Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических

Высокомолекулярные соединения, состоящие из множества одинаковых структурных звеньев, называются полимерами.

По происхождению полимеры делятся на природные, или биополимеры, и синтетические, получаемые с помощью реакций полимеризации или поликонденсации.

Природные полимеры — это натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты. Как видно, это те вещества, из которых построены клетки и ткани живых организмов. Это органические полимеры, без них невозможна жизнь на нашей планете.

Среди природных полимеров есть и неорганические полимеры. К ним относятся различные силикаты (полевые шпаты, глинистые минералы, слюды, асбест и др.), сера пластическая, селен и теллур цепочного строения.

Синтетические полимеры — это многочисленные пластмассы, волокна, каучуки. Они играют большую роль в развитии всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, связи. Как без природных полимеров невозможна сама жизнь, так без синтетических полимеров немыслима современная цивилизация. Наш век можно назвать веком полимеров — так велико их значение в существовании современного общества.

Вспомним реакции, с помощью которых получают полимеры, — реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

С реакцией полимеризации вы знакомились на примере получения полиэтилена:

А реакцию поликонденсации мы рассматривали на примере соединения молекул аминокислот в биополимер — белок, в результате чего образуется еще и побочное низкомолекулярное вещество — вода:

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических

Теперь, кроме понятий «реакция полимеризации», «реакция поликонденсации», «полимер», постарайтесь запомнить еще несколько других понятий, которые характеризуют химию полимеров:

макромолекулы — молекулы полимеров (греч. макрос — большой, длинный);

мономер — исходное вещество для получения полимеров; структурное звено — многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов (в записанной выше формуле полиэтилена это выражение в скобках);

степень полимеризации n — число структурных звеньев в макромолекуле.

В зависимости от строения основной цепи полимеры имеют разные структуры: линейную, например полиэтилен, разветвленную, например крахмал, и пространственную, например вторичная и третичная структуры белков.

Из полимерных материалов рассмотрим две важнейшие группы: пластмассы и волокна.

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических

Рис. 52. Структура полимеров:

а — линейная; б — разветвленная; в — пространственная

Пластмассы — это материалы, изготавливаемые на основе полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения.

Полимеры легкие, обладают большой механической прочностью, высокой химической стойкостью, имеют хорошие теплоизоляционные и электроизоляционные свойства. Они производятся из доступного сырья (продуктов газо- и нефтехимического, угле- и лесохимического производств) и легко перерабатываются в разнообразные изделия. Поэтому такие пластмассы, как, например, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фенолформальдегидные, широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в медицине, культуре, быту.

Волокна — это вырабатываемые из природных или синтетических полимеров длинные гибкие нити, из которых изготавливается пряжа и другие текстильные изделия. Волокна подразделяются на природные и химические.

Природные, или натуральные, волокна — это материалы растительного или животного происхождения. К ним относятся хорошо известные вам хлопок, лен, шерсть, шелк.

Химические волокна получают путем химической переработки природных или синтетических полимеров. Из природных полимеров, прежде всего целлюлозы, изготавливают искусственные волокна, например вискозное, ацетатное. Другая широко распространенная группа химических волокон — синтетические волокна, которые вырабатывают из синтетических полимеров. Из синтетических волокон вам, конечно, известны капрон, нейлон, лавсан.

1. Полимеры природные (органические и неорганические) и синтетические.

2. Реакции полимеризации и поликонденсации.

3. Мономер, макромолекула, структурное звено, степень полимеризации.

4. Структуры полимеров: линейная, разветвленная, пространственная.

6. Волокна природные и химические, искусственные и синтетические.

Поливинилхлорид имеет структурное звено, состав которого можно отразить с помощью следующей формулы:

Напишите формулу винилхлорида и уравнение реакции его полимеризации.

2 Напишите уравнение реакции полимеризации пропилена

Как называется продукт этой реакции?

Чем отличаются искусственные волокна от синтетических?

Приготовьте сообщения о таких пластмассах, как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и фенолформальдегидные пластмассы, и расскажите об областях их применения. Какую пластмассу получают с помощью реакции поликонденсации?

Приготовьте сообщения о таких волокнах, как вискозное, ацетатное, лавсан, капрон, нейлон, и расскажите об областях их применения.

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь — Образовательный форум.

Особенности

Особые механические свойства:

  • эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
  • малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
  • способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров:

  • высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
  • растворение полимера происходит через стадию набухания.
Читайте также:  Приспособление для колки дров своими руками фото

Особые химические свойства:

  • способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

Классификация

По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

  • Органические полимеры.
  • Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремнийорганические соединения.

Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные (частный случай — звездообразные), ленточные, плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Полимеры подразделяют по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полярность звеньев полимера определяется наличием в их составе диполей — молекул с разобщенным распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных звеньях дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются. Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными. Полимеры с неполярными звеньями — неполярными, гидрофобными. Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными. Гомополимеры, каждое звено которых содержит как полярные, так и неполярные крупные группы, предложено называть амфифильными гомополимерами.

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных — высокомолекулярных (см. Химическая эволюция).

Типы

Синтетические полимеры. Искусственные полимерные материалы

Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого появились ранее.

Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях — путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы — целлулоид — был получен ещё в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной плёнки из нитроцеллюлозы.

Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Л. Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу — продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

Благодаря усилиям Генри Форда, перед Первой мировой войной началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата — без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолётостроение в годы войны.

После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое ещё до войны. В 50-х гг. XX в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон — искусственная шерсть из полиакрилонитрила, — замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шёлк). Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов Циглера-Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтиленанизкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны — наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны — элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Читайте также:  Принцип действия обратного молотка

Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.

Огнеупорные полимеры

Многие полимеры, такие как полиуретаны, полиэфирные и эпоксидные смолы, склонны к воспламенению, что зачастую недопустимо при практическом применении. Для предотвращения этого применяются различные добавки или используются галогенированные полимеры. Галогенированные ненасыщенные полимеры синтезируют путем включения в конденсацию хлорированных или бромированных мономеров, например, гексахлорэндометилентетрагидрофталевой кислоты (ГХЭМТФК), дибромнеопентилгликоля или тетрабромфталевой кислоты. Главным недостатком таких полимеров является то, что при горении они способны выделять газы, вызывающие коррозию, что может губительно сказаться на располагающейся рядом электронике. Учитывая высокие требования экологической безопасности, особое внимание уделяется галоген-несодержащим компонентам: соединениям фосфора и гидроксидам металлов.

Действие гидроксида алюминия основано на том, что под высокотемпературным воздействием выделяется вода, препятствующая горению. Для достижения эффекта требуется добавлять большие количества гидроксида алюминия: по массе 4 части к одной части ненасыщенных полиэфирных смол.

Пирофосфат аммония действует по другому принципу: он вызывает обугливание, что вместе со стеклообразным слоем пирофосфатов даёт изоляцию пластика от кислорода, ингибируя распространение огня.

Новым перспективным наполнителем являются слоистые алюмосиликаты, производство которых

Применение

Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна,пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

Наука о полимерах

Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х гг. XX столетия, когда была осознана роль полимеров в развитии технического прогресса и жизнедеятельности биологических объектов. Она тесно связана с физикой, физической, коллоидной и органическойхимией и может рассматриваться как одна из базовых основ современной молекулярной биологии, объектами изучения которой являются биополимеры.

|следующая лекция ==>
Ферменттің қасиеттері|Вызов участкового врача к подростку 16 лет. Болен четвёртый день. Заболел остро 1 страница

Дата добавления: 2017-01-21 ; просмотров: 1805 | Нарушение авторских прав

Урок 43. Химия 10 класс (ФГОС)

Конспект урока "Искусственные полимеры"

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

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

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических

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

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

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

Целлюлоза + HNO3 → динитрат целлюлозы + вода

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

Читайте также:  Программа для составления электросхем

На основе искусственных полимеров получают также волокна.

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

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

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

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

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

Целлюлоза + CH3COOH → триацетат целлюлозы + вода

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

Ацетатное волокно устойчиво к воздействию света, температуры, микроорганизмов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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