Классификация полимеров по происхождению

Содержание
  1. Полимеры, волокна, каучуки
  2. Классификация по структуре
  3. Классификация по происхождению
  4. Классификация по химическому характеру
  5. Классификация по способу получения
  6. Свойства полимеров
  7. Полимеризация
  8. Поликонденсация
  9. Классификация полимерных материалов по химическому составу
  10. Определение вида пластмассы
  11. Химический состав полимеров
  12. Органические полимеры
  13. Неорганические полимеры
  14. Элементорганические полимеры
  15. Экологическое направление синтеза полимеров
  16. Классификация полимеров | Химия онлайн
  17. 1. По составу основной цепи
  18. 2. По строению главной цепи
  19. 3. По регулярности строения цепи
  20. 4. По форме макромолекулы
  21. 5. По химическому составу
  22. 6. По отношению к нагреванию
  23. 7. По развитию деформации (при комнатных температурах)
  24. 8. По природе(происхождению)
  25. 9. По полярности
  26. Классифицирование полимеров | Обучонок
  27. По химическому составу
  28. В зависимости от молекулярной массы (ММ)
  29. По форме макромолекулы
  30. По составу мономеров
  31. По отношению к нагреванию
  32. По пространственному строению
  33. 4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки
  34. Реакции полимеризации
  35. Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные мономеры
  36. Реакции поликонденсации
  37. Пластмассы
  38. Каучуки
  39. Волокна
  40. Классификация волокон по их происхождению

Полимеры, волокна, каучуки

Классификация полимеров по происхождению

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами  (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть). 

Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:   

…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-…или   (-CH2CH2-)n

 Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный).   Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например, пропилен (пропен) СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.  

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено:  (–CH2–CH2–)n.

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

ЛинейныеРазветвленныеПространственные
Состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру.Целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капронМакромолекулы разветвленных имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основнойКрахмал Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуруРезина, фенолформальдегидные смолы

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Природные волокнаСинтетические волокнаИскусственные
Непосредственно существуют в природе
  •  хлопок
  •  шерсть
  •  натуральный шелк
Получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации Получают модификацией натуральных полимеров
  • ацетатное волокно
  • целлулоид
  • вискоза

Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.).

Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе.

Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука).

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимерыПолиамидные полимерыЭлементоорганические
Содержат группу -СОО-Лавсан (полиэтилентерефталат)Содержат группу -СО-NH2—Найлон, капронСодержат атомы других хим. элементов (кремний и др.).Кремнийорганические полимеры

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH2-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

ПолимеризацияПоликонденсация
Это присоединение одних молекул к другим за счет разрыва кратных связей. Побочные продукты, как правило, не образуются.Полиэтилен, полипропилен и др.Образование полимера происходит за счет реакции замещения. При этом образуется низкомолекулярный побочный продукт.Фенолформальдегидная смола, капрон
Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Например, образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).

Например, образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.

ТермореактивныеТермопластичныеЭластомеры
Неплавкие и неэластичные материалы.Фенолформальдегидныесмолы, полиуретанМеняют форму при нагревании и сохраняют её.Полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид Эластичные вещества при разных температурах.Натуральный каучук, полихлоропрен


Термореактивные полимеры
— пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Например, фенолформальдегидные смолы, полиуретан.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Например, полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Например, натуральный каучук.

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу. 

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено:  (–CH2CH2–)n

Характерные признаки полимеризации.
  1. В основе полимеризации лежит реакция присоединения.
  2. Полимеризация – цепная реакция, включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи.
  3. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например, схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Изображение с портала orgchem.ru

