vyplnenú protoplazmou a jadro. Živá bunka je schopná pridávať a tvoriť nové drevené útvary v kambínovej vrstve pod kôrou z roka na rok na rastúcom strome.
Živé bunky v priebehu času podliehajú stuhnutosti, čo nakoniec vedie k ich úplnej nekróze alebo ligácii. Lignifikácia bunky nastáva hlavne v dôsledku objavenia sa lignínu v nej. Drevo je z 90-95% zložených z takýchto mŕtvych buniek - vlákien bez protoplazmy a jadra, ale schopných delenia, s vnútornou dutinou naplnenou vzduchom a vodou.
Chemická štruktúra a vlastnosti celulózy. Celulóza je prirodzene sa vyskytujúci polysacharidový polymér patriaci do triedy uhľohydrátov. Obrovská molekula celulózy (makromolekula) je zostavená z opakovane sa opakujúcich štruktúrnych jednotiek - p-glukózové zvyšky (O6H10O5) s. Číslo n alebo koeficient polymerizácie ukazuje, koľkokrát sa štruktúrny zvyšok zvyšku ß-glukózy opakuje v makromolekule celulózy, a preto charakterizuje dĺžku molekulového reťazca (dĺžku molekuly) a určuje jeho molekulovú hmotnosť.
Koeficient polymerizácie celulózy rôzneho pôvodu je rôzny. Pre drevnú buničinu je to 3000, pre bavlnu - 12 000, pre ľan 36 000 (približne). Toto vysvetľuje veľkú pevnosť bavlnených a ľanových vlákien v porovnaní s vláknami z drevnej buničiny.
Alkalická celulóza sa získava pôsobením na celulózový roztok hydroxidu sodného. V tomto prípade sú atómy vodíka alkoholových hydroxylov čiastočne alebo úplne nahradené atómami sodíka. Alkalická celulóza, bez straty svojej vláknitej štruktúry, sa vyznačuje zvýšenou chemickou aktivitou, ktorá sa používa pri príprave éterov celulózy, napríklad karboxymetylcelulózy.
Karboxymetylcelulóza (CMC) je éter celulózy a kyseliny glykolovej. Priemyselný spôsob výroby karboxymetylcelulózy je založený na interakcii alkalickej celulózy s kyselinou monochlóroctovou.
Hemicelulózy sú krížom medzi celulózou a škrobom. Sú to tiež polysacharidy. Hemicelulózové molekuly sú tvorené z monosacharidových zvyškov: manózy (hexózy) a xylózy (pentózy). Hemicelulózy nemajú vláknitú štruktúru. Slúžia ako rezerva živín pre rastliny a chránia ich pred infekciami. Hemicelulózy napučiavajú vo vode a relatívne ľahko sa hydrolyzujú aj veľmi zriedenými kyselinami, rozpustia sa v 18,5% zásady. Hemicelulózy nie sú škodlivé nečistoty buničina na výrobu papiera. Naopak, drevná buničina s vysokým obsahom hemicelulóz sa ľahko drví a papier z nej vyrobený má zvýšenú pevnosť (najmä povrchy), pretože hemicelulózy sú veľmi dobré prírodné klíženie.
Lignin je chemicky nestála látka: pod vplyvom svetla, vlhkosti, kyslíka, vzduchu a tepla sa lignín ničí, v dôsledku čoho rastlinné vlákna strácajú svoju silu a stmavujú. Lignín, na rozdiel od celulózy, je rozpustný v zriedených kyselinách a zásadách. Metódy výroby celulózy z dreva, slamy, trstiny a iných rastlinných tkanív sú založené na tejto vlastnosti lignínu. Štruktúra lignínu je veľmi zložitá a stále nie je dobre pochopená; Je známe, že lignín je prírodný polymér, ktorého štruktúrna jednotka je zvyškom veľmi reaktívneho aromatického alkoholu - p-hydroxykoniferylu.
škrob
Škrob vo forme mikroskopických zŕn sa vytvára v zelených častiach rastliny z oxidu uhličitého vzduchu a vlhkosti pod vplyvom svetla a odvádza sa spolu s rastlinnými šťavami do hľúz a zŕn, kde sa ukladá ako rezervná živina.
Fyzikálne vlastnosti škrobu. Zrná škrobu rôznych rastlín majú rôzne tvary a veľkosti. Škrob nie je rozpustný v studenej vode, alkohole a éteri. V horúcej vode napučiavajú škrobové zrná, stonásobne zväčšujú svoj objem, potom strácajú tvar a tvoria viskózny a lepkavý roztok. Teplota rozpúšťania škrobu vo vode sa nazýva teplota želatíny. Pre zemiakový škrob je to 60 °, pre kukuricu (kukuricu) 70 °, pšenicu a ryžu - 80 °.
Škrob je veľmi hygroskopický, odvádza vlhkosť z okolitého vzduchu, zvyčajne obsahuje 10 až 20% vlhkosti. Hustota škrobu je 1,620 - 1 650 g / cm3. S roztokom jódu dáva škrobová pasta intenzívne modrú farbu, ktorá po varení zmizne a po ochladení sa znova objaví (kvalitatívna reakcia na škrob). Chemické vlastnosti škrobu. Škrob, rovnako ako celulóza, je prírodný polymér - polysaxapid, ktorý patrí do triedy uhľohydrátov a zodpovedá molekulovému vzorcu (C6K10O5) s. Štrukturálne spojenie v molekulárnom reťazci škrobu však bude zvyškom a-glukózy a celulózy - β-glukózy. Preto v škrobe každé dva zvyšky a-glukózy tvoria zvyšok disacharidu maltózy a v celulóze každé dva zvyšky p-glukózy tvoria zvyšok disacharidu celulózy. Maltóza je izomér celulózy.
Škrob obsahuje dve frakcie polysacharidov: amylózu a amylopektín. Amylóza má lineárnu štruktúru molekúl stočených do glomerúl. Jeho polymerizačný koeficient dosahuje 1000. Amylóza je bohatá na zemiakový škrob.
glyutin
Kostné lepidlo, lepidlo a želatína pozostávajú hlavne z bielkovinovej látky - glutínu a.
Kostné lepidlo vo forme tvrdých, krehkých dlaždíc alebo lepených želé - paličiek sa vyrába z kostí, rohov a zvieracích kopýt.
Hrubé lepidlo, ktoré vyzerá veľmi podobne ako lepidlo na kosti, sa vyrába z mezry, ktorá sa olupuje zo zvieracích koží.
Želatína od chemické zloženie veľmi blízko k lepivu na kosti a mezur, ale oveľa vyššej kvality, najmä v čistote. Na získanie želatíny sa vyberajú najlepšie druhy čerstvého koženého odpadu: mezdra, orezané lýtkové kože a kosti hovädzieho dobytka.
Kosti, rohy a kopytá zvierat obsahujú bielkovinovú látku - kolagén (z gréckych slov „kola“ - lepidlo a „genos“ - rod, pôvod), nerozpustný vo vode. Kolagén sa však vplyvom dlhodobého zahrievania vo vode premení na iný typ proteínu, glutínu, rozpustného v horúca voda a s adhéznymi vlastnosťami.
