Книга, Полімери, їх отримання, властивості та застосування, Біологія

30.09.2015

Книга: Полімери, їх отримання, властивості та застосування

Федеральне агентство з освіти РФ

На тему. «Полімери, їх отримання, властивості та застосування»

Перевірив: Евтюхов К. Н.

р. Брянськ 2006р

Зміст

1. Види полімерів, їх загальні властивості та способи одержання.

2. Природні ВМС або біополімери. Властивості, застосування, добування.

3. Хімічні ВМС. Властивості, застосування, добування.

4. Список використаної літератури.

Види полімерів, їх загальні властивості та способи одержання.

Полімери або високомолекулярні сполуки (ВМС) – це складні речовини з великими молекулярними масами, молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа регулярно або нерегулярно повторюваних структурних одиниць (ланок) одного або декількох типів. Молекулярні маси полімерів можуть бути від кількох тисяч до мільйонів.

За походженням полімери поділяють на:

1. Природні, біополімери (полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти, каучук, гутаперча).

2. Хімічні:

-Штучні – отримані з природних шляхом хімічних перетворень (целулоїд, ацетатное, медноамиачное, віскозне волокна).

1. Синтетичні – отримані з мономерів (синтетичні каучуки, волокна /капрон, лавсан/, пластмаси).

За складом:

1. Органічні.

2. Элементоорганические – діляться на три групи: основна ланцюг неорганічна, а відгалуження органічні; основна ланцюг містить вуглець та інші елементи, а відгалуження органічні; основна ланцюг органічна, а відгалуження неорганічні.

3. Неорганічні – мають головні неорганічні ланцюга і не містять органічних бічних відгалужень (елементи верхніх рядів III – VI груп).

структурі макромолекули:

1. Лінійні (високоеластичні).

2. Розгалужені.

3. Сітчасті (низкоэластичные).

За хімічним складом:

1. Гомополімери (містять однакові мономерні ланки).

2. Гетерополімерів або сополімери (містять різні мономерні ланки)

За складом головного ланцюга:

1. Гомоцепні (в головну ланцюг входять атоми одного елемента).

2. Гетероцепні (в головну ланцюг входять різні атоми)

За просторовою будовою:

1. Стереорегулярные – макромолекули побудовані з ланок однакової або різної просторової конфігурації, що чергуються в ланцюзі з певною періодичністю.

2. Нестереорегулярные (атактіческіе) – з довільним чергуванням ланок різної просторової конфігурації.

По фізичним властивостями:

1. Кристалічні (мають довгі стереорегулярные макромолекули)

2. Аморфні

За способом отримання:

1. Полимеризационные.

2. Поліконденсаційні.

За властивостями і застосування:

1. Пластмаси.

2. Еластомери.

3. Волокна.

Загальні властивості полімерів (характерні для більшості ВМС).

1. ВМС не мають певної температури плавлення, плавляться в широкому діапазоні температур, деякі розкладаються нижче температури плавлення.

2. Не піддаються перегонці, т. к. розкладаються при нагріванні.

3. Не розчиняються у воді або розчиняються важко.

4. Володіють високою міцністю.

5. Інертні в хімічних середовищах, стійкі до впливу навколишнього середовища.

Отримання полімерів.

До утворення ВМС наводять три процесу:

1) Реакція полімеризації – процес, в результаті якого молекули низькомолекулярного з’єднання (мономери) з’єднуються один з одним за допомогою ковалентних зв’язків, утворюючи полімер. Ця реакція характерна для сполук з кратними зв’язками.

2) Реакція поліконденсації – процес утворення полімеру з низькомолекулярних сполук, що містять 2 або кілька функціональних груп, що супроводжується виділенням за рахунок цих груп, таких речовин, як вода, аміак, галогеноводород і т. п. (Капрон, нейлон, фенолформальдегідні смоли).

3) Реакція кополімеризації – процес утворення полімерів з двох або кількох різних мономерів. (Отримання бутадієнстирольного каучуку).

Тепер розглянемо полімери, поєднуючи дві ознаки: за походженням – природні і хімічні, і по властивостях і застосування – білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти, пластмаси, еластомери, волокна.

Природні полімери. Властивості, застосування, добування.

Природні полімери – це ВМС рослинного або тваринного походження. Сюди відносять:

1. Білки.

2. Полісахариди.

3. Еластомери (натуральний каучук).

4. Нуклеїнові кислоти.

5. Волокна.