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

ПолимерМономерХарактеристики полимераПрименение полимера
Полиэтилен(–СН2–СН2–)nЭтиленСН2=СН2Синтетический, линейный, термопластичный, химически стойкийУпаковка, тара
ПолипропиленПропиленСН2=СН–СН3Синтетический, линейный, термопластичный, химически стойкийТрубы, упаковка, ткань (нетканый материал)
ПоливинилхлоридВинилхлоридСН2=СН–СlСинтетический линейный полимер, термопластичныйНатяжные потолки, окна, пленка, трубы, полы, изолента  и т.д
ПолистиролСтиролСинтетический линейный полимер, термопластичныйУпаковка, посуда, потолочные панели
ПолиметилметакрилатМетиловый эфир метакриловой кислотыСинтетический линейный полимер, термопластичныйОчки, корпуса фар и светильников, душевые кабины, мебель и т.д
Тефлон (политетрафторэтилен)ТетрафторэтиленСинтетический линейный полимер.Термопластичный (t = 260-3200C)Обладает очень высокой химической стойкостьюПосуда, пластины утюгов, ленты и скотч, упаковка, изоляция
Искусственный каучукМономер: бутадиен-1,3 (дивинил)Синтетический, линейный,  эластомер, содержит двойные связиРезина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Натуральный каучукМономер: 2-метилбутадиен-1,3Природный, линейный, эластомер, содержит двойные связиРезина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Хлоропреновый каучукМономер: 2-хлорбутадиен-1,3Синтетический, линейный, эластомер, содержит двойные связиРезина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Бутадиен-стирольный каучукМономеры: бутадиен-1,3 и стиролСинтетический, эластомерРезина, изоляция, различные материалы, ракетное топливо
Полиакрилонитрил АкрилонитрилСинтетический, линейныйВолокна, пластмассы

Поликонденсация

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, обычно это вода.
Характерные признаки поликонденсации.
  1. В основе поликонденсации лежит реакция замещения.
  2. Поликонденсация – процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул происходит в результате последовательного взаимодействия мономеров, димеров или n-меров как между собой, так и друг с другом.
  3. Помимо высокомолекулярного соединения, в реакции поликонденсации образуется второе, низкомолекулярное вещество (обычно это вода).

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:

Полимер и мономерХарактеристики полимераПрименение полимера
КапронМономер: 6-аминокапроновая кислота (лактам)Синтетический, линейный, термопластичный, очень эластичныйПолиамидные волокна (нитки, ткани, парашюты, втулки и т.д.)
НайлонМономер: 1,6-диаминогексан и адипиновая кислота (1,6-гександиовая)Синтетический, полиамидный, линейный, термопластичныйИзготовление втулок, вкладышей, ниток, одежды, гитарных струн (полиамидное волокно)
Лавсан (полиэтилентерефталат)Мономер: Этиленгликоль, терефталевая кислотаСинтетический линейный полимер, термопластичный, полиэфирныйНатяжные потолки, окна, пленка, трубы, полы, изолента  и т.д
Фенолформальдегидная смолаМономеры: фенол и формальдегидСинтетический, пространственный (сетчатый) полимерПроизводство ДСП, лаков, клея (БФ-6 применяется в медицине), часто используется с наполнителями
КрахмалМономер: α-глюкозаПриродный, полиэфирный, разветвленныйПищевая, текстильная, бумажная промышленность, фармацевтика и др.
ЦеллюлозаМономер: β-глюкозаПриродный, полиэфирный, линейныйПроизводство бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, получение гидролизного спирта и др.
БелокМономер: Дезоксирибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основанияПриродный, полиэфирный, линейныйФункционирование живых организмов
РНКМономер:  Рибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основанияПриродный, полиэфирный, линейныйФункционирование живых организмов

Источник: https://chemege.ru/polimery/

Классификация полимерных материалов по химическому составу

Классификация полимеров по происхождению

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся звеньев. Целлюлозу, каучук, крахмал, белок относят к природным высокомолекулярным соединениям. Развитие органической химии позволило получать искусственные полимерные вещества синтезом.

Углеводородная молекула мономер с линейной, циклической или комбинированной структурой представляют звено в цепи. Синтез полимера происходит в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Заряженная частица, радикал, соединяется с подобными, образуя цепь. Она может быть линейной или с разветвлениями.

Развивается реакция полимеризации, молекула растет, и количество звеньев в ней измеряется тысячами.

Определение вида пластмассы

Химических соединений с двойными связями много, их необходимо классифицировать по основным признакам, разделить на группы. Для синтеза подходят вещества, легко образующие радикалы. Чем меньше затрачивается энергии, тем выгоднее производство полимера. Синтезу лучше поддаются линейные молекулы с двойной связью между углеродом, бензольные кольца.

