Реферат молекулярная масса полимеров

Обновлено: 07.07.2024

Как следует из рассмотренного выше, отличительной чертой высокомолекулярных соединений является большая длина молекулярных цепей, которая несопоставима с поперечным размером молекул, близким к таковому для обычных низкомолекулярных соединений. Состав и строение макромолекул зависят не только от химического состава и строения молекул мономера, но и от способа, с помощью которого осуществлено соединение малых молекул в большие. При этом как в цепных, так и в ступенчатых процессах синтеза полимеров невозможно представить себе случай, когда все образующиеся макромолекулы имели бы одинаковую степень полимеризации, т. е. одинаковую молекулярную массу. В любом образце полимера присутствуют вместе макромолекулы разных размеров, т. е. любой полимер неоднороден по молекулярной массе. Следовательно, необходимо говорить о средней молекулярной массе полимера, которая включает молекулярную массу всех макромолекул, усредненную либо по их числу, либо по массе отдельных фракций, имеющих более или менее близкую молекулярную массу. Эта полимолекулярность является одним из основных понятий в химии и физике полимеров. Как мы видели, существенные прочностные свойства полимеров проявляются при довольно больших значениях молекулярной массы (5-10 тыс. ед.) и далее возрастают с ее увеличением. Регулирование молекулярной массы полимера в процессе синтеза является, таким образом, важным фактором влияния на его механические свойства.

Полимолекулярность или полидисперсность, полимеров заложена уже в самом характере процессов синтеза, в их статистичности. Любой образец полимера может быть представлен набором отдельных фракций, состоящих из макромолекул приблизительно одинакового размера. Очевидно, что число таких фракций может быть бесконечно большим и никогда нельзя получить фракцию с абсолютно одинаковыми по размеру макромолекулами. Поэтому помимо средней молекулярной массы полимер может быть охарактеризован еще типом распределения по молекулярным массам (молекулярно-массовое распределение - ММР) этих фракций. ММР полимера оказывает существенное влияние на его физико-механические свойства (рис. 11).

Рис. 11. Типичные дифференциальные кривые молекулярно-массового распределения (ММР) полимеров: 1 – узкое ММР (в полимере преобладает фракция определенной молекулярной массы); 2 – широкое ММР (полимер состоит из большого числа фракций с различными значениями молекулярных масс)

Кривая 1 на рис. 11 соответствует так называемому узкому ММР, когда основная масса полимера содержит фракции с молекулярной массой около 8000, а доля фракций с меньшими или большими значениями молекулярных масс значительно ниже. Кривая 2 соответствует широкому ММР, когда количество фракций с близкими значениями молекулярных масс велико, а преобладающая фракция (молекулярная масса около 15 000) лишь незначительно выделяется по своему содержанию сравнительно с другими фракциями (например, молекулярной массы 12 000 или 20 000).

Повышенное содержание высокомолекулярных фракций в полимере сообщает ему более высокие прочностные свойства, повышенную твердость и температуростойкость. Начало пластического течения таких полимеров смещается в область более высоких температур. Полимеры с большим содержанием низкомолекулярных фракций имеют пониженные значения этих величин и в целом характеризуются худшими механическими свойствами. Средняя молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение являются важными контрольными величинами при получении полимеров с желательными механическими свойствами.

Поскольку молекулярная масса полимера является среднестатистической величиной, то очевидно, что различные методы определения дают и разные ее значения. Если метод определения слабо чувствителен к молекулам малого размера, то значение молекулярной массы получится выше, чем в случае, если метод одинаково чувствителен к макромолекулам любого размера. Поэтому значение молекулярной массы, полученное с помощью какого-либо одного метода, не может точно характеризовать соотношение больших и сравнительно малых молекул в данном полимере. Методы определения молекулярной массы полимера в целом или молекулярных масс отдельных фракций обычно объединяют в две группы - среднечисловые и средневесовые.