Тепер більш докладно розглянемо кожен пункт.

Білки.

Білки – це природні органічні, азотовмісні ВМС (біополімери), структурну основу яких становлять поліпептидні ланцюги, побудовані із залишків амінокислот. Вони бувають 2 видів:

Протеїни (прості білки) – складаються тільки з амінокислот, і протеиды (складні білки) – у складі не лише амінокислоти, але інші групи атомів.

Будову білкових структур.

Розрізняють 4 рівні структурної організації білкових молекул.

1. Первинна структура білка – це число і послідовність амінокислотних залишків у поліпептидного ланцюга. Встановлена у 1954р.

2. Вторинна структура білка – це спіраль, яка утворюється в результаті згортання поліпептидного ланцюга за рахунок водневих зв’язків між групами: Була встановлена в 1951р.

3. Третинна структура білка – просторова конфігурація спіралі. У більшості білків поліпептидні ланцюги згорнуті особливим чином в «клубок» — компактну «глобулу»:

4. Четвертинна структура білка (асоціату) – спосіб спільної укладання декількох поліпептидних ланцюгів:

Властивості білків.

Властивості білків різноманітні. Одні розчиняються у воді, утворюючи колоїдні розчини, інші в розчинах солей, треті нерозчинні. Білки набувають реакції окислення-відновлення, етерифікації, алкілування, нитрирования; вони амфотерны. Білки також здатні до оборотного зміни своєї структури.

Функції та застосування.

Пластична функція – білки служать будівельним матеріалом клітини.

Транспортна функція – переносять різні речовини.

Захисна функція – знешкоджують чужорідні речовини.

Енергетична функція – забезпечують організм енергією.

Каталітична функція – прискорюють протікання хімічних реакцій в організмі.

Скорочувальна функція – виконують всі види рухів організму.

Регуляторна функція – регулюють обмінні процеси в організмах.

Сигнальна (рецепторна) – виконують зв’язок з навколишнім середовищем.

Білки – необхідна складова частина їжі людини, нестача якого може призвести до серйозних захворювань. Так само білки застосовують практично в усіх сферах діяльності людини: медицина, харчова промисловість, хімічна промисловість і багато іншого.

Полісахариди.

Полісахариди – високомолекулярні несахароподобные вуглеводи, що містять від 10 до 100 тисяч залишків моносахаридів, пов’язаних глікозидними зв’язками. Крохмаль і целюлоза – найважливіші природні представники. Загальна емпірична формула (З Н )n. Мономер – глюкоза.

Крохмаль, його властивості, застосування і отримання.

Аморфний порошок білого кольору, без смаку й запаху, погано розчиняється у воді, в гарячій воді набухає, утворюючи колоїдний розчин. Крохмаль складається з 2 фракцій-амілози (20-30%) і амілопектину (70-80%).

Крохмаль утворюється в результаті фотосинтезу і відкладається «про запас» в бульбах, кореневищах, зернах. Його отримують шляхом їх переробки.

Крохмаль піддається гідролізу, у результаті якого виділяється глюкоза. У техніці його кип’ятять кілька годин з розбавленою сірчаною кислотою, потім до нього додають крейду, відфільтровують і упарюють. Виходить густа солодка маса – крохмальна патока, яку використовують для кондитерських і технічних цілей. Для отримання чистої глюкози розчин кип’ятять довше, згущують і кристалізують глюкозу.

При нагріванні сухого крохмалю виходить суміш, звана декстрином, яка застосовується в легкій промисловості і для приготування клею. Також крохмаль – сировина для виробництва етилового, н-бутилового спиртів, ацетону, лимонної кислоти, гліцерину. Він використовується і в медицині. Біологічна роль крохмалю велика. Він головне поживне запасне речовина рослин.

Целюлоза, або клітковина, її властивості, застосування, добування.

Целюлоза, або клітковина – волокниста речовина, головна складова частина рослинної клітини, синтезується в рослинах. Чиста целюлоза – біла волокниста речовина без смаку і запаху, нерозчинна у воді, діетиловому ефірі і етиловому спирті. Не розщеплюється під дією розбавлених кислот, стійка до дії лугів і слабких окисників. При обробці на холоді концентрованою сірчаною кислотою розчиняється, утворюючи в’язкий розчин. Піддається гідролізу під дією ферментів, кінцевим продуктом якого є глюкоза. Утворює складні ефіри, горить.