Proteínové látky alebo proteíny pozostávajú z aminokyselinových zvyškov spojených amidovými skupinami -NH-CO do dlhých polypeptidových molekulových reťazcov. Koncové skupiny týchto reťazcov (molekúl) budú na jednej strane aminoskupiny a na druhej strane karboxylové skupiny.
kazeín
Kazeín je bielkovinová látka nachádzajúca sa v mlieku. Kravské mlieko obsahuje 3,2%, kozy - 3,8%, ovce - 4,5% kazeínu v rozpustenom stave. Ak do mlieka pridáte kyselinu alebo necháte mlieko kyslé, kazeín koaguluje a vytvára zrazeninu, ktorú je možné odfiltrovať zo srvátky, vysušiť a rozdrviť. Kaseínová koagulácia tiež nastáva, keď sa do mlieka pridáva syridlo, t. J. Šťava vylučovaná jednou z častí prežúvavcov v žalúdku. Preto sa v závislosti od výrobnej metódy rozlišujú dva typy kazeínu: kyslé a syridlo. V jeho čistej forme je kazeínom biely tvaroh. A kazeín sa nerozpúšťa vo vode, ale iba napučiava. Kaseín je však vysoko rozpustný v alkalických roztokoch. Na rozpustenie sa na každých 100 hmotnostných dielov kazeínu použije jedna z nasledujúcich alkalických prísad. Na výrobu lepidla na viazanie kníh sa používa iba kyslý kazeín, pretože sa lepšie rozpúšťa a poskytuje lepivejšie roztoky ako syridlo. Ten sa používa hlavne na výrobu bielkovinovej plastickej hmoty - halitu.
Sušený kazeín je veľmi hygroskopický a absorbuje vlhkosť zo vzduchu. Kazeín by sa preto mal uchovávať na suchom, dobre vetranom mieste.
guma
Guma sa extrahuje z latexu - šťavy niektorých tropických stromov, najmä brazílskej Hevea, ktoré rastú v Južnej Amerike, Indii, Afrike a Cejlóne.
Latex je koloidný systém, sol z gumových guľôčok a vody. Keď sa kyseliny pridávajú do latexu alebo pri zahrievaní, stabilita sólu je znížená a kaučuk sa zráža vo forme zrazeniny, ktorá sa suší, valcuje, narezáva na listy. V tejto forme padá guma na gumárne.
Guma je pružná a odolná, ale v chlade stvrdne, pri zahrievaní sa topí a tiež absorbuje vodu a rozpúšťa sa v benzíne a niektorých ďalších organických rozpúšťadlách. Preto guma dlho nenašla praktickú aplikáciu. Guma sa začala používať na výrobu gumy až v 40. rokoch 20. storočia. XIX storočia. Potom, čo Charles Goodyear zistil, že v dôsledku zahrievania šedou gumou sa stáva guma. Proces interakcie gumy so sírou pri 125 - 150 ° sa nazýva vulkanizácia. (Počas vulkanizácie sa atómy síry viažu na molekuly gumy v mieste dvojitých väzieb a „spájajú“ molekulové reťazce gumy do súvislého trojrozmerného sieťového systému)
guma
Guma sa nazýva guma zmiešaná so sírou, urýchľovače vulkanizačného procesu, zosilňovače, plnivá, zmäkčovadlá, antioxidanty, farebné pigmenty a podrobené vulkanizačnému procesu.
Urýchľovače vulkanizácie, ako napríklad captax, tiuram atď., Významne znižujú čas vulkanizácie a súčasne zlepšujú mechanické vlastnosti gumy.
Zosilňovače, ako sú sadze, a plnivá, ako napríklad meld, niekoľkokrát zvyšujú mechanickú pevnosť gumy a súčasne šetria trochu gumy a znižujú náklady na gumu.
Zmäkčovadlá, ako sú minerálne oleje, uľahčujú spracovanie kaučukových zmesí a znižujú tvrdosť hotových výrobkov z gumy.
Antioxidanty, ako napríklad hrana, zabraňujú predčasnému stvrdnutiu gumy; strata pružnosti a pružnosti.
Farbivá dodávajú kaučuku jednu alebo druhú farbu. Funkcie farbiacich látok sú sadze, červený oxid železitý (oxid uhoľnatý), oxid titaničitý, oxid zinočnatý atď. Príkladné zloženie zlúčenín gumy je uvedené v piatej kapitole „Elastoméry“.
Všetky zložky gumovej hmoty sa miešajú na valcoch alebo v gumovej miešačke. Potom sa kaučuková hmota formuje do kalendárov alebo do „surových“ polotovarov budúcich výrobkov z gumy.
Na zafixovanie tvaru výrobkov a na to, aby sa im dali vhodné vlastnosti, sa musia počas lisovania obrobkov s tlakom 15 - 25 kg / cm alebo pri normálnom tlaku po formovaní častí z obrobkov podrobiť vulkanizačnému procesu pri 120 - 150 °.
Atómy alebo atómové skupiny môžu byť umiestnené v makromolekule vo forme: otvoreného reťazca alebo predĺženej sekvencie cyklov (lineárne polyméry, napríklad prírodný kaučuk); rozvetvené reťazce (rozvetvené polyméry, napríklad amylopektín), trojrozmerné siete (zosieťované polyméry, napríklad vytvrdené epoxidy). Polyméry, ktorých molekuly pozostávajú z rovnakých monomérnych jednotiek, sa nazývajú homopolyméry (napríklad polyvinylchlorid, polykaproamid, celulóza).
Makromolekuly rovnakého chemického zloženia sa môžu zostavovať z jednotiek rôznych priestorových konfigurácií. Ak makromolekuly pozostávajú z rovnakých stereoizomérov alebo rôznych stereoizomérov striedajúcich sa v reťazci pri určitej frekvencii, polyméry sa nazývajú stereoregulárne.
Polyméry, ktorých makromolekuly obsahujú niekoľko typov monomérnych jednotiek, sa nazývajú kopolyméry. Kopolyméry, v ktorých jednotky každého typu tvoria dostatočne dlhé kontinuálne sekvencie, ktoré sa navzájom nahradzujú v makromolekule, sa nazývajú blokové kopolyméry. Jeden alebo niekoľko reťazcov inej štruktúry môže byť pripojený k vnútorným (nekonečným) jednotkám makromolekuly jednej chemickej štruktúry. Takéto kopolyméry sa nazývajú vrúbľované.
Polyméry, v ktorých každý alebo niektoré zo stereoizomérov jednotky tvoria dostatočne dlhé kontinuálne sekvencie, ktoré sa navzájom nahrádzajú v rámci tej istej makromolekuly, sa nazývajú stereoblokové blokové kopolyméry.
V závislosti od zloženia hlavného (hlavného) reťazca sa polyméry delia na: hetero-reťazec, ktorého hlavný reťazec obsahuje atómy rôznych prvkov, najčastejšie uhlík, dusík, kremík, fosfor
homoreťazec, ktorého hlavné reťazce sú vyrobené z rovnakých atómov.
Z homopolymérnych polymérov sú najbežnejšie polyméry uhľovodíkov, ktorých hlavné reťazce pozostávajú iba z atómov uhlíka, napríklad polyetylén, polymetylmetakrylát, polytetrafluóretylén. Príkladmi heteroreťazcových polymérov sú polyestery (polyetyléntereftalát, polykarbonáty), polyamidy, močovino-formaldehydové živice, proteíny, niektoré kremík. organické polyméry, Polyméry, ktorých makromolekuly spolu s uhľovodíkovými skupinami obsahujú atómy anorganických prvkov, sa nazývajú organoelementálne. Samostatnú skupinu polymérov tvoria anorganické polyméry, napríklad plastová síra, polyfosfonitrilchlorid.
Syntetické polyméry
Polyetylén sa získava polymerizáciou etylénu dvoma spôsobmi: pri vysokom alebo nízkom tlaku. V dôsledku prísne symetrickej štruktúry molekuly sa etylén ťažko polymerizuje. Priesvitný polyetylén je bezfarebný, veľmi odolný termoplastický polymér s dobrými dielektrickými a antikoróznymi vlastnosťami. Vysoká pevnosť polyetylénu je spôsobená jeho kryštalickou štruktúrou. Polyetylén sa používa na výrobu filmových materiálov, obloženie elektrických drôtov, na výrobu potrubí, nádob pre domáce a priemyselné použitie. Polyetylénové filmy prenášajú ultrafialové lúče, čo je veľmi cenné, ak sa používajú ako ochranné povlaky v poľnohospodárstve namiesto skla. Polyetylén s nízkou molekulovou hmotnosťou - voskovitý produkt - sa používa ako prísada do tlačiarenských farieb.