К среднечисловым относят методы, основанные на определении числа молекул в разбавленных растворах полимеров: понижение температуры замерзания раствора (криоскопия), повышение температуры кипения раствора (эбулиоскопия), определение количества концевых групп в макромолекулах, измерение осмотического давления раствора. Получаемое при этих измерениях значение среднечисловой молекулярной массы Мn представляет собой суммарную массу всех молекул в образце полимера, отнесенную к одной среднестатистической молекуле:

где х изменяется от 1 до ¥, a Nx - число молекул с молекулярной массой Мх.

К среднемассовым относят такие методы определения молекулярной массы, которые основаны на установлении массы отдельных макромолекул: измерение скорости седиментации, скорости диффузии, светорассеяния в растворах полимеров. Значение среднемассовой молекулярной массы - Mw представляет собой произведение массы всех фракций полимера и молекулярной массы фракции, отнесенной к массе одной фракции:

где wx- масса фракции с молекулярной массой Mx, т. е. wx = NxMx, Nx - число молекул с молекулярной массой Mx.

Близка к среднемассовому значению средневязкостная молекулярная масса
полимера, которая определяется измерением вязкости разбавленных растворов.

Рис. 12. Положения значений молекулярных масс полимера, определенных различными методами, на кривой распределения по молекулярным массам фракций

Установление молекулярно-массового распределения проводят с помощью фракционирования, т. е. разделяя образец полимера на отдельные части, которые содержат близкие по длине макромолекулы. Фракционирование осуществляют на основе различной способности макромолекул разных размеров к растворению или осаждению из раствора при ультрацентрифугировании и другими методами.

2. Сущность криоскопического метода определения молекулярной массы вещества.

2.1 Закон Рауля применительно к разбавленным растворам.

2.2 Диаграмма состояния воды.

2.3 Графическое изображение закона Рауля для разбавленных растворов.

2.4 Понижение температуры замерзания растворов.

2.5 Связь понижения температуры замерзания растворов с мольной концентрацией.

2.6 Криоскопическая постоянная и её физический смысл.

2.7 Формула для расчёта молекулярной массы криоскопическим методом.

3. Экспериментальная часть.

Сущность криоскопического метода.

Криоскопическим называется метод определения молекулярной массы по понижению точки замерзания растворителя. Для исследования этого метода нам необходимо вспомнить закон Рауля применительно к разбавленным растворам. Мы знаем, что давление насыщенного пара каждой жидкости есть величина постоянная для данной температуры. При растворении в жидкости какого-либо твёрдого вещества давление пара жидкости понижается. Таким образом, давление пара раствора всегда ниже давления пара чистого растворителя при той же температуре. Разность между числовыми значениями давления пара чистого растворителя и давления пара раствора называется обычно понижением давления пара растворителя над раствором. Это можно выразить формулой:

В 1887 году французский физик Рауль на основании многочисленных опытов с растворами различных твёрдых веществ и нелетучих жидкостей установил следующий закон: в разбавленных растворах неэлектролитов при постоянной температуре понижение давления пара пропорционально количеству вещества, растворённого в данном количестве растворителя. Объяснение этому закону даёт молекулярно-кинетическая теория. Давление находящегося над жидкостью насыщенного пара зависит от числа молекул, испаряющихся с поверхности жидкости в единицу времени. Но в растворе часть его свободной поверхности занята молекулами нелетучего растворённого вещества. Поэтому число молекул, покидающих поверхность раствора в единицу времени, становится меньше, чем в случае чистого растворителя при той же температуре, и давление пара понижается. Например, давление пара раствора, в котором число молекул растворённого вещества составляет 1/20 всего числа молекул, на 1/20 меньше давления пара чистого растворителя.

Зависимость между понижением давления пара и количеством растворённого вещества может быть выражена в математической форме. Обозначим давление чистого растворителя через p , понижение давления пара через , число молей растворённого вещества через n и число молей растворителя через N . Тогда закон Рауля для разбавленных растворов выразится уравнением:

Измерением понижение давления пара раствора можно пользоваться для определения молекулярной массы растворённых веществ. Однако на практике обычно применяется другой, более удобный метод, основанный на измерении понижения температуры замерзания раствора.

