Сообщение по химии полимеры: Полимер – примеры, классификация природных и синтетических в химии

Содержание

Полимеры — энциклопедия: структура, классификация, применение

Полимеры – это высокомолекулярные химические соединения (ВМС), макромолекулы которых образованы из множества мономерных звеньев. Молекулы полимеров характеризуются огромной молекулярной массой, от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы. Существует несколько вариантов классификации полимеров.

  • По химическому составу полимеры подразделяют на органические (полиэтилен), неорганические (силикаты) и элементоорганические (фторопласт-4).
  • В зависимости от происхождения полимеры бывают природными, искусственными (модифицированными) и синтетическими.
  • Классификация полимеров по составу их мономерных звеньев подразделяет полимеры на гомополимеры и гетерополимеры (или сополимеры).
  • В зависимости от строения главной цепи, выделяют: гомоцепные и гетероцепные полимеры.
  • По пространственному строению мономерных звеньев, полимеры подразделяются на стереорегулярные и нестереорегулярные (или атактические).
  • По строению макромолекул полимеры бывают: линейные, разветвленные, лестничные и трехмерные сшитые (сетчатые, пространственные).
  • В зависимости от реакции получения полимеры подразделяются также на полимеризационные и поликонденсационные.
  • Важное практическое значение имеет классификация полимеров по отношению к температурному воздействию. По отношению к нагреванию выделяют термопластичные (полиэтилен,
    поливинилхлорид
    , полистирол) и термореактивные полимеры (эпоксидные смолы).

Термопласты и их сокращенные обозначения
  • АБС – привитой сополимер акрилонитрила, стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком.
  • АЦ – ацетат целлюлозы.
  • ЛПЭНП – линейный полиэтилен низкой плотности.
  • МС – сополимер стирола с метилметакрилатом.
  • МСН – сополимер стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом.
  • ПАНполиакрилонитрил.
  • ПА – полиамиды.
  • ПАК – полиамидокислота.
  • ПАР – полиарилаты.
  • ПАС – полиалкилсульфон.
  • ПБТ
    – полибутилентерефталат.
  • ПВАполивинилацетат.
  • ПВС – поливиниловый спирт.
  • ПВФ, фторопласт-1 – поливинилфторид.
  • ПВХполивинилхлорид.
  • ПВДФ, фторопласт-2поливинилиденфторид.
  • ПВДХполивинилиденхлорид.
  • ПИ – полиимиды.
  • ПК – поликарбонаты.
  • ПММАполиметилметакрилат.
  • ПО – полиолефины.
  • ППполипропилен.
  • ПСполистирол.
  • ППС пенополистирол.
  • ПСФ – полисульфон.
  • ПТП
    пентапласт.
  • ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4, тефлон политетрафторэтилен
  • ПТФХЭ, фторопласт-3. фторлон-3политрифторхлорэтилен.
  • ПУполиуретаны.
  • ПФ полиформальдегид.
  • ПФО – полифениленоксид.
  • ПЭполиэтилен.
  • ПЭИ – полиэфиримид.
  • ПЭВП, ПЭНД, ПНД полиэтилен высокой плотности (низкого давления).
  • ПЭНП, ПЭВД, ПВД полиэтилен низкой плотности (высокого давления).
  • ПЭО полиэтиленоксид.
  • ПЭСД – полиэтилен среднего давления.
  • ПЭТФ
    полиэтилентерефталат.
  • САМ – сополимер стирола с α-метилстиролом.
  • САН – сополимер стирола с акрилонитрилом.
  • СТД  – сополимер триоксана с диоксоланом.
  • СФД – сополимер формальдегида с диоксаланом.
  • ТАЦ – триацетат целлюлозы.
  • ФН – фенилон.
  • ХПЭ  – хлорированный полиэтилен.
  • ХСПЭ – хлорсульфированный полиэтилен.

Реактопласты и их сокращенные обозначения
  • БФ – фенолоформальдегидный олигомер, совмещенный с поливинилбутиралем.
  • КС   –  кремнийогранические смолы.
  • МАС – меламиноальдегидные смолы.
  • НПС – ненасыщенные полиэфирные смолы.
  • ПИ – полиимиды.
  • ПЭЭК – полиэфирэфиркетон.
  • ПУполиуретаны.
  • ППУпенополиуретаны.
  • ФС – фурановые смолы.
  • ФФС – фенолформальдегидные смолы.
  • ЭСэпоксидные смолы.

Эластомеры и их сокращенные обозначения
  • БК – статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
  • ДСТ-30 – термоэластопласт с 30% блоков стирола.
  • СКД  – цис-полибутадиеновый.
  • СКДЛ цис-полиизобутиленовый (литиевый катализатор).
  • СКИцис-полиизопреновый.
  • СКМС-30 – бутадиен-метилстирольный.
  • СКН-18, СКН-26 – бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой кислоты
     в макромолекуле (в %) и т.д.
  • СКС-30, СКМС-30 – бутадиен-стирольный, бутадиен-метилстирольный с 30% стирола в молекуле.
  • СКС-30А – бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации.
  • СКТВ – метилвинилсилоксановый [до 1% (мол.) винилового мономера]
  • СКЭП – сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
  • СКЭПТ – сополимер этилена, пропилена и 1-2% несопряженного диена.
  • СКУ – полиуретановый.
  • ТЭП термоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола.

Применение полимеров

Сложно переоценить значение полимеров с точки зрения их практического применения. В современном мире практически не найдется ни одной сферы жизни человека и общества, науки и бизнеса где не применялся бы хотя бы один вид полимеров.

Наиболее активное применение полимерные материалы получили в производстве автомобилей, машин и оборудования; в авиационной и аэрокосмической индустриях; в индустрии разработки и создания медицинских аппаратов и инвентаря. Остановимся на некоторых из направлений практического использования полимерных материалов более подробно.

Применение полимеров в автомобильной индустрии

Основная статья: Полимеры в автомобилестроении

Надежность работы современного автомобиля, долговечность и комфорт его эксплуатации, а также (что важно) безопасность передвижения могут быть обеспечены только при условии применения полимерных материаловпластмасс, резин, лаков и красок и прочее.

Из пластмасс изготовляют кузова и кабины автомобилей и их отдельные крупногабаритные детали, разнообразные малогабаритные детали конструкционного и декоративного назначения, теплоизоляционные и звукоизоляционные детали и др.

К важнейшим и наиболее материалоемким резиновым изделиям для автомобилестроения относятся шины. Большое значение в этой отрасли промышленности имеют также многочисленные резино-технические изделия, от качества которых во многом зависит надежность работы автомобиля.

Лакокрасочные материалы применяемые для грунтования и окончательной отделки металлических поверхностей, должны образовывать покрытия, которые надежно защищают металл от коррозии (см. Защитные лакокрасочные покрытия), обладают высокой твердостью, эластичностью, ударопрочностью, термо- и износостойкостью.

Применение полимеров в авиастроении

Основная статья: Полимеры в авиастроении

Еще одним масштабным направлением практического применения широкой гаммы полимерных материалов является индустрия разработки, производства и эксплуатации летательных аппаратов.

Целесообразность применения полимеров в указанном направлении обусловлено их легкостью, вариабельностью состава и строения и следовательно, широким диапазоном технических свойств. Тенденция к расширению границ  применения полимерных материалов характерна также и для производства ракет и космических аппаратов.

Основные полимеры и сегменты использования:

  • Реактопласты;
  • Термопласты;
  • Пенопласты и сотопласты;
  • Резина;
  • Герметики и клеи;
  • Лакокрасочные материалы.

Развернутую информацию на предмет использования полимеров по указанным сегментам в авиастроении вы найдете в основной статье, ссылка на которую указана в начале абзаца.

Применение полимеров в машиностроении

Основная статья: Применение полимеров в машиностроении

Пожалуй одним из ключевых направлений использования полимеров и материалов на их основе является машиностроение.

 Так например потребление пластических масс в этой отрасли уже становится соизмеримым (в единицах объема) с потреблением стали. Непрерывно, отмечают аналитики, возрастает также применение лакокрасочных материалов, синтетических волокон, клеев, резины и прощих веществ ии материалов на полимерной основе.

Целесообразность применения полимеров в машиностроении определяется, прежде всего, возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин: уменьшается масса, повышаются долговечность, надежность и прочие существенные свойства.

Применение полимеров в медицине

Основная статья: Полимеры в медицине

Благодаря широкой гамме свойств и физико-химических характеристик получаемых изделий полимеры и материалы на их основе получили огромное применение в медицине.

Применение полимерных материалов с целью изготовления изделий и техники медицинского назначения позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и прочее.

Особое внимание следует уделить вопросу применения полимерных материалов в фармакологии. Роль данной категории материалов в фармакологическом аспекте, пока относительно невелика. В лечебной практике их используют мало. К веществам, вводимым в организм, тем более к таким, которые должны в растворенном виде попасть в кровь, лимфу, межклеточные и клеточные полости и могут достигнуть любой части тела, любого его рецептора, предъявляются, естественно, очень жесткие требования.

Также отдельно следует остановиться и на вопросе практического использования полимерных материалов в таком медицинском сегменте, как – хирургия. Учитывая свойства получаемых изделий полимерные материалы получили активное применение сразу в нескольких сегментах современной хирургии:

  • Восстановительная хирургия;
  • Сердечно-сосудистая хирургия;
  • Хирургия внутренних органов и тканей;
  • Травматология и ортопедия;
  • Применение полимеров в функциональных узлах хирургических аппаратов.

В заключении отметим, что полимеры в медицинском аспекте применяются также в вопросе создания кровезаменителей и плазмозаменителей.

Применение полимеров в пищевой промышленности

Основная статья: Полимеры в пищевой промышленности

Пожалуй самым известным для массового потребителя является вопрос использования полимеров для нужд пищевой промышленности.

Следует отметить, что полимеры в пищевой промышленности  должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания. Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химическиеи токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий.

К числу наиболее крупных потребителей полимерных материалов в пищевой промышленности выступают “пищевое машиностроение” и производство тары и упаковки для хранения и транспортировки продуктов питания. При этом, в последнем случае, полимеры могут выступать и как основной материал (например, пластиковые бутылки), так и в качестве вспомогательных элементов и добавок, призванных (например) уберечь металлический контейнер от коррозии.

Применение полимеров в судостроении

Основная статья: Полимеры в судостроении

Благодаря использованию полимерных материалов значительно улучшаются технические и эксплуатационные характеристики судов, повышаются их надежность и долговечность, сокращается продолжительность и снижается трудоемкость постройки.

Современная судостроительная промышленность — один из крупнейших потребителей синтетических полимерных материалов, причем области их применения очень разнообразны, а перспективы использования практически неограниченны. Полимеры применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций, в производстве деталей судовых механизмов, приборов и аппаратуры, для окраски судов, отделки помещений и их тепло-, звуко- и виброизоляции, а также прочие полезные свойства.


Узнать больше о полимерах и полимерных материалах, прочитав свежие новости, изучив прочие материалы энциклопедии и библиотеки на портале MPlast.by вы можете на персональной странице темы – полимеры.


Автор: Максимова Ю.В.

Полимеры в нашей жизни | Обучонок

Применение полимеров в жизни

Производство полимеров в промышленных масштабах началось в начале 20-го века. Практически одновременно промышленность начала производить искусственные полимеры методом переработки целлюлозы и синтетические полимеры методом переработки низкомолекулярного сырья (фенола, формальдегида, стирола, винилхлорида, акрила). Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.


Достоинства полимерных материалов — достаточно высокие прочность и износостойкость, хорошие антифрикционные свойства и химическая стойкость. Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы).

На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Применение полимерных материалов в домашнем хозяйстве с самого начала было одной из первых задач промышленности, производящей полимеры. Полиэтиленовые ведра, тазы много легче металлических — вот и желанное облегчение труда. На предприятиях общественного питания мы встречаем небьющуюся легкую пластмассовую посуду.

Полимерные материалы находят все большее применение в производстве мебели. Моющиеся обои из пенистого материала обеспечивают одновременно уют и праздничную обстановку в помещении. Современные надежные в эксплуатации покрытия для пола, изготавливаемые из полимерных материалов, также облегчают уборку помещений.


Сегодня никого уже не удивляет водопроводная арматура из полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена или аминопластов. Привычным стал телефонный аппарат из полимерных материалов.

Приблизительно 25% производимых пластмасс в самых разнообразных формах находят применение в строительстве. Неразрушающиеся прозрачные элементы, как правило из стеклопластиков, заменяют традиционные конструкции из армированного бьющегося стекла. Такие конструкции применяют, например, в строительстве теплиц, так как они не корродируют во влажной атмосфере и, кроме того, проницаемы для света. Известны пластмассовые конструкции диаметром до 43 м и высотой до 36 м, которые служат для защиты радарных установок от атмосферного влияния.

В последние годы в строительстве внедряются многослойные легкие строительные элементы для перекрытий. Так называемые сандвич-конструкции состоят из покрывающих слоев на основе алюминия, асбоцементного или жестковолокнистого полотна, которые соединены с жестким пенополиуретаном или пенополистиролом. Такие конструктивные элементы отличаются сравнительно небольшой массой, их температурная область эксплуатации простирается до 100 °С.

Свыше 30% производимых пластмасс используется в машино- и аппаратостроении в качестве конструкционных материалов. В машиностроении в центре внимания находится, конечно, экономичность изготовления элементов конструкций. Уплотнения всех видов, зубчатые колеса с осями и втулками, дисковые кулачки, осевые и радиальные колеса, элементы сцепления, подшипники скольжения, катушки зубчатых передач и многие другие профильные детали оказались весьма эффективными в эксплуатации.

Большая жесткость, способность точно сохранять заданные размеры, хорошее скольжение и износостойкость -достоинства, которые обеспечивают многофункциональность внедряемых полимерных материалов.

В аппаратостроении, особенно для химической промышленности, значение полимеров определяется их высокой коррозионной стойкостью. При температуре до 100 °С и умеренных механических нагрузках имеются благоприятные предпосылки для замены высоколегированных сталей полимерными материалами.

Поливинилхлорид, полиэтилен высокого давления, полипропилен, полибутен, политетрафторэтилен и стеклопластики-наиболее интересные в этом отношении материалы. Для конструкций, на которые вместе с механическими нагрузками действует агрессивная среда, особенно важную роль играют стеклопластики на основе термопластичных смол.

Трубы, складские и транспортные резервуары, очистные башни для коррозионноактивных отходящих газов, дымовые трубы, вентиляционные элементы для колпачковых тарелок, гальванотехническая аппаратура, установки для получения хлора и щелочей электролитическим методом, реакционные колонны, насосы и многие другие подобные области применения — вот примеры использования полимеров в качестве конструкционных материалов.


Упаковочная техника потребляет 20-25% всех производимых пластмасс, то есть столько же, сколько строительство. Традиционные упаковочные материалы, такие как бумага, дерево, веревки и ткани из растительных волокон, гораздо быстрее приходят в негодность.

Упаковочные пленки удовлетворяют более широким требованиям, чем традиционные материалы. Они прозрачны и на них можно печатать это обеспечивает упаковке привлекательный вид. Физиологическая инертность, так же как непроницаемость для газов и водяных паров, особенно ценятся при упаковке пищевых продуктов. Пленки бывают полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные, из поливинилового спирта и целлофана толщиной от 20 до 200 мкм.

Другие новые возможности в упаковочной технике появились благодаря пенопластам, прежде всего пенополистиролу с плотностью 25-30 кг/м3. Новая упаковочная техника особенно ценна для транспортировки хрупких дорогих высококачественных приборов, например электронных ламп, пишущих машин, телевизионных аппаратов, так как позволяет существенно ограничить повреждения.

Теплозащитная упаковка на определенное время без дополнительных мероприятий гарантирует, что температура транспортируемых товаров, чувствительных к воздействию тепла или холода, будет поддерживаться на определенном уровне. Так, для сохранения рыбы, транспортируемой в ящиках из пенополистирола, требуется только около половины обычно необходимого льда.

Зато мусор, возникающий после использования полимерных упаковочных материалов, также породил новые проблемы. Часть его не горит, а при горении некоторых видов полимеров отщепляются ядовитые продукты. Гнить пластмассовый мусор не может.

Для полного изменения упаковочной техники требуется дальнейшее развитие этих материалов и разработка способов безопасного уничтожения образующегося пластмассового мусора.

Пластмассы с их прекрасными диэлектрическими свойствами, можно сказать, подтолкнули развитие электротехники и электроники. Корпуса катушек и контактов, штепсельные соединения, монтажные платы, цоколи реле, программные переключатели, а также печатные платы — вот только некоторые примеры применения полимеров в этих важных отраслях промышленности.

Раньше задачу электроизоляции возлагали на керамику, фарфор и резину. Сегодня возросшие требования к электроизоляционным свойствам и необходимость снижения электрических потерь удовлетворяется почти исключительно полимерами.

В электронике высокоэкономичное массовое производство сложных деталей, особенно с учетом возрастающей их миниатюризации, создало хорошие предпосылки для внедрения термопластов.

В настоящее время полимеры вошли в каждый дом, а применение полимерных материалов охватило множество самых различных сфер, которые, казалось бы, не имеют ничего общего между собой. Каждый год растет уровень потребления полимерных материалов и спрос на них, расширяется сфера применения и рынок полимерной продукции.

Заключение

Трудно переоценить значение полимеров в нашей жизни. Они окружают нас буквально со всех сторон. Это важнейший материал, из которого сделаны постоянно используемые нами предметы. В последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения.


Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из них стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применять в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей, несущих значительные нагрузки.

Рассматриваемая область постоянно развивается, за счет чего стали появляться композитные материалы. Они обходятся намного дороже полимеров, но при этом обладают исключительными физическими, химическими и механическими качествами. В ближайшее время полимерные материалы будут все также активно применяться в самых различных областях, так как альтернативы для их замены пока не существует.

Мировое производство полимеров в 2016 г. составило 270 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Жизнедеятельность общества неизбежно связана с образованием отходов на всех стадиях производства и переработки полимерных материалов.

В океанах планеты сосредоточено такое количество мусора, что можно уже говорить о новых рукотворных материках, образованных из плавающих кусков пластмасс. Этот «бульон» из пластмасс представляют угрозу всему живому.

Как отмечается в отчете Еврокомиссии, пластик составляет около 80 процентов всего морского мусора. Только в европейских водах каждый год оказывается около 150 тысяч тонн пластика. Это лишь небольшая часть из 8 миллионов тонн по всему миру. Ученые предупреждают, что такой «пластиковый суп» из мелких частиц пластика диаметром всего 5 миллиметров угрожает здоровью естественной океанической среды.

В процессе распада пластика получается своего рода суспензия. Морские обитатели, рыба и птица принимают ее за кормовые организмы, поэтому заглатывают. Так, в рыбе, пойманной у берегов Калифорнии и Индонезии, которую продают на местных рынках, были обнаружены пластмассовые отходы и текстильные волокна.

По подсчётам около 90% всех морских птиц, погибающих на берегу, умирают от того, что съедают различный пластиковый мусор, принимая его за пищу.

На настоящий момент не существует эффективных программ по очистке океана от загрязнения пластиком, и проблема усугубляется с каждым годом.

Люди научились получать полимерные материалы, но пока не научились их массово перерабатывать и использовать их так, чтобы не загрязнять окружающий нас мир. Именно эта задача стоит сейчас перед техническим прогрессом. И не смотря ни на что, можно с уверенностью сказать, что полимерам принадлежит будущее.

Литература

  1. Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин
  2. Основы химии полимеров, пер. с англ.; Тагер А. А.
  3. Основы химии высокомолекулярных соединений, Лосев И. П., Тростянская Е. Б.
  4. Тара из полимерных материалов — Кривошей В. Н.
  5. Материалы будущего, пер. с нем. A. Г. Екимова Н. А. Катуркина B. В. Михайлова
  6. Технология пластических масс, Бранцхин E. А., Шульгина Э. С.
  7. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы, Платэ Н.А., Шибаев В.П.
Перейти к содержанию
Исследовательской работы «Полимеры»

Физические и химические свойства полимерных материалов, мембран


Полистирол (ПС, тефлон, Polystyrene, PS) — термопластичный полимер с высокой степенью оптического светопропускания. Жесткий и нетоксичный, с превосходной стабильностью размеров и хорошей химической стойкостью к водным растворам, однако ограниченной устойчивостью к органическим растворителям (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей) и морозостойкостью до −40 °C. Этот материал с прозрачностью, как у стекла, часто применяется для изготовления одноразовой лабораторной продукции. Изделия из полистирола хрупки при комнатной температуре и могут треснуть или разбиться при падении с высоты стола.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP) — термопластичный материал, прозрачный, имеет высокую прочность при воздействии низких температур, обладает химической устойчивостью ;к большинству кислот, оснований и спиртов, подходит для хранения и отбора проб биологических веществ и других водных растворов.
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene) — термопластический материал, имеет повышенную твердость и прочность, высокую химическую стойкость при воздействии на него агрессивных сред, хорошую пластичность. Используется при температурах в диапазоне от -70 до +50 °С, нетоксичный материал.
Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP) — термопластичный материал, обладающий высокой ударной прочностью, имеет газо- и паропрочность, низкую теплопроводностью, по прозрачности уступает полистеролу. Он прозрачен, выдерживает автоклавирование и не растворяется в каких-либо известных растворителях при комнатной температуре. Его чувствительность к сильным окислителям немного выше, чем у полиэтилена. Обладает наилучшей стойкостью к трещинам от напряжения из всех полиолефинов. Изделия из полипропилена хрупки при 0 °С и могут треснуть или разбиться при падении с высоты стола.
Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC) — термопластичный полимер, который не имеет аналогов среди современных полимеров. Он отличается превосходными параметрами светопроницаемости, ударопрочности, а также устойчивостью к температурным перепадам (от -100 до +165 °C). Обладает прозрачностью оконного стекла, удивительно прочен и жесток. Он выдерживает автоклавирование, нетоксичен и самый жесткий из термопластиков. Прочность и стабильность размеров делает этот материал идеальным для изготовления изделий для центрифугирования.
Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU) — термопластичный материал, прозрачный, обладает высокой прочностью и устойчивостью при высоких температурах, отличные диэлектрические свойства в широком диапазоне температур и частот; нетоксичен; допускает стерилизацию всех видов.
Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC) — термопластичный материал, прозрачный, отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям, устойчивостью при высоких температурах.
Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET) — это термопластичный материал, являющийся самым распространенным среди полиэфиров. Обладает прозрачностью, высокой прочностью, хорошей пластичностью (причем как в нагретом состоянии, так и в холодном), химической стойкостью. Все свои характеристики ПЭТ сохраняет и при низких температурах, до -40 °C, и при высоких, до +75 °C. Высокая устойчивость к деформации.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE) — термопластический материал, гибкость и эластичность которого сохраняются при температурах в диапазоне от -70 до +270 °С, имеет очень высокую стойкость к щелочам, кислотам, растворителям и окислителям. Устойчивость к свету и неблагоприятным погодным условиям, к горячему водяному пару. не горюч.
Нейлон (Nylon) — термопластичный материал, непрозрачен, термостойкий, подходит для механической обработки, высокая проницаемость для водяного пара, устойчив к центрифугированию.
Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate) — непрозрачный, химически нестабилен, обладает низкой химической стойкостью к действию кислот и щелочей.
Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate) — термопластический материал, светостойка, обладает хорошими физико-механическими свойствами и практически негорюча. Термостабильность ацетилцеллюлозы недостаточно высока: уже при 190-210 °C изменяется окраска материала, а при 230 °С он начинает разлагаться.


Физические свойства

Полистирол (ПС, Polystyrene, PS

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)

Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP)

Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC)

Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU)

Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)

Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET)

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE)
(тефлон)
Нейлон (Nylon) Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate) Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate)
Основные свойства биологически инертный, твердый, с высокой степенью оптического светопропускания. биологически инертный, твердый, высокая химическая стойкость

биологически инертный, твердый, высокая химическая стойкость

биологически инертный, высокая химическая стойкость, исключительная прочность биологически инертный, очень прочный, инертный, высокая температурная стойкость биологически инертный,
Нетоксичен и очень жёсток
биологически инертен,стоек к маслам (кроме эфирных). биологически инертный, жесткий, прочный, превосходные оптические качества биологически и химически инертен, очень стойкая скользкая поверхность

термостойкий, подходит для механической обработки, высокая проницаемость для водяного пара

термически нестабильный, обладает низкой хим. стойкостью к действию кислот и щелочей термостойкий, стойкость к воздействию минеральных масел, нефтепродуктов, ряда ароматических углеводородов
Прозрачность прозрачный непрозрачен полупрозрачный непрозрачен прозрачный прозрачный прозрачен прозрачный непрозрачен непрозрачен непрозрачен прозрачен
Результат автоклавирования плавится возможно

плавится

не поддается деформации выдерживает несколько циклов возможно плавится плавится допустимо допустимо допустимо допустимо
Устойчивость к центрифугированию устойчив до 3000g. устойчив
до 15000 g

-

устойчив до 50000g устойчив до 50000 g устойчив до 50000 g устойчив
до 5000 g
устойчив
до 5000 g
устойчив
до 5000 g
устойчив до 16000 g устойчив до 50000 g
Температура термической деформации 64-80 °С 121 °С

120 – 138 °C

135 °С 138-143 °С 174 °С 150-220 °С 70 °С 121°С 150-180°С
190-220°С 190-210°С
Скорость горения медленно медленно

медленно

медленно гаснет само-произвольно гаснет само-произвольно не горит не горит гаснет самопроизвольно медленно

Воздействие лабораторных реактивов

Полистирол (ПС, Polystyrene, PS Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)

Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP) Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC) Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU) Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)
Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET) Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE)
(тефлон)
Нейлон (Nylon) Нитрат целлюлозы (Cellulose nitrate) Ацетат целлюлозы (Cellulose acetate)

Слабые кислоты

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет нет нет

Сильные кислоты

окисляющие кислоты разрушают

окисляющие кислоты разрушают

окисляющие кислоты разрушают

окисляющие кислоты разрушают

возможно разрушение

возможно разрушение

нет

окисляющие кислоты разрушают

нет

нет разрушение окисляющие кислоты разрушают

Слабые щелочи

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет

нет нет нет

Сильные щелочи

нет

нет

нет

нет

медленное разрушение

нет

нет

нет

нет

нет нет нет

Органические растворители

растворим в ароматических хлор-содержащих углеводородах

устойчив при температуре ниже 80оС

набухает в ароматических соединениях и галогенированных углеводородах

устойчив при температуре ниже 80оС

растворим в хлор-содержащих углеводородах; частично растворим в ароматических

неустойчив, разрушается эфирами и ароматическими углеводородами

нет

растворим в ароматических или хлор-содержащих углеводородах

устойчив

устойчив

растворим в орг. растворителях: спиртоэфирной смеси, ацетоне, частично в этиловом спирте

растворим в орг.растворителях: спиртоэфирной смеси, ацетоне, этилацетате, частично в этиловом спирте

Проницаемость тонкостенных изделий для газа

Полистирол (ПС, Polystyrene, PS

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД, high pressure polyethylene, PEHP)

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления, ПЭВП, ПНД, HDPE, High Density Polyethylene)

Полипропилен (ПП, Polypropylene, PP)

Поликарбонат (ПК, polycarbonate, PC)

Полисульфон (ПСФ, Polysulphone, PSU)

Поливинилхлорид (ПВХ, Polyvinyl chloride, PVC)

Полиэтилен-терефталат (ПЭТ, Polyethylene terephthalate, PET)

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, Polytetrafluoroethylene, PTFE)

(тефлон)

Нейлон (Nylon) Ацетат целлюлозы

О2

низкая

высокая

низкая

высокая

очень низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая низкая

N2

очень низкая

низкая

очень низкая

низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая

очень низкая очень низкая

СО2

высокая

очень высокая

высокая

очень высокая

низкая

очень низкая

очень низкая

Искусственные полимеры

К искусственным полимерам относятся высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров путём их химической модификации.

То есть на природный полимер действуют реагентом и получают искусственный полимер.

Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов.

Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. В состав пластмассы могут входить красители, которые придают ей цвет, наполнители, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, пластификаторы, которые делают пластмассу пластичной.

Первая пластмасса была получена в конце 19 века в Америке. Если целлюлозу обработать концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, то получается динитрат целлюлозы. При добавлении к динитрату целлюлозы камфоры в качестве пластификатора, то можно получить пластмассу молочно-белого цвета. Эту пластмассу называют целлулоид.

Целлюлоза + HNO3 → динитрат целлюлозы + вода

 Из целлулоида делали бильярдные шары, расчёски, игрушки, линейки, кино- и фотоплёнку. Из-за повышенной  горючести область применения целлулоида стала ограниченной. В настоящее время из этого полимера изготавливают теннисные шарики, облицовку для музыкальных инструментов. На основе нитратов целлюлозы изготавливают клей и лаки. Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха и называют его пироксилином.

На основе искусственных полимеров получают также волокна.

Оказывается, что ещё в 7 веке англичанин Роберт Гук высказал мысль о возможности получения искусственного волокна. Производство первого искусственного волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году.

Волокна представляют собой полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи и текстильных материалов.

Сама по себе целлюлоза – это волокнистый материал. Из целлюлозных волокон состоят хлопчатобумажные и льняные ткани. Однако эти ткани недостаточно прочные, легко мнутся, не имеют блеска, повреждаются грибком.

Для получения такого искусственного волокна, как ацетатный шёлк, за основу берут целлюлозу, которую обрабатывают уксусной кислотой или ангидридом уксусной кислоты. Уксус  по латыни «ацетум», от этого произошло и название «ацетатное».

В результате реакции этерификации получают триацетат целлюлозу с тремя сложноэфирными группами.

Целлюлоза + CH3COOH → триацетат целлюлозы + вода

Однако триацетат целлюлозы не обладает волокнистой структурой. Поэтому его растворяют в органическом растворителе до образования вязкого раствора и под большим давлением продавливают через фильеры. Струйки этого раствора обдуваются тёплым воздухом и полимер затвердевает.

Ацетатное волокно устойчиво к воздействию света, температуры, микроорганизмов.

Ткани из ацетатного волокна – ацетатного шёлка – красивы и легко окрашиваются, из них делают подкладочный материал, нарядные бальные платья. Изготавливают ткани для галстуков, тюля, покрывал, кружев, юбок гофре и плиссе, сорочек.

Впервые на мировом рынке ацетатное волокно появилось в 1921 году, как результат трудов американских ученых и технологов под руководством Дрейфуса.

К искусственным волокнам относятся также вискоза и медно-аммиачное волокно.

Ацетатное волокно было получено в 80-е годы 19 века ботаником Негели, который установил, что хлопковое волокно состоит из целлюлозы. Это открытие привело его к мысли, что можно выработать волокно подобное хлопковому, но из более дешевого целлюлозного сырья – остатков древесины. Попытки получения такого волокна увенчались успехом в 1892 году, когда американцы Кросс, Бивен, Бидл запатентовали вискозный способ, который совершенствовался и модернизировался.

В России первый завод по производству искусственного шёлка был построен в Мытищах и в 1913 году он дал первую продукцию.

Вискозу получают также на основе целлюлозы путём обработки её раствором щёлочи, а затем сероуглеродом CS2 и раствором кислоты. Вискоза обладает рядом преимуществ: у неё хорошие гигиенические свойства, она устойчива к действию органических растворителей. Недостатком вискозы является резкий блеск, но если волокна вискозного жгута разрезать на части, а затем вытянуть и скрутить в пряжу, то это штапельное волокно теряет блеск и прочность немного уменьшается, сохраняя остальные свойства вискозы. При стирке изделия сильно садятся, в мокром состоянии теряют прочность, поэтому их нельзя сильно тереть и выкручивать.

Учёные России предвидели блестящее будущее вискозного волокна. Д. И. Менделеев в 1900 году писал: «Россия изобилует всякими растительными продуктами… Клетчатка не истощает почвы, для питания не пригодна… если бы мы отбросы превратили в изделия из вискозы, то разбогатели бы побольше, чем от всей нашей торговли».

На основе вискозы получают искусственную кожу, корды для автомобильных покрышек. В чистом виде и в сочетании с другими волокнами или нитями из вискозы получают подкладочные, платьевые, сорочечные, бельевые, декоративные ткани, верхний, бельевой трикотаж, чулочно-носочные, текстильно-галантерейные изделия (ленты, тесьма, галстуки), целлофан.

Если вискозную нить сильно вытянуть, то верхний слой нити растянется больше, а внутренний – меньше, в результате волокно получает извитость, из этих нитей изготавливают ковры.

Если в прядильный раствор вискозы вмешать воздух, то получим химическую реакцию с выделением углекислого газа, в волокне образуются пустоты, эти пустотелые вискозные волокна используют для производства не тонущих спасательных костюмов. Усовершенствованным вискозным волокном является сиблон, который мало мнётся, мало садится, это волокно прочное и блестящее. Его изготавливают из высококачественной целлюлозы.

Таким образом, искусственные полимеры – это высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров. Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов. Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. Первой пластмассой на основе целлюлозы стал целлулоид. К искусственным полимерам относятся волокна: ацетатное волокно и вискоза. Искусственные волокна находят широкое применение.

Основные природные полимеры — Справочник химика 21

    Основные природные полимеры [c.401]

    Теория, позволяющая количественно описать изменение среднего молекулярного веса и распределение по молекулярным весам в ходе свободно-радикальной термической и окислительной деструкций, в настоящее время только создается. Поэтому в настоящем параграфе будут рассмотрены лишь кинетические закономерности процессов гидролиза природных полимеров. В основном приходится иметь дело с тремя типами гидролиза — кислотный гидролиз,, щелочной гидролиз и гидролиз под действием ферментов. [c.373]


    В последнее время находят применение высокомолекулярные ПАВ. Это растворимые карбо- и гетероцепные полимеры ионогенного или неионогенного типа с большой молекулярной массой. К ним могут относиться природные соединения (белки, пектиновые вещества), производные целлюлозы и синтетические полимеры. Высокомолекулярные ПАВ получают в основном из полимеров путем полимераналогичных превращений (см. с. 405). [c.345]

    Химия высокомолекулярных соединений — комплексная наука. Она впитала в себя основные достижения из области органического синтеза, физико-химических и биологических исследований, технологических и инженерных решений. Эта важная отрасль химической науки достигла высокого уровня развития. Появилось огромное количество совершенно новых полимерных материалов — пластических масс, синтетических каучуков и волокон, подавляющее большинство которых обладает лучшими эксплуатационными свойствами по сравнению с таковыми природных полимеров. Современные исследования в области химии полимеров направлены прежде всего на создание новых синтетических полимерных материалов, обладающих совершенно новыми и необходимыми человеку свойствами. Однако это не исключает и изучение высокомолекулярных продуктов природного происхождения, их совершенствование и модернизацию. [c.372]

    Получение натурального каучука. Натуральный каучук — природный полимер, добываемый из растений — каучуконосов, произрастающих, в основном, в тропическом поясе. Наибольшее промышленное значение имеет бразильская гевея. В каучуконосах каучук содержится в виде жидкого млечного сока (латекса), наполняющего систему сосудов в коре растения. Если кора поранена или специально подрезана, то млечный сок из нее вытекает. На этом основан метод сбора каучука. [c.288]

    Следует отметить, что коллоидные системы с твердой дисперсионной средой сравнительно еще мало изучены. Это в известной мере относится и к углям. Органическая часть угольного вещества в процессах метаморфизма (превращения) из растительных остатков претерпевает глубокие химические и физико-химические изменения проходя через схему торф — бурый уголь — каменный уголь. Эти процессы сопровождаются обильным газовы-делением и обуглероживанием (накопление углерода) твердого остатка, что связано с существенными изменениями общей характеристики угольного вещества. По современным представлениям каменный уголь в основном— высокомолекулярный природный полимер, а бурый уголь в известной части представляет коллоидную систему с твердой дисперсионной средой. [c.261]


    Основная группа полимерных материалов, применяемых в машино-и приборостроении, — это синтетические полимеры, обладающие постоянством свойств и разрабатываемые для определенных целей. Однако применяются й некоторые природные полимеры, такие, как естественный каучук, шеллак и др. [c.471]

    В данном разделе основное внимание уделено специфическим особенностям эксклюзионной хроматографии синтетических и некоторых природных полимеров, так как при анализе биополимеров, представляющих собой в большинстве случаев индиви- [c. 48]

    Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Мука — продукт помола хлебного зерна пщеницы или ржи. Свойства муки прежде всего зависят от химического состава и строения эндосперма зерна — места отложения питательных веществ. Его основную массу составляют природные полимеры — крахмал и белки. Их общее содержание в зерне пшеницы составляет около 85 % на сухое вещество. Строение эндосперма зерна определяет особенности вырабатываемой муки. [c.54]

    Наконец, несколько слов о ситуации, наблюдаемой в ряду синтетических и природных полимеров. Термин первичная структура определяет строение полимера, а также конфигурацию всех хиральных центров, входящих в основную и в боковые цепи полимера. Если конформация цепи полимера известна, то говорят о вторичной структуре . В случае полимеров, в частности некоторых белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов, может происходить дополнительное упорядочение структуры за счет множества слабых нековалентных взаимодействий между несколькими цепями (эти взаимодействия могут быть как внутримолекулярными, так и межмолекулярными). Термин третичная структура , может быть использован для описания молекул с известными первичной и вторичной структурами в том случае, если они находятся в меж-молекулярном взаимодействии, например образуют двойные нли тройные спирали. [c.33]

    Лигнин — третий важнейший компонент растительной биомассы, является природным полимером, основными предшественниками которого служат п-кумаровый (1), конифериловый (2) и синаповый (3) спирты [c.30]

    Основные выводы о механизмах восстановительного и окислительного обесцвечивания получены на основании экспериментов с модельными соединениями лигнина [108, 371, 372 Поэтому интерпретировать результаты отбелки древесной массы следует осторожно Детальное исследование изменений структуры лигнина при окислительном и восстановительном воздействиях затруднено исключительной сложностью этого природного полимера [c.213]

    Под термином целлюлозный материал, по-видимому, следует понимать природный полимер (содержащий в качестве основного компонента целлюлозу) технической степени чистоты (то есть, содержащий незначительное количество примесеи). В макромолекулу [c.8]

    Наряду с синтетическими латексами широко используются так называемые искусственные дисперсии, получаемые эмульгированием уже готового олигомера или полимера Основным преимуществом таких пленкообразователей является широкая сырьевая база искусственные водные дисперсии можно получать из поликонденсационных и природных полимеров, а также растительных масел [c.221]

    Главным элементом строения растительной ткани является клетка. Микроскопическое строение клеток и клеточных оболочек подробно описаны в литературе [23, 24, 119, 165, 182, 198, 207—209, 222]. Структурную основу оболочек растительных клеток образует целлюлоза — природный полимер с линейными макромолекулами. Основными структурными элементами целлюлозы являются пачки, состоя-ш ие из ассоциированных друг с другом макромолекул. Пачки соединяются в более крупные структурные образования — фибриллы [150, 198, 208, 209, 246]. [c.34]

    В исследованиях полимеров методом ядерного магнитного резонанса, можно выделить два основных направления 1) измерение ядерной (обычно протонной) релаксации с помощью импульсных методов или путем прямого наблюдения спектров широких линий и 2) исследование спектров высокого разрешения. В первом случае обычно имеют дело с полимерами в твердом состоянии и преследуют цель получить информацию о морфологии и молекулярном движении. Исследования второго направления, составляющие предмет данной книги, выполняются (за редкими исключениями) на полимерах в растворе. Они предназначены для выяснения структуры и стереохимии полимерных цепей и начали развиваться значительно позже. Первая работа по твердым полимерам появилась всего через год после того, как впервые наблюдали ЯМР в конденсированном веществе (1946 г.) к 1958 г. имелось уже достаточно данных для большого обзора. В 1957 г. был опубликован первый протонный спектр высокого разрешения природного полимера (лизоцима), а в следующем году было напечатано первое сообщение о спектре высокого разрешения синтетического полимера (полистирола). С тех пор эта область быстро развивалась, отчасти в результате сделанного в 1960 г. наблюдения, показавшего огромные возможности метода ЯМР в исследовании стереохимии винильных полимеров. [c. 11]


    Фракционирование полимеров. Синтетические и природные полимеры, как правило, неоднородны. Неоднородность полимеров может быть трех типов 1) по молекулярному весу, 2) по химическому составу, 3) по конфигурации макромолекул и структуре. Неоднородность синтетических полимеров по молекулярному весу (или полидисперсность) является следствием особенностей механизма полимеризации, а в случае природных полимеров — следствием деструкции и структурирования при их выделении и очистке. Неоднородность по химическому составу возникает при получении графт-, блок- и статистических сополимеров. Третий вид неоднородности связан с различием в конфигурации макромолекул (линейные и разветвленные макромолекулы) и тактичности. Таким образом, полидисперсность полимеров является их основным свойством и влияет на все свойства полимерного вещества как в растворе, так и в блоке. [c.323]

    Исследование химических реакций полимеров с целью получения информации о поведении макромолекулярных частиц до сих пор в основном развивалось как часть органической химии макромолекул, обогащаясь крайне ценными сведениями экспериментального характера о новых реакциях, которым подвержены функциональные группы и звенья цепи, о том, как химически можно модифицировать тот или иной синтетический и природный полимер с целью улучшения и изменения практически важных свойств, каким образом полимеры стареют и с помощью каких реакций можно замедлить этот процесс и продлить жизнь материала. На этом пути достигнуты колоссальные успехи, обеспечившие не только расширение наших представлений о принципиальных возможностях химии полимеров, но и создание важных технологических про- [c.5]

    Дальнейшее развитие науки о высокомолекулярных соединениях происходило без острых разногласий. Установление основных принципов строения макромолекул, широкий промьппленный синтез и переработка синтетических и природных полимеров стимулировали бурное развитие пауки о полимерах. Сложность строения, особенности химических, физических, механических и других свойств полимеров потребовали применения новейших статистических, физических и разнообразных физико-химических методов для исследования полимеров. Поэтому уже в 40-х годах XX в. наука о высокомолекулярных соединениях сложилась как комплексная стыковая область, в которой успешно и плодотворно сотрудничали математики, физики, механики, химики, биологи и технологи. [c.8]

    Этот раздел, посвященный вопросам деструкции полимерных цепей под действием излучения, так же как и раздел А главы IX, в котором обсуждаются вопросы радиационного сшивания полимеров, ограничены рассмотрением главным образом действия ионизирующего излучения на синтетические полимеры. В тех случаях, когда описывается действие излучения на природные полимеры, радиационно-химические превращения последних рассматриваются независимо от их биологических функций или среды. Вопросы действия на полимеры ультрафиолетового света упоминаются в этой главе только эпизодически с целью сопоставления фотохимических реакций с радиационно-химическими. Эти вынужденные ограничения обусловлены необходимостью сосредоточить основное внимание на результатах исследований, посвященных действию ионизирующих излучений на синтетические полимеры, поскольку эти исследования составляют наиболее многочисленную группу работ в области изучения химического действия лучистой энергии. Рассмотрение результатов экспериментальных исследований в этой области может оказаться полез- [c.95]

    В первый класс входят органические полимеры, цепи которых состоят только из атомов углерода. К ним относятся полиолефины, полимеры винилового ряда, полимеры винилиденового ряда, полимеры дивинилового ряда, или полидиены, и, наконец, циклические карбоцепные полимеры (см. гл. X). В этот класс входят основные типы синтетических каучуков, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и его сополимеры с винилиденхлоридом (саран), полистирол, полиме-тилметакрилат (органическое стекло) и другие полиакриловые полимеры, политетрафторэтилен (тефлон) и другие фторпроизводные полиэтилена (фторопласты), фенолформальдегидные полимеры и многие другие синтетические органические карбоцепные полимеры из природных полимеров — натуральный каучук и гуттаперча. [c.369]

    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. [c.79]

    Растительные ткани состоят из клеток. Основу оболочек растительных клеток образует целлюлоза — природный полимер с линейными макромолекулами. Основными структурными элементами целлюлозы являются пачки, состоящие из ассоциированных друг с другом макромолекул. Пачки соединяются в фибриллы. [c.28]

    В соответствии с основным делением химических соединений, по типу входящих в составное звено элементов, можно выделить неорганические, органические и элементоорганические полимеры. По происхождению полимеры бывают природные (встречаются в природе, например, натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки), модифицированные (дополнительно измененные природные полимеры, например, резина) и синтетические (полученные методом синтеза). По характеру соединения составных звеньев в составе макромолекулы различают полимеры линейные, разветвленные, лестничные, трехмерные сшитые и их видоизменения (рис. 31.1). По отношению к нагреванию выделяют термопластичные и термореактивные (см. ниже). По типу химической реакции, используемой для получения, различают полимеризационные (реакция полимеризации) и поликон,ценсационные (реакция поликонденсации) полимеры. [c.603]

    Сульфитно-спиртовая барда представляет собой в основном кальциевые соли лигносульфоновых кислот — лигносульфонаты кальция. Лигнин — это природный полимер, содержащийся в древесине. Лиг-носульфоновые кислоты образуются при сульфировании лигнина. Если лигниногруппу обозначить через К, то формула лигносульфоната кальция изображается так [(К50з)2Са] . [c.168]

    Представление о том, что каменные угли (их органическая часть) в основном являются природными полимерами, в настоящее время общепринято. Природа же бурых углей остается предметом исследований. Еще сравнительно недавно гооподствовавшая в этом вопросе теория была целиком связана с представлениями о коллоидном строении бурых углей. В частности, сторонники этой теории утверждали, что наличие в составе углей гелифицированного (витренизированного) вещества подтверждает то, что бурые угли являются коллоидными системами. Однако допускалось, что мицеллы, представляющие структурные элементы углей, шарообразны и состоят из гуминовых ядер и окружающих их битумов. [c.262]

    Конфигурация цепи определяется соедикекнем последовательностей из. звеньев или блоков, имеющих дальний конфигурационный порядок. Такие последовательности могут соединяться с образованием линейных полимеров Однако число линейных полимеров невелико. К ним относятся некоторые природные полимеры, например /натуральный каучук) и целлюлоза. Для большинства же полимеров характерно нарушение линейности в результате образования разветвленных структур. Разветвяенным полимером называют полимер, имеющий наряду с основной цепью длиной I боковые цепи длиной 1г,, связанные с ней химическими связями и состоящие, как правило, из звеньев того же состава. Разветвленные полимеры могут иметь короткие /с-СО и длинные 1с—>/) ветвления последние разделяют на регулярные (звездообразные, гребнеобразные) и статистические ( древовидные ) (см. рис 1.6), Характеристикой конфигурации цепи может служить раз-ветвленность, которую оценивают следующими иоказателями  [c.33]

    Вещества, молекулы которых состоят из больщого числа повторяющихся атомных группировок, соединенных между собой химическими или координационными связями, называют полимерами (поли — много). Исходные соединения, из которых получаются полимеры, называюч мономерами (moho — один). Молекула полимера, построенная из отдельных малых фуппировок (звеньев), имеющих либо одинаковые, либо разные химическое строение и состав, называется макромолекулой. Если мономер полностью входит в состав полимера, то повторяющееся звено является мономерным звеном. Полимеры могут иметь высокую в несколько миллионов углеродных единиц молекулярную массу (к таким высокомолекулярным соединениям относятся, как правило, природные полимеры и некоторые биополимеры). Почти все синтетические полимеры имеют сравнительно невысокую (среднюю) молекулярную массу (десятки тысяч углеродных единиц). Некоторые, это в основном олигомеры, имеют молекулярную массу в сотни и тысячи углеродных единиц. Характёристикой молекулярной массы полимера является степень полимеризации (и), показывающая какое число раз в макромолекуле повторяется элементарное или составное ее звено. Степень полимеризации у разных полимеров колеблется от нескольких единиц до многих сотен и тысяч. Если степень полимеризации невелика, то синтезируемые продукты называют олигомерами (олигос — немного). [c.10]

    Для получения ВРП из природных полимеров используются в основном отходы целлюлозно-бумажной промышленности и гидролизных заводов. Их можно получать также из каменных углей, торфа, соломы, гуза-паи и т. д. [c.9]

    Вначале основное внимание уделялось дубильным веществам, среди которых находили гидролизуемые и негидролизуемые производные. Гидролизуемые таниды охарактеризованы как сложные эфиры окси-бензойных кислот и полиолов, негидролизуемые оказались сложными природными полимерами флаванолов (катехинов) и других классов флавоноидов [4, 10, 65].[c.106]

    Важным компонентом растительных тканей является лигнин. Лигнин — аморфное вещество, по своей химической природе представляющее пространственный гетероцепной полидисперсный природный полимер [8, 78]. При выделении из растительных материалов лигнин претерпевает необратимые изменения, поэтому очень трудно или даже невозможно установить точную химическую формулу его макромолекулы в природном состоянии. О природе лпг-нина, его многообразных химических связях судят по отдельным фрагментам молекул в выделенных препаратах лигнина, в которых основными структурными единицами являются производные фенилиропана. [c.14]

    Из трех основных полимеров растительного происхождения — целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы — менее всего изучен лигнин Лигнин наряду с целлюлозой — наиболее распространенное в природе органическое вещество, входит в состав одревесневших клеточных стенок всех наземных растений (от 15 до 36% их массы) и может быть охарактеризован как полифункциональный гетеро-цепной хаотически построенный природный полимер ароматической природы, не гидролизуюшийся до мономеров [106-1101 Получено много данных, свидетельствующих о неоднородности природного лигнина, что позволяет считать его групповым веществом, объединяющим природные полимеры близкой структуры с общим типом строения (108, ПО] [c. 28]

    Целлюлоза, как известно, представляет собой кристаллизующийся природный полимер. Основной стадией, определяющей показатели качества и выход готовых ацетатов целлюлозы является процесс ацетилирования целлюлозного магериала Скорость процесса ацетилирования зависит от природы и подготовленности целлю/юзного материала к данной реакции. При получени) с южных эфиров целлкшозь активация, то есть повышение подготовленности к ацетилированию целлюлозного материала является важнейшим условием достижения однородных по составу и полноте этерификации полимерных продуктов. При активации целлюлозного материала различными средами, в том числе водой, происходят следующие процессы (34). [c.40]

    Встречающиеся в природе высокополимеры можно разделить на два класса полимеры, изменения которых под действием излучения высокой энергии представляют только технический или академический интерес, и полимеры, радиационные изменения которых имеют первостепенное значение в области биологии и в отношении благополучия всего живого, в особенности человека. В первом классе находятся в основном полисахариды целлюлоза и ее производные, крахмал, декстран, пектины и т. п. полимеры. К этому классу можно отнести также некоторые белки, например коллаген и кератин, которые и.меют только структурные функции, а также уже рассмотренные (гл. VIII) натуральный каучук и гуттаперчу. Ко второму классу относятся нуклеиновые кислоты, или, более правильно, неуклеопро-теиды, котО рые образуют генетическое вещество клеточного ядра, а также белки, имеющие метаболическую функцию, например гемоглобин, миоглобин и ферменты. Небольшие дозы излучения, например 500—1000 р, почти не влияющие на большинство полимеров, оказывают очень сильное воздействие на природные полимеры второго класса, приводя к серьезным для организма и даже смертельным последствиям. В настоящее время детальные данные о характере воздействия излучения высокой энергии па протеины почти полностью отсутствуют, несмотря на накопление значительного количества фактического материала, касающегося суммарного действия излучения.[c.204]

    Флокулянты принято подразделять на три группы а) активная кремневая кислота,. получаемая в процессе конденсации низкомолекулярных кремневых кислот или их труднорастворимых j солей б) природные полимеры, выделяемые в основном из растительно-, го сырья (крахмал, альгинат натрия, гуаровые смолы и другие вытяжки из семян растений) или получаемые при действии на природные полимеры химических, реагентов (модифицированные крахмалы, натрий карбоксиметилцеллюлоза, хитозан) в) синтетические лолыжерьг, получаемые путем полимеризации или поликонденсации мономеров или полимераналогичных превращений уже имеющихся полимеров. К этой наиболее обширной группе принадлежат полиакриламид, полиэтиленимин, полиэтиленоксид, полиметилвинилпиридин, полидиметиламиноэтилметакрилат, поли-винилсульфокислота и др. .  [c.8]

    Уже этого краткого рассмотрения основных характеристик полимеров достаточно для того, чтобы понять, что генезис, т. е. способ получения макромолекул из низкомолекулярных молекул мономеров, влияет практически на все основные свойства полимера. В природе полимеры (за исключением некоторых смол) образуются, как правило, с высокой степенью химической и пространственной регулярности, с правильным чередованием звеньев в структуре полимера. Это, например, молекулы целлюлозы, натурального каучука ( цыс-1,4-полиизопрен), белков и нуклеиновых кислот. В формировании природных полимеров принимают участие соответствующие ферменты и катализаторы, которые обеспечивают направленное протекание реакций. В начальный период развития химии синтетических полимеров, когда еще не были найдены совершенные катализаторы синтеза, получались полимеры с нерегулярной структурой, малой молекулярной массой и вследствие -этого с низкими физико-механическими показателями. По мере развития этой отрасли химической науки и производства (особенно с 50-х гг.) были разработаны способы получения пространственно и химически регулярных полимеров (стереоспецифическая полимеризация) из промышленнодоступных мономеров (этилен, пропилен, стирол и др.), что привело к громадному росту производства различных полимеров. Большинство из этих полимеров в природе не создаются. Получение полимеров осуществляется в результате реакций полимеризации или поликонденсации. [c.11]

    Значение полимеров в нашей жизни исключительно. Белкп и углеводы составляющие два из трех основных видов пиши человека, являются природными полимерами высокого молекулярного веса. Природный каучук, синтетические эластомеры (синтетические каучуки), пластмассы, [c.576]

    Выше описаны основные особенности метода ТСХ, показаны ее теоретические основания и вытекающие из них следствия, позволяющие резко увеличить эффективность ТСХ и повысить ее информационные возможности. Не вызывает сомнения, что ТСХ является экспрессным ультрачувст-вительным методом анализа, универсально пригодным для исследования самого широкого круга веществ, начиная от неорганических соединений и кончая синтетическими и природными полимерами. В настоящее время ТСХ в основном применяется как качественный и нолуколичественный метод анализа. Однако имеются все возможности использовать ТСХ как быстрый и падежный метод количественного анализа. Мы видим хорошие перспективы дальпейвтего развития ТСХ и широкого ее внедрения в новые области науки и техники. [c.161]

    Применение. Моноизоцианаты широко используют для модификации синтетич. и природных полимеров, содержащих функциональные группы с подвижным атомом водорода. Диизоцианаты (в основном смесь 2,4-и 2,6-толуилендиизоцианатов в соотношении 80 20 или 65—35) применяют для получения полиуретанов (см. Полиуретаны, Пенополиуретаны, Уретановые каучуки, Полиуретановые волокна. Полиуретановые клеи, Полиуретановые лаки и эмали). Продукты димеризации диизоцианатов могут служить сырьем для синтеза полиуретанов и мочевин. В текстильной и кожевенной пром сти И. применяют для обработки тканей и кож с целью придания им водоотталкивающих свойств. [c.413]

    Разрыв связей при М. д. большинства полимеров происходит по свободнорадикальному механизму. Свободные радикалы обнаружены в продуктах М. д. основных классов синтетических и природных полимеров (исключение — полидиметилсилоксан). Места разрыва макромолекулярных цепей установлены для отдельных полимеров в результате анализа структуры первичных радикалов по их спектрам электронного парамагнитного резонанса. Например, в полиэтиленоксиде преимущественно разрываются связи —С—С —, а не —С—О—, а в поликапролактаме — связи —С—С—, ближайшие к амидной группе. [c.107]

    Проблема саморазрушения использованной полимерной упаковки под действием природных факторов (ультрафиолетового облучения, перепада температур, микроорганизмов, воды и других) может иметь различные решения в зависимости от вида упаковки и химической природы полимера. Так, тонкая пленочная упаковка с большой поверхностью разрушается гораздо быстрее, чем объемная упаковка, которая може — сохраняться в течение 10 и более лет [2]. Сравнительно быстро под действием природных факторов разрушается упаковка на основе целлюлозы. Медленно разрушаются полимерные материалы на основе ПЭ, ПП, ПВХ, ПС и другие. Для ускорения разрушения в естественных условиях разработано несколько способов введение в основную цепь полимера светочувствительных групп или добавка к/полимерной композиции соединений, ускоряющих распад полимерного материала под действием света (дитиокарбаматов металлов, бензофенона, фенантрена, антрацена, пирена, хи-ноксалина и других) введение в полимерную композицию продуктов, активирующих рост гнилостных бактерий (рисовой и пшеничной муки, крахмала) пропитка полимерных материалов раствором амилозы, активирующим жизнедеятельность микроорганизмов применение для изготовления упаковки водоразлагаемых полимерных материалов (поливинилового спирта, гидроксипропилцеллюлозы, оксипропилцел-люлозы). [c.208]


Урок 28. от полимеров природных к полимерам синтетическим — Естествознание — 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 28. От полимеров природных к полимерам синтетическим

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Какой смысл вкладывают в понятия «полимер», «мономер», «элементарное звено»? Как полимеры классифицируют по происхождению, способам получения и свойствам? Каковы свойства искусственных и синтетических полимеров, их преимущества и недостатки? Какие можно привести примеры полимеров и области их применения?

Глоссарий по теме:

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Мономер – элементарное звено полимера, группа атомов, повторяющаяся в структуре полимера.

Степень полимеризации – число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера.

Эластичность – это способность полимеров к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

Органические полимеры – это полимеры, которые содержат органические звенья.

Элементоорганические полимеры – это полимеры, которые содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы. Не встречаются в природе.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И. Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – С. 135-140.

2. Тагер А. А., Физико-химия полимеров. – М.: Научный мир, 2007. – С. 347-356.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Электронный технический словарь / Раздел: полимеры, природные, синтетические. URL: http://www.ai08.org/index.php/term/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9+%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C+%D0%A2%D0%BE%D0%BC+V,4157-sinteticheskie-prirodnye-polimer.xhtml

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Современный этап человеческой цивилизации – это одновременно и этап активного развития химических веществ и различных материалов. Многие из современных материалов, созданных человеком, разработаны по аналогии и на основе природных структур. В число таких соединений, наиболее часто используемых в повседневной жизни человеком, входят высокомолекулярные соединения – полимеры.

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.

В строении всех полимеров присутствует повторяющийся структурный фрагмент – мономерное звено, включающий несколько атомов. Полимеры, молекулы которых содержат не одну, а несколько видов повторяющихся групп, называют гетерополимерами. Полимер формируется из мономеров в ходе реакций полимеризации или поликонденсации.

По происхождению полимеры делят на природные и синтетические. Природные полимеры возникают естественным путём. Например, к их числу относятся нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также белки, полисахариды. В большинстве случаев природные полимеры – это органические соединения, но существуют и природные неорганические полимеры.

Синтетические полимеры получают искусственным путём из низкомолекулярных соединений с помощью реакций полимеризации или поликонденсации. Химические названия полимеров формируют из названия мономера и приставки «поли-», например, полипропилен, полиэтилен, поливинилацетат и т. п.

За счет того, что полимеры обладают рядом важных для хозяйственной деятельности характеристик, их используют в промышленности и быту.

Основными характеристиками полимеров являются следующие:

1. Эластичность – это способность полимерам к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

2. Малая хрупкость кристаллических и стекловидных полимеров (например, органическое стекло, пластмассы).

3. Способность макромолекул полимеров к ориентации в пространстве под действием механического поля. Эта характеристика полимеров применяется при промышленном изготовлении плёнок и волокон.

Важными для хозяйственной деятельности человека являются и свойства растворов полимеров, в частности:

1. Значительная вязкость раствора при сравнительно небольшой концентрации полимера.

2. Образование раствора полимера через стадию набухания.

Кроме того, полимеры могут резко менять свои физико-механические свойства под влиянием небольших количеств реагента (это свойство полимера используется при вулканизации каучука, в процессе дубления кож и т. п.).

Свойства полимеров обусловлены как их большой молекулярной массой, так и цепным строением и гибкостью молекул. В промышленности полимеры используют в качестве композитных материалов.

По химическому составу полимеры классифицируют на органические, неорганические и элементоорганические.

Органические полимеры содержат органические звенья, например, это полипептиды, которые содержат пептидную группу из атомов кислорода, азота, углерода, водорода (О=С-N-Н). Пептидная связь – основа белков.

Элементоорганические полимеры не встречаются в природе и являются синтетическими. Элементоорганические полимеры содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы (например, кремний, алюминий). Искусственно полученное вещество, которое можно отнести к данной группе – это кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

По форме и пространственной ориентации макромолекул полимеры разделяют на линейные, разветвлённые, плоские, ленточные, гребнеобразные, сеточные и т.д.

Кроме того, полимеры классифицируют по полярности, которая влияет на растворимость полимера. Полярность отдельных мономерных звеньев полимера определяется присутствием диполей в их составе – молекул с разобщенными положительными и отрицательными зарядами.

У гидрофильных полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются гидрофобными, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине). Полимеры, которые содержат полярные и неполярные звенья, являются амфифильными.

Полимеры, по реакции на нагревание разделяют на термореактивные и термопластичные. Термопластичные полимеры (к которым относится полипропилен, полиэтилен, полистирол) при нагреве обратимо плавятся, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные полимеры при нагреве разрушаются без плавления и необратимо.

Природные полимеры формируются в живых организмах. Ключевыми для жизни из них являются белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты. Решающим этапом возникновения жизни на Земле стало формирование из простых органических молекул высокомолекулярных соединений.

Человек изначально использовал природные полимеры в своей жизни. Например, это кожа, шерсть, меха, шёлк, в их состав входят природные биополимеры. Промышленное производство полимеров началось в первой четверти XX века. Промышленное производство полимеров практически сразу развивалось в двух направлениях – это переработка полимеров природного происхождения и синтез искусственных полимеров.

Производство синтетических полимеров начато в 1906 году, когда Лео Бакеланд создал бакелитовую смолу – путем конденсации фенола и формальдегида, который при нагревании превратился в трёхмерный полимер. В течение десятилетий этот полимер использовали для изготовления аккумуляторов, корпусов электрических приборов, телевизоров, электрических розеток.

Благодаря своим физическим и химическим свойствам полимеры используются в машиностроении, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, медицине, авиастроении и широко применимы в быту (пластик, посуда, резина, клей и лаки). Все живые ткани живых организмов – это также высокомолекулярные соединения.

Наука о полимерах с 30-х годов XX века развивается как самостоятельная область знаний. Эта наука тесно связана с физикой, коллоидной, физической и органической химией. Сегодня выделяют и отдельные области знаний – например, химия полимеров, физика полимеров.

Выводы:

Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.

Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы, это:

1. Полимеры.

2. Мономеры.

3. Молекулы.

Правильный ответ: 1. Полимеры.

2. Вставьте пропущенные слова в текст:

«У __________ полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются _________, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине)».

Правильный ответ: гидрофильные; гидрофобные.

Что такое химия полимеров?

Химия полимеров — это изучение и манипулирование синтетическими и органическими химическими веществами, известными как полимеры. Полимер — это повторяющаяся цепочка молекул, которые соединяются, образуя так называемую макромолекулу. Полимеры являются универсальными веществами, обладающими различными свойствами гибкости, легкости, твердости и долговечности. Химики-полимеры нашли способы выделить и развить эти свойства. Кроме того, они идентифицируют уникальные проводящие и химические свойства данных полимеров для промышленного и медицинского использования.

В той или иной форме эта отрасль химии присутствует в области науки с середины 19-го века. Нитроцеллюлоза, ранний полимер, была разработана с использованием исследований Анри Браконно и Кристиана Шёнбейна соответственно. В последующие годы нитроцеллюлоза и ее производные использовались различными способами, в том числе в качестве эффективной повязки на рану во время гражданской войны в США.

Первый завод по производству синтетического волокна был открыт в 1884 году французским промышленником по имени Илер де Шардонне. Это произвело полимерную ткань, названную вискозой, которая использовалась как более дешевый заменитель шелка. С тех пор область химии полимеров значительно расширилась, достигнув апогея в начале 20-го века с развитием кевлара® и нейлона. Разработка этих материалов вызвала большой интерес, который продолжается и по сей день. Несколько тысяч веществ с практическим применением были получены с начала 20-го века в результате достижений в химии полимеров.

Использование полимеров широко распространено в современном обществе, обеспечивая необходимые химические компоненты многих предметов, которые люди используют ежедневно. Шины, пластиковые пакеты, компакт-диски и одноразовые контактные линзы содержат материалы, разработанные в этой области науки. Каждый год на рынке появляется все больше и больше предметов, содержащих синтетические и органические полимеры. Поскольку большинство полимеров являются синтетическими, продукты, использующие их, обычно требуют меньших количеств невозобновляемых ресурсов по сравнению с их аналогами, изготовленными из других материалов.

Исследование химии полимеров само по себе является многомиллиардной индустрией доллара. Это связано с его широким применением практически во всех промышленных и научных областях. Часто потребность в полимерах может быть сначала определена, а затем следует финансирование для разработки полимера, пригодного для этой конкретной цели. Как только полимер разработан, он может быть исследован химиками полимера для поиска других возможных применений, а также производных, которые могут иметь свое собственное применение.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Хранение секретных сообщений в светочувствительных полимерах

Ученые из CNRS и Экс-Марсельского университета недавно продемонстрировали, насколько ценными являются светочувствительные макромолекулы: при воздействии света с нужной длиной волны они могут трансформироваться, чтобы изменить, стереть или расшифровать содержащееся в них молекулярное сообщение. Результаты этого исследования были опубликованы 4 сентября 2019 года в Nature Communications.

ДНК — это длинная химическая последовательность, несущая генетическую информацию.Вдохновленные этой биологической системой, в последние годы многие исследовательские группы изучают, как хранить, а затем расшифровывать информацию в синтетических макромолекулах, также называемых полимерами.

Схематическое изображение секретного молекулярного сообщения, обнаруженного светом. Кредит: Жан-Франсуа Лутц

Сделав шаг вперед в этой области, исследователи из Института Шарля Садрона (CNRS) и Института радикальной химии (CNRS/Университет Экс-Марселя) разработали светочувствительные полимеры, в которых свет может изменять информацию, хранящуюся на молекулярном уровне.В работе показаны три типа изменения информации: раскрытие, изменение и стирание сообщения.

Эти французские ученые показали, что некоторые полимеры могут действовать как невидимые чернила: при воздействии соответствующей длины волны их мономеры трансформируются, и последовательность становится разборчивой. Сообщение появляется только в том случае, если на него направлен правильный источник света. Это первый пример секретного сообщения, хранящегося в молекуле. Это исследование также показывает, что мономеры, изменяющиеся под действием света, можно использовать для стирания или изменения информации, содержащейся в некоторых полимерах. Химики, например, «превратили медь в золото», изменив химический символ меди, написанный на полимере Cu, на химический символ золота Au.

Полимеры «считываются» с помощью масс-спектрометрии, технологии, обычно используемой во многих аналитических лабораториях. Команды, участвовавшие в этой недавней работе, теперь хотят продолжить ее, исследуя, как управлять физическими свойствами полимеров с помощью света для приложений, отличных от хранения и декодирования информации, таких как разработка новых материалов.

###

Ссылка: «Фоторедактируемая макромолекулярная информация» Никласа Феликса Кенига, Абдельазиза Аль Уахаби, Лоуренса Освальда, Розы Шведы, Лоуренса Чарльза и Жана-Франсуа Лутца, 4 сентября 2019 г., Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-019-11566-2

Химия полимеров

Стивен Армес, Шеффилдский университет, Великобритания

Ремзи Бесер , Уорикский университет, Великобритания

Мэтью Беккер , Университет Дьюка, США

Эрик Берда , Университет Нью-Гемпшира, США

Керстин Бланк , Институт коллоидов и интерфейсов им. Макса Планка, Германия

Джеймс Блинко , Технологический университет Квинсленда, Австралия

Крис Боумен , Университет Колорадо, США

Сирил Бойер , Университет Нового Южного Уэльса, Австралия

Нил Кэмерон , Университет Монаш, Австралия

Луис Кампос , Колумбийский университет, США

Чанлэ Чен , Университет науки и технологии Китая, Китай

Мао Чен , Университет Фудань, Китай

Сюэси Чен , Китайская академия наук, Китай

Йошики Чудзё , Киотский университет, Япония

Franck D’Agosto , CNRS-Лионский университет, Франция

Priyadarsi De , Индийский институт научного образования и исследований, Калькутта, Индия

Guillaume Delaittre , Университет Вупперталя, Германия

Dagmar D’hooge , Гентский университет, Бельгия

Элизабет Элаква , Университет штата Пенсильвания, США

Бретт П. Форс , Корнельский университет, США

Теони Георгиу , Имперский колледж Лондона, Великобритания

Didier Gigmes , Экс-Марсельский университет, CNRS, Франция

Ацуши Гото , Наньянский технологический университет, Сингапур

Софи Гийом , Institut des Sciences Chimiques de Rennes, Франция

Дэйв Хэддлтон , Уорикский университет, Великобритания

Никос Хаджихристидис , Университет науки и технологий имени короля Абдуллы, Саудовская Аравия

Yanchun Han , Китайская академия наук, Китай

Саймон Харриссон , CNRS, Университет Тулузы, Франция

Ева Мари Харт , Хьюстонский университет, США

Лаура Хартманн , Университет Генриха Гейне, Дюссельдорф, Германия

Фиона Хаттон , Университет Лафборо, Великобритания

Эндрю Б. Холмс , Университет Мельбурна, Австралия

Ричард Хугенбум , Гентский университет, Бельгия

Стив Хоудл , Ноттингемский университет, Великобритания

Фейхэ Хуан , Чжэйцзянский университет, Китай

Тоёдзи Какучи, Чанчуньский научно-технический университет, Китай

Джулия Калоу , Северо-Западный университет, США

Масами Камигайто , Университет Нагоя, Япония

Джастин Кеннемур , Университет штата Флорида, США

Кристофер Клоксин , Делверский университет, США

Доминик Конколевич , Университет Майами, США

Jacques Lalevée, Institut de Science des Matériaux de Mulhouse, France

Катарина Ландфестер , Институт Макса Планка, Германия

Мюриэль Лансало , Лионский университет, Франция

Sebastien Lecommandoux , ENSCPB, Университет Бордо, Франция

Рэйчел А. Letteri , Университет Вирджинии, США

Guey-Sheng Liou , Тайваньский национальный университет, Тайвань

Гуолян Лю , Технологический институт Вирджинии, США

Шийонг Лю , Университет науки и технологии, Китай

Тимоти Лонг , Университет штата Аризона, США

Ян Мэннерс , Университет Виктории, Канада

Джон Мэтсон , Технологический институт Вирджинии, США

Маркус Мюлльнер , Сиднейский университет, Австралия

Равин Нараин , Университет Альберты, Канада

Жюльен Николя , Университет Париж-Юг, Франция

Кёко Нодзаки , Токийский университет, Япония

Рэйчел О’Рейли , Уорикский университет, Великобритания

Макото Оучи, Киотский университет, Япония

Дерек Паттон , Университет Южного Миссисипи, США

Тереза ​​Рейнеке , Университет Миннесоты, США

Меган Робертсон , Университет Хьюстона, США

Амитав Саньял , Университет Богазичи, Турция

Феликс Шахер , Фридрих-Шиллер-Университет Йена, Германия

Гельмут Шлаад , Потсдамский университет, Германия

Эллен Слеттен , Калифорнийский университет, Лос-Анджелес, США

Martina Stenzel , Университет Нового Южного Уэльса, Австралия

Молли Стивенс, Imperial College London, UK

Натали Стингелин , Технологический институт Джорджии, США

Лэй Тао , Университет Цинхуа, Китай

Патрик Теато , КОМПЛЕКТ, Германия

Мария Вамвакаки , ФОРТ-ИСЛ, Греция

Ян ван Хест , Эйндховенский технологический университет, Нидерланды

Келли Велония , Критский университет, Греция

Мария Х. Vicent, СКЗИ, Испания

Brigitte   Voit , Институт исследований полимеров им. Лейбница, Германия

Маркус Век , Нью-Йоркский университет, США

Шарлотта Уильямс , Оксфордский университет, Великобритания

Фредерик Вурм , Институт Макса Планка по производству полимеров, Германия

Юсуф Ягджи , Стамбульский технический университет, Турция

Наоко Йоши , Токийский университет, Япония

Си Чжан , Университет Цинхуа, Китай

Бен Чжун Тан , Гонконг, Гонконг, Китай

Секретные сообщения, скрытые в светочувствительных полимерах — ScienceDaily

ДНК представляет собой длинную химическую последовательность, которая несет генетическую информацию.Вдохновленные этой биологической системой, в последние годы многие исследовательские группы изучают, как хранить и затем расшифровывать информацию в синтетических макромолекулах, также называемых полимерами*.

Сделав шаг вперед в этой области, исследователи из Института Шарля Садрона (CNRS) и Института радикальной химии (CNRS/Университет Экс-Марселя) разработали светочувствительные полимеры, в которых свет может изменять информацию, хранящуюся на молекулярном уровне. В работе показаны три типа изменения информации: раскрытие, изменение и стирание сообщения.

Эти французские ученые показали, что некоторые полимеры могут действовать как невидимые чернила: при воздействии соответствующей длины волны их мономеры трансформируются, и последовательность становится разборчивой. Сообщение появляется только в том случае, если на него направлен правильный источник света. Это первый пример секретного сообщения, хранящегося в молекуле. Это исследование также показывает, что мономеры, изменяющиеся под действием света, можно использовать для стирания или изменения информации, содержащейся в некоторых полимерах. Химики, например, «превратили медь в золото», изменив химический символ меди, написанный на полимере Cu, на химический символ золота Au.

Полимеры «считываются» с помощью масс-спектрометрии, технологии, обычно используемой во многих аналитических лабораториях. Команды, участвовавшие в этой недавней работе, теперь хотят продолжить ее, исследуя, как управлять физическими свойствами полимеров с помощью света для приложений, отличных от хранения и декодирования информации, таких как разработка новых материалов.

  • — Полимер состоит из простых химических единиц, мономеров. Полимер может иметь форму последовательности двух разных мономеров, которая может быть прочитана как 0 или 1 в сообщении, записанном в двоичной системе счисления.

Источник истории:

Материалы предоставлены CNRS . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Как производятся полимеры? — Scientific American

Фрэнк Н. Келли, декан Колледжа науки о полимерах и инженерии полимеров Университета Акрона, дает следующее объяснение.

Синтетические полимеры получают химическими реакциями, называемыми «полимеризациями».«Полимеризация происходит в различных формах — их слишком много, чтобы рассматривать здесь, — но такие реакции состоят из повторяющихся химических связей отдельных молекул или мономеров. Различные комбинации тепла, давления и катализа изменяют химические связи, удерживающие мономеры вместе, вызывая они соединяются друг с другом. Чаще всего они делают это линейным образом, создавая цепочки мономеров, называемые полимерами.

Некоторые полимеризации соединяют целые мономеры вместе, тогда как другие соединяют только части мономеров и создают «остаточные» материалы или побочные продукты.Сополимеры могут быть образованы с использованием двух или более различных мономеров. И два или более полимера могут быть объединены для получения сплава или смеси, которая отображает характеристики каждого компонента.

В качестве примера рассмотрим обычный пластиковый полиэтилен, который используется в таких предметах, как пакеты для продуктов, игрушки и бутылки. Мономер этилен состоит из двух атомов углерода, каждый из которых связан с двумя атомами водорода и имеет двойную связь друг с другом. Полиэтилен состоит из цепочки одинарных атомов углерода, каждый из которых несет два своих атома водорода.

ЛИНЕЙНЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН

Один из способов производства полиэтилена называется «свободнорадикальная полимеризация». Как и в других полимеризациях, процесс состоит из трех стадий, известных как инициация, распространение и завершение. Для начала нам нужно добавить катализатор к нашему запасу этилена. Распространенным катализатором является пероксид бензоила, который при нагревании имеет привычку разделяться на два фрагмента, каждый с одним неспаренным электроном или свободным радикалом. Эти фрагменты известны как фрагменты инициатора.

Неспаренный электрон естественным образом ищет другой и находит удобную мишень в двойной связи между атомами углерода в молекуле этилена. Принимая электрон от углеродной связи, фрагмент инициатора связывается с одним из атомов углерода мономера.

Радикал теперь счастлив, но эта инициирующая реакция создает другой свободный радикал, связанный с другим атомом углерода молекулы этилена. Новый радикал также ищет партнера. И вот мономеры этилена начинают присоединяться к цепочке, создавая каждый раз новые радикалы и удлиняя цепь.Этот этап называется распространением.

Растущие цепи также могут прикрепляться друг к другу. Чаще всего цепи соединяются конец к концу, но иногда они соединяются конец к основной цепи, образуя разветвленные молекулы полиэтилена.

В конце концов свободнорадикальная полимеризация прекращается благодаря так называемым реакциям обрыва. Например, вместо того, чтобы украсть электрон у атомов углерода с двойными связями или ближайшей растущей цепи, атом углерода со свободным радикалом иногда крадет весь атом водорода с другого конца цепи.Конец полимера, лишенный водорода, легко образует двойную связь с соседним атомом углерода, и полимеризация прекращается.

Поскольку каждая часть мономера этилена включена в готовый полимер, свободнорадикальная полимеризация полиэтилена называется полимеризацией присоединения; молекулы этилена просто складываются. Однако полимеризации, в которых используются только части мономера, известны как полимеризации конденсации. Мономеры, которые конденсируются друг с другом, должны содержать не менее двух реакционноспособных групп, чтобы образовать цепь.Реакции конденсации приводят к образованию «конденсированных» полимеров, общая масса которых меньше, чем у мономеров, использованных для их создания, и побочных продуктов, или «конденсатов», вместе взятых.

Например, поли(этилентерефталат), сложный полиэфир, известный как ПЭТ, который обычно используется в бутылках с газировкой, образуется в результате реакции двух мономеров: этиленгликоля и терефтоилхлорида. В конце реакции атом водорода и атом хлора остаются вне каждого молекулярного соединения ПЭТФ, в результате чего образуется побочный продукт в виде газообразного хлороводорода (HCl).

Вышеизложенное должно дать вам представление о том, как в принципе работает полимеризация, но это еще не все. Чтобы узнать больше, посетите некоторые веб-сайты, посвященные полимерам, в Интернете.

Нейронные сети с передачей сообщений для высокопроизводительного скрининга полимеров: The Journal of Chemical Physics: Vol 150, No 23

Методы машинного обучения показали себя многообещающе в прогнозировании молекулярных свойств, и при наличии достаточного количества обучающих данных подходы машинного обучения могут обеспечить быстрое высокопроизводительный виртуальный скрининг больших библиотек соединений.Архитектуры нейронных сетей на основе графов появились в последние годы как наиболее успешный подход к предсказаниям, основанным на молекулярной структуре, и неизменно достигают наилучших результатов в наборах эталонных квантово-химических данных. Однако эти модели обычно требуют оптимизированной трехмерной структурной информации о молекуле для достижения максимальной точности. Эти трехмерные геометрии требуют больших затрат для расчета на высоких уровнях теории, что ограничивает применимость и практичность методов машинного обучения в приложениях для скрининга с высокой пропускной способностью.В этом исследовании мы представляем новую базу данных молекул-кандидатов для органических фотоэлектрических приложений, включающую примерно 91 000 уникальных химических структур. По сравнению с существующими наборами данных этот набор данных содержит молекулы значительно большего размера (до 200 атомов), а также экстраполированные свойства для длинных полимерных цепей. Мы показываем, что нейронные сети передачи сообщений, обученные с трехмерной структурной информацией и без нее для этих молекул, достигают аналогичной точности, сравнимой с современными методами на существующих наборах эталонных данных.Таким образом, эти результаты подчеркивают, что для более крупных молекул с практическим применением почти оптимальные результаты прогнозирования могут быть получены без использования оптимизированной трехмерной геометрии в качестве входных данных. Далее мы показываем, что изученные молекулярные представления можно использовать для сокращения обучающих данных, необходимых для переноса прогнозов в новый функционал теории функционала плотности.

ПРИЗНАТЕЛЬНОСТЬ

Эта работа была поддержана Министерством энергетики США по контракту № DE-AC36-08GO28308 с Alliance for Sustainable Energy, LLC, менеджером и оператором Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.Финансирование было предоставлено Управлением биоэнергетических технологий Министерства энергетики США (DOE-BETO) в рамках рабочей группы «Биопродукты с улучшенными характеристиками». Взгляды и мнения авторов, выраженные здесь, не обязательно отражают точку зрения правительства Соединенных Штатов или какого-либо его ведомства. Ни правительство Соединенных Штатов, ни какое-либо его агентство, ни кто-либо из их сотрудников не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, и не принимает на себя никакой юридической ответственности или ответственности за точность, полноту или полезность любой информации, устройства, продукта или процесса. , или означает, что его использование не будет нарушать права частной собственности.

Научные принципы: полимеры

Научные принципы: полимеры

Область применения полимеров настолько обширна, а сферы применения настолько разнообразны, что важно понимать, как производятся и используются полимеры. Поскольку за место на рынке борются более 60 000 различных пластиков, знание этой важной области может действительно обогатить наше понимание этого удивительного материала. Компании производят более 30 миллионов тонн пластика каждый год и тратят большие суммы на исследования, разработки и более эффективные методы переработки.Ниже мы познакомимся с некоторыми научными принципами, связанными с производством и переработкой этих материалов, полученных из ископаемого топлива, известных как полимеры.

Реакции полимеризации

Химическая реакция, при которой молекулы с высокой молекулярной массой образуются из мономеров, известна как полимеризация. Существует два основных типа полимеризации: цепная реакция (или присоединение) и ступенчатая реакция (или конденсация) полимеризация .

Полимеризация с цепной реакцией

Одним из наиболее распространенных типов полимерных реакций является цепная реакция (присоединение) полимеризации.Этот тип полимеризации представляет собой трехстадийный процесс с участием двух химических соединений. Первый, известный просто как мономер, можно рассматривать как одно звено полимерной цепи. Первоначально он существует в виде простых единиц. Почти во всех случаях мономеры имеют по крайней мере одну углерод-углеродную двойную связь. Этилен является одним из примеров мономера, используемого для получения обычного полимера.


Другим химическим реагентом является катализатор. В полимеризации с цепной реакцией катализатором может быть свободнорадикальный пероксид, добавленный в относительно низких концентрациях.Свободный радикал — это химический компонент, содержащий свободный электрон, образующий ковалентную связь с электроном другой молекулы. Образование свободного радикала из органического пероксида показано ниже:

В этой химической реакции из одной молекулы R 2 O 2 образовались два свободных радикала. Теперь, когда все химические компоненты идентифицированы, мы можем приступить к рассмотрению процесса полимеризации.

Шаг 1: Инициация

Первый этап процесса полимеризации с цепной реакцией, инициирование, происходит, когда свободнорадикальный катализатор реагирует с углеродным мономером с двойной связью, начиная полимерную цепь.Двойная углеродная связь разрывается, мономер связывается со свободным радикалом, и в этой реакции свободный электрон переносится на внешний атом углерода.

Шаг 2: Распространение

Следующий этап процесса, размножение, представляет собой повторяющуюся операцию, в ходе которой формируется физическая цепь полимера. Двойная связь последовательных мономеров открывается, когда мономер вступает в реакцию с реакционноспособной полимерной цепью. Свободный электрон последовательно передается по цепи к внешнему атому углерода.


Эта реакция может протекать непрерывно, потому что энергия в химической системе снижается по мере роста цепи. С термодинамической точки зрения сумма энергий полимера меньше суммы энергий отдельных мономеров. Проще говоря, одинарные связи в полимерной цепи более стабильны, чем двойные связи мономера.

Шаг 3: Завершение

Прекращение происходит, когда другой свободный радикал (R-O .), оставшийся от первоначального расщепления органической перекиси, встречается с концом растущей цепи. Этот свободный радикал обрывает цепь, связываясь с последним CH 2 . компонент полимерной цепи. В результате этой реакции образуется полная полимерная цепь. Прекращение также может произойти, когда две незавершенные цепи соединяются вместе. Оба типа оконечной нагрузки показаны на диаграмме ниже. Возможны и другие виды расторжения.



Эта экзотермическая реакция протекает очень быстро, образуя отдельные цепи полиэтилена часто менее чем за 0.1 секунда. Созданные полимеры имеют относительно высокую молекулярную массу. Вдоль основной цепи нередко возникают ответвления или перекрестные связи с другими цепями.

Ступенчатая полимеризация

Ступенчатая полимеризация (конденсация) является еще одним распространенным типом полимеризации. Этот метод полимеризации обычно дает полимеры с более низкой молекулярной массой, чем цепные реакции, и требует более высоких температур. В отличие от аддитивной полимеризации, в ступенчатых реакциях участвуют два разных типа бифункциональных мономеров или концевых групп, которые реагируют друг с другом, образуя цепь.Конденсационная полимеризация также дает низкомолекулярный побочный продукт (вода, HCl и т. д.). Ниже приведен пример образования нейлона 66, обычного полимерного материала для одежды, включающего по одному из двух мономеров, гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, которые реагируют с образованием димер нейлона 66.


В этот момент полимер мог расти в любом направлении, связываясь с другой молекулой гексаметилендиамина или адипиновой кислоты, или с другим димером. По мере роста цепи молекулы с короткой цепью называются олигомерами.Теоретически этот реакционный процесс может продолжаться до тех пор, пока не перестанут быть доступны дополнительные мономеры и реакционноспособные концевые группы. Однако этот процесс относительно медленный и может занять до нескольких часов или дней. Обычно в этом процессе образуются линейные цепи, которые вытянуты без каких-либо поперечных связей или разветвлений, если только не добавлен трехфункциональный мономер.

Химическая структура полимера

Мономеры в полимере могут быть расположены по-разному. Как указано выше, как аддитивные, так и конденсационные полимеры могут быть линейными, разветвленными или сшитыми.Линейный полимеры состоят из одной длинной непрерывной цепи без каких-либо лишних придатков или прикреплений. Разветвленные полимеры имеют цепочечную структуру, которая состоит из одной основной цепи молекул с отходящими от нее более мелкими молекулярными цепочками. Разветвленная цепная структура имеет тенденцию к снижению степени кристалличности и плотности полимера. Сшивка в полимерах происходит, когда между отдельными молекулами полимерной цепи образуются первичные валентные связи.

Цепи, содержащие только один тип мономера, известны как гомополимеры.Если задействованы два или более мономера разного типа, полученный сополимер может иметь несколько конфигурации или расположения мономеров вдоль цепи. Четыре основные конфигурации изображены ниже:


Рис. 1: Конфигурации сополимера .

Физическая структура полимера

Сегменты полимерных молекул могут существовать в двух различных физических структурах. Они могут быть как в кристаллическом, так и в аморфные формы.Кристаллические полимеры возможны только при регулярной химической структуре (например, гомополимеры или чередующиеся сополимеры), а цепи обладают высокоупорядоченным расположением своих сегментов. Кристалличность в полимерах предпочтительнее в симметричных полимерных цепях, однако она никогда не бывает 100%. Эти полукристаллические полимеры имеют довольно типичный путь разжижения, сохраняя свое твердое состояние до тех пор, пока не достигнут температуры плавления при Т м .

Аморфные полимеры не имеют порядка.Молекулярные сегменты в аморфных полимерах или аморфные домены полукристаллических полимеров расположены случайным образом и запутаны. Аморфные полимеры не имеют определяемого T m из-за их случайности. При низких температурах, ниже их температуры стеклования (T g ), сегменты неподвижны, а образец часто хрупкий. При повышении температуры близко к T g молекулярные сегменты могут начать двигаться. Выше T г подвижность достаточна (если нет кристаллов), чтобы полимер мог течь в виде высоковязкой жидкости.Вязкость уменьшается с повышением температуры и уменьшением молекулярной массы. Также может быть эластичный ответ, если запутывания не могут выровняться со скоростью приложения силы (как в глупой замазке). Этот материал затем описывается как вязкоупругий. В полукристаллическом полимере молекулярному потоку препятствуют части молекул в кристаллах до тех пор, пока температура не превысит T m . В этот момент образуется вязкоупругий материал. Эти эффекты легче всего увидеть на графике зависимости объема от температуры.


Рис. 2: График зависимости удельного объема от температуры.

Члены семейства полимеров

Полимеры можно разделить на две разные группы в зависимости от их поведения при нагревании. Полимеры с линейными молекулами, вероятно, термопласт. Это вещества, которые размягчаются при нагревании и могут быть переработаны и переработаны. Они могут быть полукристаллическими или аморфными. Другая группа полимеров известна как термореактивные.Это вещества, которые не размягчаются под воздействием тепла и давления и не могут быть переработаны или переработаны. Они должны быть переработаны, использованы в качестве наполнителей или сожжены, чтобы удалить их из окружающей среды.

Термопласты

Термопласты обычно представляют собой углеродсодержащие полимеры, синтезированные путем аддитивной или конденсационной полимеризации. Этот процесс формирует сильные ковалентные связи внутри цепей и более слабые вторичные связи Ван-дер-Ваальса между цепями. Обычно эти вторичные силы можно легко преодолеть с помощью тепловой энергии, что делает термопласты пригодными для формования при высоких температурах.Термопласты также сохранят свою вновь преобразованную форму после охлаждения. Несколько распространенных применений термопластов включают: детали для обычных бытовых приборов, бутылки, кабельные изоляторы, ленты, чаши блендеров и миксеров, медицинские шприцы, кружки, текстиль, упаковку и изоляцию.

Реактопласты

Реактопласты имеют те же связи Ван-дер-Ваальса, что и термопласты. Они также имеют более сильную связь с другими цепями. Сильные ковалентные связи химически удерживают вместе различные цепи в термореактивном материале.Цепи могут быть непосредственно связаны друг с другом или связаны через другие молекулы. Эта «сшивка» между цепями позволяет материалу сопротивляться размягчению при нагревании. Таким образом, термореактивным материалам необходимо придать новую форму, если они предназначены для повторного использования, или они могут служить порошкообразными наполнителями. Хотя термореактивные полимеры трудно реформировать, они имеют много явных преимуществ в области инженерного проектирования, в том числе:

  1. Высокая термическая стабильность и изоляционные свойства.
  2. Высокая жесткость и стабильность размеров.
  3. Сопротивление ползучести и деформации под нагрузкой.
  4. Легкий.

Несколько распространенных применений термореактивных материалов включают эпоксидные смолы (клеи), детали кузова автомобилей, клеи для фанеры и древесностружечных плит, а также в качестве матрицы для композитов в корпусах лодок и резервуарах.

Переработка полимеров

Существует пять основных процессов изготовления изделий или деталей из полимеров.К ним относятся; литье под давлением, компрессионное формование, трансферное формование, выдувное формование и экструзия. Компрессионное формование и трансферное формование используются в основном для термореактивных пластмасс. Литье под давлением, экструзия и выдувное формование используются в основном для термопластов.

Литье под давлением

Этот очень распространенный процесс формования пластмасс включает четыре этапа:

  1. Порошок или гранулированный полимер нагревают до жидкого состояния.
  2. Под давлением жидкий полимер нагнетается в форму через отверстие, называемое литником. Ворота контролируют поток материала.
  3. Материал под давлением удерживается в форме до тех пор, пока он не затвердеет.
  4. Пресс-форма открывается и деталь удаляется выталкивающими штифтами.

Преимущества литья под давлением включают быструю обработку, малое количество отходов и простоту автоматизации. Формованные детали включают гребни, основания зубных щеток, ведра, фитинги для труб и детали моделей самолетов.


Рис. 3: Схема литья под давлением.

Компрессионное формование

Этот тип литья был одним из первых, который использовался для формования пластмасс. Он включает четыре шага:

  1. Предварительно сформированные заготовки, порошки или гранулы помещаются в нижнюю часть нагретой формы или штампа.
  2. Другая половина пресс-формы опускается и прикладывается давление.
  3. Материал размягчается под воздействием тепла и давления, растекаясь и заполняя форму.Излишки выдавливаются из формы. Если термореактивный материал, сшивание происходит в форме.
  4. Пресс-форма открывается, и деталь извлекается.

Для термопластов форма охлаждается перед удалением, чтобы деталь не потеряла форму. Термореактивные материалы можно выбрасывать, пока они горячие и после завершения отверждения. Этот процесс медленный, но материал движется только на небольшое расстояние к форме и не проходит через ворота или направляющие. Из каждой формы изготавливается только одна деталь.

Трансферное формование

Этот процесс является модификацией компрессионного формования. Он используется в основном для производства термореактивных пластмасс. Его шаги:

  1. Частично полимеризованный материал помещают в нагретую камеру.
  2. Плунжер нагнетает текучий материал в формы.
  3. Материал течет через литники, направляющие и заслонки.
  4. Температура и давление внутри формы выше, чем в нагретой камере, что приводит к образованию поперечных связей.
  5. Пластик отверждается, затвердевает, форма открывается, и деталь извлекается.

Затраты на пресс-формы высоки, и в литниках и литниках скапливается много брака, но можно точно изготавливать сложные детали различной толщины.

Выдувное формование

Выдувное формование производит бутылки, круглые светильники, баки, автомобильные бензобаки и бочки. Это включает в себя:

  1. Трубка из мягкого пластика экструдированная
  2. Трубка зажимается с одного конца и надувается для заполнения формы.
  3. Твердая пластмассовая оболочка удаляется из пресс-формы.

Этот процесс является быстрым и относительно недорогим.

Экструзия

Этот процесс позволяет изготавливать детали постоянного поперечного сечения, такие как трубы и стержни. Расплавленный полимер проходит через головку для получения окончательной формы. Он включает четыре шага:

  1. Гранулы полимера смешаны с красителем и добавками.
  2. Материал нагревается до необходимой пластичности.
  3. Материал продавливается через матрицу.
  4. Материал охлаждается.

Экструдер имеет бункер для подачи полимера и добавок, цилиндр со шнеком непрерывной подачи, нагревательный элемент и держатель матрицы. Адаптер на конце экструдера, нагнетающий воздух через отверстие в горячий полимер, выдавливаемый через кольцевую головку, производит пластиковые пакеты и пленки.


Рис. 4: Схема экструдера. Таблица 1: Сравнение методов обработки полимеров для термопластов и реактопластов. , имеет короткое время цикла и широчайший выбор материалов.
Процесс Термопласт (TP) или термореактивный (TS) Преимущества Недостатки
Литье под давлением TP, TS Он имеет высокие капитальные затраты, подходит только для большого количества деталей и имеет большое давление в пресс-форме (20 000 фунтов на квадратный дюйм).
Компрессионное формование TS Он имеет более низкое давление в пресс-форме (1000 фунтов на кв. дюйм), минимально повреждает армирующие волокна (в композитах) и позволяет изготавливать большие детали. Он требует больше труда, более длительный цикл, чем литье под давлением, имеет меньшую гибкость формы, чем литье под давлением, и каждая загрузка загружается вручную.
Трансферное формование ТС Подходит для герметизации металлических деталей и электронных схем. На каждую деталь приходится немного брака, и каждый заряд загружается вручную.
Выдувное формование TP Может изготавливать полые детали (особенно бутылки), вытяжка улучшает механические свойства, имеет быстрый цикл и не требует больших трудозатрат. Он не имеет прямого контроля толщины стенки, не может формовать мелкие детали с высокой точностью и требует полимера с высокой прочностью расплава.
Экструзия TP Используется для пленок, оберток или длинных непрерывных деталей (например, труб). Для сохранения стабильности его необходимо охлаждать ниже температуры стеклования.

Переработка: вызов сегодня, награда завтра

Обзор

Потребительские отходы в Соединенных Штатах представляют собой проблему для всех.Твердые отходы можно разделить на следующие категории:

  • металлы — алюминий, сталь и т.д.
  • стекло — прозрачное, цветное и т.д.
  • бумага — газетная бумага, картон и т.п.
  • натуральные полимеры — кожа, трава, листья, хлопок и т.д.
  • синтетические полимеры — синтетические каучуки, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид и др.

Сегодня потребители используют больше продуктов и, следовательно, производят больше твердых отходов.Со временем мы обнаруживаем, что у нас остается все меньше места для таких отходов. Восемьдесят процентов всех твердых бытовых отходов захораниваются на свалках. Сегодня действующих свалок на одну треть меньше, чем 18 500 десять лет назад, что делает захоронение гораздо более дорогим.

Плата за чаевые, взимаемая с мусоровоза за сброс партии твердых отходов, регулярно увеличивается. Муниципалитеты ввели ограничения и/или запретили запуск новых свалок в пределах своих границ.Например, 50% твердых отходов Нью-Джерси вывозятся за пределы штата для захоронения на свалках.

Доля синтетических полимеров в весе твердых отходов будет продолжать расти по мере роста использования пластмасс, как прогнозируется ниже.

Таблица 2: Массовое процентное содержание пластиковых отходов в Америке.
Год Всего отходов Процент пластмасс
1960 76 миллионов тонн 2.7%
1984
1984 133 млн тонн 7,2% 9,2%
1995 142 млн тонн 80703
2000
2000 9,8% (прогнозируемые) 11

Пластмассы составляют от 14 до 22% объема твердых отходов. Одним из возможных решений этой проблемы является переработка. В 1990 г. от 1 до 2 % пластика, 29 % алюминия, 25 % бумаги, 7 % стекла и 3 % резины и стали были переработаны в качестве бытовых отходов.Очевидно, что ответом может стать увеличение количества перерабатываемого пластика. Тем не менее, основным препятствием при повторном использовании пластмасс является то, что переработка добавляет историю нагрева, ухудшает свойства и затрудняет повторное использование для одного и того же применения. Например, 58-граммовая 2-литровая бутылка из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для напитков состоит из 48 г ПЭТФ, а остальное — основание чашки из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), бумажная этикетка, клей и литая полипропиленовая (ПП) крышка. Основание чашки, этикетка, клей и колпачок являются загрязняющими веществами при переработке ПЭТ.

В ответ на проблему загрязняющих веществ при переработке пластмасс, пластмассовые изделия разрабатываются «удобными для повторного использования». Продукты производятся с возможностью вторичной переработки в качестве жизнеспособного средства утилизации. По крайней мере, одна компания разработала 2-литровую бутылку для напитков, полностью изготовленную из ПЭТ, для рентабельной переработки. Что касается повторного использования переработанного пластика, многие организации пересматривают использование переработанного пластика. Например, пластиковые шарики используются для удаления краски с самолетов методом «пескоструйной обработки».Раньше использовались жесткие, неэкологичные химические растворители. Использование переработанного пластика ограничено только воображением дизайнеров и конечных пользователей пластика.

Еще одна причина не отказываться от пластмассы — экономия энергии. Энергетическая ценность полиэтилена (ПЭ) составляет 100 % эквивалентной массы мазута №2. Полистирол (ПС) составляет 75 %, а поливинилхлорид (ПВХ) и ПЭТ — около 50 %. С энергетической ценностью фунта топочного мазута № 2 в 20 000 Б.T.U., засыпка пластмасс приводит к пустой трате энергии. Некоторые страны, в частности Япония, используют энергетическую ценность пластика и бумаги для сжигания отходов в энергию.

Другим фактором в уравнении рециркуляции является экономическая тенденция увеличения платы за мусор на свалках. В северо-восточных штатах плата за чаевые постепенно увеличивалась, но в западных штатах плата оставалась низкой из-за субсидий местных органов власти на свалки. По мере того, как стоимость захоронения твердых отходов увеличивается, растет и стимул к переработке.Когда стоимость засыпки превышает стоимость переработки, рециркуляция будет практической альтернативой засыпке.

Эти факторы привели к определенным рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США. В порядке от наибольшего к наименьшему EPA рекомендует: сокращение источников, переработка, термическое восстановление (сжигание) и захоронение отходов. Каждый из них не лишен своих проблем. Сокращение источников требует изменения дизайна упаковки и/или использования меньшего количества, более легких или более экологически безопасных материалов.Компромисс может означать уменьшение упаковки пищевых продуктов с возможностью более высокого уровня порчи продуктов. Пластмассы станет меньше, но больше еды будет выбрасываться в виде твердых отходов. Какой бы метод утилизации ни был выбран, выбор сложен. Каковы бы ни были затраты, потребитель их понесет.

Переработка различных пластмасс

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

В 1989 году миллиард фунтов первичного ПЭТ был использован для изготовления бутылок для напитков, из которых около 20% было переработано.Из переработанного количества 50% было использовано для заполнения волокном и обвязки. Переработчики утверждают, что производят высококачественный гранулированный ПЭТ со степенью чистоты 99%. Он продается по цене от 35 до 60% от стоимости первичного ПЭТФ.

Основные виды повторного использования ПЭТ включают листы, волокна, пленки и экструзии. При химической обработке переработанный продукт может быть преобразован в сырье для производства ненасыщенных полиэфирные смолы. При использовании достаточного количества энергии переработанный продукт может быть деполимеризован в этиленгликоль и терефталевую кислоту, а затем реполимеризован в первичный ПЭТФ.

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Из пластмасс, которые могут быть переработаны, жесткая тара из полиэтилена высокой плотности, скорее всего, будет найдена на свалке. Менее 5% контейнеров из HDPE обрабатываются или обрабатываются таким образом, чтобы их можно было легко переработать. Первичный ПЭВП используется в непрозрачных бытовых и промышленных контейнерах, используемых для упаковки моторного масла, моющих средств, молока, отбеливателей и сельскохозяйственных химикатов.

Существует большой потенциал для использования переработанного ПЭВП в базовых стаканах, дренажных трубах, цветочных горшках, пластиковых пиломатериалах, мусорных баках, автомобильных брызговиках, кухонных сливных досках, ящиках для бутылок с напитками и поддонах.Большая часть переработанного ПЭВП представляет собой цветной непрозрачный материал, доступный во множестве оттенков.

LDPE (полиэтилен низкой плотности)

LDPE перерабатывается гигантскими поставщиками смолы и торговыми предприятиями либо путем сжигания в качестве топлива для получения энергии, либо путем повторного использования в мешках для мусора. Переработка мешков для мусора – это большой бизнес. Цвет их не критичен, поэтому ремолы идут в черные, коричневые и в меньшей степени зеленые и желтые мешки.

ПВХ (поливинилхлорид)

Существует много споров относительно переработки и повторного использования ПВХ из-за проблем со здоровьем и безопасностью.При сжигании ПВХ часто ставится вопрос о воздействии на мусоросжигательную печь и качество воздуха. Федеральное управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) приказало своим сотрудникам подготовить отчеты о воздействии на окружающую среду, охватывающие роль ПВХ в мусорных свалках и сжигании. При горении ПВХ выделяются токсичные диоксины, фураны и хлористый водород. Эти пары являются канцерогенными, мутагенными и тератогенными. Это одна из причин, по которой ПВХ должен быть идентифицирован и удален из любых пластиковых отходов, подлежащих переработке.

В настоящее время ПВХ используется в таре для пищевых продуктов и алкогольных напитков с одобрения FDA. Будущее ПВХ находится в руках производителей пластмасс, которые должны решить проблему токсического воздействия сжигания ПВХ. Интересно отметить, что на долю ПВХ приходится менее 1% отходов, захораниваемых на свалках. При правильной переработке ПВХ проблемы токсичных выбросов сводятся к минимуму. Различные переработчики смогли восстановить ПВХ без проблем со здоровьем. Использование переработанного ПВХ включает аквариумные трубки, дренажные трубы, фитинги, напольную плитку и непищевые бутылки.Когда ПВХ смешивают с другими пластиковыми отходами, он используется для производства пластиковых пиломатериалов.

ПС (полистирол)

PS и ее производители уже несколько лет являются мишенью для экологов. Производители и переработчики прилагают все усилия, чтобы переработка полистирола стала такой же распространенной, как переработка бумаги и металлов. Одна компания, Rubbermaid, тестирует регенерированный полистирол в подносах для обслуживания и других бытовых предметах. Amoco, еще одна крупная корпорация, в настоящее время использует метод преобразования отходов полистирола, включая остатки пищи, в масло, которое можно повторно очистить.

Будущее

Переработка является жизнеспособной альтернативой всем другим способам обращения с потребительскими пластиковыми отходами. В ответ на проблему смешанных пластиковых отходов в пластмассовой промышленности была разработана и принята система кодирования. Код представляет собой цифровую и буквенную систему. Это относится к бутылкам объемом более 16 унций и другим емкостям объемом более 8 унций. Число отображается в символе переработки с 3 изогнутыми стрелками с аббревиатурой пластика под символом.

Западноевропейские компании, особенно немецкие фирмы Hoechst и Bayer, успешно вышли на рынок перерабатываемых пластмасс. Используя высокотехнологичный подход, они разрабатывают новые методы разделения и обработки смешанных пластиковых отходов.

Потенциальное использование переработанных материалов включает пластиковые пиломатериалы. Переработанный пластик смешивают с древесными волокнами и перерабатывают в заменитель пиломатериалов. Древесные волокна превратились бы в мусорную свалку, если бы их не использовали повторно. Конечный продукт называется биопастой.Ожидается, что в конечном итоге это станет многомиллионным предприятием. Исследования и разработки продолжают улучшать этот продукт.

Переработка – это экономичный способ обращения с потребительскими пластиковыми отходами. Необходимо продолжать исследования по снижению стоимости переработки. Переработка пластика не достигнет уровня программ переработки бумаги и некоторых металлов, пока не будут внедрены более дешевые и автоматические методы переработки. К счастью, решения этих проблем не выходят за рамки наших технологий или нашего разума.Ниже приведена диаграмма, в которой перечислены различные типы пластмасс и их использование до и после их переработки.

Таблица 3: Основные пластмассовые смолы и их применение
Код смолы Название смолы Общее применение Примеры переработанных продуктов
Полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТФ) Бутылки для безалкогольных напитков, банки с арахисовым маслом, бутылки для заправки салатов, банки для полоскания рта Бутылки для жидкого мыла, обвязка, волокнистый наполнитель для зимних пальто, доски для серфинга, кисти, пух на теннисных мячах, бутылки из-под безалкогольных напитков, пленка
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) Контейнеры для молока, воды и сока, пакеты для продуктов, игрушки, бутылки для жидких моющих средств Стаканы на основе безалкогольных напитков, цветочные горшки, дренажные трубы, знаки, сиденья для стадионов, мусорные баки, урны для вторичной переработки, конусы дорожных ограждений, вкладыши для сумок для гольфа, игрушки
Поливинилхлорид или винил (ПВХ-V) Прозрачная упаковка для пищевых продуктов, бутылки для шампуня Коврики, трубы, шланги, брызговики
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) Пакеты для хлеба, пакеты для замороженных продуктов, продуктовые пакеты вкладыши для мусорных баков, пакеты для продуктов, универсальные пакеты
Полипропилен (ПП) Бутылки из-под кетчупа, контейнеры для йогурта, маргарин, баночки, флаконы из-под лекарств Ступени люков, ведра для краски, ящики для хранения видеокассет, скребки для льда, лотки для фаст-фуда, колеса для газонокосилок, детали автомобильных аккумуляторов.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.