В первичной молекуле могут быть галогены, кислотные остатки. Каждый мономер обладает собственными характеристиками. Синтезом получают вещества, превосходящие по отдельным свойствам традиционные материалы. Определить химическую основу полимера можно нагреванием образца в открытом пламени. Термопласты доводятся до текучего состояния, реактопласты остаются твердыми.

Определение состава пластмассы нагреванием:

  • Формальдегидные реактопласты сохраняют форму. Появляется сопутствующий запах аммиака, рыбы, фенола в зависимости от состава смолы.
  • Образец горит в пламени, но затухает. Так ведут себя хлорсоединения, выделяя резкие запахи жженой резины, хлора. Пахнет горелым молоком – казеин, уксусом – ацетилцеллюлоза.
  • Образец продолжает гореть после вынесения из пламени – производные целлюлозы, полиэтилен, полипропилен, полиамид.
  • Самовозгорание свойственно полистиролу, нитроцеллюлозе.

Химический состав полимеров

Синтез макромолекул с повторяющими звеньями возможен с участием органических и неорганических радикалов. Третью группу составляют комбинированные полимеры из углеводородов, с включением в структуру неорганического иона металла или галогена. В результате полимеризации получаются кремний-, боро- , хлор-, фосфороорганические полимеры.

Классификация полимерных материалов по химическому составу необходима. Распределение макромолекулярных структур по группам позволяет подобрать соединение, отвечающее условиям эксплуатации.
Длина цепочки повторяющихся звеньев определяется по молекулярной массе (ММ) вещества.

Классификация молекул по количеству радикалов в макромолекуле:

  • Мономеры – ММ соответствует весу простой молекулы, лежащей в основе синтеза.
  • Олигомеры – ММ до 540
  • Полимеры – цепочки линейные и с разветвлениями содержащие до 500000 звеньев (n).
  • Сверхвысокомолекулярные – сетчатые и сшитые макромолекулы, n=>500 000

Органические полимеры

Различают органические полимеры натурального происхождения – крахмал, целлюлоза, каучук. Модифицированные продукты, например, резина. Синтетические соединения, полученные методом полимеризации.

Структура органических полимеров может содержать кислород, серу, азот, но в основной молекуле обязательно присутствует не менее двух атомов углерода, с двойной связью. К группе относят смолы, каучуки и полимеры из газовых продуктов крекинга нефти, каменного угля и природного газа.

Макромолекулы на основе синтеза этилена, пропана, бутана, стирола принадлежат к самой большой группе композитных полимеров. Физико-химические свойства продуктов в группе зависят от длины и строения цепи, технологии получения полимера.

Неорганические полимеры

Определяющим свойством неорганических полимеров является химическая стойкость и возможность их применения в большом диапазоне температур.

Природные и синтетические углеродные полимеры представлены древесным и каменным углем, графитом, алмазами и искусственными углеродными волокнами, придающими материалу механическую стойкость и малое омическое сопротивление. Углеродное стекло – пластмасса повышенной твердости с зеркальной поверхностью.

Оксиды кремния, алюминия и других металлов являются главными компонентами земной коры, их строение – многомерные кристаллы. Макромолекулы с ионами S, Se, Te образуют только линейные цепи. Синтезированные полимеры используют в соответствии полученным свойствам.

Элементорганические полимеры

 Так называют пластмассы, представленные углеводородными звеньями и неорганическими фрагментами на основе ионов металлов, галогенов. Соединения образуются в результате реакции поликонденсации, полимеризации и совмещения обоих процессов. Структура мономера в цепи может выглядеть так:

  • [ -P(OR)2=N-]n – основная цепь –неорганические звенья, обрамленные углеводородными.
  • [-Si(R)2-CH2-]n – в радикале чередуются ионы углерода с другими элементами.
  • [-CH2-CH(SiR3)-]n –органическая цепь, основа, обрамленная неорганическими радикалами.

Наибольшее практическое значение имеют сложные двухкомпонентные соединения с включением фосфора, кремния и бора в макромолекулы. Синтезированные полимеры обладают специфическими свойствами.