Все чистые вещества характеризуются строго определённой температурой замерзания. Так, чистая вода при нормальном атмосферном давлении замерзает при 0º С; бензол при +5,5º С. Эти температуры сохраняются неизменными до тех пор, пока вся жидкость не замёрзнет или не превратится в пар.

Иначе обстоит дело с растворами. Присутствие растворённого вещества понижает точку (или температуру) замерзания растворителя, и тем сильнее, чем концентрированнее раствор. Поэтому растворы замерзают при более низких температурах, чем чистые растворители. Нетрудно доказать, что это является прямым следствием понижения давления пара растворов. Более низкая температура замерзания раствора, по сравнению с чистым растворителем, объясняется тем, что температура замерзания есть та температура, при которой одновременно могут существовать твёрдая и жидкая фазы данного вещества.

Диаграмма состояния воды.

Показанная выше зависимость между давлением водяного пара и температурой, а также условия одновременного существования воды в различных фазах могут быть наглядно представлены при помощи диаграммы состояния воды. На этой диаграмме линия ОА представляет кривую давления паров воды, а линия ОВ – кривую давления паров льда. Точки кривой ОА показывают, при каких температурах и давлениях могут одновременно существовать в равновесии вода и пар; точки кривой ОВ определяют условия равновесия между льдом и паром. Обе кривые пересекаются в точке О, указывающей температуру и давление, при которых могут находиться в равновесии все три фазы.

Поэтому точка О называется тройной точкой; ей отвечает давление 4,6 мм.рт.ст. и температура +0,01º С. Кривая ОС показывает влияние давления на точку плавления льда. Каждой её точке соответствует определённое давление и определённая температура, при которых лёд и вода находятся в равновесии. Однако для этого необходимо, чтобы давление пара твёрдой и жидкой фаз было одинаковым, иначе пар будет переходить от одной фазы к другой до полного исчезновения той из них, над которой давление пара больше. Одновременное существование льда и раствора будет возможно только при температуре ниже 0º С, и именно при такой, при которой давление их паров станет одинаковым. Другими словами, раствор будет замерзать при более низкой температуре, чем чистый растворитель. Все эти соотношения становятся особенно ясными, если изобразить их графически, начертив кривые изменения давления паров с температурой.

На графике линия Аа изображает кривую давления пара чистой воды, а линия Bb – кривую давления пара над раствором. Так как при любой температуре давление пара раствора меньше давления пара чистой воды, то линия Bb лежит ниже линии Аа. Линия АС изображает кривую давления пара льда. Мы уже говорили, что при температуре замерзания давления паров твёрдой и жидкой фаз растворителя или твёрдого растворителя и раствора должно быть одинаковым. Этому условию отвечают точки А и В пересечения кривых Аа и Bb с кривой АС. Температуры замерзания воды и раствора определяются как проекции точек А и В на ось абсцисс. В этом случае, как видно из графика, температуры Т и Т1, расположены в обратном порядке, то есть температура замерзания раствора ниже температуры замерзания воды.

При замерзании разбавленных растворов вначале выделяется в твёрдом виде чистый растворитель, например в случае водного раствора – чистый лёд. Так как ко мере выделения льда концентрация раствора увеличивается, то температура замерзания не остаётся постоянной, а постепенно понижается Однако выделение льда и понижение температуры замерзания происходят лишь до тех пор, пока концентрация раствора не достигнет некоторой определённой для данного вещества величины, при которой весь раствор застывает в сплошную массу. Такая масса получила название эвтектики . Температура, при которой происходит её образование, называется эвтектической температурой, а соответствующая концентрация раствора – эвтектической концентрацией .

Математически законы Рауля могут быть выражены следующим уравнением:, где - понижение точки замерзания растворителя; С – число молей растворённого вещества, приходящееся на 1000 граммов растворителя; К – коэффициент пропорциональности, равный соответственно криоскопической константе растворителя (при С=1 величина =К).

Так как число молей вещества равно его массе в граммах (m), делённой на молекулярный вес (M), то, заменив в предыдущем уравнении С на , получим: . Из этого уравнения выражаем молекулярную массу: . Но существует формула для любого количества растворителя: , где - масса растворённого вещества; - масса растворителя.

