Какви вещества са естествени полимери? Полимер - какво е това? Производство на полимери

Ако връзката между макромолекулите се осъществява с помощта на слаби сили на Ван дер Ваалс, те се наричат термопласти, ако се използват химически връзки- дуропласти. Линейните полимери включват например целулоза, разклонени полимери, например амилопектин, и има полимери със сложни пространствени триизмерни структури.

В структурата на полимера може да се разграничи мономерна единица - повтарящ се структурен фрагмент, който включва няколко атома. Полимерите се състоят от голям брой повтарящи се групи (единици) със същата структура, например поливинилхлорид (-CH 2 -CHCl-) n, естествен каучук и др. Високомолекулни съединения, чиито молекули съдържат няколко вида повтарящи се групи, се наричат съполимери или хетерополимери.

Полимерът се образува от мономери в резултат на реакции на полимеризация или поликондензация. Полимерите включват множество природни съединения: протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, каучук и други органични вещества. В повечето случаи понятието се отнася до органични съединения, но има и много неорганични полимери. Голямо числополимерите се произвеждат синтетично на базата на най-простите съединения на елементи от естествен произход чрез реакции на полимеризация, поликондензация и химични трансформации. Имената на полимерите се образуват от името на мономера с префикса поли-: полиетилен, полипропилен, поливинилацетат и др.

Особености

Специални механични свойства

еластичност - способността да се подлагат на високи обратими деформации при относително малък товар (каучуци);
ниска чупливост на стъкловидни и кристални полимери (пластмаси, органично стъкло);
способността на макромолекулите да се ориентират под въздействието на насочено механично поле (използвано при производството на влакна и филми).

Характеристики на полимерни разтвори:

висок вискозитет на разтвора при ниска концентрация на полимера;
Разтварянето на полимера става през етапа на набъбване.

Специални химични свойства:

способността драстично да промените своето физични и механични свойствапод въздействието на малки количества реагент (вулканизация на каучук, дъбене на кожа и др.).

Специалните свойства на полимерите се обясняват не само с голямото им молекулно тегло, но и с факта, че макромолекулите имат верижна структура и са гъвкави.

Съполимери

Полимерите, направени от различни мономери или химически свързани молекули от различни полимери, се наричат съполимери. Например удароустойчивият полистирол е съполимер на полистирен-полибутадиен.

Съполимерите се различават по структура, технология на производство и получени свойства. Технологии, създадени за 2014 г.:

произволни съполимери, образувани от вериги, съдържащи химически групи от различно естество, се получават чрез полимеризация на смес от няколко изходни мономера;
редуващи се съполимери се характеризират с вериги, в които се редуват радикали на различни мономери;
присадените съполимери се образуват чрез прикрепване на вериги от молекули на втори мономер към страната на макромолекулите, образувани от основния мономер;
гребенчатите съполимери са присадени съполимери с много дълги странични вериги;
блок съполимерите са изградени от сравнително дълги вериги (блокове) на един мономер, свързани в краищата с доста дълги вериги на друг мономер.

Свойства на съполимерите

Гребеновидни съполимери могат да бъдат съставени от материали с различни свойства, което придава на такъв съполимер фундаментално нови свойства, например течнокристални.

В блоковите съполимери, съставени от компоненти с различни свойства, възникват суперрешетки, изградени от блокове с различно химично естество, разделени в отделна фаза. Размерите на блоковете зависят от съотношението на изходните мономери. По този начин се добавя якост на опън до 40% към крехкия полистирен чрез съполимеризация с 5-10% полибутадиен и се получава удароустойчив полистирол, а с 19% полистирол в полибутадиен материалът проявява подобно на каучук поведение.

Класификация

Според химичния си състав всички полимери се делят на органични, органоелемент, неорганичен.

Органични полимери.
Органоелементни полимери. Те съдържат неорганични атоми (Si, Ti, Al) в основната верига от органични радикали, които се свързват с органичните радикали. Те не съществуват в природата. Изкуствено получен представител са органосилициевите съединения.
Неорганични полимери. Те не съдържат в повтаряща се единица C-C връзки, но са способни да съдържат органични радикали като странични заместители.

Трябва да се отбележи, че в инженерството полимерите често се използват като компоненти на композитни материали, например фибростъкло. Възможни са композитни материали, всички компоненти на които са полимери (с различен състави свойства).

Въз основа на формата на макромолекулите полимерите се разделят на линейни, разклонени (специален случай е звездообразен), лентови, плоски, гребеновидни, полимерни мрежи и т.н.

Полимерите се класифицират според полярността (засягаща разтворимостта в различни течности). Полярността на полимерните единици се определя от наличието в техния състав на диполи - молекули с изолирано разпределение на положителни и отрицателни заряди. В неполярните единици диполните моменти на атомните връзки са взаимно компенсирани. Наричат се полимери, чиито звена имат значителна полярност хидрофиленили полярен. Полимери с неполярни звена - неполярни, хидрофобен. Наричат се полимери, съдържащи както полярни, така и неполярни единици амфифилен. Предлага се да се наричат хомополимери, всяка единица от които съдържа както полярни, така и неполярни големи групи амфифилни хомополимери.

Във връзка с нагряването полимерите се разделят на термопластичниИ термореактивни. Термопластичниполимерите (полиетилен, полипропилен, полистирол) се размекват при нагряване, дори се топят и се втвърдяват при охлаждане. Този процес е обратим. ТермореактивниПри нагряване полимерите претърпяват необратимо химическо разрушаване, без да се стопят. Молекулите на термореактивните полимери имат нелинейна структура, получена чрез омрежване (например вулканизация) на верижни полимерни молекули. Еластичните свойства на термореактивните полимери са по-високи от тези на термопластиците, но термореактивните полимери практически нямат течливост, в резултат на което имат по-ниско напрежение на счупване.

Естествените органични полимери се образуват в растителни и животински организми. Най-важните от тях са полизахаридите, протеините и нуклеиновите киселини, от които в голяма степен се състоят телата на растенията и животните и които осигуряват самото функциониране на живота на Земята. Смята се, че решаващият етап от появата на живота на Земята е формирането на прости органични молекулипо-сложен - с високо молекулно тегло (виж Химическа еволюция).

Видове

Синтетични полимери. Изкуствени полимерни материали

Човек отдавна използва естествени полимерни материали в живота си. Това са кожа, косъм, вълна, коприна, памук и др., използвани за производството на облекло, различни свързващи вещества (цимент, вар, глина), които при подходяща обработка образуват триизмерни полимерни тела, широко използвани като строителни материали . Промишленото производство на верижни полимери обаче започва в началото на 20 век, въпреки че предпоставките за това се появяват по-рано.

Почти веднага промишленото производство на полимери се развива в две посоки - чрез преработка на естествени органични полимери в изкуствени полимерни материали и чрез производство на синтетични полимери от органични нискомолекулни съединения.

В първия случай мащабното производство се основава на целулоза. Първият полимерен материал от физически модифицирана целулоза - целулоид - е получен в средата на 19 век. Мащабното производство на целулозни етери и естери е създадено преди и след Втората световна война и продължава и до днес. На тяхна основа се произвеждат филми, влакна, бои и лакове и сгъстители. Трябва да се отбележи, че развитието на киното и фотографията стана възможно само благодарение на появата на прозрачен нитроцелулозен филм.

Производството на синтетични полимери започва през 1906 г., когато Лео Бекеланд патентова т. нар. бакелитова смола - кондензационен продукт на фенол и формалдехид, който при нагряване се превръща в триизмерен полимер. От десетилетия се използва за направата на корпуси за електрически уреди, батерии, телевизори, контакти и др., а сега все по-често се използва като свързващо вещество и лепило.