Одни термостойкие, другие имеют высокую проводимость, применяются как полупроводники, третьи отличаются твердостью алмаза в сочетании с хорошей эластичностью.

Область применения ВМС соединения зависит от полученных химических характеристик продукта.

Экологическое направление синтеза полимеров

Искусственные материалы стареют, не все из них годятся для вторичной переработки. Современное решение экологической проблемы – создание новых полимеров, рассчитанных на самоуничтожение. Одним из таких материалов является искусственный хитин.

Разработаны бессточные методы производства, позволяющие исключить промывку конечного продукта водой. Для биоразложения композитных полимеров используется крахмал и перекисные компоненты. Добавки ускоряют окисление и распад макромолекул.

Источник: https://unitreid-group.com/poleznoe/klassifikatsiya-polimernykh-materialov-khim-sostav/

Классификация полимеров | Химия онлайн

Классификация полимеров по происхождению

Классифицируются полимеры по различным признакам: составу, форме макромолекул, полярности, отношению к нагреву и т.д.

1. По составу основной цепи

гомополимеры — полимеры, построенные из одинаковых мономеров:

– А–А–А–А–

(целлюлоза, состоящая из остатков β-D-глюкозы);

— сополимеры — полимеры, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев:

–А–А–Б–А–Б–

(нуклеиновая кислота, гиалуроновая кислота, белки);

— блок-сополимеры, состоящие из нескольких полимерных блоков:

Сополимеры получаются в результате реакций сополимеризации.

2. По строению главной цепи

гомоцепные

–СН2–СН2–СН2, –SiН2–SiН2

гетероцепные

–СН2–О–СН2–О–, –Si (СН3)2–О–

Гомоцепные полимеры имеют главную цепь, состоящую из одинаковых атомов. Если она состоит из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными (полиэтилен, полистироли др.).

Гетероцепными называют такие полимеры, главная цепь которых состоит из различных атомов. К гетероцепным полимерам относятся простые эфиры, например, полиэтиленгликоль.

3. По регулярности строения цепи

— регулярные(стереорегулярные и стереонерегулярные) (присоединение мономерных звеньев по схеме «голова к хвосту» («головой» называется часть звена без заместителя, а «хвостом», соответственно, часть звена с заместителем);

нерегулярные (беспорядочное чередование мономеров различного химического состава).

Однако в большинстве случаев присоединение звеньев идет по типу «голова к хвосту» и при таком строении полимерная цепь довольно регулярна.

4. По форме макромолекулы

линейные;

разветвленные;

—  пространственные (сшитые)

Линейные и разветвленные цепи полимеров можно превратить в пространственные структуры «сшиванием» с помощью света, радиации или под действием химических реагентов.

5. По химическому составу

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

Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений. Органические полимеры в главной цепи кроме атомов углерода, могут содержать также и другие элементы — кислород, азот, серу и т.д. Органическими полимерами являются смолы и каучуки.

Элементоорганические соединения в природе не встречаются. Этот класс материалов полностью создан искусственно.

Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами (СН3, С6Н5, СН2). Эти радикалы придают материалу, прочность и эластичность, а неорганические атомы сообщают повышенную теплостойкость. Представителями их являются кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры построены из атомов кремния, алюминия, германия, серы и др. и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические полимеры являются основой керамики, стекол, ситаллов, слюдяных, асбестовых, углеграфитовых и других материалов.

6. По отношению к нагреванию

термопластические;

термореактивные

При нагревании термопластических полимеров их свойства постепенно изменяются и при достижении определенной температуры они переходят в вязкотекучее состояние. При охлаждении жидких термопластических полимеров наблюдаются обратные явления. Химическая природа полимера при этом не изменяется, процесс плавления и процесс отвердевания обратим.

К термопластическим полимерам относятся полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид.

При нагревании термореактивных полимеров (реактопласты) они приобретают сетчатую структуру. Такие полимеры не восстанавливают свои свойства при нагревании и последующем охлаждении. Примером таких полимеров служат фенолформальдегидные смолы, мочевиноальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. Они содержат обычно различные наполнители.

7. По развитию деформации (при комнатных температурах)

пластомеры;

— эластомеры

Полимеры, которые легко деформируются при комнатной температуре, называют эластомерами, трудно деформируемые – пластомерами (пластиками).