Экспериментальная часть

В экспериментальной части работы ставилась задача опытным путём определить понижение температуры замерзания приготовленного раствора и вычислить молекулярный вес растворённого вещества (неэлектролита).

При этом использовались следующие приборы:

1) Широкая пробирка с боковым отростком и кожухом.

2) Термометр с ценой деления или термометр Бекмана.

5) Охладительная смесь (лёд + NaCl).

6) Чистый бензол (для криоскопии).

7) Испытуемое вещество, растворимое в бензоле.

9) Широкий стакан для охладительной смеси.

Для определения температуры затвердевания растворителя и раствора пользуются специальным прибором, состоящим из широкой пробирки с боковым отростком, вставленной в более широкую пробирку – кожух. Во внутреннюю пробирку на пробке устанавливают термометр Бекмана или термометр с ценой деления . Пробирку с кожухом помещают в широкий стакан, заполненный охладительной смесью. В пробирке для перемешивания жидкости имеется стеклянная или металлическая мешалка.

В сухую пробирку отбирают пипеткой 11,38 мл. чистого бензола и погружают в него термометр таким образом, чтобы резервуар со ртутью был полностью погружён в жидкость, но не касался дна и стенок. Боковой отросток закрывают пробкой. Вставляют пробирку в кожух и помещают в охладительную смесь. Осторожно помешивая жидкость, следят за показаниями термометра. Температура сначала понизится немного ниже точки затвердевания (явление переохлаждения), а затем с появлением кристаллов несколько повысится и установится на некотором постоянном уровне. Эта температура и является температурой затвердевания чистого растворителя. Повторяют такое измерение 2-3 раза. Для этого пробирку вынимают, нагревают рукой до исчезновения кристаллов, снова помещают в охладительную смесь и определяют . Отсчёт температуры производят с помощью лупы. В бюксе на аналитических весах отвешивают навеску исследуемого вещества, то есть нафталина, массой 0,124 г. Открыв боковой отросток пробирки, вводят навеску, закрывают пробкой и, осторожно помешивая, добиваются полного растворения вещества в бензоле.

Аналогично описанному определению находят температуру затвердевания полученного раствора , повторяя измерение так же 2-3 раза.

По разности и вычисляют .

Расчёт молекулярного веса растворённого вещества производят по формуле , предварительно найдя К для бензола по таблице. Массу растворителя (бензола) находят по формуле где V – объём растворителя, а ρ – плотность растворителя (табличная величина).

Все опытные табличные данные записывают в таблицу.

Масса пустого бюкса, г Масса бюкса с в.-вом, г Масса навески в.ва (нафталина), г

р.-ра,

, º

, г/мл

Проведя вычисления, мы получили, что масса нафталина M=127,5 г/моль. У нафталина молекулярная масса равна 128 г/моль, следовательно, процент ошибки очень невелик.

Во-первых, проводя опыт, мы познакомились с новым для нас прибором – термометром Бекмана. Во-вторых, в ходе работы мы познакомились с одним из способов определения молекулярной массы.

Список использованной литературы.

Практически все полимеры за редким исключением содержат макромолекулы разной молекулярной массы. Это специфическое свойство полимеров называется полидисперсностью, а макромолекулы одного химического состава, но разной молекулярной массы называются полимергомологами. Основными молекулярно-массовыми характеристиками полидисперсных полимеров являются средние молекулярные массы (ММ), функции… Читать ещё >

Молекулярно-массовые характеристики полимеров ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Молекулярно-массовые характеристики полимеров

1. Распределение макромолекул по молекулярным массам

Согласно ИЮПАК рекомендуется применять два основных термина: молярная масса (М) — масса вещества, деленная на его количество (масса одного моля вещества); относительная молекулярная масса или молекулярный вес (М_r) — отношение средней массы вещества, соответствующей его формуле, к 1 /₁₂ массы ядра атома углерода 12 С.