Списъкът се допълва от така наречените уникални полимери, синтезирани през 60-70-те години на 20 век. Те включват ароматни полиамиди, полиимиди, полиестери, полиетер кетони и др.; Незаменим атрибут на тези полимери е наличието на ароматни пръстени и (или) ароматни кондензирани структури. Те се характеризират с комбинация от изключителна здравина и устойчивост на топлина.

Огнеупорни полимери

Много полимери, като полиуретани, полиестери и епоксидни смоли, са склонни към запалимост, което често е неприемливо в практически приложения. За да се предотврати това, се използват различни добавки или се използват халогенирани полимери. Халогенирани ненаситени полимери се синтезират чрез кондензиране на хлорирани или бромирани мономери, като хексахлорендометилентетрахидрофталова киселина (CHEMTPA), дибромонеопентилгликол или тетрабромофталова киселина. Основният недостатък на такива полимери е, че при изгаряне те могат да отделят газове, които причиняват корозия, което може да има вредно въздействие върху близката електроника.

Действието на алуминиевия хидроксид се основава на факта, че при излагане на висока температура се отделя вода, която предотвратява изгарянето. За постигане на ефекта е необходимо да се добавят големи количества алуминиев хидроксид: 4 тегловни части към една част ненаситени полиестерни смоли.

Амониевият пирофосфат действа на различен принцип: той причинява овъгляване, което заедно със стъкловидния слой от пирофосфати изолира пластмасата от кислород, възпрепятствайки разпространението на огъня.

Полимерите или макромолекулите са много големи молекули, образувани от връзките на много малки молекули, наречени съставни единици или мономери. Молекулите са толкова големи, че техните свойства не се променят значително, когато няколко от тези градивни елементи се добавят или премахват. Терминът "полимерни материали" е общ. Той съчетава три големи групи синтетични пластмаси, а именно: полимери; пластмаси и тяхната морфологична разновидност - полимерни композитни материали (PCM) или, както още ги наричат, армирани пластмаси. Общото за изброените групи е, че тяхната задължителна част е полимерната съставка, която определя основните термични деформационни и технологични свойства на материала. Полимерният компонент е органично високомолекулно вещество, получено в резултат на химическа реакция между молекулите на първоначалните нискомолекулни вещества - мономери.

Полимерите обикновено се наричат високомолекулни вещества (хомополимери) с добавки, въведени в тях, а именно стабилизатори, инхибитори, пластификатори, лубриканти, антирадикали и др. Физически полимерите са хомофазни материали, те запазват всички физикохимични свойства, присъщи на хомополимерите.

Пластмасите са композитни материали на полимерна основа, съдържащи диспергирани или късовлакнести пълнители, пигменти и други насипни компоненти. Пълнителите не образуват непрекъсната фаза. Те (дисперсната среда) се намират в полимерна матрица (дисперсна среда). Физически, пластмасите са хетерофазни материали с изотропни (еднакви във всички посоки) физични макросвойства.

Пластмасите могат да бъдат разделени на две основни групи - термопластични и термореактивни. Термопластичните пластмаси са тези, които, веднъж формирани, могат да бъдат разтопени и преформовани; термореактивните, веднъж образувани, вече не се топят и не могат да приемат друга форма под въздействието на температура и налягане. Почти всички пластмаси, използвани в опаковките, са термопластични, като полиетилен и полипропилен (членове на семейството на полиолефините), полистирен, поливинилхлорид, полиетилен терефталат, найлон (найлон), поликарбонат, поливинил ацетат, поливинил алкохол и други.

Пластмасите също могат да бъдат категоризирани въз основа на метода, използван за полимеризирането им в полимери, произведени чрез добавяне към поликондензация. Добавъчните полимери се произвеждат чрез механизъм, който включва или свободни радикали, или йони, при които малки молекули бързо се добавят към нарастващата верига, без да образуват съпътстващи молекули. Полимерите на поликондензация се произвеждат чрез взаимодействие на функционални групи в молекули една с друга, така че дълга верига от полимер се образува на етапи и обикновено произвежда съпътстващ продукт с ниско молекулно тегло, като вода, по време на всеки етап на реакция. Повечето опаковъчни полимери, включително полиолефини, поливинилхлорид и полистирен, са допълнителни полимери.

Химически и физични свойствапластмасите се определят от техния химичен състав, средно молекулно тегло и разпределение на молекулното тегло, история на обработка (и употреба) и наличието на добавки.

Полимерно подсилените материали са вид пластмаса. Те се различават по това, че използват не диспергирани, а подсилващи, т.е. подсилващи пълнители (влакна, тъкани, ленти, филц, монокристали), които образуват независима непрекъсната фаза в PCM. Някои разновидности на такива PCM се наричат ламинирани пластмаси. Тази морфология дава възможност за получаване на пластмаси с много високи якостни на деформация, умора, електрически, акустични и други целеви характеристики, отговарящи на най-високите съвременни изисквания.

Реакцията на полимеризация е последователно добавяне на молекули на ненаситени съединения една към друга, за да се образува високомолекулен продукт - полимер. Алкеновите молекули, които претърпяват полимеризация, се наричат мономери. Броят на елементарните единици, повтарящи се в една макромолекула, се нарича степен на полимеризация (означава се с n). В зависимост от степента на полимеризация от едни и същи мономери могат да се получат вещества с различни свойства. По този начин полиетиленът с къса верига (n = 20) е течност със смазочни свойства. Полиетиленът с дължина на веригата от 1500-2000 връзки е твърд, но гъвкав пластмасов материал, от който могат да се правят филми, бутилки и други стъклени изделия, еластични тръби и др. И накрая, полиетиленът с дължина на веригата от 5-6 хиляди връзки е твърд вещество, от което могат да се приготвят отлети продукти, твърди тръби и здрави нишки.

Ако реакцията на полимеризация участва малък броймолекули, тогава се образуват вещества с ниско молекулно тегло, например димери, тримери и др. Условията за протичане на реакциите на полимеризация са много различни. В някои случаи са необходими катализатори и високо налягане. Но основният фактор е структурата на мономерната молекула. Ненаситените (ненаситени) съединения влизат в реакцията на полимеризация поради разцепването на множество връзки. Структурните формули на полимерите се изписват накратко по следния начин: в скоби се поставя формулата на елементарната единица и долу вдясно се поставя буквата n.Например, структурната формула на полиетилена е (-CH2-CH2-)n. Лесно е да се заключи, че името на полимера се състои от името на мономера и префикса поли-, например полиетилен, поливинилхлорид, полистирен и др.

Полимеризацията е верижна реакция и за да започне, е необходимо да се активират мономерните молекули с помощта на така наречените инициатори. Такива инициатори на реакцията могат да бъдат свободни радикали или йони (катиони, аниони). В зависимост от естеството на инициатора се разграничават радикални, катионни или анионни механизми на полимеризация.

Най-често срещаните въглеводородни полимери са полиетилен и полипропилен.

Полиетиленът се произвежда чрез полимеризация на етилен: Полипропиленът се произвежда чрез стереоспецифична полимеризация на пропилен (пропен). Стереоспецифичната полимеризация е процес на получаване на полимер със строго подредена пространствена структура. Много други съединения са способни на полимеризация - етиленови производни с обща формула CH2 = CH-X, където X са различни атоми или групи от атоми.

Видове полимери:

Полиолефините са клас полимери със същата химическа природа (химична формула -(CH2)-n) с разнообразна пространствена структура на молекулни вериги, включително полиетилен и полипропилен. Между другото, всички въглехидрати, напр. природен газ, захарта, парафинът и дървото имат подобна химическа структура. Общо годишно в света се произвеждат 150 милиона тона полимери, като полиолефините съставляват приблизително 60% от това количество. В бъдеще ще бъдем заобиколени от полиолефини в много по-голяма степен, отколкото днес, така че е полезно да ги разгледаме по-отблизо.

Комплексът от свойства на полиолефините, включително като устойчивост на ултравиолетово лъчение, окислители, разкъсване, пробиване, свиване при нагряване и разкъсване, варира в много широки граници в зависимост от степента на ориентационно разтягане на молекулите по време на производствения процес. полимерни материалии продукти.

Специално трябва да се подчертае, че полиолефините са екологично по-чисти от повечето материали, използвани от хората. Производството, транспортирането и обработката на стъкло, дърво и хартия, бетон и метал използва много енергия, чието производство неминуемо замърсява околната среда. При изхвърляне на традиционни материали също се отделят вредни вещества и се изразходва енергия. Полиолефините се произвеждат и изхвърлят без отделяне на вредни вещества и с минимален разход на енергия, а при изгарянето на полиолефините се отделя голямо количество чиста топлинасъс странични продукти под формата на водна пара и въглероден диоксид. Полиетилен

Около 60% от всички пластмаси, използвани за опаковане, са полиетилен, главно поради ниската си цена, но също и поради отличните си свойства за много приложения. Полиетиленът с висока плътност (HDPE - ниско налягане) има най-простата структура от всички пластмаси, състои се от повтарящи се етиленови единици. -(CH2CH2)n- полиетилен с висока плътност. Полиетиленът с ниска плътност (LDPE - високо налягане) има същата химична формула, но се различава по това, че структурата му е разклонена. -(CH2CHR) n- полиетилен с ниска плътност, където R може да бъде -Н, -(CH2)nCH3 или по-сложна структура с вторично разклоняване.

Полиетиленът, поради простата си химическа структура, лесно се сгъва в кристална решетка и следователно има тенденция да има висока степен на кристалност. Разклоняването на веригата пречи на тази способност за кристализация, което води до по-малко молекули на единица обем и следователно по-ниска плътност.

LDPE - полиетилен с висока плътност. Пластмаса, леко матова, восъчна на допир, обработена чрез екструдиране в раздух филм или плосък филм през плоска матрица и охладен валяк. LDPE фолиото е силно на опън и компресия, устойчиво на удар и разкъсване и издръжливо при ниски температури. Има една особеност - доста ниска температура на омекване (около 100 градуса по Целзий).

HDPE - полиетилен с ниска плътност. HDPE филмът е твърд, издръжлив и по-малко восъчен на допир в сравнение с LDPE филмите. Получава се чрез екструдиране на издухан маркуч или екструдиране на плосък маркуч. Температурата на омекване от 121°C позволява стерилизация с пара. Мразоустойчивостта на тези филми е същата като тази на LDPE филмите. Устойчивостта на опън и компресия е висока, а устойчивостта на удар и разкъсване е по-малка от тази на LDPE филмите. HDPE филмите са отлична бариера срещу влага. Устойчив на мазнини и масла. “Шумолящата” тениска чанта (“шумоляща”), в която опаковате покупките си е изработена от HDPE.

Има два основни вида HDPE. „По-старият“ тип, произведен за първи път през 30-те години на миналия век, полимеризира при високи температури и налягания, условия, които са достатъчно енергични, за да позволят значителна поява на верижни реакции, които водят до образуването на разклонения, както дълги, така и къси вериги. Този тип HDPE понякога се нарича полиетилен с висока плътност (HDPE, HDPE, поради високото налягане), ако има нужда да се разграничи от линеен полиетилен с ниска плътност, „по-млад“ тип LDPE. При стайна температура полиетиленът е доста мек и гъвкав материал. Той запазва тази гъвкавост добре при студени условия, така че е подходящ за опаковане замразен хранителни продукти. Въпреки това, при повишени температури, като 100°C, той става твърде мек за някои приложения. HDPE има по-висока крехкост и точка на омекване от LDPE, но все още не е подходящ за контейнери за горещо пълнене.

Около 30% от всички пластмаси, използвани за опаковане, са HDPE. Това е най-широко използваната пластмаса за бутилки поради ниската си цена, лекотата на формоване и отличното представяне за много приложения. В неговия естествена форма HDPE има млечнобял полупрозрачен външен вид и следователно не е подходящ за приложения, където се изисква изключителна прозрачност. Един недостатък на използването на HDPE в някои приложения е склонността му да претърпява напукване от напрежение в околната среда, дефинирано като повреда на пластмасов контейнер при условия на едновременно напрежение и контакт с продукта, което само по себе си не причинява повреда. Напукването при външно напрежение в полиетилена е свързано с кристалността на полимера.

LDPE е най-широко използваният опаковъчен полимер, представляващ приблизително една трета от всички опаковъчни пластмаси. Поради ниската си кристалност, той е по-мек и по-гъвкав материал от HDPE. Той е предпочитаният материал за фолиа и торбички поради ниската си цена. LDPE предлага по-добра чистота от HDPE, но все още му липсва кристалната чистота, желана за някои приложения за опаковане.

PP - полипропилен. Отлична прозрачност (с бързо охлаждане по време на процеса на оформяне), висока точка на топене, химическа и водоустойчивост. PP пропуска водни пари, което го прави незаменим за “анти-мъгляви” опаковки на хранителни продукти (хляб, билки, хранителни стоки), както и в строителството за хидро-ветроизолация. РР е чувствителен към кислород и окислители. Обработва се чрез екструзионно издухване или през плоска матрица с изливане върху барабан или охлаждане във водна баня. Има добра прозрачност и блясък, висока химическа устойчивост, особено на масла и мазнини, не се напуква при излагане на заобикаляща среда.

PVC - поливинилхлорид. IN чиста формарядко се използва поради крехкост и нееластичност. Евтин. Може да се преработи във филм чрез екструзия с раздухване или екструдиране с плосък прорез. Стопилката е силно вискозна. PVC е термично нестабилен и корозивен. При прегряване и изгаряне отделя силно токсично хлорно съединение - диоксин. Широко разпространен през 60-те и 70-те години. Заменя се с по-екологичен полипропилен.

Полимерна идентификация

Потребителите на полимерни фолиа често са изправени пред практическата задача да разпознаят естеството на полимерните материали, от които са направени. Основните свойства на полимерните материали, както е известно, се определят от състава и структурата на техните макромолекулни вериги. Следователно е ясно, че за идентифициране на полимерни филми до първо приближение може да е достатъчна оценка на функционалните групи, включени в състава на макромолекулите. Някои полимери, поради наличието на хидроксилни групи (-ОН), гравитират към водните молекули. Това обяснява високата хигроскопичност на, например, целулозните филми и забележимата промяна в техните експлоатационни характеристики при навлажняване. В други полимери (полиетилен терефталат, полиетилени, полипропилен и др.) Такива групи отсъстват изобщо, което обяснява тяхната доста добра водоустойчивост.

Наличието на определени функционални групи в полимера може да се определи въз основа на съществуващи и научно обосновани инструментални методи за изследване. Въпреки това, практическото прилагане на тези методи винаги е свързано с относително големи времеви разходи и се дължи на наличието на подходящи видове доста скъпо оборудване за изпитване, което изисква подходяща квалификация за неговото използване. Има обаче доста прости и „бързи“ практически начиниразпознаване на природата на полимерните филми. Тези методи се основават на факта, че полимерните филми, направени от различни полимерни материали, се различават един от друг по своите външни признаци, физични и механични свойства, както и във връзка с нагряването, естеството на тяхното изгаряне и разтворимост в органични и неорганични разтворители.

В много случаи естеството на полимерните материали, от които се произвеждат полимерни филми, може да се определи от външни характеристики, при изучаването на които трябва да се обърне специално внимание на следните характеристики: състояние на повърхността, цвят, гланц, прозрачност, твърдост и еластичност, разкъсване съпротивление и т.н. Например неориентираните филми от полиетилен, полипропилен и поливинилхлорид лесно се разтягат. Филмите от полиамид, целулозен ацетат, полистирен, ориентиран полиетилен, полипропилен и поливинилхлорид не се разтягат добре. Филмите от целулозен ацетат не са устойчиви на разкъсване, лесно се разцепват в посока, перпендикулярна на тяхната ориентация, и също шумолят при смачкване. Филмите от полиамид и лавсан (полиетилен терефталат) са по-устойчиви на разкъсване и също шумолящи, когато са намачкани. В същото време филмите, изработени от полиетилен с ниска плътност и пластифициран поливинилхлорид, не шумолят при смачкване и имат висока устойчивост на разкъсване. Резултатите от изследването на външните характеристики на изследвания полимерен филм трябва да се сравнят с характерните характеристики, дадени в табл. 1, след което могат да се направят някои предварителни изводи.

Таблица 1. Външни знаци

Тип полимер	Механични симптоми	Състояние на повърхността на допир	Цвят	Прозрачност	Блясък
	Мека, еластична, устойчива на късане	Мека, гладка	Безцветен	Прозрачен
		Леко мазен, гладък, сладко шумолещ	Безцветен	Полупрозрачен
	Твърд, леко еластичен, устойчив на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	Полупрозрачни или прозрачни
	Груб, устойчив на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	Прозрачен
	Мека, устойчива на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	Прозрачен
	Здрав, устойчив на разкъсване		Безцветен	Прозрачен
		Суха, гладка	Безцветен или светложълт	Полупрозрачен
	Твърд, слабо устойчив на разкъсване	Суха, гладка, много шумоляща	Безцветен или със синкав оттенък	Прозрачен
	Твърд, слабо устойчив на разкъсване	Суха, гладка, много шумоляща	Безцветен, с жълтеникав или синкав оттенък	Силно прозрачен
	Твърд, неустойчив на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	Силно прозрачен
целофан	Твърд, неустойчив на разкъсване	Суха, гладка	Безцветен	Силно прозрачен

Въпреки това, както е лесно да се разбере от анализа на данните, дадени в табл. 2, не винаги е възможно недвусмислено да се определи естеството на полимера, от който е направен филмът, по външни признаци. В този случай е необходимо да се опитаме да оценим количествено някои физични и механични характеристики на съществуващата проба от полимерен филм. Както се вижда например от данните, дадени в табл. 2, плътността на някои полимерни материали (LDPE, HDPE, PP) е по-малка от единица и следователно пробите от тези филми трябва да „плуват“ във вода. За да се изясни вида на полимерния материал, от който е направен филмът, трябва да се определи плътността на съществуващия образец чрез измерване на теглото му и изчисляване или измерване на неговия обем. Експерименталните данни за такива физични и механични характеристики като якост на опън и относително удължение при едноосно напрежение, както и температура на топене (Таблица 2) също допринасят за изясняването на природата на полимерните материали. Освен това, както се вижда от анализа на данните, дадени в табл. 2, пропускливостта на полимерните филми по отношение на различни среди също значително зависи от вида на материала, от който са направени.

Таблица 2. Физични и механични характеристики при 20°C

Вид полимери	Плътност kg/m3	Якост на опън, MPa	Удължение при скъсване, %	Пропускливост на водни пари, g/m2 за 24 часа	Кислородна пропускливост, cm 3 / (m 2 khatm) за 24 часа	CO 2 пропускливост, cm 3 / (m 2 khatm) за 24 часа	Точка на топене, 0 С










целофан

В допълнение към отличителните черти във физико-механичните характеристики, трябва да се отбележи, че съществуват различия в характеристиките на различните полимери по време на тяхното изгаряне. Този факт позволява на практика да се използва така нареченият термичен метод за идентифициране на полимерни филми. Състои се в запалване на филмова проба и задържане на открит пламък за 5-10 секунди, като същевременно се записват следните свойства: способност за изгаряне и неговия характер, цвят и характер на пламъка, миризма на продукти от горенето и др. Характерни признацигоренето се наблюдава най-ясно в момента на запалване на пробите. За да се установи вида на полимерния материал, от който е направен филмът, е необходимо да се сравнят резултатите от теста с данните за характеристиките на поведението на полимерите по време на горене, дадени в табл. 3.

Таблица 3. Характеристики на горене. Химическа устойчивост

Тип полимер	Запалимост	Цвят на пламък	Миризма на продукти от горенето	Chem. киселинна устойчивост	Chem. алкална устойчивост
		Отвътре е синкав, без сажди	Изгаряне на парафин	Отлично
	Гори в пламък и при отстраняване	Отвътре е синкав, без сажди	Изгаряне на парафин	Отлично
	Гори в пламък и при отстраняване	Отвътре е синкав, без сажди	Изгаряне на парафин	Отлично
		Зеленикаво със сажди	Хлороводород
	Трудно се пали и гасне	Зеленикаво със сажди	Хлороводород	Отлично	Отлично
	Свети и гори извън пламъка	Жълтеникаво със силни сажди	Сладко, неприятно	Отлично
	Гори и се самозагасва	Синьо, жълтеникаво по краищата	Изгорял рог или перо
	Трудно се пали и гасне	Светещ	сладко	Отлично	Отлично
	Трудно се пали и гасне	Жълтеникаво от сажди	Изгоряла хартия
	Гори в пламъци	Пенливо	Оцетна киселина
целофан	Гори в пламъци		Изгоряла хартия

Както се вижда от данните, дадени в табл. 3, по естеството на горене и миризмата на продуктите от горенето, полиолефините (полиетилен и полипропилен) приличат на парафин. Това е съвсем разбираемо, тъй като елементарният химичен състав на тези вещества е еднакъв. Това затруднява разграничаването на полиетилен от полипропилен. Въпреки това, с известно умение, можете да различите полипропилена по по-острите миризми на продукти от горенето с нотки на изгоряла гума или горящ восък.

По този начин резултатите от цялостната оценка на индивидуалните свойства на полимерните филми в съответствие с описаните по-горе методи позволяват в повечето случаи да се установи доста надеждно вида на полимерния материал, от който са направени изследваните проби. Ако възникнат трудности при определяне на естеството на полимерните материали, от които са направени филмите, е необходимо да се проведат допълнителни изследвания на техните свойства с помощта на химични методи. За да направите това, пробите могат да бъдат подложени на термично разлагане (пиролиза) и наличието на характерни атоми (азот, хлор, силиций и др.) или групи от атоми (фенол, нитро групи и др.), склонни към специфични реакции, които водят в много определен индикаторен ефект. Гореизложеното практически методиопределянето на типа полимерни материали, от които се произвеждат полимерните филми, е до известна степен субективно по природа и следователно не може да гарантира тяхната стопроцентова идентификация. Ако все пак възникне такава необходимост, тогава трябва да използвате услугите на специални лаборатории за изпитване, чиято компетентност е потвърдена от съответните сертификационни документи.

Скорост на потока на стопилката

Скоростта на потока на стопилката на полимерен материал е масата на полимера в грамове, екструдиран през капиляр при определена температура и определен спад на налягането за 10 минути. Дебитът на стопилката се определя с помощта на специални инструменти, наречени капилярни вискозиметри. В същото време размерите на капиляра са стандартизирани: дължина 8.000±0.025 mm; диаметър 2.095±0.005 mm; вътрешният диаметър на цилиндъра на вискозиметъра е 9,54±0,016 mm. Нецелите стойности на размерите на капилярите се дължат на факта, че за първи път методът за определяне на индекса на потока на стопилката се появи в страни с английската система от мерки. Условията, препоръчани за определяне на дебита на стопилката, се регулират от съответните стандарти. GOST 11645-65 препоръчва товари от 2,16 kg, 5 kg и 10 kg и температури, кратни на 10°C. ASTM 1238-62T (САЩ) препоръчва температури от 125°C до 275°C и натоварвания от 0,325 kg до 21,6 kg. Най-често дебитът на стопилката се определя при температура 190°C и натоварване 2,16 kg.