8. По природе(происхождению)

— природные;

— искусственные;

— синтетические

Полимеры, встречающиеся в природе – органические вещества растительного (хлопок, шелк, натуральный каучук, целлюлоза и др.) и животного (кожа, шерсть и др.) происхождения, а также минеральные вещества (слюда, асбест, естественный графит, природный алмаз, кварц и др.).

Искусственные полимеры получают из природных полимеров путем их химической модификации. Одним из наиболее распространенных природных полимеров, который непрерывно регенерируется в процессе фотосинтеза, является целлюлоза.

Нитроцеллюлоза и ацетатцеллюлоза – продукты химической модификации целлюлозы – искусственные полимеры. Они растворимы в ацетоне, хлороформе и др. растворителях.

Эфиры целлюлозы используют для получения фотопленки и волокон.

Вискозная нить получается растворением природной целлюлозы в сероуглероде со щелочью с последующим ее выделением. Вискозная нить и целлюлоза природная имеют различную кристаллическую структуру, пластмасса целлулоид получается обработкой нитроцеллюлозы камфарой в присутствии спирта.

Синтетические полимеры получают из простых веществ путем химического синтеза.

Основным преимуществом синтетических полимеров перед природными являются неограниченные запасы исходного сырья и широкие возможности синтеза полимеров с заранее заданными свойствами.

Исходным сырьем для получения синтетических полимеров являются продукты химической переработки нефти, природного газа и каменного угля.

9. По полярности

полярные;

неполярные

Полярные содержат полярные группы -OH, -COOH, -CN, -Cl, -CONH2 — ПВС (поливиниловый спирт), ПВХ (поливинилхлорид).

Неполярные не содержат полярных групп атомов — ПЭ (полиэтилен), ПП (полипропилен) и др.

Высокомолекулярные соединения (ВМС)

Источник: https://himija-online.ru/organicheskaya-ximiya/vysokomolekulyarnye-soedineniya/klassifikaciya-polimerov.html

Классифицирование полимеров | Обучонок

Классификация полимеров по происхождению

Исследовательская работа: 

Проект “Полимеры”

  • Природные – биополимеры (белки, коллоидная сера, натуральный каучук, целлюлоза, крахмал).
  • Синтетические – полимеры получаемые путем полимеризации (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др.) или поликонденсацией (фенолформальдегидные смолы, капрон, найлон, лавсан и пр.).
  • Модифицированные – полученные в процессе модификации, в ходе которой исходный полимер подвергается физическим или химическим воздействиям и в результате превращается в новый полимер, имеющий иное химическое строение, а стало быть, иные свойства. Модификация, по сути, это превращение одних полимеров в другие. Еще в 1832 году французский химик А. Бракконо, действуя азотной кислотой на хлопок, получил нитроцеллюлозу.

По химическому составу

  • Органические (белки, каучуки, крахмал, клетчатка, инулин).
  • Неорганические, не содержащие органических звеньев ни в главной цепи, ни в ответвлениях макромолекулы (кварц, графит, силикаты, корунд, карбид бора).
  • Элементоорганические, макромолекулы которых состоят из углеводородных групп и неорганических звеньев. 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.

В зависимости от молекулярной массы (ММ)

  • Мономеры (с небольшой ММ) – исходные вещества из которых синтезируются полимеры. Например, из n-молекул этилена получают полиэтилен.
  • Олигомеры (с ММ менее 540) – молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически неограниченно. Верхний предел массы олигомера зависит от его химических свойств. Свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле и природы концевых групп; с момента, когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называют полимером. Так, этилен также является исходным соединением для получения олигомеров этилена, являющихся основой ряда синтетических смазочных масел.
  • Полимеры (высокомолекулярные, с ММ от пяти тысяч до пятисот тысяч) – молекулы построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров.
  • Сверхвысокомолекулярные полимеры с ММ более полумиллиона.