Отримання: Найбільш поширений промисловий спосіб виділення целюлози з деревини полягає в обробці подрібненої деревини при підвищеній температурі і тиску розчином гідросульфату кальцію. Деревина руйнується, лігнін переходить в розчин, а целюлоза залишається незмінною. Її відокремлюють від розчину, промивають, сушать і відправляють на подальшу переробку.

Застосування: Будучи складовою частиною деревини, целюлоза використовується в будівельній і столярній справі і як паливо. З деревини отримують папір і картон, етиловий спирт. У вигляді волокнистих матеріалів (бавовни, льону, джуту) целюлоза використовується для приготування тканин, ниток. Ефіри целюлози йдуть на виготовлення нітролаків, кіноплівок, бездимного пороху, пластмас, штучних волокон, медичних колодій.

Еластомери.

Еластомери – природні або синтетичні ВМС з високоеластичними властивостями. Найважливішими представниками природних еластомерів є каучук і гутаперча. Макромолекули еластомерів – скручені в клубки ланцюга, які можуть витягатися під дією зовнішньої сили, а після її зняття знову скручуються.

Натуральний каучук і гутаперча.

Натуральний каучук являє собою високомолекулярний непредельный вуглеводень, молекули якого містять велику кількість подвійних зв’язків; його складу може бути виражений формулою (З Н )n де n від 1000 до 3000). Він є полімером ізопрену.

Природний каучук міститься в молочному соку каучуконосних рослин, головним чином, тропічних (браз. дерево гевея). Його отримують з їх соку.

Інший природний продукт – гутаперча. Вона також є полімером ізопрену, але з іншою конфігурацією молекул.

Найважливішими фізичними властивостями каучуків є:

-Еластичність – здатність відновлювати форму.

-Непроникність для води і газів.

Сирий каучук липок, неміцний, при невеликому зниженні температури стає крихким. Щоб надати виготовленим з каучуку виробам необхідної міцності і еластичності, каучук піддають вулканізації – вводять сірку і нагрівають. Вулканізований каучук – це гума.

На жаль, у нас немає можливості проводити природний каучук.

Нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти – природні ВМС (біополімери), макромолекули яких складаються з мононуклеотидов. Головним чином нуклеїнові кислоти – полінуклеотиди. Вони були виявлені в 1868 р. швейцарським хіміком Ф. Мишером у клітинному ядрі.

Схема утворення полинуклеотида:

Нуклеїнові кислоти бувають 2 типів:

1. Дезоксирибонуклеїнові кислоти зберігають і передають генетичну інформацію.

2. Рибонуклеїнових кислоти – копіюють генетичну інформацію, переносять її до місця синтезу білка, беруть участь у самому синтезі білка.

Волокна.

Волокна – ВМС природного синтетичного походження, переробляються в нитки. Характеризуються високою упорядочностью молекул (лінійні полімери).

Природні волокна бувають 2 типів:

1. тваринного походження – білкові. Їх отримують з тварин (шерсть, шовк).

2. рослинного походження – целюлозні. Їх виробляють з рослинності (бавовна, льон, джут).

Застосовують в легкій промисловості для одягу та інших речей. Також для виготовлення мотузок, канатів та ін

Хімічні ВМС, властивості, застосування, добування.

Хімічні полімери – це ВМС, які отримують або шляхом переробки природних ВМС (штучні), або шляхом синтезу низькомолекулярних речовин (синтетичні).

Хімічні ВМС ділять на:

1. пластмаси.

2. еластомери.

3. волокна.

Пластмаси.

Пластичним масами, називають матеріали на основі природних і синтетичних ВМС (часто до складу пластмас входять і інші компоненти), здатні під впливом високої температури і тиску приймати будь-яку задану форму і зберігати її після охолодження (пластичність). Якщо полімер переходить з високоеластичного стан в склоподібне при температурі нижче кімнатної, його відносять до еластомерам, при більш високих – до хірургів.

Пластмаси поділяються на два типи: термопластичні і термореактивні.

Термопластичні – пластмаси, які оборотно твердіють і розм’якшуються.

Властивості:

1. Їх структура – лінійна.

2. У них відсутні міцні зв’язки між окремими ланцюгами.

3. Легко плавляться, використовуються для переплавлення.

Термореактивні – пластмаси, які при нагріванні втрачають здатність переходити у в’язкотекучий стан через утворення сітчастої структури.

Властивості:

1. Сітчаста структура.

2. Існують міцні зв’язки між окремими ланцюгами.

3. Насилу плавляться, не піддаються переплавки.

Докладніше розглянемо види пластмас.

Полимеризационные смоли.

Полимеризационные смоли – це полімери, отримані реакцією полімеризації переважно етиленових вуглеводнів або їх похідних.

Представники полімеризаційних смол.

1. Поліетилен – полімер, що утворюється при полімеризації етилену. При стисненні його до 150-250 мПа і при температурі 150-250 градусів виходить поліетилен високого тиску. При каталізаторах (З Н ) Аl і TiCL (триэтилалюминий і хлорид титану IV) – поліетилен низького тиску. При 10мПа і оксиди хрому – поліетилен середнього тиску.

Поліетилен – безбарвний, напівпрозорий в тонких і білий в товстих шарах, воскоподібний, але твердий матеріал з температурою плавлення 110-125. Володіє високою хімічною стійкістю і водонепроникністю, малої газопроникність. Властивості поліетилену залежать від способу отримання. Поліетилен високого тиску володіє меншою густиною, че5м поліетилен низького тиску. Для харчових продуктів використовують тільки поліетилен високого тиску.

Поліетилен застосовують в якості електроізоляційного матеріалу, виготовлення плівок в якості пакувального матеріалу, виготовлення легкої небитким посуду, шлангів і трубопроводів для хімічної промисловості.

2. Поліпропілен – полімер пропілену:

Одержують полімеризацією в присутності каталізатора. У залежності від умов полімеризації поліпропілен відрізняється за своїми властивостями. Це каучукоподібну, більш менш тверда і пружна, водонепроникна. Використовують поліпропілен для електроізоляції, виготовлення захисних плівок, труб, шлангів, шестерень, деталей приладів, високоміцного та хімічно стійкого волокна (канатів, рибальських сіток). Їжу в упаковці з поліпропілену можна стерилізувати і навіть варити.

3. Полістирол – утворюється при полімеризації стиролу:

Він може бути отриманий у вигляді прозрачн6ой скляної маси. Застосовується як органічне скло, для виготовлення промислових товарів (ґудзиків), електроізолюючим матеріал.

4. Полівінілхлорид (поліхлорвініл) – виходить при полімеризації вінілхлориду:

Це еластична маса, стійка до дії кислот, лугів, води. Широко використовується для футеровки труб і судин у хімічній промисловості, електроізолятор, для виготовлення штучної шкіри, лінолеуму, не промокающих плащів. Його отримують хлоруванням перхлорвінілової смоли, з якої отримують хімічно стійке волокно хлорин.

5. Політетрафторетилен – полімер тетрафторетилену:

Він випускається у вигляді пластмаси, званої тефлоном. Стійкий до лугів і концентрованих кислот, перевершує в цьому золото і платину. Негорючий, володіє високими діелектричними властивостями. Застосовується в хімічному машинобудуванні, електротехніці.

6. Поліакрилату і полиакрилонитрил. Найважливішими представниками є метилакрилат і поліметилметакрилат – тверді, прозорі, стійкі до нагрівання і світла, пропускають ультрафіолет. З них виготовляю листи органічного скла. З поліакрилонітрилу отримують нітрон синтетичне волокно, яке йде на виробництво трикотажу і тканин.

Конденсаційні смоли.

Конденсаційні смоли – до них відносяться полімери, одержувані реакцій поліконденсації.

Представники поліконденсаційних смол.

1. Фенолоформальдегидные смоли – ВМС, що утворюються в результаті взаємодії фенолу (З Н) з формальдегідом (СН =О) в присутності каталізаторів. Ці смоли володіють чудовими властивостями: при нагріванні вони спочатку розм’якшуються, а при подальшому нагріванні (з каталізатором) тверднуть. З них готують пластмаси – фенопластові: смоли змішують з різними наповнювачами (древ. борошном, азбестом та ін), барвниками, пластифікаторами і з отриманої маси виготовляють методом гарячого пресування різні вироби. Також їх застосовують в будівельному і ливарному справах.

2. Поліефірні смоли. Приклад – продукт конденсування двохосновної кислоти з таким же спиртом – поліетилентерефталат – полімер, в молекулах якого багаторазово повторюється угруповання складного ефіру. Цю смолу випускають під назвою ЛАВСАН. З неї готують волокно, що нагадує шерсть, але міцніше її і тканина не мнеться. Лавсан володіє високою термо -, волого-і світлостійкість. Стійкий до дії лугів, кислот і окислювачів.

3. Поліамідні смоли – синтетичні аналоги білків (амідні зв’язки). З них отримують волокна – КАПРОНУ, ЭНАНТ, АНІД. Вони за деякими властивостями перевершують натуральний шовк. Детальніше в розділі волокна.

Еластомери.

Про еластомери ми говорили вище. Розглядали їх на прикладі натурального каучуку і гутаперчі. Тепер розглянемо синтетичні еластомери. Оскільки в нашій країні немає можливості отримувати природний каучук, наші хіміки перші вивели і здійснили спосіб отримання синтетичного каучуку (1928-1930). За Лебедєву вихідним матеріалом служив бутадієн, який отримували з етилового спирту. Тепер розроблено отримання його з бурану, попутного нафтового газу. Нині хімічна промисловість виробляє багато різних видів синтетичних каучуків, переважаючих за деякими властивостями натуральний. Крім полибутадиенового каучуку (СКБ) широко застосовуються сополімерні каучуки – продукти спільної полімеризації бутадієну з іншими неграничними сполуками, наприклад з стиролом (СКС) або з акрилонітрилом (СКН).

Також виробляють синтетичний полиизопреновый каучук (СКІ) – близький за властивостями до натурального.

Синтетичний каучук, як і натуральний, вулканизирую, отримуючи з нього гуму, ебоніт.

У техніці з каучуків виготовляють шини для транспорту, застосовують як електроізолюючим матеріал, виробництва промислових товарів і медичних приладів, легкої, будівельної та ін. областях.

Волокна.

Волокна ми також розглядали, але природні. А тепер будемо розглядати хімічні. Існують 2 види хімічних волокон:

1. штучні – продукти переробки природних полімерів (віскозне, ацетатное, медноаммиачное).

2. синтетичні полімери, що утворюються з низькомолекулярних речовин (поліефіри, поліаміди).

Штучні волокна.

Виробництво штучного волокна з целюлози здійснюється 3 способами: віскозним, ацетатным і медноаммиачным.

1. Віскозне. Целюлозу обробляють їдким натром, а потім сірковуглецем. Утворюється помаранчеву масу (ксантогенат) розчиняють в слабкому розчині їдкого натру, отримуючи віскозу. Її продавлюють через спеціальні ковпачки – фільєри в осадительную ванну з розчином сірчаної кислоти. Утворюються блискучі нитки, дещо зміненій за складом целюлози віскозне волокно.

2. Ацетатное. Розчин ацетату целюлози в ацетоні продавлюється через фільєри назустріч теплому повітрю. Цівки розчину перетворюються на найтонші нитки – ацетатное волокно.

3. Медноаммиачное. Його спосіб менш поширений. З аміачного розчину оксиду міді, в якому розчинена целюлоза, під дією кислот знову виділяють целюлозу. Нитки і складають волокно.

Синтетичні волокна.

Синтетичні волокна отримують з поліефірних і поліамідних смол. Поліефірні смоли ми розглядали в пластмасах (лавсан). Тепер розглянемо поліамідні смоли і волокна, які з них виходять.

Капрон – поликонденсат амінокапронової кислоти, що містить ланцюг з 6 атомів вуглецю.

Энант – поликонденсат аминоэтановой кислоти (7 атомів вуглецю).

Анід (найлон) – поликонденсат двохосновної адипінової кислоти і гексаметилдиоамна. Структурний ланка:

Список використаної літератури.

1. Загальна хімія: Навчальний посібник для вузів. – 23-е видання, виправлене / Під редакцією Ст. А. Рабиновича. – Л. Хімія, 704 стор

2. Хімія. Посібник – репетитор для вступників у вузи // 7-е видання. – Ростов на Дону: видавництво «Фенікс», 2003. – 768 стор

3. Органічна хімія. / Під ред. Н. Е. Кузьменко. – М. ТОВ «Видавничий дім «ОНІКС 21 століття»: ТОВ «Видавництво «Світ та Освіта», 2002 – 640 стор

4. Загальна хімія. Підручник для технікумів. І. Р. Хомченко. – М. ТОВ «Видавництво Нова Хвиля». -2003 р. — 464 стор

Короткий опис статті: термореактивні пластмаси >Книга: Полімери, їх отримання, властивості і застосування (Біологія) читати онлайн або завантажити безкоштовно. >Полімери, їх отримання, властивості та застосування, Книга, Біологія, скачати

Джерело: Книга — Полімери, їх отримання, властивості та застосування — Біологія

Також ви можете прочитати