Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Химия /

Полимеры

←предыдущая  следующая→
1 2 3 



Скачать реферат


Историческая справка.

Термин “поли¬мерия” был введен в науку И.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содер¬жание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах отно¬сятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол),

Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью мо¬лекул, проявляющейся в реакциях поли¬меризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах по¬лучила главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден, немецкий учёный К Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годов было до¬казано существование свободнорадикального и ионного механиз¬мов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденса¬ции сыграли работы У.Карозерса.

С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагалось, что такие био¬полимеры, как целлюлоза, крахмал, кау¬чук, белки, а также некоторые син¬тетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способ¬ностью ассоциировать в растворе в комп¬лексы коллоидной природы благодаря не ковалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально но¬вого представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

Полимеры - химические соединения с высокой мол. массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромо¬лекулы) состоят из большого числа повто¬ряющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав мак¬ромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.

Классификация.

По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтети¬ческие, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные группы могут распо¬лагаться в макромолекуле в виде: откры¬той цепи или вытянутой в линию после¬довательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).

Макромолекулы одного и того же хи¬мического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигура¬ции. Если макромолекулы состоят из оди¬наковых стереоизомеров или из различ¬ных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополиме¬ры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присое¬динены одна или несколько цепей дру¬гого строения. Такие сополимеры называются привитыми.

Полимеры, в которых каждый или некоторые сте¬реоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательно¬сти, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами.

В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные, в основной цепи которых со¬держатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее рас¬пространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевиноформальдегидные смолы, бел¬ки, некоторые кремнийорганические поли¬меры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы не органогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические по¬лимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.

Свойства и важнейшие характеристики.

Линейные полимеры обладают специфическим комп¬лексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотроп¬ные высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, дли¬тельно развивающимся обратимым дефор¬мациям; способность в высокоэластичном со¬стоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комп¬лекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гиб¬костью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, ред¬ким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комп¬лекс свойств становится всё менее выра¬женным. Сильно сшитые полимеры нераство¬римы, неплавкие и неспособны к высоко¬эластичным деформациям.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромоле¬кулы. В кристаллических полимерах возможно возник¬новение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во мно¬гом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.

Незакристаллизованные полимеры могут нахо¬диться в трех физических состояниях: стекло¬образном, высокоэластичном и вязко текучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пласти¬ками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения мак¬ромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообраз¬ное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклооб¬разный продукт, переходящий в высоко¬эластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекуляр¬ными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, сте¬реорегулярный полистирол - кристал¬лическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться, и размягчается при температуре около 80 °С.

Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических свя¬зей между макромолекулами (так называемое сши¬вание), например при вулканизации кау¬чуков, дублении кожи; распад макромо¬лекул на отдельные, более короткие фраг¬менты, реак¬ции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные пре¬вращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромоле¬кулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одно¬временно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может слу¬жить омыление поливтилацетата, при¬водящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомо¬лекулярными веществами часто лимити¬руется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявля¬ется в случае сшитых полимеров. Скорость взаи¬модействия макромолекул с низкомоле¬кулярными веществами часто сущест¬венно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирую¬щего звена. Это же относится и к внутри¬молекулярным реакциям между функ¬циональными группами, принадлежащи¬ми одной цепи.

Некоторые свойства полимеров, например раствори¬мость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств приме¬сей или добавок, реагирующих с макро¬молекулами. Так, чтобы превратить ли¬нейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и моле¬кулярно-массовое распределение, сте¬пень разветвленности и гибкости макро¬молекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.

Получение.

Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции,

←предыдущая  следующая→
1 2 3 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»