В простейших случаях ММР полимера может быть представлено табличными значениями. Для того, чтобы количественно охарактеризовать распределение полимера по ММ, необходимо рассчитать относительное количество фракций, содержащих макромолекулы одинаковой ММ. Это можно сделать двумя способами — исходя из числа или суммарной массы макромолекул. В первом случае находят числовую долю фракции:

— общее число макромолекул в полимере.

Во втором случае находят массовую долю:

где m _i= n_iM_i — масса фракции i, т. е. суммарная масса макромолекул, имеющих ММ, равную M_i; - общая масса полимера. Рассмотрим в качестве примера образец полидисперсного полимера общей массой 1 г, состоящий из пяти фракций массой 0,2 г каждая. Ниже приведены данные, характеризующие ММР полимера в рассматриваемом примере.

Видно, что картина распределения весьма существенно зависит от способа оценки относительного количества фракций. В случае числового распределения более существенен вклад фракций с меньшей ММ, в случае массового распределения — вклад фракций с большей ММ.

Средняя ММ полидисперсного полимера является средневзвешенной величиной, вклад в которую каждой из фракций определяется ее ММ и относительным количеством. Следовательно, для полидисперсного полимера характерны две средние ММ — среднечисловая :

Из выражения (1.5) следует, что среднечисловая ММ равна общей массе макромолекул, деленной на их число. Расчеты по данным таблицы приводят к = 1,1· 10 4 , = 3,84· 10 4 , т. е. >. Как мы увидим в дальнейшем, это общее правило для полидисперсных полимеров.

Существуют дискретные и непрерывные функции распределения. Дискретная дифференциальная числовая функция распределения выражает зависимость числовой доли макромолекул от их ММ. Дискретная дифференциальная массовая функция распределения выражает зависимость массовой доли макромолекул от ММ. Дискретные функции распределения обычно применяются при теоретических расчетах и выводах. При экспериментальном изучении ММР обычно имеют дело с непрерывными кривыми и функциями распределения.

Значение непрерывной дифференциальной числовой функции распределения ѓ_n(M) равно числовой доле макромолекул с ММ от М до M+dM, деленной на dM: значение непрерывной массовой функции распределения ѓ_w(M) равно массовой доле макромолекул с ММ от М до M+dM, деленной на dM.

Непрерывные дифференциальные числовые и массовые функции связаны между собой, как и соответствующие дискретные функции, простым соотношением:

Помимо дифференциальных, широко используются интегральные функции распределения: значение (ордината) интегральной числовой функции распределения F_n(M) равно числовой доле макромолекул, имеющих ММ от минимальной до заданной М; значение (ордината) интегральной массовой функции распределения F_w(M) равно массовой доле макромолекул, имеющих ММ от минимальной до заданной М.

Графической формой аналитической функции распределения является кривая ММР полимеров. На рис. 1 приведены дифференциальные кривые ММР, отвечающие рассмотренным выше непрерывным функциям. Кривые дифференциального распределения могут иметь один максимум, соответствующее распределение называется унимодальным, два или более максимумов, что отвечает полимодальному распределению, могут не иметь максимумов. Площади фигур, ограниченные кривыми дифференциального распределения и отрезком оси абсцисс, равны 1 или 100%, геометрический центр тяжести этих фигур (точки А, В) соответствует или (см. рис. 1). Интегральные кривые ММР имеют предельное значение ординаты, равной единице, т. е. F_n(M) > 1, F_w(M) >1 при M > ?.

Кривые дифференциального распределения могут быть построены из интегральных путем графического дифференцирования, и наоборот, интегральные кривые могут быть построены из дифференциальных путем графического интегрирования. Первая задача решается в том случае, когда ММР полимеров изучается методами препаративного фракционирования — дробного осаждения или последовательного растворения. По полученным таким образом данным о количестве и ММ фракций полимеров строится интегральная кривая распределения, затем путем построения касательных к этой кривой — дифференциальная кривая распределения. В настоящее время препаративное фракционирование применяется лишь в тех случаях, когда необходимо получить узкие фракции полимеров для дальнейших исследований. Обычно применяются менее трудоемкие методы с автоматической записью дифференциальной кривой распределения, например гель-хроматография.

