Важнейшие полимеры и их применение

 

      Содержание 

Введение            4

Глава I. История возникновения прикладной химии     6

Глава II. Строение и свойства полимеров       8

       1 Терминологические и основополагающие понятия    8

       2 Классификация полимеров       10

       3 Отличительные особенности полимеров     14

       4 Полимеры регулярного и нерегулярного строения. Стерео

       регулярные полимеры        16

       5 Аморфное и кристаллическое строение пропиленов   17

       6 Растворы полимеров         22

       6.1 Природа растворов полимеров и термодинамика    22

       6.2 Растворение высокомолекулярных веществ    23

       6.3 Разбавленные растворы высокомолекулярных соединений  25

       6.4 Концентрированные растворы высокомолекулярных

               соединений          26

       7 Физические свойства полимеров       28

       7.1 Механические свойства        28

       7.2 Электрические свойства        29

 7.3 Технологические свойства       32

       7.4 Химические свойства         32

     8 Методы синтеза полимеров        36

       9 Сополимеры          38

       9.1 Строение и свойства сополимеров      38

 9.2 Синтез сополимеров        40

9.3 Синтез  привитых сополимеров       41

Глава III. Важнейшие полимеры и их применение     442

       1 Полиэтилен          42

       2 Полипропилен          46

       3 Полистирол          48

       4 Свойства полимеризационных пластмасс     52

       5 Санитарно-химические исследования      55

       5.1 Полиэтилен          55

       5.2 Полипропилен низкомолекулярный      59

       5.3 Полистирол          62

       6 Практическое применение полимеров      64

Заключение           66

Список  использованной литературы       68 

 

      Введение 

     Пластмассы широко используются в виде пленочных материалов (для упаковки, в конденсаторостроении, для фото - и кинопленок). В частности, широко используются пленки из полиэтилена, полипропилена для расфасовки продовольственных товаров. Пленки из этих материалов могут применяться как покрытие для бумаги, тканей, картона, алюминиевой фольги и др. Бумагу с нанесенной на ней такой водонепроницаемой пленкой из полиэтилена, сополимеров стирола применяются для упаковки и изготовления моющихся обоев.

     На  основе этих пластмасс формируют ассортимент посудо - хозяйственных, галантерейных и культурно-бытовых товаров (игрушки, посуда, расческие и пр.) А также изготавливают электро-, радиоаппаратуру (корпуса счетчиков, штепсельные вилки, включатели и выключатели, радиодетали, панели и корпуса радиоприемников, пылесосы). В других товарах их используют частично – мебель, обувь. Конструкция изделий из пластмасс разнообразна и может быть оригинальной. Изделиям можно придать практически любую форму и цвет.

     Посудо - хозяйственные изделия из пластмасс предназначены в основном для хранения сухих пищевых и непищевых продуктов (крупа, соль, стиральный порошок). Посуда из полистирола предназначена для хранения и подачи на стол сухих пищевых продуктов (влажностью не более 15 %), тарелки, масленки, хлебницы, солонки, чайники, вазы).

     Цели  работы заключаются в следующем:

     1) проанализировать литературу, относящуюся  к изучаемой теме;

     2) ознакомится с основными методами  синтеза полимеров;

     3) исследовать характеристики наиболее  широко применяемых в практике полимеров.

     Для реализации данных целей были поставлены следующие задачи:

     1) провести поиск научной литературы  по химии полимеров;

     2) подобрать литературу по изучению  физических, химических и санитарно-химических свойств на примере пластмасс;

     3) изучить термопластические полимеры на примере полиэтилена, полистирола и полпропилена.

 

      Глава 1. История возникновения прикладной химии 

     Создание  классической теории химического строения, а затем и стерео химии легко  в основу прикладной органической химии. Для экономически и технически наиболее выгодного ее использования химической промышленностью понадобились целенаправленные исследования химиков – органиков, что привело к бурному развитию химии углеводородов и связанных с нею методов исследования. Именно в структурный период осуществлялось влияние органической химии на экономику целых государств и на их политику. В первую мировую войну, когда Германия была отрезана от важнейших источников стратегического сырья – селитры, колчедана, нефти, каучука, а ее противники лишились химических продуктов, которые раньше ввозились из Германии; во всех воющих странах началась работа по нахождению эрзац – продуктов и новых методов получения бензина, смазочных масел, пищевого масла, каучука и т.д. Это область основного органического синтеза, куда следует отнести и получение разнообразных органических красителей. Наряду с основным органическим синтезом в сферу современной промышленной органической химии вошел и тонкий органический синтез – получение лекарственных препаратов, специальных реактивов и физиологически активных веществ. Благодаря успехам органической химии на смену растительному и животному волокну, природному каучуку, смолам растительного происхождения пришли изделия из полимеров, без которых немыслим прогресс ни в одном направлении современной техники.

     Для производства почти всей гаммы современных  полимеров служат мономеры, которые, в свою очередь, являются производными небольшого числа углеводородов: ацетилена, этилена, пропилена, бензола, стирола, а также низших предельных углеводородов.

     Химия полимеров в ХХ веке стала самостоятельной  областью, однако изучением органических соединений – мономеров и их свойств, а так же реакций полимеризации и конденсации, органическая химия подготовила почву для возникновения химии полимеров. Теоретические работы в области управления механизмом реакции полимеризации привели к возникновению новой дисциплины – биоорганической химии, возникшей на стыке органической химии и биохимии.

     Прикладная  органическая химия позволила наладить производство многих видов физиологически активных веществ: витамины и гормоны; антиметаболиты – вещества, подавляющие жизнедеятельность организмов (инсектициды, фунгициды, гербициды), так и стимулирующих ее (ростовые вещества); одоранты, применяемые в парфюмерии и вкусовые вещества.

     Особенностью  прикладной органической химии ХХ века является то, что в ее основе, особенно при переработке углеводородов  нефти, лежит гетерогенно – каталитический синтез. Сабатье показал применимость гетерогенного катализа для реакций в относительно мягких условиях, типичных для классического органического синтеза.

     Ипатьву принадлежит доказательство успешного  применения гетерогенно катализа при высоких температурах и высоких давлениях [3].

     Основоположниками химии высокомолекулярных соединений являются Г. Штаудингер и У. Карозерс. Штаудингер предположил существование макромолекул, размеры которых определяют все их особенности. Карозерс установил природу химических связей в макромолекуле. Дальнейшее развитие химии макромолекул обязано исследованиям ученых многих стран, а также советским химикам В.А. Каргину П.П. Шарыгину В.В. Коршаку и др.

     В наш век – век полимеров  крупными потребителями ВМС являются:

     - строительство (линолеум, слоистые  пластики, полистирольные облицовочные плитки);

     - звукоизоляционные материалы, перегородки  из вспененных пластмасс;

     - санитарно – техническое оборудование;

     - трубопроводы;

     - мебель из полимерных материалов, моющиеся обои;

     - стекольная и керамическая промышленность. 

 

      Глава 2. Строение и свойства полимеров 

     1 Терминологические и основополагающие понятия 

     Высокомолекулярные  соединения – это химические вещества с большой молекулярной массой (несколько миллионов). Огромное число атомов, соединенных между собой ковалентными связями – есть макромолекула ([С₂Н₄]_n – макромолекула полиэтилена, [С₆Н₁₀О₅]_n– макромолекула целлюлозы и т.д.)

     Макромолекулы полимеров состоят из одинаковых, много раз повторяющихся групп атомов – элементарных звеньев, связанных между собой. 

     …[ - СН₂- СН₂- СН₂- СН₂ …]_n – макромолекула полиэтилена

     …[ - СН₂ = СН- СН₃- …]_n – макромолекула полипропилена

     …[ - СН₂ - СН-(С₆Н₅) -- …]_n – макромолекула полистирола 

     Рисунок 2.1 – Макромолекулы 

     Если  макромолекулярные цепи состоят  из большого числа одинаковых элементарных звеньев, то высокомолекулярные соединения называются еще  и высокомолекулярными соединениями или полимерами (от греч. «поли» - много, «мерос» - часть).

     Часто все  высокомолекулярные соединения, имеющие линейное строение, называют полимерами. Число элементарных звеньев в макромолекуле обозначают индексом «n». Он является одной из главных характеристик полимера и называется степенью полимеризации (Р) полимера.

     Между степенью полимеризации и молярной массой полимера существует зависимость, выраженная формулой:

     

     где m – молекулярная масса элементарного звена.

     Отсюда  молекулярная масса полимера равна  М = Р∙m.

     Полимеры  с высокой степенью полимеризации  называются высокополимерами, а с небольшой – омполимерами.

     По  строению полимерной цепи макромолекулы  полимеров могут иметь линейную, разветвленную и пространственную структуру.

     

     Рисунок 2.2 - Структуры полимеров: А) линейные, Б) разветвленные, В) пространственные. 

     Поперечный  размер таких цепей ничтожно мал  по сравнению с длиной. Цепи могут  изгибаться в размерных направлениях в пространстве или сворачиваться клубком.

     Полиэтилен  низкого давления имеет линейное строение (А).

     Макромолекулы разветвленных полимеров – это  длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями (Б). Такое строение имеют полиэтилены высокого давления. К разветвленным полимерам относятся и такие, у которых боковые ответвления построены из остатков других полимеров, чем основная цепь. Эти полимеры называются привитыми.

     

       (А и В – различные мономерные (элементарные) звенья).

     Макромолекулы пространственных полимеров представляют собой длинные цепи, соединенные друг с другом «мостиками». Роль мостиков могут выполнять как отдельные атомы, так и группы атомов. Такие полимеры называют сетчатыми (например, шерсть, фенолформальдегидные полимеры, резина). От формы макромолекулы зависят свойства полимеров.