Роль синтетических полимеров в современной технике

• Профили и направляющие

• Направляющие скольжения
  цепей и ремней из INKULEN PE
• Направляющие скольжения
  из ZX-100K

Изготовление деталей из полимеров по чертежамХомутовые и кольцевые теплоэлектронагревателиФутеровка

Мы живем в пластиковой эпохе, значение полимеров чрезвычайно велико в нашей жизни. В современно мире его эксплуатация обширна — от обыденных полиэтиленовых пакетов до применения его в аэрокосмической индустрии. Считаются наиболее востребованными такие полимеры, как: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, АБС пластики и прочее.

Промышленное производство полимеров проходило следующими способами: методом переработки естественной полимерной органики в искусственные вещества и методом добычи синтетических полимеров из молекулярных более низких органических веществ.

Что такое синтетические полимеры?

Человечество издавна использует натуральные полимерные материалы в своем быту; меха, кожу, шелк, шерсть, известь, хлопок, цемент, и глину. Но изготовление цепных полимеров в широких масштабах началось только 20 веке. В 1906 году, ученый Лео Бакеланд открыл смолу, которая ныне носит название “бакелит” — результативный продукт при сгущении фенола и формальдегидного вещества, которое при увеличении температуры переходило в трехмерное состояние. Еще очень долгого, впоследствии, он выпускался для корпусных обшивок телевизоров, электроприборов, розеток и аккумуляторных коробок, а в современном мире его стали использовать как адгезирующее связующее вещество.

Полимеры – это вещества, с неорганической и органической основой, с аморфным и кристаллическим строением, в состав которых входят соединенные мономерные макромолекулярные звенья.

Синтетический полимер — это искусственный полимерный материал, являющийся альтернативой природному сырью. Его получают лабораторным путем двумя методами: полимеризационным и поликонденсационным.

Производство синтетики

Человечество использует разные методы выработки искусственных полимеров:

1. своеобразное вытягивание их из органических низкомолекулярных соединений;
2. переработка естественной органики в неестественные материалы.

В качестве изначального продукта для образования синтетических цепей берут различные материалы, являющиеся конечными результатами от переработки газовых элементов, нефтепродуктов и каменного угля (фенолы, ацетилены, бензолы и этилены). Результат в целом зависит от внешности исходных веществ. По их обозначению дается и название полимеру.

Синтетические полимеры образуются методом синтезирующей реакции. Волокна вырабатывают из расплава, а также из раствора по сухому или мокрому методу.

Применение синтетических волокон набирает крупные обороты в отличие от выпуска искусственных волокон. Объясняется это доступностью первичного сырья и обширностью их свойств и полезных качеств. Это позволяет получать продукты с различными свойствами, в то время как возможности модифицировать свойства искусственных волокон крайне малы и даже иногда отсутствуют.

Переработка полимеров

Важным и очень значимым является вопрос экологичности таких изделий. Срок разложения предметов из пластика составляет более ста лет. Именно поэтому так важна переработка полимеров. Производство изделий из вторичного сырья – один из основных и действенных вариантов решения данной проблемы.

Применение синтетических полимеров

Синтетические полимерные материалы используются человечеством в различных областях, из них изготавливают самые разные предметы, оборудования и приспособления.

Одним из первых материалов, изготовление которого было перенесено на промышленные масштабы, является целлулоид. Он использовался при производстве различных видов материалов. Одним из основных толчков в развитии фабрикации синтетических полимерных материалов стало появление автомобильной промышленности.

Раньше при изготовлении машин использовали только натуральные материалы, что сильно осложняло процесс производства. В настоящее время синтетические полимерные материалы используются не только для внутренней облицовки салона автомобиля, но и для выпуска огромного спектра деталей.

Также их активно применяют в радиоэлектронике и строительстве, поэтому многие предприятия и фирмы вкладывают немалые денежные средства в разработку новых технологий и рецептур для создания полимерных материалов.

Их очень часто используют при фабрикации разных радиодеталей и бытовой техники, это неимоверно помогло при создании различных видов приборов, без которых сложно представить жизнь современного общества.

Строительные материалы из полимера обладают многими исключительными свойствами, например, имеют большую прочность при малом весе, высокую пропускаемость светового излучения, низкую теплопроводность и повышенную огнестойкость.

Все виды полимеров, использующиеся в быту, проходят специальные исследования и тесты для того, чтобы максимально снизить отрицательное влияние на организм человека.

Классификация пластмасс

Органические и неорганические.

Органические высокомолекулярные соединения являются основой в жизни растений (полисахариды, белки, пектиновые вещества, крахмал). Торф, бурый уголь, каменные угли – продукты геологического перевоплощения растительных тканей, целлюлозы и лигнина.