2. Моменты распределения и средние молекулярные массы

макромолекула молярный масса кривая Определение понятия средней ММ полимера при непрерывном распределении базируется на теории случайных величин, каковыми и являются значения ММ макромолекул для большинства полимеризационных процессов. В теории случайных величин существует понятие момента распределения случайной величины щ, который, применительно к рассматриваемому случаю, выражается следующим образом:

где n — любое целое число.

По определению, отношение любого момента к предыдущему равно среднему значению случайной величины:

Таким образом, согласно теории случайных величин, существует множество значений средних ММ полидисперсного полимера с непрерывным распределением. Практически используют первые три члена ряда средних ММ:

тогда Выражение (1.13) по содержанию аналогично (1.5), следовательно, первое выражает среднечисловую ММ. То же самое можно сказать о (1.14) и (1.6), следовательно, (1.14) выражает среднемассовую ММ полимера. называется z — средней или среднеседиментационной ММ. Эта характеристика не имеет такого наглядного истолкования, как среднечисловая и среднемассовая ММ.

Величины, , находятся экспериментально. Так, определяется через так называемые коллигативные свойства растворов полимеров, т. е. методами осмометрии, эбуллиоскопии, криоскопии, а также по концевым группам; определяется методами светорассеяния, седиментации и гельхроматографии, — методом равновесной седиментации. На практике широкое распространение получил вискозиметрический метод определения ММ, который приводит к средневязкостной ММ —, близкой к .

3. Параметр полидисперсности

Важной характеристикой полидисперсного полимера является ширина ММР. Известно, что мерой отклонения значений случайных величин от среднего является дисперсия или средневзвешенная сумма квадратичных отклонений. Применительно к непрерывному ММР:

Путем преобразования (1.15) получаем:

Разделив выражение (1.16) на, имеем:

Откуда следует, что дисперсия, характеризующая ширину ММР, пропорциональна величине отношения /. По этой причине отношение / так же, как и выражение / -1, называемое коэффициентом полидисперсности Шульца, используется в качестве параметра, характеризующего ширину ММР. В заключение необходимо отметить, что часто в соотношениях, характеризующих ММР полимера, вместо ММ используется степень полимеризации p=M/M₀, где M и M₀ — молекулярные массы полимера и мономера.

1. Тенфорд Ч. Физическая химия полимеров. М.: Химия, 1965. 772 с.

2. Рафиков С. Р. , Будтов В. П. , Монаков Ю. Б.

Введение

в физико-химию растворов полимеров. М.: Наука, 1978. 328 с.

3. Нарисава И. Прочность полимерных материалов. М.: Химия, 1987. 400 с.

4. Грасси Н., Скотт Дж. Деструкция и стабилизация полимеров. М.: Мир, 1988

Содержание

Введение
1. Особенности полимеров
2. Классификация
3. Типы полимеров
4. Применение
5. Наука о полимерах
Заключение
Список использованных источников

Введение

Цепочки молекул полипропилена.

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей — реактопласты. К линейным полимерам относится, например, целлюлоза, к разветвленным, например, амилопектин, есть полимеры со сложными пространственными трёхмерными структурами.

В строении полимера можно выделить мономерное звено — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, например поливинилхлорид (—СН2—CHCl—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и т. п.

1. Особенности полимеров

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;

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

растворение полимера происходит через стадию набухания.

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.

2. 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.

Нужна помощь в написании реферата?

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).

3. Типы полимеров

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.

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 полиэтилена низкого 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.

Нужна помощь в написании реферата?

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 создаётся в России[3].

4. 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.

5. 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 органической химией и может рассматриваться как одна из базовых основ современной молекулярной биологии, объектами изучения которой являются биополимеры.

Список использованных источников

1. Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин, М., 1972 — 77;
2. Махлис Ф. А., Федюкин Д. Л., Терминологический справочник по резине, М., 1989;
3. Кривошей В. Н., Тара из полимерных материалов, М.,1990;
4. Шефтель В. О., Вредные вещества в пластмассах, М.,1991;

Нужна помощь в написании реферата?

Читайте также: