Реферат: Полимерные материалы, пластмассы
Содержание:
1. Историческаясправка.
2. Определениеполимеров.
3. Пластмассы.
· Определение
· Классификация
а. Природные (органические)
б. Синтетические
4. Основные представители.
· Полистирол
· Полиэтилен
· Полиимид
· Эпоксидныесмолы
5. Основные свойства пластмасс.
· Химическиесвойства
· Физические свойства
Историческаясправка.
Термин “полимерия” был введен в наукуИ.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которойвещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярноймассой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание терминане соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные”синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.
Ряд полимеров был, по-видимому, полученеще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавитьполимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основнойхимической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих порполимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерахотносятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол),
Химия полимеров возникла только в связи ссозданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связьмежду строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся вреакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получилаглавным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, вкоторых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден,немецкий учёный К Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годовбыло доказано существование свободнорадикального и ионного механизмовполимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыгралиработы У.Карозерса.
С начала 20-х годов 20 века развиваютсятакже теоретические представления о строении полимеров Вначале предполагалось,что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а такженекоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например,полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностьюассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодарянековалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально новогопредставления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частицнеобычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёногозаставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследованияхимии и физики.
Полимеры
(Определение полимеров)
Полимеры – высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярноймассой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых атомы,соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, атакже пространственные трехмерные структуры. К полимерам относятсямногочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза,крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеровполучают синтетическим путем на основе простейших соединений элементовприродного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, ихимических превращений.
В зависимости от строения основной цепиполимеры делятся на линейные, разветвленные, и пространственные структуры.Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действиемхимических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.
Линейные ВМС могут иметь каккристаллическую, так и аморфную (стеклообразную) структуру. Разветвленные итрехмерные полимеры, как правило, являются аморфными. При нагревании онипереходят в высокоэластическое состояние подобно каучуку, резине, и другимэластомерам. При действии особо высоких температур, окислителей, кислот ищелочей, органические и элементоорганические ВМС подвергаются постепенномуразложению, образуя газообразные, жидкие, и твердые соединения.
Физико-механическиесвойства линейных и разветвленных полимеров во многом связаны с межмолекулярнымвзаимодействием за счет сил побочных валентностей. Так, например, молекулыцеллюлозы взаимодействуют между собой по всей длине молекул, и это явлениеобеспечивает высокую прочность целлюлозных волокон. А разветвленные молекулыкрахмала взаимодействуют лишь отдельными участками, поэтому не способныобразовывать прочные волокна. Особенно прочные волокна дают многиесинтетические полимеры (полиамиды, полиэфиры, полипропилен и др.), линейныемолекулы которых расположены вдоль оси растяжения. Трехмерные структуры могутлишь временно деформироваться при растяжении, если они имеют сравнительноредкую сетку (подобно резине), а при наличии густой пространственной сетки онибывают упругими или хрупкими в зависимости от строения.
ВМС делятся на две большие группы:гомоцепные, если цепь состоит из одинаковых атомов (в том числе карбоцепные,состоящие только из углеродных атомов), и гетероцепные, когда цепь включаетатомы разных элементов. Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы всоответствии с принятыми в химической науке принципами.
Так,если в основную или боковые цепи входят металлы, сера, фосфор, кремний и др.,полимеры относятся к элементоорганическим соединениям.
Полимерныематериалы делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокнахимические. Они широко применяются во многих областях человеческойдеятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности,сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.
Пластмассы.
Определение.
ПЛАСТМАССЫ (пластические массы, пластики)-материалы наоснове полимеров. Большой класс полимерных органических легко формуемыхматериалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные,коррозионностойкие изделия.
Эти вещества состоят в основном из углерода (C), водорода (H), кислорода (O) иазота (N). Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, от 10 000 до 500 000и более; для сравнения, кислород (O2) имеет молекулярную массу 32.Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.
Классификация.
Некоторые органические пластические материалы встречаются вприроде, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал(твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органическиеформуемые вещества называют смолами.
Хотямодифицированные природные полимеры и находят промышленное применение,большинство используемых пластмасс являются синтетическими. Органическоевещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают вполимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовоеизделие. Сырьем обычно являются простые, легко доступные побочные продуктыугольной и нефтяной промышленности или производства удобрений.
Первым термопластом, нашедшим широкое применение, был целлулоид—искусственныйполимер, полученный путем переработки природного—целлюлозы.
/>
Основные представители.
Полистирол—неполярный полимер, широко применяющийся вэлектротехнике, сохраняющий прочность в диапазоне 210…… 350 К. Благодарявведению различных добавок приобретает специальные свойства: ударопрочность,повышенную теплостойкость, антистатические свойства, пенистость. Недостаткиполистирола—хрупкость, низкая устойчивость к действию органическихрастворителей (толуол, бензол, четыреххлористый углерод легко растворяютполистирол; в парах бензина, скипидара, спирта он набухает).
Полистирол вспенивающийся широко используется кактеплозвукоизоляционный строительный материал. В радиоэлектронике он находитприменение для герметизации изделий, когда надо обеспечить минимальныемеханические напряжения, создать временную изоляцию от воздействия тепла,излучаемого другими элементами.
Полиэтилен—полимер с чрезвычайно широким набором свойств ииспользующийся в больших объемах, вследствие чего его считают королемпластмасс. За 10… 12 лет эксплуатации прочность его снижается лишь на¼. Благодаря химической чистоте и неполярному строению полиэтиленобладает высокими диэлектрическими свойствами. Они в сочетании с высокимимеханическими и химическими свойствами обусловили широкое применениеполиэтилена в электротехнике, особенно для изоляции проводов и кабелей.
Помимо полиэтилена общего назначения выпускаютсяего многие специальные модификации, среди которых: антистатический, сповышенной адгезионной способностью, светостабилизированный, самозатухающий,ингибитированный (для защиты от коррозии), электропроводящий (дляэкранирования).
Главный недостатокполиэтилена—сравнительно низкая нагревостойкость
Полиимид—новый класс термостойких полимеров, ароматическаяприрода молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температурыразложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленкаработоспособна при 200°С в течение нескольких лет, при 300°С —1000 ч, при 400°С—до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки. Принекоторых специфических условиях полиимид превосходит по температурнойстойкости даже алюминий. Степень разрушения полиимида — 815°С., алюминия 515°С.
Эпоксидные смолы—продукт поликонденсациимногоатомных соединений, включающих эпоксигруппу кольца
/>
Основные свойствапластмасс.
Химическиесвойства.
С точки зрения химического поведенияполимер похож на мономер (или мономеры), из которого (или которых) он получен.Углеводороды этилен H2C=CH2, пропилен H2C=CH–CH3 и стирол H2C=CH–C6H5 претерпеваютприсоединительную полимеризацию, образуя полиэтилен, полипропилен и полистиролсо следующими структурами
Эти полимеры ведут себя какуглеводороды. Они, например, растворимы в углеводородах, не смачиваются водой,не реагируют с кислотами и основаниями, горят, подобно углеводородам, могутхлорироваться, бромироваться и в случае полистирола нитроваться исульфироваться
Физическиесвойства.
Физические свойства полимера,напротив, зависят не только от характера мономера, но в большей степени отсреднего количества мономерных звеньев в цепи и от того, как цепи расположены вконечной макромолекуле.
Всесинтетические и используемые в промышленности природные полимеры содержат цепис различным числом мономерных единиц. Это число называют степенью полимеризации(СП) и обычно пользуются его средним значением, поскольку цепи не одинаковы подлине. Средняя длина цепи и СП может быть определена экспериментальнонесколькими методами (например, осмометрией измерением осмотическогодавления различных растворов; вискозиметрией измерениемвязкости; оптическими методами измерением светорассеяния различнымирастворами; ультрацентрифугированием, при котором вещества разделяются по ихплотности). СП особенно важна при определении механических свойств полимера,поскольку при прочих равных условиях более длинные цепи налагаются друг надруга более эффективно и порождают большие силы сцепления. Можно сказать, чтозаметная механическая прочность наблюдается уже при СП 50–100, достигаямаксимума при СП выше 1000.