Неорганические ВМС играют большую роль в минеральном мире. Основная часть земной коры состоит из окислов кремния, алюминия и других многовалентных элементов, соединенных в макромолекулы.

По происхождению высокомолекулярные соединения делятся на:

1. природные, или биополимеры;
2. синтетические и искусственные.

По отношению к нагреванию (термопластичность).

Термопластичность – свойство тел менять изначальную форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения.

Реактопласты – пластмассы, обладающие высокой термоактивностью, перерабатывающиеся при протекании необратимой химической реакции, которая служит причиной образования нерастворимого вещества (процесс носит название “отверждение”). Самые известные и используемые реактопласты делают на основе: полиэфирных, феноло-формальдегидных и эпоксидных смол.

Термопласты – пластмассы, которые после изготовления предмета сохраняют способность к повторной переработке. Самые популярные термопласты изготавливают на основе поливинилхлорида, полиэтилена и полистирола.

Из-за исключительных физических и химических свойств термопластичных синтетических полимеров, а также экономичности этого материала, его чаще других используют в различных сферах деятельности.

Компания OOO предлагает высококачественные изделия из термопластичных полимеров. Материалы изготавливаются под заказ, даже по чертежам заказчика. Доставляются в виде: прутков, листов, труб.

Преимущества инженерных полимеров от “ Пластмасс Групп ”:

• низкий коэффициент трения;
• длительный срок службы;
• экономичность;
• минимизация рабочих шумов, благодаря поглотительной способности изделий;
• отсутствие потребности в смазке и постоянном техническом обслуживании;
• высокая стойкость к большим нагрузкам;
• экологичность;
• простота обработки и установки;
• высокое качество материала;
• устойчивость к коррозионным средам.

Полимерный синтетический рынок очень велик, и на нем многочисленные производители соревнуются между собой, чтобы донести до потребителя качественный и доступный материал. Приходите или приезжайте в компанию “Торговый Дом Пластмасс Групп”, там с радостью помогут вам выбрать нужный материал или изделие.

Решебник по химии за 11 класс (О.С. Габриелян, 2007 год),
задача №8
к главе «§7 Полимеры».

Полимерами называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых построены из множества периодически повторяющихся элементарных звеньев. Для полимеров характерны чрезвычайно большие значения молекулярной массы – от десятков

тысяч до нескольких миллионов. Полимеры, главные цепи которых состоят из атомов одного элемента, называют гомоцепными, а из разных – гетероцепными. Если полимерная молекула состоит из одинаковых элементарных звеньев, как, например, в полиэтилене или полистироле, то говорят о гомополимерах. Если же в одной макромолекуле есть разные звенья, то это сополимер. Обычно сополимеры образуются при совместной полимеризации двух или нескольких мономеров.

Возможен такой случай: к некоторым звеньям основной цепи (не концевым) присоединяют одну или несколько цепей другого строения. В этом случае говорят о привитых сополимерах. Если же в молекуле сополимера разные по составу участки пространственно разделены и образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, то мы имеем дело с блок-сополимером.

Кроме того, полимеры подразделяют на органические, элементоорганические и неорганические. У первых в состав основной цепи входят атомы углерода, кислорода, а иногда азота и серы. В главную молекулярную цепь вторых, наряду с углеродом, входят и элементы неорганического мира- кремний, магний и др.

Неорганические полимеры, как правило, не содержат углерод. Примерами могут служить пластическая сера (гомоцепной неорганический полимер) и полифосфонитрилхлорид (гетероцепной неорганический полимер)

Кроме синтетических полимеров существует много природных: целлюлоза, крахмал, лигнин и белки. Такой белок, как коллаген – типичный полимер, точнее даже сополимер: чередование в его макромолекуле аминокислотных остатков глицина, пролина и оксипролина строго регулярно. К природным полимерам относятся также натуральный каучук.

Синтетических полимеров известно намного больше, чем природных. Однако самым массовым полимером, используемым в производстве и в быту, остаётся природный полимер целлюлоза. Её свойствами и особенностями строения макромолекул в значительной степени объясняются свойства бумаги и хлопчатобумажных тканей. Целлюлоза может превращаться в искусственные волокна и бездымный порох под действием различных химических агентов.

Полимеры, у которых температура перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое ниже комнатной, называются эластомерами, а те, у которых эта температура выше – пластиками. Свойства полимеров зависят от строения макромолекулярных цепей, вида химической связи между цепям и элементарными звеньями, молекулярной массы, состава.

Полимеры (греч. πολύ- — много; μέρος — часть) — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерными звеньями», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

Содержание

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

Введение

Цепочки молекул полипропилена.

Полимеры (греч. πολύ- — много; μέρος — часть) — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерными звеньями», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются.[1] Как правило, полимеры — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.[2]

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;

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.

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.

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 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.

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;