По форме макромолекулы

  • Линейные. В макромолекулах линейных полимеров структурные звенья последовательно соединены друг с другом в длинные цепи. Цепи изгибаются в различных направлениях или сворачиваются клубком. Именно эта особенность строения придает эластичность полимерам. Из природных полимеров линейное строение имеют целлюлоза, амилоза, каучук, а из синтетических – полиэтилен.
  • Разветвленные. Макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями. Такое строение имеют, например амилопектин.
  • Сетчатые (пространственные). Макромолекулы сетчатых полимеров представляют собой длинные цепи, связанные поперечными связями. Такая макромолекула имеет три измерения в пространстве. Высокомолекулярными соединениями с пространственной структурой являются: шерсть, резина.

По составу мономеров

  • Гомополимеры – полимеры, состоящие из одного вида звеньев (поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).
  • Сополимеры – полимеры, состоящие из звеньев разного строения.

В зависимости от расположения этих звеньев различают статистические и чередующиеся сополимеры, а также привитые сополимеры, блок-сополимеры и гребнеобразные.

Статистические сополимеры образованы цепочками, содержащими химические группы различной природы, получают путём полимеризации смеси нескольких исходных мономеров.

Чередующиеся сополимеры характеризуются цепочками, в которых чередуются радикалы разных мономеров.

Привитые сополимеры – это разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению.

Блок-сополимеры построены из достаточно протяженных цепочек (блоков) одного мономера, соединенных по концам с достаточно протяженными цепочками другого мономера. В блок-сополимерах, составленных из компонент с разными свойствами, возникают суперрешетки, построенные из выделившихся в отдельную фазу блоков различной химической природы.

Размеры блоков зависят от соотношения исходных мономеров. Так, хрупкому полистиролу добавляют устойчивость к растяжению до 40 % путем сополимеризации с 5−10 % полибутадиена, и получается ударопрочный полистирол, а при 19 % полистирола в полибутадиене материал демонстрирует каучукоподобное поведение.

Гребнеобразные сополимеры – это привитые сополимеры с очень длинными боковыми цепочками. Гребнеобразные сополимеры с длинными боковыми алкильными ответвлениями применяют в производстве органических стёкол, плёнок, лакокрасочных материалов, пропиточных составов для бумаги, ткани, древесины, кожи и др.

Склонность гребнеобразных полимеров к структурообразованию обусловливает использование их в качестве загустителей моторных масел и смазок. Одно из важных и перспективных свойств гребнеобразных полимеров, в боковых ответвлениях которых присутствуют мезогенные группы, – их способность формировать жидкокристаллическую фазу.

По отношению к нагреванию

1.

Термопласты (термопластичные пластмассы), при нагревании размягчаются и плавятся, а после охлаждения затвердевают, возвращаясь в исходное состояние без потери физических свойств (этими качествами обладают линейные и разветвленные полимеры). Эту способность они сохраняют неоднократно. Процесс изготовления изделий из термопластов является обратимым, что позволяет использовать отходы для повторной переработки.

Технология изготовления термопластов довольно проста: полимерные гранулы засыпают в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная масса попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение. Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

2. Реактопласты (термореактивные пластмассы), после нагревания частично и необратимо разрушаются и не восстанавливают исходных свойств (сетчатые пространственные полимеры). При нагревании они вначале плавятся, а затем переходят в твердое неплавкое состояние за счет изменения структуры. Процесс переработки реактопластов необратим – они не размягчаются вторично.

Изготовление реактопластов, в отличие от термопластов, происходит с помощью порошкового пресс-формования. Предварительно порошок, из которого изготавливается данный полимер, засыпается в пресс-форму, где происходит прессование при определенной температуре и давлении. Данный способ изготовления полимерных материалов позволяет получить необходимое вещество с заданными характеристиками.

По пространственному строению

1. Стереорегулярные (тактические) полимеры:

  • изотактический полимер – полимер, в котором заместители расположены в пространстве по одну сторону от основной полимерной цепи;
  • синдиотактический полимер – полимер, в котором заместители расположены по одну и другую сторону от основной полимерной цепи периодически.

Стереорегулярные полимеры способны кристаллизоваться, они обладают большей прочностью и теплостойкостью.

2. Нестереорегулярные (атактические) полимеры – полимеры, в которых заместители расположены беспорядочно (по одну и по другую сторону от основной полимерной цепи).

Атактические полимеры не способны кристаллизоваться и уступают по большинству эксплуатационных свойств стереорегулярным полимерам такого же химического состава.

Представляет собой более мягкий материал, напоминающий каучук.

По структуре полимера

  1. Кристаллические, содержащие более 2/3 кристаллических структур (полиэтилен, полипропилен, тефлон).
  2. Аморфные, содержащие не более нескольких процентов кристаллических структур (все сетчатые полимеры).
  3. Аморфно-кристаллические, содержащие от 25 до 70% кристаллических структур (полиэтилен высокого давления).

Перейти к разделу: 3. Свойства полимеров

Источник: https://obuchonok.ru/node/5377

4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки

Классификация полимеров по происхождению

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют соединения с молекулярной массой более 10000.

Практически все высокомолекулярные вещества являются полимерами.

Полимеры — это вещества, молекулы которых состоят из огромного числа повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Полимеры могут быть получены с помощью реакций, которые можно разделить на два основных типа: это реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации — это реакции образования полимера путем объединения огромного числа молекул низкомолекулярного вещества (мономера).

Количество молекул мономера (n), объединяющихся в одну молекулу полимера, называют степенью полимеризации.

В реакцию полимеризации могут вступать соединения с кратными связями в молекулах. Если молекулы мономера одинаковы, то процесс называют гомополимеризацией, а если различны — сополимеризацией.

Примерами реакций гомополимеризации, в частности, является реакция образования полиэтилена из этилена:

Примером реакции сополимеризации является синтез бутадиен-стирольного каучука из бутадиена-1,3 и стирола:

Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные мономеры

этилен, этенполиэтилен
пропилен, пропенполипропилен
стирол, винилбензолполистирол, поливинилбензол
винилхлорид, хлористый винил, хлорэтилен, хлорэтенполивинилхлорид (ПВХ)
тетрафторэтилен (перфторэтилен)тефлон, политетрафторэтилен
изопрен (2-метилбутадиен-1,3)изопреновый каучук (натуральный)
бутадиен-1,3 (дивинил)бутадиеновый каучук, полибутадиен-1,3

хлоропрен(2-хлорбутадиен-1,3)

хлоропреновый каучук

и

бутадиен-1,3 (дивинил)

и

стирол (винилбензол)

бутадиенстирольный каучук

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации — это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего вода).

В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.

К реакциям гомополиконденсации относятся:

* образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул глюкозы:

* реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:

К реакциям сополиконденсации относятся:

* реакция образования фенолформальдегидной смолы:

* реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):

Пластмассы

Пластмассы — материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.

Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер. Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в связи с чем его называют связующим.

Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.

Термопласты — вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной формы.

Реактопласты — пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.

Так, например, термопластами являются пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.

Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе фенолформальдегидных смол.

Каучуки

Каучуки — высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить следующим образом:

Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи, т.е. каучуки являются непредельными соединениями.

Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е. соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной одинарной С-С связью.

Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для получения каучуков являются:

1) бутадиен:

2) изопрен:

3) хлоропрен:

В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета) полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена схемой:

Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:

Весьма интересным является тот факт, что впервые с каучуком познакомились не самые продвинутые в плане прогресса страны, а племена индейцев, у которых  промышленность и научно-технический прогресс отсутствовали как таковые.

Естественно, индейцы не получали каучук искусственным путем, а пользовались тем, что давала им природа: в местности, где они проживали (Южная Америка), произрастало дерево гевея, сок которого содержит до 40-50% изопренового каучука.

По этой причине изопреновый каучук называют также натуральным, однако он может быть получен и синтетическим путем.

Все остальные виды каучука (хлоропреновый, бутадиеновый) в природе не встречаются, поэтому всех их можно охарактеризовать как синтетические.

Однако каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков.

Так, например, из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком интервале температур.

На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и растрескиванию.

Технические характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией.

Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука «сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными «мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:

Волокна

Волокнами называют материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов.

Классификация волокон по их происхождению

Искусственные волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).

Синтетические волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации (лавсан, капрон, нейлон).

Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/polimery

О бизнесе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: