Пошук по сайту

Фізика  лекції  Курсова робота  Рефераты  

Πολύ багато (poli); μέρος частина (meres) був уведений у науку І. Берцеліусом, відомим шведським хіміком, у

Πολύ багато (poli); μέρος частина (meres) був уведений у науку І. Берцеліусом, відомим шведським хіміком, у





Сторінка1/4
  1   2   3   4
1.7.1.2. Полімерні матеріали*
Термін полімер (грец. Πολύ – багато (poli); μέρος — частина (meres) був уведений у науку І.Берцеліусом, відомим шведським хіміком, у 1833 р. для позначення особливого виду ізомерії, при якій речовини однакового складу відрізняються молекулярною масою. Наприклад, етилен і бутилен, кисень і озон. Синтетичні полімери на той час ще не були відомі, а перші згадки про них належать до 1838 р. (полівініліденхлорид) і 1839 р. (полістирол).

Хімія полімерів як наука виникла лише після створення в 60-х роках XIX ст. російським хіміком О. Бутлеровим (1828–1886) теорії хімічної будови органічних речовин, що дало можливість систематизувати величезний практичний матеріал, накопичений на той час органічною хімією. Німецькі хіміки Штаудінгер, Фішер, Меєр та Френсіс вивчали природу полімерів та способи їх отримання.

Звичайно, низькомолекулярні сполуки існували задовго до пізнання їх будови – це природні полімери, отриманих за допомогою бактерій, грибків, водоростей, рослин, тварин або в клітках організму людини. Целюлоза, що входить до складу рослин, крохмаль, накопичений рослинами, геноми ДНК, хітозан, колаген, шовк, каучук, казеїн – ось лише деякі приклади природних полімерів. Деревина, кістка, зуби можуть бути класифіковані як передові та досі не перевершені за поєднанням своїх властивостей композиційні полімери.

Перший повністю синтетичний полімер отримав бельгійський хімік Лео Хендрік Баекелана у 1909 році. Це був матеріал на основі фенолформальдегідної смоли, названий бакелітом, який мав дуже добрі ізоляційні властивості. У 1912 році німецький хімік Фріц Клатте розробив промисловий метод отримання полівінілхлориду.

Значний прогрес у розвитку полімерів розпочався у 30-х роках ХХ століття, що було пов’язано з винайденням методів переробки нафтопродуктів. Так, наприклад, було розроблено такі матеріали, як полістирол, поліамід, синтетичні волокна (нейлон, капрон) та багато інших. Комерційне виробництво таких матеріалів дозволяло економити натуральну сировину та здешевшувати вартість товарів. Полімерні матеріали почали використовувати у машинобудуванні, медицині, оптиці, для виготовлення предметів побутового вжитку, взуття та одягу. У 1953 році General Motors впровадив на ринок новий «шевроле корвет», корпус якого виготовлений з армованого скловолокна. Відтоді полімерні композити зі скловолокном використовують у кожній новій генерації «шеврове».

Згодом полімерні матеріали знайшли застосування майже у всіх галузях. Сучасні літако- та ракетобудування широко використовують полімерні матеріали завдяки поєднанню їх механічних, фізичних та хімічних властивостей. Навіть для виготовлення костюмів для космонавтів використовують шарові тканини, виготовлені з нейлону, поліаміду, політерефталану етилену, дроту тефлону, поєднаних між собою синтетичним каучуком неопреном.

Виробництво пластмас зростає з року в рік. Якщо у 1976 р. у всьому світі було випущено 20 млн тонн пластмас, то у 2013 р. було виготовлено приблизно 350 млн тонн пластмаси. До найважливіших штучних полімерів, які виготовляють у світі, належать: поліетилени (PE-LD, PE-LLD, PE-HD), поліпропілен (РР), полівінілхлорид (PCW), полістирол (PS, EPS), поліуретан (PUR) та політерефталан етилену (РЕТ). Головним сектором використання полімерів на теперішній час є такі галузі, як упакування, будівництво, машинобудування, електроніка та електротехніка. У табл. 1.75 наведено етапи відкриття штучних полімерів.

За способом отримання полімери можна поділити на:

− синтетичні полімери (наприклад, поліетилен, що виготовляють з продуктів нафтопереробки або біополіетилен, що виготовляють у процесі ферментаціїї цукрового очерету);

− натуральні полімери (біополімери) (наприклад, натуральний каучук, білки, нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК), полісахариди – крохмаль і целюлоза);

− модифіковані полімери – натуральні або синтетичні, структура яких була змінена шляхом фізичної або хімічної модифікації.

Основною сировиною для виробництва полімерів є сира нафта та продукти нафтопереробки. Пластмасова промисловість використовує цю сировину дуже економно, тільки близько 4% від світового виробництва сирої нафти використовується для виробництва цих матеріалів.

Таблиця 1.75

Етапи відкриття штучних полімерів [1]


Назва матеріалу

Винахідник матеріалу

Рік

Країна

Фірма

-

Гума

Гудеа С.

1839

США

-

NC

Азотан целюлози (паркесина, ксилоніт)

Паркес А.

1862

Англія

Parkesine Company

-

Целулоїд

Хіатт Д.

1870

США

Albany Dental Punt

PF

Фенопласт (бакеліт)

Бакеланд Л.

1909

США

General Backelite

PCW (PVC)

Полівінілхлорид

Клатт Ф.

1912

Німеччина

BASF

PMMA

Поліметакрилан метилу (плексиіглас)

Ром О.

1927

Німеччина

Rohm I Hass

PS

Полістирен

-

1930

Німеччина

BASF

РЕ

Поліетилен

Фавсетт Е., Гібсон Р.

1933

Англія

І.С.І.

UP

Поліестрова смола

Еліс С.

1936

США

American Cyanamid

PUR

Поліуретан

Баєр О.

1937

Німеччина

Bayer

EP

Епоксидна смола

Кастан П.

1938

Швеція

-

РА 6,6

Поліамід 6,6 (нейлон)

Каротерс В.

1941

США

DuPont

PET

Політерефталан етилену

Уїнфілд Д.

1941

Англія

Calico Printers’ Association

SI

Силікон

Варрік Е.

1941

США

General Electric

PTFE

Політетрафлуороетилен (тефлон)

Планкет Р.

1943

США

DuPont

РОМ

Поліоксиметилен

МакДоналд Р.

1953

США

DuPont

РР

Поліпропілен

Натта Д.

1957

Франція

Montecatini

PW (PC)

Полівеглан

Фокс Д.

1953

Німеччина, США

Bayer, General Electric



Крім того сировина може містити вугілля, природний газ, азот, водень і вапняк або солі. Загалом у виробництві полімерів частка продуктів переробки нафти, супутнього і природного газу становить близько 90%, частка продуктів переробки вугілля – 9 – 10%. При цьому вартість сировини у собівартості виробництва становить 70 – 80%.

Крім нафтохімічних полімерів є біологічні полімери, які отримують з відновлюваної сировини. Сьогодні кількість таких полімерів становить лише 1% від усього ринку полімерів. Рослинна сировина є важливою альтернативою нафти, поклади якої неперервно виснажуються. Біологічні полімери, одержувані в даний час на основі деревних компонентів та однорічних рослин, що містять крохмаль (картопля, кукурудза, пшениця, рис) і целюлозу. Також такі матеріали можуть бути отримані за допомогою деяких бактерій, грибів та водоростей.

Отже, полімери – це природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великої кількості повторюваних однакових або різних за будовою атомних угруповань, з'єднаних між собою хімічними або координаційними зв'язками у довгі лінійні або розгалужені ланцюги.

Типові молекули синтетичних полімерів складаються з великої кількості невеликих фрагментів, що мають назву елементарних ланок.

Залежно від кількості (m) типів таких ланок розрізняють: гомополімери (полімери, m=1) та гетерополімери (сополімери, m≥2) [2].



Більшість полімерів синтезовано з ненасичених вуглеводнів (реакція полімеризації), їх полімерний ланцюг складається з атомів вуглецю, такі полімери мають назву карболанцюгових.

Полімери, утворені в результаті реакції між функціональними групами (реакції поліприєднання або поліконденсації – реакції, що супроводжуються утворенням низькомолекулярних сполук), називають гетероланцюговими – їх полімерний ланцюг містить гетероатом (О,N,S) між ланками з вуглеводнів.

Для утворення полімерного ланцюга необхідно, щоб функціональність (кількість активних центрів, що беруть участь у реакції) молекули була ≥2, отже, мономери – це сполуки, що мають функціональність ≥2. Активними центрами в макромолекулярній хімії можуть бути: подвійні зв'язки (реакція полімеризації – утворюються карболанцюгові полімери), нестійкі цикли (капролактам, окис етилену – реакція поліприєднання – утворюються гетероланцюгові полімери), функціональні групи – СООН, –NН2, –ОН (реакція поліконденсації – утворюються гетероланцюгові полімери).

Елементарна ланка полімеру, синтезованого з ненасиченого мономера, збігається із залишком мономера.


Мономер (М) Мономерна ланка ( М )

Добре відомі полімери мають такі групи замінників X та У:

  • поліетилен Х=Н; Y=Н

− поліпропілен Х=Н; Y=СН3

− полістирол Х=Н; Y=С6Н5

− поліакрилонітрил Х=Н; Y=СN

− поліметилстирол Х=СНз; Y=С6Н5

− поліметакрилова кислота Х=СН3;Y=СООН

Класифікація полімерів базується на таких ознаках:

  • за хімічним складом (органічні, неорганічні, елементоорганічні);

  • за походженням (природні, синтетичні, штучні);

  • за формою макромолекули (лінійні, розгалужені, стрічкові, драбинкові, просторові, сітчасті, тривимірні (рис.1.88);

  • за реакцією на нагрівання (термопластичні, термореактивні);

  • за природою атомів полімерного ланцюга (карбо-, гетероланцюгові);

  • за кількістю елементарних ланок полімерного ланцюга (полімер, гомополімер);

  • за фазовим станом (аморфні, кристалічні);

  • за полярністю (полярні, неполярні).

Незалежно від виду, складу вихідних речовин та способів отримання матеріали на основі полімерів можна класифікувати на:

− пластмаси;

− волокнити;

− шаруваті пластики;

− плівки;

− покриття;

− клеї.



Рис.1.88. Можливі форми макромолекул полімерів
На відміну від низькомолекулярних сполук властивості полімерів значною мірою визначаються формою (архітектурою) макромолекул. Маючи велику молекулярну масу, вони не можуть переходити в газоподібний стан, при нагріванні утворювати в’язкі рідини або зовсім розм’якшуватись, легко розчинятися.

Полімери характеризуються еластичністю (каучуки), малою крихкістю (пластмаси, органічне скло), здатністю макромолекул до орієнтації за дії спрямованого механічного поля, високою в’язкістю розчину за малої концентрації полімеру, розчинністю після стадії набухання, здатністю різко змінювати свої фізико-механічні властивості при дії малої кількості реагента. Полімери можуть перебувати у склоподібному, високоеластичному або в’язко-рідкому стані.

Зі зміною температури лінійний або розгалужений полімер може переходити з одного фізичного стану в інший. Із підвищенням температури полімери розм’якшуються і стають дуже пластичними.

Механічні властивості полімерів залежать не тільки від їх будови та температури, але і від часу експлуатації та докладеного навантаження. При дії докладених напружень відбувається як розпрямлення та розкручування ланцюжків макромолекул, так і їх переміщення.

Полімерам властиве явище старіння – зміна фізико-механічних властивостей, спричинена різними хімічними реакціями (окиснення, утворення вільних радикалів, деполімеризація з одиничними розривами ланцюжків), які проходять у полімері. Старіння може відбуватися унаслідок дії тепла, озону та атмосфери протягом тривалого часу. Якщо при цьому докладаються механічні навантаження, то процес старіння пришвидшується. Для уповільнення та запобігання явищу старіння до складу полімерів вводять антиоксиданти.

При дії іонізуючого випромінювання у полімерах відбувається явище іонізації та порушення, що супроводжується розривом хімічного зв’язку й утворенням вільних радикалів. Для підвищення стійкості полімерів до дії іонізуючого випромінювання до їх складу вводять антирадикали.
  1   2   3   4

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Програма для загальноосвітніх навчальних закладів. Математика. 5-12 класи 5-11
Математика. Частина І. Допрофільна підготовка математика. Частина ІІ. Профільне навчання

1. Наші перші боги Одним із перших богів слов'янської міфології вважається...
Род. За міфами, він зачинатель усього живого, адже був богом природи, урожаю, керував дощем І блискавицею. Про могутність цього божества...

Відкритий міжнародний університет розвитку людини “Україна”
Але треба бути справедливим, бо І до нас, на цю райську українську землю, також заходили інородці І тут творили науку, мистецтво,...

Частина друга 2003
Слово І його лексичне значення. Групи слів за значенням, походженням І використанням

Уроки державної мови: правопис, переклад, граматика
Для біологів всі матеріали на основі яких був створений сайт були опубліковані в журналі «Біологія»

«Зробити невідоме Відомим, перетворити незнання в Знання»
Не викликає сумнівів визначення: діти наше майбутнє! Вони майбутнє нашої країни, нашої нації, вони наше майбутнє. Шкільний учитель...

Державний вищий навчальний заклад
Наше місто має багатовікову історію І є одним з найдавніших міст світу, а Дністровський лиман не так давно ще був перлиною Бессарабського...

12. 06. 2013 т ема 3 Задачі на зважування та переливання
Одним з класів завдань такого вигляду є завдання на зважування та переливання. У математичній науці завдання на зважування та переливання...

Частина перша
Надзвичайні пригоди робінзона кукурузо та його вірного друга І однокласника павлуші завгороднього в школі, дома та на безлюдному...

Питання, винесені на державний іспит магістра Молекулярна фізика, 2008 Спеціальна частина
Поширення пружних хвиль у рідинах. Залежність швидкості та коефіцієнта поглинання від термодинамічних параметрів



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації




f.ocvita.com.ua
Головна сторінка