Стойността на индекса на течливост за различни полимерни материали се определя при различни натоварвания и температури. Следователно трябва да се има предвид, че абсолютните стойности на дебита са сравними само за един и същ материал. Например, можете да сравните индекса на течливост на стопилката на полиетилен с ниска плътност от различни марки. Сравняването на стойностите на показателите за течливост на полиетилен с висока и ниска плътност не дава възможност за директно сравняване на течливостта на двата материала. Тъй като първият се определя с товар от 5 кг, а вторият с товар от 2,16 кг.

Трябва да се отбележи, че вискозитетът на полимерните стопилки значително зависи от приложеното натоварване. Тъй като индексът на провлачване на конкретен полимерен материал се измерва само при една стойност на натоварване, този показател характеризира само една точка от цялата крива на потока в областта на относително ниски напрежения на срязване. Следователно, полимери, които се различават леко в разклоняването на макромолекулите или в молекулното тегло, но с една и съща скорост на потока на стопилката, могат да се държат различно в зависимост от условията на обработка. Въпреки това, индикаторът за потока на стопилката за много полимери определя границите на препоръчителните технологични параметри на процеса на обработка. Значителното разпространение на този метод се дължи на неговата бързина и достъпност. Процесите на производство на екструзионно фолио изискват висок вискозитет на стопилката; следователно се използват видове суровини с ниска скорост на потока на стопилката.

По материали на фирма "NPL Plastic"

Полимерните материали са химични високомолекулни съединения, които се състоят от множество нискомолекулни мономери (единици) с еднаква структура. Често за производството на полимери се използват следните мономерни компоненти: етилен, винилхлорид, винилденхлорид, винилацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафлуоретилен, стирен, урея, меламин, формалдехид, фенол. В тази статия ще разгледаме подробно какво представляват полимерните материали, какви са техните химични и физични свойства, класификация и видове.

Видове полимери

Особеността на молекулите на този материал е голяма, което съответства на следната стойност: M>5*103. Съединенията с по-ниско ниво на този параметър (М=500-5000) обикновено се наричат олигомери. Съединенията с ниско молекулно тегло имат маса под 500. Разграничават се следните видове полимерни материали: синтетични и естествени. Последните обикновено включват естествен каучук, слюда, вълна, азбест, целулоза и др. Но основното място заемат синтетичните полимери, които се получават в резултат на процеса на химичен синтез от нискомолекулни съединения. В зависимост от метода на производство на високомолекулни материали има полимери, които се създават или чрез поликондензация, или чрез реакция на присъединяване.

Полимеризация

Този процес е комбинация от компоненти с ниско молекулно тегло в такива с високо молекулно тегло за получаване на дълги вериги. Големината на нивото на полимеризация е броят на "мерите" в молекулите на този състав. Най-често полимерните материали съдържат от хиляда до десет хиляди техни единици. Чрез полимеризация се получават следните често използвани съединения: полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафлуоретилен, полистирен, полибутадиен и др.

Поликондензация

Този процес е поетапна реакция, която включва комбиниране или голямо количествомономери от същия тип или двойки различни групи(A и B) в поликондензатори (макромолекули) с едновременното образуване на следните странични продукти: въглероден диоксид, хлороводород, амоняк, вода и др. Използвайки поликондензация, силикони, полисулфони, поликарбонати, аминопласти, феноли, полиестери, полиамиди и се получават други полимерни материали.

Полисъбиране

Този процес се разбира като образуване на полимери в резултат на множество реакции на добавяне на мономерни компоненти, които съдържат наситени реакционни съединения към мономери на ненаситени групи (активни пръстени или двойни връзки). За разлика от поликондензацията, реакцията на полиприсъединяване протича без отделяне на странични продукти. Най-важният процесТази технология се счита за втвърдяване и производство на полиуретани.

Класификация на полимерите

Въз основа на техния състав всички полимерни материали се разделят на неорганични, органични и елементоорганични. Първите от тях (слюда, азбест, керамика и др.) Не съдържат атомен въглерод. Те се основават на оксиди на алуминий, магнезий, силиций и др. Органичните полимери са най-големият клас, те съдържат атоми на въглерод, водород, азот, сяра, халоген и кислород. Органоелементните полимерни материали са съединения, които съдържат, в допълнение към изброените, атоми на силиций, алуминий, титан и други елементи в основните си вериги, които могат да се комбинират с органични радикали. Такива комбинации не се срещат в природата. Това са изключително синтетични полимери. Характерни представителиТази група включва съединения на базата на органосилиций, чиято основна верига е изградена от кислородни и силициеви атоми.

За да се получат полимери с необходимите свойства, технологията често използва не „чисти“ вещества, а техните комбинации с органични или неорганични компоненти. Добър пример са полимерните строителни материали: металопластика, пластмаса, фибростъкло, полимербетон.

Полимерна структура

Уникалните свойства на тези материали се дължат на тяхната структура, която от своя страна се разделя на следните видове: линейно-разклонена, линейна, пространствена с големи молекулни групи и много специфични геометрични структури, както и стълбовидна. Нека разгледаме накратко всеки от тях.

Полимерните материали с линейно разклонена структура, в допълнение към основната верига от молекули, имат странични разклонения. Такива полимери включват полипропилен и полиизобутилен.

Материалите с линейна структура имат дълги зигзагообразни или спирални вериги. Техните макромолекули се характеризират предимно с повторения на участъци в една структурна група на връзка или химическа единица на верига. Полимерите с линейна структура се характеризират с наличието на много дълги макромолекули със значителна разлика в характера на връзките по веригата и между тях. Това се отнася за междумолекулни и химични връзки. Макромолекулите на такива материали са много гъвкави. И това свойство е в основата на полимерните вериги, което води до качествено нови характеристики: висока еластичност, както и липса на крехкост в закалено състояние.

Сега нека да разберем какви са полимерните материали с пространствена структура. Когато макромолекулите се комбинират една с друга, тези вещества образуват силни химични връзки в напречна посока. Резултатът е мрежеста структура, която има неравномерна или пространствена основа на мрежата. Полимерите от този тип имат по-голяма топлоустойчивост и твърдост от линейните. Тези материали са в основата на много структурни неметални вещества.

Молекулите на полимерните материали със стълбищна структура се състоят от двойка вериги, които са свързани чрез химическа връзка. Те включват органосилициеви полимери, които се характеризират с повишена твърдост, топлоустойчивост и освен това не взаимодействат с органични разтворители.

Фазов състав на полимерите

Тези материали са системи, които се състоят от аморфни и кристални области. Първият от тях помага за намаляване на твърдостта и прави полимера еластичен, тоест способен на големи, обратими деформации. Кристалната фаза спомага за увеличаване на тяхната якост, твърдост, модул на еластичност и други параметри, като същевременно намалява молекулярната гъвкавост на веществото. Съотношението на обема на всички такива зони към общия обем се нарича степен на кристализация, където полипропилените, флуоропластите и полиетилените с висока плътност имат максимално ниво (до 80%). Поливинилхлоридите и полиетилените с ниска плътност имат по-ниска степен на кристализация.

В зависимост от това как се държат полимерните материали при нагряване, те обикновено се разделят на термореактивни и термопластични.

Термореактивни полимери

Тези материали имат предимно линейна структура. При нагряване те се омекотяват, но в резултат на химични реакции, протичащи в тях, структурата се променя в пространствена и веществото се превръща в твърдо вещество. В бъдеще това качество се запазва. На този принцип са изградени полимерите, последващото им нагряване не омекотява веществото, а само води до неговото разлагане. Готовата термореактивна смес не се разтваря и не се топи, така че повторната й обработка е неприемлива. Този тип материали включват епоксидни органосилициеви, фенолформалдехидни и други смоли.

Термопластични полимери

При нагряване тези материали първо омекват и след това се стопяват, а при последващо охлаждане се втвърдяват. Термопластичните полимери не претърпяват химически промени по време на тази обработка. Това го прави този процеснапълно обратими. Веществата от този тип имат линейно разклонена или линейна структура на макромолекули, между които има малки сили и абсолютно никакви химически връзки. Те включват полиетилени, полиамиди, полистирени и др. Технологията на термопластичните полимерни материали включва тяхното производство чрез леене под налягане във водоохлаждаеми форми, пресоване, екструзия, издухване и други методи.

Химични свойства

Полимерите могат да бъдат в следните състояния: твърдо, течно, аморфно, кристално състояние, както и силно еластична, вискозна и стъкловидна деформация. Широкото използване на полимерни материали се дължи на тяхната висока устойчивост на различни агресивни среди, като концентрирани киселини и основи. Те не се влияят.В допълнение, с увеличаване на молекулното им тегло, разтворимостта на материала в органични разтворители намалява. А полимерите с пространствена структура изобщо не се влияят от споменатите течности.

Физични свойства

Повечето полимери са диелектрици; освен това те са немагнитни материали. От всички използвани конструкционни материали само те имат най-ниска топлопроводимост и най-висок топлинен капацитет, както и термично свиване (около двадесет пъти повече от метала). Причината за загубата на херметичност на различни уплътнителни елементи при ниски температурни условия е така наречената витрификация на каучука, както и рязката разлика между коефициентите на разширение на металите и каучуците в остъклено състояние.

Механични свойства

Полимерните материали имат широк диапазон от механични характеристики, които силно зависят от тяхната структура. В допълнение към този параметър различни фактори могат да окажат голямо влияние върху механичните свойства на дадено вещество. външни фактори. Те включват: температура, честота, продължителност или скорост на натоварване, вид на напрегнато състояние, налягане, естество на околната среда, топлинна обработка и др. Характеристика на механичните свойства на полимерните материали е тяхната относително висока якост с много ниска твърдост (в сравнение с към метали).

Полимерите обикновено се разделят на твърди, чийто модул на еластичност съответства на E = 1-10 GPa (влакна, филми, пластмаси) и меки, силно еластични вещества, чийто модул на еластичност съответства на E = 1-10 MPa ( каучук). Моделите и механизмът на унищожаване на двете са различни.

Полимерните материали се характеризират с изразена анизотропия на свойствата, както и намаляване на якостта и развитие на пълзене при условия на продължително натоварване. В същото време те имат доста висока устойчивост на умора. В сравнение с металите, те се отличават с по-рязка зависимост на механичните свойства от температурата. Една от основните характеристики на полимерните материали е деформируемостта (податливостта). Обичайно е да се оценяват техните основни експлоатационни и технологични свойства с помощта на този параметър в широк температурен диапазон.

Полимерни подови материали

Сега нека разгледаме една от възможностите за практическо използване на полимери, разкривайки цялата възможна гама от тези материали. Тези вещества се използват широко в строително-ремонтните и довършителните работи, по-специално в подовите настилки. Огромната популярност се обяснява с характеристиките на въпросните вещества: те са устойчиви на абразия, имат ниска топлопроводимост, имат ниска водопоглъщаемост, доста издръжливи и твърди, имат високи качества на боя и лак. Производството на полимерни материали може да бъде разделено на три групи: линолеум (валцуван), продукти за плочки и смеси за създаване на безшевни подове. Сега нека разгледаме накратко всеки от тях.

Линолеумите са направени на основата различни видовепълнители и полимери. Те могат също така да съдържат пластификатори, технологични добавки и пигменти. В зависимост от вида на полимерния материал има полиестерни (глифталови), поливинилхлоридни, гумени, колоксилинови и други покрития. Освен това, според структурата си, те се делят на безосновни и със звуко- и топлоизолираща основа, еднослойни и многослойни, с гладка, вълнеста и гофрирана повърхност, както и едно- и многоцветни .

Материалите за безшевни подове са най-удобни и хигиенични за използване, те са много издръжливи. Тези смеси обикновено се разделят на полимерцимент, полимербетон и поливинилацетат.

Повечето съвременни строителни материали, лекарства, тъкани, предмети за бита, опаковки и консумативи са полимери. Това е цяла група съединения, които имат характеристика Характеристика. Има много от тях, но въпреки това броят на полимерите продължава да расте. В края на краищата, синтетичните химици откриват все повече и повече нови вещества всяка година. При което специално значениевинаги е бил естествен полимер. Какви са тези удивителни молекули? Какви са техните свойства и какви са техните характеристики? Ще отговорим на тези въпроси по време на статията.

Полимери: обща характеристика

От химическа гледна точка полимерът се счита за молекула с огромно молекулно тегло: от няколко хиляди до милиони единици. Въпреки това, в допълнение към тази характеристика, има още няколко, по които веществата могат да бъдат класифицирани конкретно като естествени и синтетични полимери. Това:

постоянно повтарящи се мономерни единици, които са свързани чрез различни взаимодействия;
степента на полимеризация (т.е. броят на мономерите) трябва да бъде много висока, в противен случай съединението ще се счита за олигомер;
определена пространствена ориентация на макромолекулата;
набор от важни физикохимични свойства, характерни само за тази група.

Като цяло вещество с полимерен характер е доста лесно да се различи от другите. Човек трябва само да погледне формулата му, за да разбере това. Типичен примерДобре познатият полиетилен, широко използван в бита и индустрията, може да служи. Това е продукт, в който влиза етен или етилен. Реакцията в общ вид се записва, както следва:

nCH 2 =CH 2 → (-CH-CH-) n, където n е степента на полимеризация на молекулите, показваща колко мономерни единици са включени в неговия състав.

Също така, като пример, можем да цитираме естествен полимер, който е добре известен на всички, това е нишесте. В допълнение към тази група съединения принадлежат амилопектин, целулоза, пилешки протеин и много други вещества.

Реакциите, които могат да доведат до образуването на макромолекули са два вида:

полимеризация;
поликондензация

Разликата е, че във втория случай реакционните продукти са с ниско молекулно тегло. Структурата на полимера може да бъде различна, зависи от атомите, които го образуват. Линейните форми са често срещани, но има и триизмерни мрежести форми, които са много сложни.

Ако говорим за силите и взаимодействията, които държат мономерните единици заедно, можем да идентифицираме няколко основни:

сили на Ван дер Ваалс;
химични връзки (ковалентни, йонни);
Електроностатично взаимодействие.

Всички полимери не могат да бъдат комбинирани в една категория, тъй като те имат напълно различно естество, методи на образуване и изпълняват различни функции. Свойствата им също варират. Следователно има класификация, която ви позволява да разделите всички представители на тази група вещества в различни категории. Може да се основава на няколко признака.

Класификация на полимерите

Ако вземем за основа качествения състав на молекулите, тогава всички разглеждани вещества могат да бъдат разделени на три групи.

Органичните са тези, които съдържат атоми на въглерод, водород, сяра, кислород, фосфор и азот. Тоест онези елементи, които са биогенни. Има много примери: полиетилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, найлон, естествен полимер - протеин, нуклеинови киселини и т.н.
Органичните елементи са тези, които съдържат някакъв чужд неорганичен и неорганичен елемент.Най-често това е силиций, алуминий или титан. Примери за такива макромолекули: стъклени полимери, композитни материали.
Неорганични - веригата се основава на силициеви атоми, а не на въглерод. Радикалите също могат да бъдат част от странични разклонения. Те са открити съвсем наскоро, в средата на 20 век. Използва се в медицината, строителството, технологиите и други индустрии. Примери: силикон, цинобър.

Ако разделим полимерите по произход, можем да различим три групи.

Естествени полимери, чиято употреба е широко разпространена от древни времена. Това са макромолекули, за чието създаване човекът не е положил никакви усилия. Те са продукти на реакциите на самата природа. Примери: коприна, вълна, протеини, нуклеинови киселини, нишесте, целулоза, кожа, памук и други.
Изкуствени. Това са макромолекули, които са създадени от хората, но на базата на природни аналози. Тоест, свойствата на съществуващ естествен полимер просто се подобряват и променят. Примери: изкуствен
Синтетичните полимери са тези, в създаването на които участват само хора. За тях няма естествени аналози. Учените разработват методи за синтезиране на нови материали, които биха имали подобрени технически характеристики. Така се раждат различни видове синтетични полимерни съединения. Примери: полиетилен, полипропилен, вискоза и др.

Има още една особеност, която е в основата на разделянето на разглежданите вещества на групи. Това са реактивност и термична стабилност. Има две категории за този параметър:

термопластичен;
термореактивни.

Най-древният, важен и особено ценен все още е естественият полимер. Свойствата му са уникални. Следователно, ние ще разгледаме допълнително тази категория макромолекули.

Какво вещество е естествен полимер?

За да отговорим на този въпрос, нека първо се огледаме около нас. Какво ни заобикаля? Живи организми около нас, които се хранят, дишат, възпроизвеждат, цъфтят и произвеждат плодове и семена. Какви са те от молекулярна гледна точка? Това са връзки като:

протеини;
нуклеинова киселина;
полизахариди.

И така, всяко от горните съединения е естествен полимер. Така се оказва, че животът около нас съществува само благодарение на наличието на тези молекули. От древни времена хората са използвали глина, строителни смеси и хоросани, за да укрепват и създават домове, да тъкат прежда от вълна и да използват памук, коприна, вълна и животинска кожа, за да създават дрехи. Естествените органични полимери съпътстваха човека през всички етапи от неговото формиране и развитие и до голяма степен му помогнаха да постигне резултатите, които имаме днес.

Самата природа даде всичко, за да направи живота на хората възможно най-удобен. С течение на времето беше открит каучукът и бяха открити неговите забележителни свойства. Човекът се научи да използва нишесте за хранителни цели и целулоза за технически цели. Камфорът, който също е известен от древността, е естествен полимер. Смоли, протеини, нуклеинови киселини са всички примери за разглеждани съединения.

Структура на естествените полимери

Не всички представители на този клас вещества имат еднаква структура. По този начин естествените и синтетичните полимери могат да се различават значително. Техните молекули са ориентирани по такъв начин, че да съществуват възможно най-изгодно и удобно от енергийна гледна точка. В същото време много естествени видове са способни да набъбват и структурата им се променя в процеса. Има няколко най-често срещани варианта на структурата на веригата:

линеен;
разклонен;
звездовидна;
апартамент;
мрежа;
лента;
гребеновидна.

Изкуствените и синтетичните представители на макромолекулите имат много голяма маса и огромен брой атоми. Те са създадени със специално зададени свойства. Следователно тяхната структура първоначално е планирана от човека. Естествените полимери най-често имат линейна или мрежеста структура.

Примери за естествени макромолекули

Естествените и изкуствените полимери са много близки един до друг. В крайна сметка първите стават основа за създаването на вторите. Има много примери за такива трансформации. Нека изброим някои от тях.

Конвенционалната млечнобяла пластмаса е продукт, получен чрез третиране на целулоза с азотна киселина с добавяне на естествен камфор. Реакцията на полимеризация води до втвърдяване на получения полимер и превръщането му в правилния продукт. А пластификаторът, камфорът, го прави способен да омекне при нагряване и да промени формата си.
Ацетатна коприна, медно-амонячно влакно, вискоза - всичко това са примери за тези нишки и влакна, които се получават от целулоза. Тъканите от естествен памук и лен не са толкова издръжливи, не лъщят и лесно се мачкат. Но изкуствените аналози нямат тези недостатъци, което прави използването им много привлекателно.
Изкуствените камъни, строителните материали, смесите, заместителите на кожата също са примери за полимери, получени от естествени суровини.

Веществото, което е естествен полимер, може да се използва в истинската му форма. Има и много такива примери:

колофон;
кехлибар;
нишесте;
амилопектин;
целулоза;
вълна;
памук;
коприна;
цимент;
глина;
вар;
протеини;
нуклеинови киселини и др.

Очевидно е, че класът съединения, който разглеждаме, е многоброен, практически важен и значим за хората. Сега нека разгледаме по-отблизо няколко представители на естествени полимери, които са в голямо търсене в момента.

Коприна и вълна

Формулата на естествения копринен полимер е сложна, тъй като химичният му състав се изразява от следните компоненти:

фиброин;
серицин;
восъци;
мазнини.

Самият основен протеин, фиброин, съдържа няколко вида аминокиселини. Ако си представите неговата полипептидна верига, тя ще изглежда така: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n. И това е само част от него. Ако си представим, че еднакво сложна протеинова молекула серицин е прикрепена към тази структура с помощта на силите на Ван дер Ваалс и заедно те са смесени в една конформация с восък и мазнини, тогава е ясно защо е трудно да се изобрази формулата от естествена коприна.

Към днешна дата повечетоТози продукт се доставя от Китай, тъй като в неговата необятност има естествено местообитание на основния производител - копринената буба. Преди това, от древни времена, естествената коприна беше високо ценена. Само благородни, богати хора можеха да си позволят дрехи, направени от него. Днес много характеристики на тази тъкан оставят много да се желае. Например силно се магнетизира и се набръчква, освен това губи блясъка си и става матова при излагане на слънце. Следователно изкуствените производни на негова основа са по-често срещани.

Вълната също е естествен полимер, тъй като е отпадъчен продукт от кожата и мастните жлези на животните. Въз основа на този протеинов продукт се произвеждат трикотажни изделия, които, подобно на коприната, са ценен материал.

нишесте

Естественото полимерно нишесте е отпадъчен продукт на растенията. Те го произвеждат чрез процеса на фотосинтеза и го натрупват в различни части на тялото. Неговият химичен състав:

амилопектин;
амилоза;
алфа глюкоза.

Пространствената структура на нишестето е много разклонена и неподредена. Благодарение на амилопектина, който съдържа, той може да набъбне във вода, превръщайки се в така наречената паста. Този се използва в инженерството и промишлеността. Медицината, хранителната промишленост и производството на лепила за тапети също са области на използване на това вещество.

Сред растенията, съдържащи максимално количество нишесте, са:

царевица;
картофи;
пшеница;
маниока;
овесени ядки;
елда;
банани;
сорго.

Въз основа на този биополимер се пече хляб, приготвят се тестени изделия, готвят се желе, каша и други хранителни продукти.

Целулоза

От химическа гледна точка това вещество е полимер, чийто състав се изразява с формулата (C 6 H 5 O 5) n. Мономерната единица на веригата е бета-глюкоза. Основните места, където се съдържа целулоза, са клетъчните стени на растенията. Ето защо дървото е ценен източник на това съединение.

Целулозата е естествен полимер, който има линейна пространствена структура. Използва се за производството на следните видове продукти:

продукти от целулоза и хартия;
изкуствени кожи;
различни видове изкуствени влакна;
памук;
пластмаси;
бездимен барут;
филми и така нататък.

Очевидно е, че индустриалното му значение е голямо. За да може това съединение да се използва в производството, първо трябва да се извлече от растенията. Това става чрез продължително варене на дърва в специални устройства. По-нататъшната обработка, както и реагентите, използвани за смилане, варират. Има няколко начина:

сулфит;
нитрат;
Газирани напитки;
сулфат.

След тази обработка продуктът все още съдържа примеси. Основава се на лигнин и хемицелулоза. За да се отървете от тях, масата се третира с хлор или алкали.

В човешкото тяло няма биологични катализатори, които да разграждат този сложен биополимер. Някои животни (тревопасни) обаче са се приспособили към това. Определени бактерии се установяват в стомаха им и правят това вместо тях. В замяна микроорганизмите получават енергия за живот и местообитание. Тази форма на симбиоза е изключително полезна и за двете страни.

Каучук

Това е естествен полимер с ценно икономическо значение. За първи път е описано от Робърт Кук, който го открива при едно от пътуванията си. Случи се така. След като кацна на остров, където живееха непознати за него туземци, той беше гостоприемно приет от тях. Вниманието му било привлечено от местни деца, които си играели с необичаен предмет. Това сферично тяло се отблъсна от пода и скочи високо нагоре, след което се върна.

След като попитал местното население от какво е направена тази играчка, Кук научил, че така се втвърдява сокът на едно от дърветата, Hevea. Много по-късно се разбра, че това е биополимерната гума.

Химическата природа на това съединение е известна - това е изопрен, който е претърпял естествена полимеризация. Каучукова формула (C 5 H 8) n. Неговите свойства, поради които е толкова високо ценен, са следните:

еластичност;
износоустойчивост;
електрическа изолация;
водоустойчив.

Има обаче и недостатъци. В студа става крехък и крехък, а в топлината става лепкав и вискозен. Ето защо е необходимо да се синтезират аналози на изкуствена или синтетична основа. Днес каучукът се използва широко за технически и промишлени цели. Най-важните продукти, базирани на тях:

каучук;
абанос.

Амбър

Това е естествен полимер, тъй като структурата му е смола, неговата изкопаема форма. Пространствената структура е рамков аморфен полимер. Той е много запалим и може да се запали с пламък от кибрит. Има луминесцентни свойства. Това е много важно и ценно качество, което се използва в бижутерията. Бижутата на основата на кехлибар са много красиви и търсени.

Освен това този биополимер се използва и за медицински цели. От него също се произвеждат шкурка и лакови покрития за различни повърхности.

Полимер

Полимер- високомолекулно съединение, вещество с голямо молекулно тегло (от няколко хиляди до няколко милиона), се състои от голям брой повтарящи се атомни групи с еднаква или различна структура - съставни единици, свързани помежду си чрез химични или координационни връзки в дълги линейни (например целулоза) или разклонени (например амилопектин) вериги, както и пространствени триизмерни структури.

Често в неговата структура може да се разграничи мономер - повтарящ се структурен фрагмент, който включва няколко атома. Полимерите се състоят от голям брой повтарящи се групи (единици) със същата структура, като поливинилхлорид (-CH2-CHCl-) n, естествен каучук и др. Съединения с високо молекулно тегло, чиито молекули съдържат няколко вида повтарящи се групи , се наричат съполимери.

Полимерът се образува от мономери в резултат на реакции на полимеризация или поликондензация. Полимерите включват множество природни съединения: протеини, нуклеинови киселини, полизахариди, каучук и други органични вещества. В повечето случаи понятието се отнася до органични съединения, но има и много неорганични полимери. Голям брой полимери се получават синтетично на базата на най-простите съединения на елементи от естествен произход чрез реакции на полимеризация, поликондензация и химични трансформации. Имената на полимерите се образуват от името на мономера с префикса поли-: полиетилен, полипропилен, поливинилацетат...

Поради ценните си свойства полимерите намират приложение в машиностроенето, текстилната промишленост, селското стопанство и медицината, автомобилостроенето и корабостроенето, както и в бита (текстил и кожени изделия, съдове, лепила и лакове, бижута и др.). Каучуците, влакната, пластмасите, филмите и бояджийските покрития са направени от високомолекулни съединения. Всички тъкани на живите организми са високомолекулни съединения.

Полимерна наука

Синтетични полимери. Изкуствени полимерни материали

В първия случай мащабното производство се основава на целулоза. Първият полимерен материал от физически модифицирана целулоза – целулоид – е получен в началото на 20 век. Мащабното производство на целулозни етери и естери е създадено преди и след Втората световна война и продължава и до днес. На тяхна основа се произвеждат филми, влакна, бои и лакове и сгъстители. Трябва да се отбележи, че развитието на киното и фотографията стана възможно само благодарение на появата на прозрачен нитроцелулозен филм.

Производството на синтетични полимери започва през 1906 г., когато L. Baekeland патентова така наречената бакелитна смола - кондензационен продукт на фенол и формалдехид, който се превръща в триизмерен полимер при нагряване. От десетилетия се използва за направата на корпуси за електрически уреди, батерии, телевизори, контакти и др., а сега все по-често се използва като свързващо вещество и лепило.

Класификация на полимерите

Въз основа на техния химичен състав всички полимери се делят на органични, елементоорганични и неорганични.

Органични полимери. Образува се с участието на органични радикали (CH3, C6H5, CH2). Това са смоли и каучуци.
Органоелементни полимери. Те съдържат неорганични атоми (Si, Ti, Al) в основната верига от органични радикали, които се свързват с органичните радикали. Те не съществуват в природата. Изкуствено получен представител са органосилициевите съединения.
Неорганични полимери. Те се основават на оксиди на Si, Al, Mg, Ca и др. Няма въглеводороден скелет. Те включват керамика, слюда, азбест.

Трябва да се отбележи, че техническите материали често използват комбинации от отделни групи полимери. Това са композитни материали (например фибростъкло).

Въз основа на формата на макромолекулите полимерите се делят на линейни, разклонени, лентови, пространствени и плоски.

Според фазовия си състав полимерите се делят на аморфни и кристални.

Аморфните полимери са еднофазни и са изградени от верижни молекули, събрани в пакети. Пакетите могат да се движат спрямо други елементи.

Кристалните полимери се образуват, когато техните макромолекули са достатъчно гъвкави и образуват структура.

Според полярността полимерите се делят на полярни и неполярни. Полярността се определя от наличието в техния състав на диполи - молекули с изолирано разпределение на положителни и отрицателни заряди. В неполярните полимери диполните моменти на атомните връзки са взаимно компенсирани.

По отношение на топлината полимерите се делят на термопластични и термореактивни.

Естествени органични полимери

Естествените органични полимери се образуват в растителни и животински организми. Най-важните от тях са полизахаридите, протеините и нуклеиновите киселини, от които в голяма степен се състоят телата на растенията и животните и които осигуряват самото функциониране на живота на Земята. Смята се, че решаващият етап от появата на живота на Земята е образуването на по-сложни - високомолекулни - молекули от прости органични молекули.

Свойства на полимерите

Специални механични свойства:

еластичност - способността да се подлагат на високи обратими деформации при относително малък товар (каучуци);
ниска чупливост на стъкловидни и кристални полимери (пластмаси, органично стъкло);
способността на макромолекулите да се ориентират под въздействието на насочено механично поле (използвано при производството на влакна и филми).

Характеристики на полимерни разтвори:

висок вискозитет на разтвора при ниска концентрация на полимера;
Разтварянето на полимера става през етапа на набъбване.

Специални химични свойства:

способността драстично да променя своите физични и механични свойства под въздействието на малки количества реагент (вулканизация на каучук, дъбене на кожа и др.).

Специалните свойства на полимерите се обясняват не само с голямото им молекулно тегло, но и с факта, че макромолекулите имат верижна структура и имат уникално свойство за неживата природа - гъвкавост.