Potlač na polyetylén je veľmi ťažká, pretože má extrémne hladký uzavretý povrch, neprepúšťajúci atramenty a rozpúšťadlá a zlé adhézne vlastnosti vzhľadom na tlačiarenské farby. Preto je povrch polyetylénu pred tlačou aktivovaný rôznymi spôsobmi: je ionizovaný poľom elektrickej sily, oxidovaný permanganátom a inými silnými oxidačnými činidlami a vystavený krátkodobému pôsobeniu plameňa. Potom je polyetylén akýmkoľvek spôsobom utesnený. Výhodná je však metóda hĺbkotlače, etmografia alebo elastografia.
Polyvinylchlorid (- CH2-CHC1-) je termoplastický tuhý rohový polymér. Začne zjemňovať pri 92 - 94 ° a topí sa pri 170 °. Stáva sa elasticko-elastickým a flexibilným, keď sa pridá zmäkčovadlo, napríklad 30 - 35% dibutylftalátu. Polyvinylchlorid so zmäkčovadlami a pigmentami, ktoré sa do neho zavádzajú, sa nazýva vinylplast. Vyrába sa vo forme dosiek a fólií, ktoré sa používajú na výrobu plochých a rotačných (valcovitých) stereotypov, duplikátov klišé, viazaní kníh a dekoratívnych poťahov z textovinitu.
Potlač textovinite je bavlnená tkanina s elastickou elastickou vrstvou z polyvinylchloridu, pigmentov, plnív a plastifikátora - aplikuje sa dibutylftalát. Používa sa ako decely (elastické elastické tesnenia) tlačiarenských strojov. Vyrába sa v hrúbke 0,65 mm (s toleranciou ± 0,05 mm).
Povlak by mal byť hladký, rovný, elastický, nelepivý a neznačkujúci, odolný proti vode, petroleju, benzínu, motorovému oleju a nemal by mať nepríjemný zápach.
Polyvinylidénchlorid - tento vinylidénchloridový polymér sa zriedka používa kvôli zlej rozpustnosti a nestabilite. Praktický význam však má kopolymér vinylidénchloridu a chlorinylu.
I Kopolymér vinylchloridu a vinylidénchloridu je dostupný pod obchodnou značkou Latex TSW. Používa sa na impregnáciu papiera a výrobu spojovacích materiálov - náhrady za lederín a kolenor.
Polystyrén je pevný, priehľadný, bezfarebný termoplastický polymér, ktorý mäkne pri 80 ° a topí sa pri 170 °. Vo forme kopolyméru s akrylonitrilom sa používa na odlievanie typografických typov písma. Kopolymér je dostupný pod obchodným názvom СНАК-15, obsahuje 85% styrénu a 15% akrylonitrilu, je vysoko odolný a odolný voči organickým rozpúšťadlám a pracím látkam
Vlastnosti a základné charakteristiky.
Lineárne polyméry majú špecifický komplex fyzikálno-chemických a mechanických vlastností. Najdôležitejšie z týchto vlastností: schopnosť vytvárať vysoko pevné anizotropné vysoko orientované vlákna a filmy, schopnosť veľkých, dlhodobých reverzibilných deformácií; schopnosť vo vysoko elastickom stave napučiavať pred rozpustením; vysoká viskozita roztokov. Tento súbor vlastností je spôsobený vysokou molekulovou hmotnosťou, štruktúrou reťazca, ako aj flexibilitou makromolekúl. Pri prechode z lineárnych reťazcov na rozvetvené, riedke trojrozmerné siete a nakoniec na husté štruktúry ôk sa táto skupina vlastností stáva menej výraznou. Silne zosieťované polyméry sú nerozpustné, netaviace sa a neschopné vysoko elastických deformácií.
Polyméry môžu existovať v kryštalických a amorfných stavoch. Nevyhnutnou podmienkou kryštalizácie je pravidelnosť dostatočne dlhých rezov makromolekuly. V kryštalických polyméroch je výskyt rôznych supramolekulárnych štruktúr (fibríl, sférolitov, monokryštálov) typom, ktorý do značnej miery určuje vlastnosti polymérneho materiálu. Supramolekulárne štruktúry v nekryštalizovaných (amorfných) polyméroch sú menej výrazné ako v kryštalických.
Nekryštalizované polyméry môžu byť v troch fyzikálnych stavoch: sklovité, vysoko elastické a viskózne. Polyméry s nízkou (pod izbovou) teplotou prechodu zo skleného na vysoko elastický stav sa nazývajú elastoméry s vysokoplastami. V závislosti od chemického zloženia, štruktúry a relatívnej polohy makromolekúl sa môžu vlastnosti polymérov meniť vo veľmi širokých medziach. Takže 1,4.-cispolybutadién, vyrobený z flexibilných uhľovodíkových reťazcov, je pri teplote asi 20 ° C elastický materiál, ktorý pri teplote -60 ° C prechádza do sklovitého stavu; polymetylmetakrylát, vyrobený z tuhších reťazcov, pri teplote asi 20 ° C, je tuhý sklovitý produkt, ktorý sa premení na vysoko elastický stav iba pri 100 ° C. celulóza - polymér s veľmi tuhými reťazcami spojenými medzimolekulovými vodíkovými väzbami nemôže vo všeobecnosti existovať vo vysoko elastickom stave až do teploty rozkladu. Veľké rozdiely vo vlastnostiach polymérov je možné pozorovať, aj keď rozdiely v štruktúre makromolekúl sú na prvý pohľad malé. Stereoregulárny polystyrén je teda kryštalická látka s teplotou topenia asi 235 ° C, zatiaľ čo nestereoregulárny polystyrén nemôže vôbec kryštalizovať a zmäkčuje pri teplote asi 80 ° C.
Chemické reakcie
Polyméry môžu vstupovať do nasledujúcich hlavných typov reakcií:
tvorba chemických väzieb medzi makromolekulami (tzv. zosieťovanie), napríklad počas vulkanizácie kaučukov, opaľovania kože;
rozklad makromolekúl na oddelené kratšie fragmenty, reakcie laterálnych funkčných skupín polymérov s látkami s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré neovplyvňujú hlavný reťazec (tzv. polymérne analogické transformácie);
intramolekulárne reakcie vyskytujúce sa medzi funkčnými skupinami jednej makromolekuly, napríklad intramolekulárna cyklizácia. Sieťovanie často prebieha spolu s degradáciou. Príkladom transformácie analogickej k polyméru je zmydelnenie polyvinylacetátu, čo vedie k tvorbe polyvinylalkoholu.
Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie
autonómna vzdelávacia inštitúcia federálneho štátu
vyššie odborné vzdelávanie
„NÁRODNÝ VÝSKUM
TOMSK POLYTECHNICKÁ UNIVERZITA »
Ústav prírodných zdrojov
Smer prípravy (špecialita) Chemická technológia
Oddelenie chemickej technológie palív a chemickej kybernetiky
abstraktné
Názov abstraktu:
“ Prírodné polyméry, polyméry okolo nás “
disciplína "Úvod do inžinierskych činností"
Účinkujú študenti gr. 2D42 Nikonova Nyurguyana
Prokopchuk Kristina
Dayanova Regina
Abstrakt akceptovaný:
Moises O. E.
(Podpis)
2014.
(dátum overenia správy)
Tomsk 2014
1. Úvod ……………………………………………………………………………………………………… ..2
2. Pojem polymér a klasifikácia ……………………………………………………… .3
3. Celulóza ……………………………………………………………………………………………………… 3
4. Škrob …………………………………………………………………………………………………………… 5
5. Glutín …………………………………………………………………………………………………………… ..6
6. Kazeín ………………………………………………………………………………………………………………… 6
7. Guma ………………………………………………………………………………………………… .7
8. Pradivo …………………………………………………………………………………………………………… 7
9. Syntetické polyméry ……………………………………………………………………… ... 9
10. Vlastnosti a najdôležitejšie vlastnosti …………………………………………… 10
11. Chemické reakcie ……………………………………………………………………………… .11
12. Získanie ……………………………………………………………………………………………………… 12
13. Polyméry v poľnohospodárstve …………………………………………………………… ..12
14. Polyméry v priemysle ……………………………………………………………… .14
15. Použitá literatúra ……………………………………………………………………… 19
úvod
Pojem „polymér“ bol do vedy zavedený I. Berzeliusom v roku 1833, čo označuje špeciálny typ izomérie, v ktorom látky (polyméry) s rovnakým zložením majú rôzne molekulové hmotnosti, ako je etylén a butylén, kyslík a ozón. Tento obsah pojmu nezodpovedal moderným konceptom polymérov. „Skutočné“ syntetické polyméry dovtedy neboli známe.
V prvej polovici 19. storočia bolo evidentne získaných niekoľko polymérov. Chemici sa však potom zvyčajne snažili potlačiť polymerizáciu a polykondenzáciu, ktorá viedla k „živici“ produktov hlavnej chemickej reakcie, tj v skutočnosti k tvorbe polymérov (doteraz sa polyméry často nazývajú „živice“). Prvá zmienka o syntetických polyméroch je z roku 1838 (polyvinylidénchlorid) a 1839 (polystyrén),
Polymérna chémia vznikla iba v súvislosti s vytvorením teórie chemickej štruktúry A.M.Butlerovom. A.M.Butlerov študoval vzťah medzi štruktúrou a relatívnou stabilitou molekúl, prejavujúci sa v polymerizačných reakciách. Ďalší rozvoj vedy o polyméroch bol spôsobený najmä intenzívnym hľadaním metód syntézy gumy, na ktorých sa zúčastnili poprední vedci z mnohých krajín (G. Bushard, W. Tilden, nemecký vedec K Harries, I.L. Kondakov, S.V. Lebedev a ďalšie). ). V 30. rokoch sa dokázala existencia mechanizmov voľných radikálov a iónovej polymerizácie. Veľkú úlohu pri vývoji myšlienok o polykondenzácii hrali diela W. Carosersa.
Od začiatku 20. rokov 20. storočia sa rozvíjajú aj teoretické predstavy o štruktúre polymérov, spočiatku sa predpokladalo, že biopolyméry ako celulóza, škrob, kaučuk, proteíny a niektoré syntetické polyméry s podobnými vlastnosťami (napríklad polyizoprén) pozostávajú z malé molekuly s neobvyklou schopnosťou asociácie v roztoku do komplexov koloidnej povahy v dôsledku nekovalentných väzieb (teória „malých blokov“). G. Staudinger bol autorom zásadne nového konceptu polymérov ako látok pozostávajúcich z makromolekúl, častíc s neobvykle veľkou molekulovou hmotnosťou. Víťazstvo myšlienok tohto vedca nás prinútilo považovať polyméry za kvalitatívne nový objekt výskumu v chémii a fyzike.
Pojem polymér a klasifikácia
polyméry - chemické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou (od niekoľkých tisíc do mnohých miliónov), ktorých molekuly (makromolekuly) pozostávajú z veľkého počtu opakujúcich sa skupín (monomérne jednotky). Atómy, ktoré tvoria makromolekuly, sú navzájom spojené silami hlavnej a (alebo) koordinačnej valencie.
Klasifikácia.
Podľa pôvodu sa polyméry delia na:
prírodné (biopolyméry), napríklad proteíny, nukleové kyseliny, prírodné živice
syntetické, napríklad polyetylénové, polypropylénové, fenolformaldehydové živice.
Prírodné polyméry používané v tlači zahŕňajú: polysacharidy (celulózový škrob, gumy), 6 stromov, glutín, kazeín, albumín), polydién (guma).
celulóza
Celulóza alebo vláknina (z latinského slova „cellul“ - bunka) je v prírode rozšírená. Celulóza je silná vláknitá látka organického pôvodu, ktorá tvorí podporné tkanivo všetkých rastlín (rastlinných buniek).
Fyzikálne vlastnosti celulózy
Celulózové vlákna sa vyznačujú belosťou, pružnosťou, pevnosťou, elastickou elasticitou, t.j. schopnosť reverzibilne sa deformovať bez deštrukcie aj pri vysokom mechanickom namáhaní, nerozpustnosť vo vode a organických rozpúšťadlách a nerozpustnosť.
Celulóza vydrží bez tepelného poškodenia až 150 °; pri vyššej teplote sa pozoruje depolymerizácia celulózy a súvisiaca strata pevnosti a pri 270 ° C a vyššom začína tepelný rozklad uvoľňovaním produktov rozkladu: kyselina octová, metylalkohol, ketóny a decht a uhlie v zvyšku.
Štruktúra celulózových vlákien.
Každé rastlinné vlákno, ako je bavlna, ľanové semeno, drevo atď., Je jedna bunka, ktorej obal pozostáva hlavne z celulózy. Vo vnútri vlákna je kanál - kapilára, prístupná pre prenikanie vzduchu a vlhkosti. Technické celulózové vlákna majú priemernú dĺžku 2,5 až 3 mm (smrek, borovica, breza, topoľ) a 20 až 25 mm (ľan, bavlna, konope) s priemerom 25 mikrónov.
Celulózové rastlinné vlákno má fibrilárnu štruktúru. Vlákna sú vláknité, elementárne okenné rolky - balíčky molekúl celulózy pevne prepojené vodíkovými väzbami, dlhé 50 mikrónov a priemerom 0,1 až 0,4 mikrónov. Celulóza s najväčšou pravdepodobnosťou vytvára usporiadaný systém vlákien - vlákien, ktorý sa nachádza hustejšie okolo vnútorného kanálika (kapiláry) vlákna a voľnejšie vo svojich vonkajších vrstvách. V priestoroch medzi vláknami sú micelulózy a lignín a ich obsah sa zvyšuje z vnútorných vrstiev bunkovej stoiky na vonkajšie. Medzibunkové priestory celulózy sú prevažne vyplnené lignínom.
Hlavným zdrojom celulózy je drevo ... Drevo je vnútornou časťou stromov ležiacich pod kôrou a tvoriacich hlavné rastlinné tkanivo, z ktorého sa vytvára kmeň stromu.
Živá bunka rastúceho stromu má škrupinu (steny) z celulózy, vnútornú dutinu vyplnenú protoplazmou a jadro. Živá bunka je schopná pridávať a tvoriť nové drevené útvary v kambínovej vrstve pod kôrou z roka na rok na rastúcom strome.
Živé bunky v priebehu času podliehajú stuhnutosti, čo nakoniec vedie k ich úplnej nekróze alebo ligácii. Lignifikácia bunky nastáva hlavne v dôsledku objavenia sa lignínu v nej. Drevo je z 90-95% zložených z takýchto mŕtvych buniek - vlákien bez protoplazmy a jadra, ale schopných delenia, s vnútornou dutinou naplnenou vzduchom a vodou.
Chemická štruktúra a vlastnosti celulózy. Celulóza je prirodzene sa vyskytujúci polysacharidový polymér patriaci do triedy uhľohydrátov. Obrovská molekula celulózy (makromolekula) je zostavená z opakovane sa opakujúcich štruktúrnych jednotiek - p-glukózové zvyšky (O6H10O5) s. Číslo n alebo koeficient polymerizácie ukazuje, koľkokrát sa štruktúrny zvyšok zvyšku ß-glukózy opakuje v makromolekule celulózy, a preto charakterizuje dĺžku molekulového reťazca (dĺžku molekuly) a určuje jeho molekulovú hmotnosť.
Koeficient polymerizácie celulózy rôzneho pôvodu je rôzny. Pre drevnú buničinu je to 3000, pre bavlnu - 12 000, pre ľan 36 000 (približne). Toto vysvetľuje veľkú pevnosť bavlnených a ľanových vlákien v porovnaní s vláknami z drevnej buničiny.
Alkalická celulóza sa získava pôsobením na celulózový roztok hydroxidu sodného. V tomto prípade sú atómy vodíka alkoholových hydroxylov čiastočne alebo úplne nahradené atómami sodíka. Alkalická celulóza, bez straty svojej vláknitej štruktúry, sa vyznačuje zvýšenou chemickou aktivitou, ktorá sa používa pri príprave éterov celulózy, napríklad karboxymetylcelulózy.
Karboxymetylcelulóza (CMC) je éter celulózy a kyseliny glykolovej. Priemyselný spôsob výroby karboxymetylcelulózy je založený na interakcii alkalickej celulózy s kyselinou monochlóroctovou.
Hemicelulózy sú krížom medzi celulózou a škrobom. Sú to tiež polysacharidy. Hemicelulózové molekuly sú tvorené z monosacharidových zvyškov: manózy (hexózy) a xylózy (pentózy). Hemicelulózy nemajú vláknitú štruktúru. Slúžia ako rezerva živín pre rastliny a chránia ich pred infekciami. Hemicelulózy napučiavajú vo vode a relatívne ľahko sa hydrolyzujú aj veľmi zriedenými kyselinami, rozpustia sa v 18,5% zásady. Hemicelulózy nie sú škodlivými prímesami papieroviny. Naopak, drevná buničina s vysokým obsahom hemicelulóz sa ľahko drví a papier z nej vyrobený má zvýšenú pevnosť (najmä povrchy), pretože hemicelulózy sú veľmi dobré prírodné klíženie.
Lignin je chemicky nestála látka: pod vplyvom svetla, vlhkosti, kyslíka, vzduchu a tepla sa lignín ničí, v dôsledku čoho rastlinné vlákna strácajú svoju silu a stmavujú. Lignín, na rozdiel od celulózy, je rozpustný v zriedených kyselinách a zásadách. Metódy výroby celulózy z dreva, slamy, trstiny a iných rastlinných tkanív sú založené na tejto vlastnosti lignínu. Štruktúra lignínu je veľmi zložitá a stále nie je dobre pochopená; Je známe, že lignín je prírodný polymér, ktorého štruktúrna jednotka je zvyškom veľmi reaktívneho aromatického alkoholu - p-hydroxykoniferylu.
škrob
Škrob vo forme mikroskopických zŕn sa vytvára v zelených častiach rastliny z oxidu uhličitého vzduchu a vlhkosti pod vplyvom svetla a odvádza sa spolu s rastlinnými šťavami do hľúz a zŕn, kde sa ukladá ako rezervná živina.
Fyzikálne vlastnosti škrobu. Zrná škrobu rôznych rastlín majú rôzne tvary a veľkosti. Škrob nie je rozpustný v studenej vode, alkohole a éteri. V horúcej vode napučiavajú škrobové zrná, stonásobne zväčšujú svoj objem, potom strácajú tvar a tvoria viskózny a lepkavý roztok. Teplota rozpúšťania škrobu vo vode sa nazýva teplota želatíny. Pre zemiakový škrob je to 60 °, pre kukuricu (kukuricu) 70 °, pšenicu a ryžu - 80 °.
Škrob je veľmi hygroskopický, odvádza vlhkosť z okolitého vzduchu, zvyčajne obsahuje 10 až 20% vlhkosti. Hustota škrobu je 1,620 - 1 650 g / cm3. S roztokom jódu dáva škrobová pasta intenzívne modrú farbu, ktorá po varení zmizne a po ochladení sa znova objaví (kvalitatívna reakcia na škrob). Chemické vlastnosti škrobu. Škrob, rovnako ako celulóza, je prírodný polymér - polysaxapid, ktorý patrí do triedy uhľohydrátov a zodpovedá molekulovému vzorcu (C6K10O5) s. Štrukturálne spojenie v molekulárnom reťazci škrobu však bude zvyškom a-glukózy a celulózy - β-glukózy. Preto v škrobe každé dva zvyšky a-glukózy tvoria zvyšok disacharidu maltózy a v celulóze každé dva zvyšky p-glukózy tvoria zvyšok disacharidu celulózy. Maltóza je izomér celulózy.
Škrob obsahuje dve frakcie polysacharidov: amylózu a amylopektín. Amylóza má lineárnu štruktúru molekúl stočených do glomerúl. Jeho polymerizačný koeficient dosahuje 1000. Amylóza je bohatá na zemiakový škrob.
glyutin
Kostné lepidlo, lepidlo a želatína pozostávajú hlavne z bielkovinovej látky - glutínu a.
Kostné lepidlo vo forme tvrdých, krehkých dlaždíc alebo lepených želé - paličiek sa vyrába z kostí, rohov a zvieracích kopýt.
Hrubé lepidlo, ktoré vyzerá veľmi podobne ako lepidlo na kosti, sa vyrába z mezry, ktorá sa olupuje zo zvieracích koží.
Chemické zloženie želatíny je veľmi podobné lepidlu na kosti a oká, ale má oveľa vyššiu kvalitu, najmä pokiaľ ide o čistotu. Na získanie želatíny sa vyberajú najlepšie druhy čerstvého koženého odpadu: mezdra, orezané lýtkové kože a kosti hovädzieho dobytka.
Kosti mezdry, rohov a kopýt zvierat obsahujú bielkovinovú látku - kolagén (z gréckych slov "calla" - lepidlo a "genos" - rod, pôvod), nerozpustné vo vode. Kolagén sa však vplyvom dlhodobého zahrievania vo vode premieňa na iný typ proteínu, glutín, rozpustný v horúcej vode a majúci adhezívne vlastnosti.
Proteínové látky alebo proteíny pozostávajú z aminokyselinových zvyškov spojených amidovými skupinami -NH-CO do dlhých polypeptidových molekulových reťazcov. Koncové skupiny týchto reťazcov (molekúl) budú na jednej strane aminoskupiny a na druhej strane karboxylové skupiny.
kazeín
Kazeín je bielkovinová látka nachádzajúca sa v mlieku. Kravské mlieko obsahuje 3,2%, kozie - 3,8%, ovčie - 4,5% kazeín v rozpustenom stave. Ak do mlieka pridáte kyselinu alebo necháte mlieko kyslé, kazeín koaguluje a vytvára zrazeninu, ktorú je možné odfiltrovať zo srvátky, vysušiť a rozdrviť. Kaseínová koagulácia tiež nastáva, keď sa do mlieka pridáva syridlo, t. J. Šťava vylučovaná jednou z častí prežúvavcov v žalúdku. Preto sa v závislosti od výrobnej metódy rozlišujú dva typy kazeínu: kyslé a syridlo. V jeho čistej forme je kazeínom biely tvaroh. A kazeín sa nerozpúšťa vo vode, ale iba napučiava. Kaseín je však vysoko rozpustný v alkalických roztokoch. Na rozpustenie sa na každých 100 hmotnostných dielov kazeínu použije jedna z nasledujúcich alkalických prísad. Na výrobu lepidla na viazanie kníh sa používa iba kyslý kazeín, pretože sa lepšie rozpúšťa a poskytuje lepivejšie roztoky ako syridlo. Ten sa používa hlavne na výrobu bielkovinovej plastickej hmoty - halitu.
Sušený kazeín je veľmi hygroskopický a absorbuje vlhkosť zo vzduchu. Kazeín by sa preto mal uchovávať na suchom, dobre vetranom mieste.
guma
Guma sa extrahuje z latexu - šťavy niektorých tropických stromov, najmä brazílskej Hevea, ktoré rastú v Južnej Amerike, Indii, Afrike a Cejlóne.
Latex je koloidný systém, sol z gumových guľôčok a vody. Keď sa kyseliny pridávajú do latexu alebo pri zahrievaní, stabilita sólu je znížená a kaučuk sa zráža vo forme zrazeniny, ktorá sa suší, valcuje, narezáva na listy. V tejto forme padá guma na gumárne.
Guma je pružná a odolná, ale v chlade stvrdne, pri zahrievaní sa topí a tiež absorbuje vodu a rozpúšťa sa v benzíne a niektorých ďalších organických rozpúšťadlách. Preto guma dlho nenašla praktickú aplikáciu. Guma sa začala používať na výrobu gumy až v 40. rokoch 20. storočia. XIX storočia. Potom, čo Charles Goodyear zistil, že v dôsledku zahrievania šedou gumou sa stáva guma. Proces interakcie gumy so sírou pri 125 - 150 ° sa nazýva vulkanizácia. (Počas vulkanizácie sa atómy síry viažu na molekuly gumy v mieste dvojitých väzieb a „spájajú“ molekulové reťazce gumy do súvislého trojrozmerného sieťového systému)
guma
Guma sa nazýva guma zmiešaná so sírou, urýchľovače vulkanizačného procesu, zosilňovače, plnivá, zmäkčovadlá, antioxidanty, farebné pigmenty a podrobené vulkanizačnému procesu.
Urýchľovače vulkanizácie, ako napríklad captax, tiuram atď., Významne znižujú čas vulkanizácie a súčasne zlepšujú mechanické vlastnosti gumy.
Zosilňovače, ako sú sadze, a plnivá, ako napríklad meld, niekoľkokrát zvyšujú mechanickú pevnosť gumy a súčasne šetria trochu gumy a znižujú náklady na gumu.
Zmäkčovadlá, ako sú minerálne oleje, uľahčujú spracovanie kaučukových zmesí a znižujú tvrdosť hotových výrobkov z gumy.
Antioxidanty, ako napríklad hrana, zabraňujú predčasnému stvrdnutiu gumy; strata pružnosti a pružnosti.
Farbivá dodávajú kaučuku jednu alebo druhú farbu. Funkcie farbiacich látok sú sadze, červený oxid železitý (oxid uhoľnatý), oxid titaničitý, oxid zinočnatý atď. Príkladné zloženie zlúčenín gumy je uvedené v piatej kapitole „Elastoméry“.
Všetky zložky gumovej hmoty sa miešajú na valcoch alebo v gumovej miešačke. Potom sa kaučuková hmota formuje do kalendárov alebo do „surových“ polotovarov budúcich výrobkov z gumy.
Na zafixovanie tvaru výrobkov a na to, aby sa im dali vhodné vlastnosti, sa musia počas lisovania obrobkov s tlakom 15 - 25 kg / cm alebo pri normálnom tlaku po formovaní častí z obrobkov podrobiť vulkanizačnému procesu pri 120 - 150 °.
Atómy alebo atómové skupiny môžu byť umiestnené v makromolekule vo forme: otvoreného reťazca alebo predĺženej sekvencie cyklov (lineárne polyméry, napríklad prírodný kaučuk); rozvetvené reťazce (rozvetvené polyméry, napríklad amylopektín), trojrozmerné siete (zosieťované polyméry, napríklad vytvrdené epoxidy). Polyméry, ktorých molekuly pozostávajú z rovnakých monomérnych jednotiek, sa nazývajú homopolyméry (napríklad polyvinylchlorid, polykaproamid, celulóza).
Makromolekuly rovnakého chemického zloženia sa môžu zostavovať z jednotiek rôznych priestorových konfigurácií. Ak makromolekuly pozostávajú z rovnakých stereoizomérov alebo rôznych stereoizomérov striedajúcich sa v reťazci pri určitej frekvencii, polyméry sa nazývajú stereoregulárne.
Polyméry, ktorých makromolekuly obsahujú niekoľko typov monomérnych jednotiek, sa nazývajú kopolyméry. Kopolyméry, v ktorých jednotky každého typu tvoria dostatočne dlhé kontinuálne sekvencie, ktoré sa navzájom nahradzujú v makromolekule, sa nazývajú blokové kopolyméry. Jeden alebo niekoľko reťazcov inej štruktúry môže byť pripojený k vnútorným (nekonečným) jednotkám makromolekuly jednej chemickej štruktúry. Takéto kopolyméry sa nazývajú vrúbľované.
Polyméry, v ktorých každý alebo niektoré zo stereoizomérov jednotky tvoria dostatočne dlhé kontinuálne sekvencie, ktoré sa navzájom nahrádzajú v rámci tej istej makromolekuly, sa nazývajú stereoblokové blokové kopolyméry.
V závislosti od zloženia hlavného (hlavného) reťazca sa polyméry delia na: hetero-reťazec, ktorého hlavný reťazec obsahuje atómy rôznych prvkov, najčastejšie uhlík, dusík, kremík, fosfor
homoreťazec, ktorého hlavné reťazce sú vyrobené z rovnakých atómov.
Z homo-reťazcových polymérov sú najbežnejšie polyméry uhľovodíkov, ktorých hlavné reťazce pozostávajú iba z atómov uhlíka, napríklad polyetylén, polymetylmetakrylát, polytetrafluóretylén. Príkladmi heteroreťazcových polymérov sú polyestery (polyetyléntereftalát, polykarbonáty), polyamidy, močovino-formaldehydové živice, proteíny a niektoré organokremičité polyméry. Polyméry, ktorých makromolekuly spolu s uhľovodíkovými skupinami obsahujú atómy anorganických prvkov, sa nazývajú organoelementálne. Samostatnú skupinu polymérov tvoria anorganické polyméry, napríklad plastová síra, polyfosfonitrilchlorid.
Syntetické polyméry
Polyetylén sa získava polymerizáciou etylénu dvoma spôsobmi: pri vysokom alebo nízkom tlaku. V dôsledku prísne symetrickej štruktúry molekuly sa etylén ťažko polymerizuje. Priesvitný polyetylén je bezfarebný, veľmi odolný termoplastický polymér s dobrými dielektrickými a antikoróznymi vlastnosťami. Vysoká pevnosť polyetylénu je spôsobená jeho kryštalickou štruktúrou. Polyetylén sa používa na výrobu filmových materiálov, obloženie elektrických drôtov, na výrobu potrubí, nádob pre domáce a priemyselné použitie. Polyetylénové filmy prenášajú ultrafialové lúče, čo je veľmi cenné, ak sa používajú ako ochranné povlaky v poľnohospodárstve namiesto skla. Polyetylén s nízkou molekulovou hmotnosťou - voskovitý produkt - sa používa ako prísada do tlačiarenských farieb.
Potlač na polyetylén je veľmi ťažká, pretože má extrémne hladký uzavretý povrch, neprepúšťajúci atramenty a rozpúšťadlá a zlé adhézne vlastnosti vzhľadom na tlačiarenské farby. Preto je povrch polyetylénu pred tlačou aktivovaný rôznymi spôsobmi: je ionizovaný poľom elektrickej sily, oxidovaný permanganátom a inými silnými oxidačnými činidlami a vystavený krátkodobému pôsobeniu plameňa. Potom je polyetylén akýmkoľvek spôsobom utesnený. Výhodná je však metóda hĺbkotlače, etmografia alebo elastografia.
Polyvinylchlorid (- CH2-CHC1-) je termoplastický tuhý rohový polymér. Začne zjemňovať pri 92 - 94 ° a topí sa pri 170 °. Stáva sa elasticko-elastickým a flexibilným, keď sa pridá zmäkčovadlo, napríklad 30 - 35% dibutylftalátu. Polyvinylchlorid so zmäkčovadlami a pigmentami, ktoré sa do neho zavádzajú, sa nazýva vinylplast. Vyrába sa vo forme dosiek a fólií, ktoré sa používajú na výrobu plochých a rotačných (valcovitých) stereotypov, duplikátov klišé, viazaní kníh a dekoratívnych poťahov z textovinitu.
Potlač textovinite je bavlnená tkanina s elastickou elastickou vrstvou z polyvinylchloridu, pigmentov, plnív a plastifikátora - aplikuje sa dibutylftalát. Používa sa ako decely (elastické elastické tesnenia) tlačiarenských strojov. Vyrába sa v hrúbke 0,65 mm (s toleranciou ± 0,05 mm).
Povlak by mal byť hladký, rovný, elastický, nelepivý a neznačkujúci, odolný proti vode, petroleju, benzínu, motorovému oleju a nemal by mať nepríjemný zápach.
Polyvinylidénchlorid - tento vinylidénchloridový polymér sa zriedka používa kvôli zlej rozpustnosti a nestabilite. Praktický význam však má kopolymér vinylidénchloridu a chlorinylu.
I Kopolymér vinylchloridu a vinylidénchloridu je dostupný pod obchodnou značkou Latex TSW. Používa sa na impregnáciu papiera a výrobu spojovacích materiálov - náhrady za lederín a kolenor.
Polystyrén je pevný, priehľadný, bezfarebný termoplastický polymér, ktorý mäkne pri 80 ° a topí sa pri 170 °. Vo forme kopolyméru s akrylonitrilom sa používa na odlievanie typografických typov písma. Kopolymér je dostupný pod obchodným názvom СНАК-15, obsahuje 85% styrénu a 15% akrylonitrilu, je vysoko odolný a odolný voči organickým rozpúšťadlám a pracím látkam
Vlastnosti a základné charakteristiky.
Lineárne polyméry majú špecifický komplex fyzikálno-chemických a mechanických vlastností. Najdôležitejšie z týchto vlastností: schopnosť vytvárať vysoko pevné anizotropné vysoko orientované vlákna a filmy, schopnosť veľkých, dlhodobých reverzibilných deformácií; schopnosť vo vysoko elastickom stave napučiavať pred rozpustením; vysoká viskozita roztokov. Tento súbor vlastností je spôsobený vysokou molekulovou hmotnosťou, štruktúrou reťazca, ako aj flexibilitou makromolekúl. Pri prechode z lineárnych reťazcov na rozvetvené, riedke trojrozmerné siete a nakoniec na husté štruktúry ôk sa táto skupina vlastností stáva menej výraznou. Silne zosieťované polyméry sú nerozpustné, netaviace sa a neschopné vysoko elastických deformácií.
Polyméry môžu existovať v kryštalických a amorfných stavoch. Nevyhnutnou podmienkou kryštalizácie je pravidelnosť dostatočne dlhých rezov makromolekuly. V kryštalických polyméroch je výskyt rôznych supramolekulárnych štruktúr (fibríl, sférolitov, monokryštálov) typom, ktorý do značnej miery určuje vlastnosti polymérneho materiálu. Supramolekulárne štruktúry v nekryštalizovaných (amorfných) polyméroch sú menej výrazné ako v kryštalických.
Nekryštalizované polyméry môžu byť v troch fyzikálnych stavoch: sklovité, vysoko elastické a viskózne. Polyméry s nízkou (pod izbovou) teplotou prechodu zo skleného na vysoko elastický stav sa nazývajú elastoméry s vysokoplastami. V závislosti od chemického zloženia, štruktúry a relatívnej polohy makromolekúl sa môžu vlastnosti polymérov meniť vo veľmi širokých medziach. Takže 1,4.-cispolybutadién, vyrobený z flexibilných uhľovodíkových reťazcov, je pri teplote asi 20 ° C elastický materiál, ktorý pri teplote -60 ° C prechádza do sklovitého stavu; polymetylmetakrylát, vyrobený z tuhších reťazcov, pri teplote asi 20 ° C, je tuhý sklovitý produkt, ktorý sa premení na vysoko elastický stav iba pri 100 ° C. celulóza - polymér s veľmi tuhými reťazcami spojenými medzimolekulovými vodíkovými väzbami nemôže vo všeobecnosti existovať vo vysoko elastickom stave až do teploty rozkladu. Veľké rozdiely vo vlastnostiach polymérov je možné pozorovať, aj keď rozdiely v štruktúre makromolekúl sú na prvý pohľad malé. Stereoregulárny polystyrén je teda kryštalická látka s teplotou topenia asi 235 ° C, zatiaľ čo nestereoregulárny polystyrén nemôže vôbec kryštalizovať a zmäkčuje pri teplote asi 80 ° C.
Chemické reakcie
Polyméry môžu vstupovať do nasledujúcich hlavných typov reakcií:
tvorba chemických väzieb medzi makromolekulami (tzv. zosieťovanie), napríklad počas vulkanizácie kaučukov, opaľovania kože;
rozklad makromolekúl na oddelené kratšie fragmenty, reakcie laterálnych funkčných skupín polymérov s látkami s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré neovplyvňujú hlavný reťazec (tzv. polymérne analogické transformácie);
intramolekulárne reakcie vyskytujúce sa medzi funkčnými skupinami jednej makromolekuly, napríklad intramolekulárna cyklizácia. Sieťovanie často prebieha spolu s degradáciou. Príkladom transformácie analogickej k polyméru je zmydelnenie polyvinylacetátu, čo vedie k tvorbe polyvinylalkoholu.
Osobitná, veľmi dôležitá skupina chemických prírodných látok je zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou (polyméry), Dajú sa rozdeliť do dvoch veľkých skupín:
Prírodné organické polyméry - biopolyméry
Prírodné anorganické polyméry
Najprv sa zaoberáme látkami súvisiacimi s biopolymérmi.
Hmota biopolymérnych molekúl dosahuje niekoľko desiatok tisíc a úloha týchto zlúčenín je obrovská. Polymérne látky sú základom života na Zemi.
Tabuľka 1
Organické prírodné polyméry - biopolyméry - poskytujú životne dôležité procesy všetkých živočíšnych a rastlinných organizmov. Je zaujímavé, že z mnohých možných možností si Nature vybrala iba 4 typy polymérov:
Obrázok 1
polysacharidy
Polysacharidy sú prírodné vysokomolekulárne uhľohydráty, ktorých makromolekuly pozostávajú z monosacharidových zvyškov.
Polysacharidy tvoria podstatnú časť organických látok v biosfére Zeme. V divočine vykonávajú dôležité biologické funkcie a pôsobia ako:
štrukturálne zložky buniek a tkanív,
energetická rezerva
ochranné látky.
Polysacharidy sa tvoria zo zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou. všeobecný vzorec CnH2nOn sa nazýva cukry alebo sacharidy. Cukry sa vyznačujú prítomnosťou aldehydovej alebo ketónovej skupiny, v súlade s tým sa prvé nazývajú aldózy, druhé - ketózy. Medzi cukrami s n \u003d 6, ktoré sa nazývajú hexózy, je 16 izomérnych aldohexóz a 16 ketohexóz. Iba štyri z nich (a-galaktóza, d-mannoza, d-Glukóza, dfruktóza) sa nachádzajú v živej bunke. Biologická úloha cukrov je určená skutočnosťou, že sú zdrojom energie potrebnej pre organizmus, ktorý sa uvoľňuje pri ich oxidácii, a východiskovým materiálom pre syntézu makromolekúl.
V druhom prípade má schopnosť cukrov tvoriť cyklické štruktúry veľký význam, ako je uvedené nižšie na príklade glukózy a fruktózy:
Obr. 2
Vo vodnom roztoku obsahuje glukóza 99,976% cyklického izoméru. V ketohexózach päťčlenné cyklické izoméry. Cyklické monosacharidové molekuly sa môžu navzájom viazať vytváraním takzvaných glykozidických väzieb kondenzáciou hydroxylových skupín.
Najbežnejšie polysacharidy, ktorých opakujúce sa jednotky sú zvyšky a-D-glukopyranózy alebo jej derivátov.
Hlavnými predstaviteľmi polysacharidov sú škrob a celulóza - postavené zo zvyškov jedného monosacharidu - glukóza, Škrob a celulóza majú rovnaký molekulový vzorec:
(C6h10o5) n,
ale úplne rôzne vlastnosti, Vysvetľujú to znaky ich priestorovej štruktúry.
Škrob sa skladá zo zvyškov a-glukózy a celulóza sa skladá z β-glukózy, čo sú priestorové izoméry a líšia sa iba polohou jednej hydroxylovej skupiny (farebne zvýraznené):
Obrázok 3
Vzhľadom na priestorovú štruktúru šesťčlenného kruhu sú vzorce týchto izomérov:
Obrázok 4
Medzi najdôležitejšie polysacharidy tiež patrí glykogén (C6H10O5) n, tvorený u ľudí a zvierat, ako výsledok biochemických transformácií z uhľohydrátov rastlín. Podobne ako škrob, glykogén pozostáva zo zvyškov a-glukózy a vykonáva podobné funkcie (preto sa často nazýva živočíšny škrob).
z chemické vlastnosti polysacharidy sú najdôležitejšie reakcie hydrolýza a tvorba derivátov v dôsledku reakcií makromolekúl v OH skupinách.
Hydrolýza polysacharidov sa vyskytuje v zriedených roztokoch minerálnych kyselín (alebo pôsobením enzýmov). Väzby spájajúce monosacharidové jednotky sa zároveň zlomia v makromolekulách - glykozidické väzby (Podobný hydrolýza disacharidov). Úplná hydrolýza polysacharidov vedie k tvorbe monosacharidov (celulóza, škrob a glykogén sa hydrolyzujú na glukózu):
(C6H10O5) n + nH20 (H +) nC6H12O6
Pri neúplnej hydrolýze sa tvoria oligosacharidy vrátane disacharidov. Schopnosť polysacharidov hydrolyzovať sa zvyšuje v sérii:
celulóza< крахмал < гликоген
Z celulózy (odpad zo spracovania dreva) v dôsledku kyslej hydrolýzy a následnej fermentácie výslednej glukózy sa získa etanol (nazývaný „alkohol hydrolýzy“).
Z polysacharidových derivátov majú éter a ester celulózy najväčší praktický význam. K ich tvorbe dochádza pri reakciách makromolekúl celulózy alkoholovými OH skupinami (v každej monosacharidovej jednotke 3 OH skupiny):
Medzi najdôležitejšie deriváty celulózy patria: - metylcelulóza (metylétery celulózy) všeobecného vzorca
N ( x \u003d 1, 2 alebo 3);
- acetát celulózy (triacetát celulózy) - ester celulózy s kyselinou octovou
- nitrocelulózy (dusičnany celulózy) - estery dusičnanu celulózy:
N ( x \u003d 1, 2 alebo 3).
Tieto polymérne materiály sa používajú pri výrobe umelých vlákien, plastov, filmov, farieb a lakov, bezdymového prachu, výbušnín, tuhých palív atď.
Strana 1
Prírodné polyméry neuvažujeme, pretože vzhľadom na obrovské množstvo výskumov v tejto oblasti je v rámci tejto monografie úplne nemožné.
Prírodné polyméry sú dostatočne rozšírené, napríklad proteíny a celulóza. Polyméry sú zlúčeniny s dlhými molekulami zostavené ako sekvencia opakujúcich sa identických chemických jednotiek spojených v reťazci kovalentnými väzbami. Je možné, že chemici získali základné informácie o spôsoboch syntézy polymérov v snahe získať syntetický analóg prírodného kaučuku. Dnes chemici vytvorili toľko polymérov s takým rôznorodým účelom, že je ťažké si predstaviť modernú spoločnosť zbavenú možnosti používať polymérne materiály. Jasným dôkazom dôležitosti polymérov je 100-násobné zvýšenie ich výroby v Spojených štátoch za posledných 40 rokov. Pokiaľ ide o objemové ukazovatele, vyrábajú sa viac ako oceľ, ktorých produkcia sa za rovnaké obdobie zdvojnásobila. Je zrejmé, aké hospodárske závery vyplývajú z tohto porovnania.
Prírodné polyméry nie sú dostatočne účinné.
Prírodné polyméry sú známe už dlhý čas, ale až na konci 19. storočia sa objavili prvé syntetické polyméry, ako je celulóza a bakelit. Rýchly rozvoj vedy o polyméroch a priemysle polymérových materiálov začal v 20. storočí a pokračuje dodnes.
Prírodné polyméry sú známe už v staroveku. Už tisíce rokov poskytujú ľuďom jedlo, oblečenie, teplo a strechu.
Prírodné polyméry a ich vo vode rozpustné deriváty sa stali známymi a nachádzajú uplatnenie v technológii oveľa skôr ako ich syntetické náprotivky. Koloidné vlastnosti prírodných polymérov sú tiež oveľa študované. Podrobné hodnotenie týchto diel však presahuje rámec tejto knihy.
Prírodné polyméry tvoria veľkú skupinu látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, napríklad prírodný kaučuk, bavlna, hodváb, vlna atď. Nemôžu uspokojiť všetky moderné domáce a priemyselné potreby. Preto sa veľká väčšina polymérnych materiálov s rôznymi vlastnosťami získa syntézou z materiálov s nízkou molekulovou hmotnosťou. Nazývajú sa syntetické polyméry.
Prírodné polyméry tvoria veľkú skupinu látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, napríklad prírodný kaučuk, bavlna, hodváb, vlna atď. Nemôžu uspokojiť všetky moderné domáce a priemyselné potreby. Preto sa veľká väčšina polymérnych materiálov s rôznymi vlastnosťami získa syntézou z materiálov s nízkou molekulovou hmotnosťou. Nazývajú sa syntetické polyméry.
Prírodné polyméry polyoxyflaván-3-4-diolov, napriek ich širokému rozloženiu, boli študované len málo. Počas polymerizácie leukoantokyanidzínov podľa Freidenberga sa vytvára väzba CC s odstránením molekuly vody v dôsledku hydroxylovej skupiny G4 jednej molekuly a atómu vodíka inej molekuly v polohe Ce - alebo Cz.
Existuje len veľmi málo prírodných polymérov vhodných na chemickú výrobu vlákien. Priemyselná hodnota má iba celulóza.
| Elastická deformácia. |
Niektoré prírodné polyméry sú podobné syntetickým polymérom, čo sa týka ich jednoduchosti konštrukcie a polymolekularity reťazcov.
Mnoho prírodných polymérov je vysoko usporiadaných. Molekuly bohaté na funkčné skupiny a vodíkové väzby sú obzvlášť dôležité pri stanovovaní vonkajšieho a vnútorného usporiadania polymérnych reťazcov. Teraz sa zistilo, že polysacharidy a proteíny majú často tvar špirálovitého reťazca, takže medzi nesusediacimi jednotkami rovnakého reťazca dochádza k mnohým vodíkovým väzbám.
Mnoho prírodných polymérov (napríklad celulózy alebo proteínov), keď je prítomná voda, vytvára stabilné agregáty vo forme vlákien alebo bunkových štruktúr analogicky s procesom tvorby reverzibilných vodíkových väzieb.
