Idea Transcript
МОСКОВСКИЙ
АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)
Кафедра
химии
Утверждаю Завкафедрой профессор (7)
И.М.Паписов
2011 г.
И.М.ПАПИСОВ.Г.Ю.ОСТАЕВА.Е.В.НОВОСЕЛОВА, Е.А.ЕЛИСЕЕВА, А.И.ПАПИСОВА
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
СОЕДИНЕНИЯ
Методические указания
Под общей редакцией проф. И.М.Паписова
Р К
:
МОСКВА 2011
УДК
544.4
ББК
24.1
ВВЕДЕНИЕ
П68
Химия
высокомолекулярных соединений (ВМС)
самостоятельный века,
П68
Паписов,
методические Г.Ю.
указания
Остаева,
Паписова;
Е.А.
И.М. для
Елисеева,
МАДИ
-
/
А.И.
И.М. Паписов, Паписова;
Е.В.
под
основоположниками
соединения:
прдположение
Новоселова,
внесший большой
Высокомолекулярные
вузов
её
общ. ред. И.М.
свойства
указаниях и
применение
теоретический контрольных
рассмотрены
материал,
особенности
существовании
строения
молекул,
соединений.
студентам
МАДИ
получение,
Они при
содержат
Г.
Штаудингер,
макромолекул,
вклад в установление
Дальнейшее
высокомолекулярных необходимый
о
были
науки в начале 30-х годов XX высказавший
и
У.
Карозерс,
природы химических связей
в макромолекулах.
М., 2011.-42 с.
благодаря
В
раздел химической
выделилась в
очередь,
развитие химии макромолекул стало возможным
исследованиям
ученых
многих
химикам В.А. Каргину, П.П.
стран
и,
Шорыгину, В.В.
в
первую
Коршаку, П.П.
Кобеко, С.С. Медведеву и многим другим.
выполнении
Химия высокомолекулярных
соединений - комплексная
наука,
и экзаменационных работ, при проведении Интернет-тестирования,
впитавшая
а также вопросы для самоконтроля. Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневного отделения МАДИ, изучающих дисциплину «Химия».
синтеза,
в себя
физико-химических
технологических химической Появилось
которых
и
науки
и
инженерных сегодня
решений.
лучшими
исследований,
Эта
высокого
новых
масс, синтетических
обладает
биологических
достигла
огромное количество
пластических из
основные достижения из области органического
важная уровня
полимерных
развития.
материалов
каучуков и волокон,
эксплуатационнми
отрасль
-
большинство
свойствами,
чем
природные полимеры. Современные исследования в области химии полимеров материалов, свойствами,
УДК
544.4
ББК 24.1
© Московский автомобильно-дорожный институт государственный технический университет, 2011
направлены
на
обладающих а
природного модернизацию.
также
на
создание новыми
изучение
происхождения,
и
синтетических полезными
полимерных
для
высокомолекулярных их
человека продуктов
совершенствование
и
1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
этому можно получать
Во-вторых, свойством
1.1. Определения и основные понятия в химии ВМС
химические нескольких
соединения тысяч
"полимер"
до
"высокомолекулярное числа
Молекулы,
а.
е.
м.).
наравне
Молекулы
массой
группировок,
Термином
с
ВМС или
(от
термином состоят
мономерных
которых
называют
состоят
макромолекулами. В
состав
макромолекул
сотен до нескольких тысяч атомов, связанных
друг с другом ковалентными связями.
Существует довольно много
веществ,
признаку
которые
по
формальному
высокомолекулярным,
или
большой молекулярной т.п.
Однако
к
ВМС,
участки.
т.к.
они
отнести
обладают
к
очень
массой, - например, алмаз, графит, кварц и или
соединения, макромолекулы линейные
полимерным,
можно
Такие
полимерам,
относят
только
такие
которых содержат достаточно длинные линейные
участки
спосбности
к
малых
напоминают
цепь,
строение,
макромолекул присущего
-
Это
обратимым
пленочные
высоко-
набухание - увеличение
большой
макромолекул обладают
очень
процентов раствор технике,
т.е.
под действием
таким
полимерным
для
изготовления
и низкомолекулярных
в
него
молекулярной
растворы
текучесть.
медицине,
предшествует
молекул
массы
и
растворителя.
цепного
высокомолекулярных
большой вязкостью. Часто
растворяемого
потерял
соединений
соединений.
объема и массы растворяемого вещества в
проникновения
Вследствие
у
отличий в процессах растворения
высокомолекулярных
результате
наличие
эластичности,
деформациям присуще
важным
цепное строение и большие размеры макромолекул
растворов
Растворению
другим
средств.
являются причиной существенных свойствах
-
и резина, применяемым
камер и шин для транспортных В-третьих,
с
обуславливает
им свойства
свойство
как каучук
наряду
гибкостью,
только
большим
нагрузок.
материалам,
и
высокомолекулярные
цепное
полимеров
из
между собой химическими связями.
из
входит от нескольких
молекулярной
практически
повторяющихся
или полимеры - это
миллионов
соединение".
звеньев, соединенных
соединения,
высокой
нескольких
пользуются
большого
соединения (ВМС), с
и
материалы.
СОЕДИНЕНИЯХ
Высокомолекулярные
из полимеров волокна, тканые
вещества, Это
пищевой
соединений
достаточно нескольких
например
явление
строения
желатина,
широко
промышленности
чтобы
используется
для
в
образования
различного рода студней и желе на основе растворов полимеров.
поэтому макромолекулы иногда называют полимерными цепями или цепными
молекулами.
Цепное
строение
причиной возникновения у полимеров
макромолекул
является
1.2. Степень полимеризации и молекулярная масса полимеров
ряда свойств, принципиально
отличных от свойств низкомолекулярных соединений. Во-первых, повышенную полимерам
цепное
прочность волокно-
и
строение
макромолекул
сцепления
между
пленкообразующие
предопределяет
ними,
что
свойства.
придает
Благодаря
Особенностью совершенно
высокомолекулярных
новое
Низкомолекулярные
понятие
индивидуальные
соединений молекулярной
является
и
массы.
соединения характеризуются
определенной
и
постоянной
низкомолекулярного это
константа,
соединения
Изменение
свидетельствует
величины
массой,
т.е.
молекулярной
индивидуальность
молекулярной
для
массы
-
как
масса образца вещества
свойств.
С
гомологического ряда
массы
молекулярной
массы)
переходом
к другому
физические
(т.е.
(д), деленная
на число
молекул
(М) в
нем:
химического М~&~ N
всегда
о переходе к другому веществу и сопровождается
изменением
представителя
величина
характеризующая
соединения.
заметным
молекулярной
от
одного
с изменением
свойства
Общее
число
всех
молекул
полимера
в
случае равно N = ЕЫ, ; масса д\л с молекулярной
равна
рассматриваемом массой М|
д\ М\Ы\, масса всех молекул равна
вещества д = !д\ ЕМ| М(.
изменяются
настолько,
что,
пользуясь
этим
изменением,
удается Тогда средняя молекулярная
отделить
эти
вещества
молекулярной
массы
друг
от
различие
друга. в
По
мере
физических
масса полимера будет равна
увеличения
и
химических Мп =
свойствах
отдельных
достаточно
большой
теряют
молекулярная
является
Поэтому
в
свою
масса
величиной
определяющей
бы
массе
сглаживается гомологи
(их
индивидуальность.
высокомолекулярных
среднестатистической,
индивидуальные
химии
как
молекулярной
полимергомологами) этого
гомологов
свойства
высокомолекулярных
а
и
при
называют
Вследствие соединений
не
данного
константой, соединения.
соединений
Такая молекулярная известна
средняя
строение,
т.е.
можно найти (степень
масса называется среднечисленной. Если
молекулярная
молекулярная
среднее
масса
масса
веществ, всех
высокомолекулярных
характеризующихся
молекул
(главным
синтетических макромолекул образце
полимеров
одинаковой
всегда
по молекулярным
полимера
имеются
это
имеется
характерно
с
т.е.
мало
массой
белки).
Для
распределение
М^
М2
массой
молекул
характеризует
длину
элементарного
звена
с
разными
молекулярными
1^ молекул с молекулярной массой
молекулярной
массой
М, и т.д. Тогда молекулярная б
то
макромолекуле
М2,
К
с
молекулярной
масса вещества определяется
масса
(или
полимерных и
число
степень цепей,
звеньев
в
полимеризации)
т.к.,
зная
размеры
макромолекуле,
можно
вычислить длину этой макромолекулы. Степень полидисперсности ными ется
имеется
(т),
его
полимеризации Р):
Молекулярная
в каждом данном
массами. Пусть, например,
в
звена
и
вводится
очень
молекулярной
природные
массам -
цепи
звеньев
(М)
т
соединений
образом
элементарного
число мономерных
понятие средней молекулярной массы. Среди
гомополимера
значениями кривыми
полимера
средних молекулярных
распределения
полимера
определяется
масс фракций по
предель-
и выража-
молекулярной
массе
(рис. 1).
На
рис.
массе двух
1 показаны
полимеров
кривые
распределения
с одинаковой средней
по
молекулярной
степенью
полимери-
зации,
но с
различной
рактеризуется
полидисперсностью.
Полимер,
который ха-
кривой 1, более однороден по молекулярной массе,
чем полимер с кривой распределения 2.
(белки,
нуклеиновые
смешанных
кислоты,
полимеров),
биологических
полимеров.
практическую ценность
некоторые
выделяют Из
полисахариды
в
отдельную
•
полиамид - белок;
•
углеводород - натуральный каучук (полиизопрен).
глюкозы.
природный
Существует
группу
имеют:
полиэфиры - крахмал и целлюлоза;
-
ряд
природных полимеров наибольшую
•
Крахмал
и
полимер,
в двух
формах
образованный
-
Амилоза растворима в воде, это линейный
амилоза
и
остатками а-
аминопектин.
полимер:
СН2ОН
-о.
Молекулярная масса Рис. 1. Кривые распределения
по молекулярным массам При нагревании
этом
в кислой
среде крахмал
образуется ряд промежуточных
гидролизуется.
продуктов. Конечный
При
продукт
1.3. Классификация и номенклатура полимеров гидролиза - глюкоза:
Все
высокомолекулярные
происхождения
подразделяют
соединения на
три
в
зависимости
группы:
от
искусственные и синтетические. К
первой
природных позволяет уровне
хранить
и
(нуклеиновые
определенном
Природные
кислоты),
(ферменты),
клетками
Цепное
передавать
направлении
полимеры,
полимеры,
строение
создавать
и
на
(целлюлоза
из
ВМС
молекулярном
высокоспецифические
проницаемые
"несущие"
обладающие
выделенные
природных
информацию
прочные
(мембраны),
глюкоза
Целлюлоза
относятся
материалов.
катализаторы
между
группе
перегородки
конструкции,
в
пС 6 Н 12 0 6
(С6Н1005)П+ пН20
природные,
прочные
растениях)
биологической
в
и т.д.
активностью
Древесина
на
практически
молекулы
50%
чистая
это основное
состоит
остатки
атомы:
из
целлюлоза.
целлюлозы
содержащих
углеродные
-
растительных
целлюлозы,
В
состоят
р-глюкозы,
вещество
отличие
только
от
из
а
хлопок
и
клеток.
лён
-
молекул крахмала,
линейных
которые связаны
через
цепей,
1-й и 4-й
СН2ОН
тропических сагыз,
тау-сагыз,
полимер \
это
-
природные
деревьев
(С5Н8)п
(гевеи
гваюла). со
бразильской и др.)
Натуральный
средней
каучук
молекулярной
и
растений (кок-
-
непредельный
массой
от
15
000
до
000. продукты полипептиды,500 т.е. Установлено, что
структурной единицей натурального
каучука
является изопреновая группировка:
поликонденсации
аминокислот: о — С = С Н —СН;
К
О
к1
о
»,_
Р
I!
°
»
Н^-СН-С^ОН +_Н]-Ш-СН-С-ОН
*•
I
к1 о
СН3
II
группировки
дипепгщц В
строении
полипептидной
Соединяясь
Н 2 М - С Н - С - М Н - С Н - С - О Н + Н20
цепи
можно
выделить
четыре
уровня.
имеющую
структура
последовательность
белка
аминокислот
в
-
это
конкретная
полипептидной
цепи,
т.е.
линейная структура. Вторичная пространстве
за
свойством -
цис-конфигурацию
структура счёт
-
способ
водородных
связей
скручивания между
цепи
в
группами -МН- и
С=О.
в
1,4-положении,
изопреновые
натурального
и
(т.е.
метиленовые
строения,
группы
по одну сторону от двойной связи). Наиболее
способность
нагрузки
собой
образуют макромолекулу каучука линейного
расположены
Первичная
между
к
каучука является
большому
растяжению
восстановлению
Натуральный образуя вязкие
каучук
своей
растворяется
растворы. Подобно
его высокая
во
после
многих
СН2
-
важным
эластичность
под действием
формы
-
ее
внешней снятия.
углеводородах,
диенам, он вступает во многие
реакции присоединения. Третичная
закрученной
а-спирали
дисульфидных Третичная
структура
в
мостиков
структура
-
это
трёхмерная
пространстве.
-5-3-
между
высшая
конфигурация
Образуется
цистеиновыми
форма
за
счёт
остатками.
пространственной
организации белков.
Некоторые
четвертичную взаимодействия
разновидностью
гуттаперча. В отличие
Причина
полимера
изопрена
от каучука, она не обладает
этого в различном
является
эластичностью.
строении макромолекул этих природных
полимеров. Если в макромолекуле
натурального каучука фрагменты
ее цепи у каждой двойной связи расположены в цис-положении, то в белки
(например,
структуру,
которая
гемоглобин)
образуется
между разными полипептидными
Натуральный массу,
Другой
получаемую
каучук из
представляет собой млечного
ю
сока
имеют
за
счёт
макромолекуле группы
-СН2-
цепями
Эти полимеры,
высокоэластичную
изопреновые
(латекса)
некоторых
одинаково
гуттаперчи
в
транс-положении
(метиленовые
расположены по разные стороны от двойной связи).
обладая одинаковой структурной регулярностью (все
участки
-- в
-
в их макромолекулах
1,4-положении),
имеют
в
соединены друг с другом то
же
время
различное
пространственное каучука, близко
строение. Это приводит к тому, что, в отличие от
макромолекулы
друг
к
другу,
притяжение. Поэтому разрывается. автономные, клубки
В
то
под
теряют
При
и
расположены
межмолекулярное
растягивании такого образца он
макромолекулы
теплового
каучука,
движения
приложении
как
более
свертываются
усилия
эти
в
Резкое материалов
при
Изделия
из
него
повышении
температуры
при низкой
температуре
а
каучукам
прочностных
становятся -
(процесс
их подвергают
протекает
обработке
серой
в специальных аппаратах
Полиэтилен
каучук
превращается
поликонденсации. Многие
Поливинилхлорид
около
5 % серы.
Ее роль
липкими,
Полистирол
между собой макромолекулы
[~СН2-СН(Рп)-]п1
Полиметилметакрилат
[~СН2- С(СН3)(СООСН3НП
[-СО-(СН2)4-СОМН-(СН2)6-МН-]П
180° С). В
продукт
-
каучуки
(СК) -
состоит
Кроме
серы,
в
состав
из мономеров (каучукогенов) -
пластификаторы,
входят
красители,
натудиви-
изопрена, хлоропрена, а также из алкенов. Бутадиеновые кау-
сетчатую (СКВ) получают
полимеризацией бутадиена-1 ,3 (дивинила) на
различные стереоспецифических катализаторах.
наполнители,
аналоги
в том, что она
каучука, образуя
резины
синтетические
резину,
чуки структуру.
полимеры:
и
нила, "сшивает"
синтетические
[-СН2-СНС1-]П
рального каучука, получаемые которая содержит
реакций
- вулканизируют
при 140 -
в технический
помощью
из
[-СН2-СН2-]П
Синтетические результате
с
Наиболее известные синтетические
Найлон термостойкости
ростом производства получаемых
веществ
или
полимерных
полимеры не имеют аналогов среди природных.
рядом
эластичности
преимущественно
полимеров,
полимеризации
эластичность. Для
свойств,
производства и потребления
объясняется
низкомолекулярных
клубки
обладают
увеличение
синтетических
а при снятии его - сворачиваются вновь. Каучук -
материал.
форму,
придания
время
вытянуты
значительное
при сильном
влиянием
разворачиваются,
недостатков:
испытывая
же
(глобулы).
пластический
гуттаперчи
Бутадиен-стирольные каучуки
антиокислители (СКС)
получают
совместной
полимеризацией
бутадиена-1, 3 и сти-
(антиоксиданты) и др. рола Высокая
потребность
промышленности
в
каучуке привела
С6Н5-СН=СН2.
совместной тому, что большая
каучуки (СКН) получают
полимеризацией
бутадиена-1, 3
и
акрилонитрила
часть его производится синтетическим путем.
Искусственными химической
Бутадиеннитрильные
к
модификацией
называют природных,
полимеры, если
эта
Н2С=Н-СЫ.
Изопреновый
каучук (СКИ) имеет строение,
природному
каучуку, (цис-1,4),
подобное
полученные
модификация
его
получают
полимеризацией изо-
не прена
затрагивает
главной
цепи.
Например,
нитроцеллюлоза
(тринитрат СН2=С — СН
целлюлозы): СН3
—I [С6Н702(ОН)з]
Н230л +ЗпНЖ> 3 -
+ЗпН 2 0
1
Символами РЬ обозначается фенольное кольцо - С6Н;. Формулу полистирола можно также написать в
13
на
стереоспецифических
(наирит, неопрен) получают
катализаторах.
Хлоропреновый
полимеризацией
каучук
хлоропрена:
Название класса
гетероцепных
соединений
полиамиды,
СН2=С—СН=СН2
и
полимеров
приставки
складывается
поли-,
из
например:
названия
полиэфиры,
полиуретаны.
I С1
По
строению
соединения
делятся
основной на
два
цепи
1.4. Химическое строение макромолекул
высокомолекулярные
больших
класса:
карбоцепные Свойства
полимеры и гетероцепные полимеры . К карбоцепным относятся полимеры, основная цепь которых построена
из одинаковых
атомов, например,
его
молекулярных
являются:
из атомов углерода:
каждого данного полимера зависят прежде всего от характеристик,
химическое
строение
важнейшими
цепей,
длина
из
которых
цепей
(степень
полимеризации) и гибкость цепей. Химическое
строение
макромолекул
определяется
строением
мономерных звеньев и характером их расположения в цепи. Название
карбоцепных
названия исходного
полимеров
мономера,
складывается
обычно
из
входящего в качестве элементарного
звена в состав макромолекулы полимера, и приставки поли-. Например,
полимер, полученный из винилхлорида
называется поливинилхлоридом, и его формула
рых
гетероцепным относятся
построена
СН2=СНС1,
записывается
могут
это
низкомолекулярное
вступать
в реакцию
Элементарное (т.е.
так:
звено
друг с другом или
молекулы молекулами
полимера.
- это
группа атомов), которая
вещество,
составная
образовалась
часть
макромолекулы
из молекулы мономера
при ее соединении с такими же или другими молекулами в процессе
полимеры, основная цепь кото-
из двух или большего числа разных
пример, из углерода
которого
-
других веществ с образованием
[-СН2-СНС!-]П
К
Мономер
и серы, углерода и азота и
элементов,
на-
формирования полимерной цепи. Например: а)
т.д.:
Этилен
СН2
=
СН2,
из этилена
можно
получить
полимер
полиэтилен [~СН2~-СН2-]П;
—С— С-К-С— С—С-М-С-
Гетероцепные зависимости
от
подразделяются Эти
большие
соответствии
высокомолекулярные
гетероатома, на
в
кислородсодержащие,
группы с
входящего
полимеров
принятой
в
соединения
состав
основной цепи,
азотсодержащие
подразделяются
в
на
и
т.д.
подгруппы
в
органической химии классификацией.
элементарное звено полиэтилена:
~СН2~СН2-.
б)
Из
Бутадиен
СН2=СН-СН=СН2.
этого
мономера
получаться элементарные звенья разного строения от того, как идет раскрытие
могут
в зависимости
двойных связей при полимеризации:
3. -РсНг-сн=сн-снД"-
и
Блок-сополимеры;
в
них
участки
цепей,
состоящие
из
-Гсн2—
^
1-
'
звеньев
одного
сорта,
соединены
с
участками,
состоящими из
сн II
звеньев другого сорта: - (А)п - (Б)т-
или - (А)п - (Б)т - (А), - (Б)г
СН2
С
точки
зрения
строения
основной
цепи,
макромолекулы
подразделяются на линейные, двутяжные (две параллельные
скреплённые
(сетчатые).
различным
образом),
разветвлённые
и
цепи,
сшитые
Схемы строения цепей макромолекул представлены на
рис.2.
Полимеры,
макромолекулы
которых
состоят
из
в) повторяющихся
звеньев
одного типа,
называют
гомополимерами
(приставка «гомо» часто опускается): -А-А-А-А-А-А-А-
Примеры гомополимеров: Пластическая сера: - 3 - 5 - 3 - 8 - 8 -
Полиэтилен: Полимеры,
ные звенья
или [- 8 -]п.
[-СН2-СН2-]П.
г)
в состав макромолекул которых входят элементар-
различного химического строения, называют сополиме-
Рис.2. Классификация макромолекул по строению основной цепи: а-линейный
рами (т.е. это полимеры, полученные из более, чем из одного мономера). Их макромолекулы, следовательно,
е)
Д)
полимер; б,в,г - разветвленные; в - звездообразный; г - гребнеобразный; д, е - сшитые; е - лестничный
могут содержать элемен-
тарные звенья двух, трех или более сортов. Сополимеры
рассмотреть
на
бывают
примерах
разных
типов.
бинарных
Эти
типы
сополимеров,
можно
содержащих
звенья
Случайные
А
и
Б
(или
статистические)
располагаются
- АББАБАААБАБББ
в
цепи
Привитые
которым
сополимеры;
случайным
в
них
сополимеры,
в
них
звенья
в них
("привиты")
имеются
основные
боковые
цепи, к
цепи
другого
совместить
в одном
строения:
—А-А-А-А-А-А-А—
образом:
-
2.Чередующиеся
сополимеры;
присоединены
химического
мономерные звенья только двух сортов А и Б. 1.
4.
I
!
Б
Б
I
I
Б
Б
мономеров Сополимеры
получают
для
того,
чтобы
чередуются: - АБАБАБАБ -. веществе свойства, присущие разным веществам - гомополимерам.
16
17
Например,
чтобы
маслостойким
и
сделать
искусственный
бензостойким,
получают
каучук
(полибутадиен)
сополимер
бутадиена
и
В
а
В
ПСН2=СН
акрилонитрила.
»-
а
а
В
В
-
а
а
б
-СНо-СН—СН—СНт-СНг-СН—СН— СН2—
к
к
к
к
1.5. Полимеры регулярного и нерегулярного строения либо по типу «голова
Элементарные звенья,
имея
одинаковый химический состав,
6
а
В
ПСН,=СН могут
различаться
своим
расположением
в
пространстве.
"
В этом
к хвосту»:
-*-
I
а
...
-
К
случае
вся
макромолекулярная
повторяющихся
участков,
пространственную идентичности. одинаково Примером периоды
имеющих
структуру.
Они
Такие
в
состоит
соединений,
обусловлены
(или разную)
у
периодами
между
группами
двумя
и атомами.
которых
различной
разные
лростанственной
структурой (строением), несмотря на одинаковый химический состав элементарных
звеньев,
являются
натуральный
каучук
и
гуттаперча. В звеньев
правильно цепи.
от
характера
макромолекулярной
нерегулярные
полимеры.
повторяющемся
Например,
присоединяться
В
а
-
(
-
(
К
...
|
11
К
Заместители различное
К
в
пространственное
«стереорегулярность чередованием
полипропилена
группы,
3 т.е.
положение.
полимеров»,
заместителей
периодичностью.
возможны
макромолекулярной
Если,
в
например,
представить вида
Р
С
цепи этим
типа
с
определенной
скелет
молекулы
в одной плоскости, то
пространственного 3
понятие
определяется
пространстве углеродный
занимать
связано
которое
расположенным
существуют
могут
расположения СН3-
стереоизомеров
полимера
Г-СН2-СН(СН3Н„.
зависимости в
а
многократно
называют
расстояние
пространстве
высокомолекулярных
из
одинаковую
участки
определяют
фиксированными
идентичности
цепь
В
-СШ-СН-СШ-СН-СН,—СН—
молекулы
размещения
цепи
Регулярность
различают строения
расположении
атомов
мономера типа
СН2
друг к другу двумя путями: либо
элементарных регулярные выражается или
их
= СН -
и
1.
Изотактический
-
все
боковые
группы-заместители
расположены по одну сторону от главной макромолекулярной цепи:
в
СН3
СН3
СН3
групп в Я
могут
по типу «голова к Н
н
голове» или «хвост к хвосту»: 2.
Синдиотактический
-
боковые
группы
последовательно по обе стороны от главной цепи:
18
19
расположены
СН3
[
I
с.
9
образуется
Н
Г-н I
н
|
и
!
I
одного
,сч
последовательного
присоединения
молекул
или
нескольких
низкомолекулярных веществ
(мономеров) к
растущему активному центру.
Т/„ [ сн3
н
путем
Н
Т'н
н
Реакция
н"
полимеризации
в
общем
виде
может
быть
Н
изображена уравнением 3. Атактический - расположение боковых
групп-заместителей
беспорядочно:
пМ = (-М-)п, где М - мономер.
Н
СН3
Полимеризоваться
могут
соединения
число и характер которых в молекулах Пример
такой
углеводородов
реакции
-
(олефинов)
полимеризация
этилена
с
кратными
мономера бывают различны.
полимеризация
или
связями,
их
непредельных
производных,
например,
с образованием полиэтилена:
п СН2 = СН2
-»
[-СНг-СННп
Первые две структуры - изотактическая и синдиотактическая Высокомолекулярное являются
структурами
стереорегулярными.
Полимеры
с
полимеризацией структурами
более
склонны
к
плотной
упаковке макромолекул
сближению
цепей,
они
связей
по типу а,
(3. Стереорегулярность полимера
определяет
физические
и другие
свойства.
Многие
в
том
числе
и
натуральный
насыщенным.
При
полимеризации
с
несколькими
двойными
связями,
например, диенов,
высокомолекулярные
соединения,
содержащие
связи,
но
обладающие
большей
насыщенностью,
чем
природные исходный
полимеры,
является
его двойные
механические,
и
всегда построены получаются
только
соединений с одной двойной связью, не содержит
способны соединений
кристаллизоваться. Стереорегулярные полимеры
полученное
и двойных
максимальному
соединение,
такими
каучук,
мономер.
Пример
такой
реакции
-
полимеризация
имеют бутадиена с образованием полибутадиена (синтетического каучука):
стереорегулярную
структуру. п СН2=СН-СН=СН2 Полимеризация
-»
[-СН2- СН=СН-СН2-]П
- это цепная реакция; она состоит по крайней
2. СИНТЕЗ ПОЛИМЕРОВ мере
Полимеры
получают
с
помощью
двух
типов
из
трех
элементарных
(образования
активного
Необходимое
условие
реакций
центра),
или
роста
стадий: цепи
и
инициирования обрыва
цепи.
реакций: ее
осуществления
-
наличие
активного
полимеризации и поликонденсации. центра, Полимеризацией
называется
процесс
роста высокомолекулярных
веществ,
при
котором
регенерируется
в
каждом
элементарном
акте
полимерной
цепи. Активным центром
полимеризации
может
макромолекула быть
20
который
получения
свободный
радикал
(радикальная
полимеризация)
или
ион
(ионная
полимеризация).
Особенности
полимеризации
можно НО(М)И М
показать на примере радикального процесса. Инициирование.
Радикальная
Реакция
полимеризация
роста
радикалами
неспаренный
электрон.
-
активными
частицами,
радикалы
могут
электрона
возникнуть
действия
на
систему
физических
факторов
а также чисто химическим путем -
макрорадикала
с
я-связью
мономера,
в
чего образуется новая а-связь С - С. Другой электрон лнеспаренным
и локализуется
на
концевом
атоме
(свет, углерода
облучение),
взаимодействии
в связи становится
результате
во
имеющими результате
Свободные
заключается
инициируется неспаренного
свободными
цепи
+ М -> НО(М); М
присоединившегося
мономера.
Вновь
образующийся
при гемолитическом радикал продолжает рост цепи:
распаде специально (они
называются
энергиями
связи
вводимых
в реакционную систему соединений
инициаторами) при
их
нагревании
окислительно-восстановительных часто
используют
распадаются на два
с
перекиси,
относительно
или
в
результате
реакций. В качестве которые
при
НО* + С : : С н > Н О - С - С *
невысокими Обрыв
протекания
инициаторов
нагревании
легко
себе.
Он
цепи. Свободный
может
исчезнуть
радикал
лишь
не может
при реакции
исчезнуть
с другим
сам по
радикалом,
такой процесс называется реакцией рекомбинации:
радикала:
НО* + НО* -> НО - ОН Реакция где I - инициатор;
рекомбинации
может
при
произойти
К* - радикал. взаимодействии двух макрорадикалов:
Примером радикальной
вещества,
используемого
полимеризации,
которая распадается
может
в
служить
качестве
инициатора
перекись
водорода, НО(М)|М* + *М(М)рН
при нагревании по следующему уравнению: Так НО -ОН
как
реакция
обрыва
может
произойти
на
любой
стадии
-»2НО* роста
(т.е.
при
любой
длине
растущей
цепи),
макромолекулы
Рост цепи. Реакция роста цепи состоит из последовательного полимера ряда
элементарных
актов
взаимодействия
свободного
при
полимеризации
получаются
полидисперсными, или
радикала с имеющими различную степень полимеризации; поэтому
молекулами
мономера
цепь
является
(обозначим
его буквой М), причем
полимеры и
растущая характеризуют средней молекулярной массой.
сама
свободным
радикалом
с
возрастающей
в Поликонденсация
процессе реакции молекулярной
-
это
процесс
образования
массой: высокомолекулярных
НО' + М -> НОМ*
НОМ* + М -» НОММ*
сопровождающийся
обычно
низкомолекулярного
соединения
аммиака, 22
соединений
спирта).
Вещества,
из
низкомолекулярных,
выделением
которые
23
(воды,
побочного
галогеноводородов,
могут быть
мономерами
для
поликонденсации,
должны
функциональные
содержать
реакционноспособные
не
веществ.
совпадает
Рассмотрим
с
состав
элементарным
процесс
минимум
группы.
продуктов полимеризации, элементарный полимера
как
В
две
отличие
от
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
конденсационного
составом
поликонденсации
исходных
на
Гибкость полимерных цепей
примере
реакции полиэтерификации двухосновных кислот и гликолей:
Макромолекулы
п НООС-(СН2)Х-СООН + пНО-(СН2)у-ОН ^>
анизодиаметричными
НООС[(СН2)хСОО(СН2)у]пОН + (2п - 1)Н2О Разные одной
функциональные
молекулы,
группы
как, например,
в
могут случае
входить реакции
и
в
очень состав
получения
полиамидов из аминокарбоновых кислот:
постепенное продукта,
особенностью
нарастание
который может
Поликонденсация
-
поликонденсации продукт,
низкомолекулярный мономеров
получить
поликондесации вступают
бы
один
из
процесс;
или
для
стадии реакции.
того,
чтобы
при
высокомолекулярный химически
полимеризации оказывает
влияние неэквивалентность
связывать
неблагоприятное
функциональных групп. Когда в процесс
только бифункциональные
мономеры, то
реакции образуются линейные полимеры; если же хотя мономеров
содержит
три
тонкие
"нити",
или
более
фунциональных
групп, могут образовываться разветвленные или сшитые полимеры.
связанным
с
таким
можно
длина
строением,
обусловлено
представить
которых в
тысячи
себе
как
и десятки
является
гибкость
изменять
полимерных
свою форму. Это
возможностью вращения отрезков цепи вокруг связей
основной цепи. Особенности такого вращения можно объяснить на примере нбутана
С4Н10
отрезок
цепи
(рис.3),
молекулу
молекулы
которого можно
полиэтилена
рассматривать как
(-СН2-СН2-)„.
При вращении
связи С! - С2 или С3 - С4 вокруг связи С2 - С3 описывается
образующей, Направление 3, причем
направленной
под
углом
5
к
оси
конус с
вращения.
связи С3 - С4 ограничено конусом, показанным на рис.
атом С4
может
находиться
в любой точке
окружности в
основании этого конуса. Если направление связи
С3
-
поверхностью связей
С4
связи С2 -
относительно
конуса,
полимерной
то
цепи
первой
уже
корреляция связей
может
называют
связи
становится
быть
между первой
С3 фиксировано, а направление С2
направление
Таким образом, направление
24
их
сильно
тысяч раз больше диаметра. Важнейшим свойством макромолекул,
промежуточного
на любой
достаточно
удалять
массы
является
продукт. При поликонденсации двух различных
на степень
в результате
выделен
обратимый
необходимо
поликонденсации
молекулярной быть
длинные
частицами:
являются
цепей, т.е. способность их значительно
п Н2Ы-(СН2)Х-СООН -* Н[-ЫН-(СН2)Х-СО-]ОН + (п - 1)Н20 Характерной
полимеров
-
С3
каждой
все
более
ограничивается из
последующих
неопределенным.
некоторой !-той связи по отношению к любым;
это
и (-той связью.
сегментом.
Поэтому
25
значит, Участок
если
что
потеряна
цепи длиной в I
число
связей
в цепи
больше I , мы можем говорить о ее гибкости. У обычных
лежит
в области
полимерах
от
3 -
составляет
4 до 20; учитывая,
сотни
или тысячи,
полимеров 1
что число
связей
в
можно говорить, что цепи
полимера являются гибкими.
направлении,
то
деформации
зависит
напряжение
все
тому
снять,
же
гибкости
он
деформируется,
то
от
приложенного
клубок
примет
полимеры
Таким
способны
к
степень
этой
напряжения.
прежнюю
броуновскому движению).
цепей
причем
форму
Если
(благодаря
образом, благодаря
большим
обратимым
Трансдеформациям.
Деформация
приложении расстояний
этих
является
в
реальных
свободным,
препятствуют,
заместители
больше
будет
Длина
т.к.
причем тем
сильнее
потеряна
число
связей
I
в
в
вокруг
боковых
чем больше
вращение
сегменте,
их
не
от
что
ему
жидкое
размеры.
Чем
состоянии
связи,
котором
попадает
в
свертывается
непрерывно меняются.
макромолекулы
тем больше, чем больше ее длина
клубок
поле
сил,
26
цепи
действием
самопроизвольно
длины
количественной
полимерные
под
и
ее
быть
за
молекулами
тем
будет
мерой
разного
полимеров
и твердое
теплового в
гибкости.
клубок,
размеры
Размер
и меньше гибкость.
Если
определенном
(аморфное
полимеры
в отличие
молекулы,
а
Упорядоченные
(или
через
полимера
структуры
и
эта
увеличении
же
полимеров
конформации)
фазовых
имеют
состояния:
в газообразном
(где
решётку,
цепей.
эти
цепи
участки
узлах
Схематически
представлена
Одна
и
рис.
4.
молекул
полимерная
В областях
аморфны.
кристаллитами,
на
полимерных
несколько кристаллитов.
нет,
в
соединений, находятся не
кристаллитами.
занимаемым
называется степенью
2
и кристаллическое);
полимерных
структура
порядка
Аморфные
только
от низкомолекулярных
называют
объемом,
состояниях
ионами,
эта может быть очень большой
полимеры
участки
проходить
кристаллитами
между
формы
изменения
не существуют.
участки
кристаллическая
может
или
Деформация
изменения
характерны
Кристаллические
которой,
счет
большой, т.к. при сильном
разрушится.
счет
за
при
с низкомолекулярными веществами.
параллельны)
Средние
действующих в
Для
группах
вокруг
при
связей
различной гибкостью.
полимера
форма и размер которого
зависят
явлется
Очевидно,
будут характеризоваться
(броуновского) движения
такой
сильнее,
следовательно,
Макромолекула
клубка
заместители
затормаживают
гибкости макромолекулы.
клубка
вращение
атомами,
соединениях
происходит
макромолекул, причем деформация
корреляция, т.е. тем менее гибкой будет полимерная цепь.
сегмента,
строения
полимерах
напряжения
образец
происходить
по сравнению Однако
низкомолекулярных
не может
расстояний
может
Рис.З. Вращение вокруг связи С2 - С3 в н-бутане
ним
между
деформация
Цис-
к
в
цепь
между
Соотношение
общим
объемом,
кристалличности.
полимеры могут существовать в трех
физических
- стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. 27
Каждое из этих состояний характеризуется определенным комплексом механических свойств. Полимеры переходят из одного физиче-
отдельных
её
звеньев,
около положения
ского состояния в другое при изменении температуры. Переходы
При
а
проявляются
повышении
температуры
высокоэластическое
термомеханического метода исследования, основанного на измере-
высокомолекулярным соединениям. Вещество
вии на него постоянной нагрузки в течение определенного времени.
значительным
Полученные таким методом зависимости называются термомехани-
подвижностью
ческими кривыми.
звеньев в
в
полимер
состояние,
атомов
обратимым звеньев
и
состоянии
деформациям,
гибкостью
переходит
свойственное
высокоэластическом
макромолекул.
только
способно
что
характеризуются
от температуры
Перемещение
состоянии
имеют
временем
релаксационную
установления
природу,
равновесия. в интервале
стеклования (Тс) до температуры текучести (Тт) (см.
рис.5).
б)
Рис. 4. Складывание макромолекул в кристалле: а) - кристаллиты; 6, в) - аморфные участки.
Для кривая
линейных
имеет
аморфных
сложный
полимеров
характер
областями
стеклообразного
состояний
имеется
(рис.5).
(область
температурная
состоянии
развиваются При состоянии состоянии
в
полимере
под
область,
(область
I)
отсутствует
и
в
которой
небольших
III)
полимер
состоянии (область
действием
очень большие обратимые
низкой температуре
температурными
I) и вязкотекучего (область
находится в особом высокоэластическом этом
термомеханическая
Между
II).
В
усилий
деформации.
Температура,Т
полимер находится в стеклобразном
ведет
себя
движение
28
как
как
упругое
всей
тело.
молекулы,
В
этом
так
и
к
обусловлено
Высокоэластическое состояние полимеров проявляется
а)
в
происходит не мгновенно, поэтому деформации полимеров
высокоэластическом
т.е.
колебания
равновесия.
полимеров из одного состояния в другое регистрируют с помощью
нии зависимости деформации полимера от температуры при дейст-
лишь
Рис. 5. Термомеханическая кривая аморфного полимера
29
Если
температурный
захватывает
обычные
эластомерами,
или
интервал
Тс
температуры, то каучуками.
-
Тт достаточно
такие
Полимеры
широк и
полимеры называют с
узким
интервалом
температур Тс - Тт, смещенным в область повышенных
температур,
называют пластиками, или пластомерами. Сшитые
аморфные
термомеханической это, счет
кривой,
по сути дела,
для
нагревании.
цепей
предотвращения каучук
в
потери при
характеризуются
на рис.
молекулярной
множества
Например,
превращается
приведенной
увеличение
соединения
пользуются
полимеры
б. Сшивание
массы
одну.
полимера
Этим
изделием
сшивании
-
за Температура,Т
приемом
формы
при Рис. 6. Термомеханическая
(вулканизации)
в резину, а при очень больших степенях сшивания - в Среди
твердый
эбонит.
Верхней
границей
области
в
этом
случае
разложения
полимера
становится
изменения
свойств
при изменении
на
два
типа:
термопластичные
те,
основой которых служат полиэтилен, поливинилхлорид, а
также
полиамиды,
полиакрилаты,
поликарбонаты и
целлюлозы.
Химические
структуры
полимеров,
термопластов
термопластичные
полимеры
используемых
в
качестве
основы
реактопластов,
значительно
меньше.
Это
прежде
всего
и ненасыщенные
различны:
широко
и для
реактопластов
имеют
температуры Число
делятся
термореактивные.
значение
(Тразл). эфиры
полимеры
наибольшее
температура химического полистирол,
По характеру
термопластов
высокоэластического полимерной
состояния
все
кривая сшитого аморфного полимера
полиэфиры,
фенолоформальдегидные, эпоксидные
состоят из и мочевиноформальдегидные смолы.
линейных, инертных
разветвленных
макромолекул,
химически
по отношению друг к другу. У термореактивных
молекулы каждом
иногда
первоначально
мономерном
нагревании
тоже линейны,
звене
полимеров
реакционноспособные
группы.
При
эти группы реагируют друг с другом, в результате между
макромолекулами
образуется
4. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
но они содержат почти в
множество
поперечных
полимер становится пространственно сшитым.
связей
и
Химические молекулярной реакции
свойства
(макромолекулярные связей
макромолекул реакции).
могут быть
от
Примерами
состава,
них характерны
поперечными
вулканизация
макромолекул в сетчатые структуры:
30
зависят
массы и структуры полимеров. Для
соединения
поперечных
полимеров
связями
образования
и перевод
линейных
-СН2-СН—
СН3
-СН2—-С=СН-СН2-
...
Сп2
С
Н2/М1
СНз —
СН
200 °С ; давл.
з I
п8
--1 п
— СН2-С— СН-СН2
С=СН-СН2-
•
"
I
I
-
СН3 5
СН3
Полимеры
Также
для
фунциональных
веществами
изменения
полимеров
групп
характерны
друг
с
происходит
формы
полимераналогичным
полиолефинов,
и
низкомолекулярными
химического
макромолекулярной
превращениям
взаимодействия
превращения).
изменение
и длины
реакции
другом
(полимераналогичные
превращениях
-СН2-СН—
таких
состава
цепи
относится
В
без
полимера.
К
галогенирование
например, сульфохлорирование полиэтилена:
наличием
могут
подвергаться
деструкции,
обусловленной
у макромолекул двойных связей и ряда функциональных
групп.
Химическая
кислот,
деструкция
щелочей,
Наиболее
является
аминов,
связана с действием
фенолов,
распространенным
гидролиз.
аммиака,
видом
Например,
спиртов,
кислорода
химической
под действием
возможен гидролиз полимеров,
воды,
др.
деструкции
кислот
содержащих амидную
и
или
щелочей
связь:
п502; 2пС12 Н+(ОН')
—СН2~СН~СН2-СНС1—..
...—СН2-СН2-СН2-СН2—...
со-сн-мн-со-сн-мн-
-2пНС1 ЗО2С1
При
этом
получается
продукт,
обладающий
>- .
в реакцию
-—СО-СН-МНг . . .
к
к
+
НООС-СН-МН-СО-СН-МН— I I ..
к
р
к
вулканизации. Деструкция
Также
I
хорошими
механическими свойствами, устойчивый к озону, маслам, способный
в дальнейшем вступать
I
полимераналогичным превращением
полимеров
происходит
также
под
действием
результате
деструкции
является гидролиз кислорода,
света,
теплоты
и
радиации. В
полиакрилатов: уменьшается
физические
ОН"
молекулярная
масса
полимеров,
изменяются
их
и химические свойства, что в конечном итоге делает их
—СН2-СН— непригодными
-пСН3СООН
для
дальнейшего
использования.
ухудшения свойств полимеров во времени в результате
каталитическое восстановление
Процесс
он
ОСОСН3_1П
полистирола:
полимеров
называется
деструкции
в состав
антиоксиданты,
32
т.
старением
полимеров
е.
полимеров. Для
вводят
ингибиторы
33
стабилизаторы,
реакции
окисления
деструкции
замедления
чаще
всего
(фосфиты,
фенолы,
ароматические
обусловлена
обрывом
амины).
Стабилизация
обычно Волокна
цепи при взаимодействии антиоксидантов со
свободными радикалами.
плавов
получают
полимеров
последующим
путем продавливания
через тонкие отверстия
затвердеванием.
В
растворов или рас-
(фильеры)
в пластине с
зависимости от происхождения
волокна классифицируют на природные и химические.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ
Природные (или натуральные) волокна подразделяются на: В
технике
применяется.
почти
один
полимер
в
чистом
виде
массы
которых
составляют
изделий
в вязкотекучем
эксплуатации -
(или
полимеры,
пластики)
материалы,
состав
пластмасс
характеристик
используют
пластмасс,
для
входят
придания
улучшения
наполнители,
свойств и снижения себестоимости. Многие наполнители
(например,
графит, стекло, металлы и др.) применяют как в виде порошков или зерен, основе
так и в
виде
полимерного
качестве
волокон.
связующего
наполнителя
широко применяют
эксплуатации.
и В
-
пластмассы
стеклянного
наполнителя.
стеклопластиков
эфиры
пластификаторов снижаются
в
условиях
например,
мые
В
гликолей,
придания им
часто
полиэфиры.
фосфорной В
и
присутствии
температуры стеклования и текучести
полимера.
(растительного
волокна
получают
из природных и синтетических
В зависимости от природы исходного сырья химические
подразделяются
на синтетические и искусственные.
из синтетических
полимеров.
Это
полиамидные,
полиакрило-
полиуретановые и поливинилхлоридные
Искусственные кулярных
природных
волокна - продукты переработки высокомолевеществ.
К искусственным
волокнам относят-
ся: волокна
из регенерированной
целлюлозы
- вискозное и
медно-аммиачное; 2).
целлюлозно-эфирные
3).
белковые
волокна
- ацетатное и триацетат-
ное;
молоко из молочного 4).
резиновые
химические
волокна
-
например,
казеиновое
казеина; волокна
из природного (или
каучука. 34
происхождения):
волокна.
и
используют
волокна
нитрильные, полиэфирные,
на
наиболее
переработки
эфиры
происхождения): шерсть,
К синтетическим волокнам относятся волокна, вырабатывае-
1).
пластификаторов
вещества,
полимеров.
волокна.
вводят в пластмассы с целью
качестве
кислот,
и
производстве
пластичности
низкомолекулярные карбоновых
в
стеклянные
Пластификаторы эластичности
Стеклопластики
(животного
силикатные волокна: асбест и др.
Химические
эксплуатационных специфических
целлюлозные
3.
волокна
им различных
волокна
хлопок, джут, лен, пенька и др.
или кристаллическом состоянии.
пластификаторы, стабилизаторы, красители и др. Наполнители
2.
основу
или высокоэластическом состоянии, а при
в
белковые
шелк.
находящиеся в период формования
в стеклообразном
полимера,
-
1.
не
Всегда это смесь нескольких веществ.
Пластические
Помимо
ни
35
синтетического)
Неорганическими катные ские
искусственными волокнами являются
(стекло-, шлаковолокно, асбестовое волокно)
металличе-
волокна.
рованных стекловолокном (стеклопластики), ханической
прочностью
продавливания
через
фильеры
с
щелевидными
отверстиями
свойст-
5.1. Полимеры в автомобилестроении
на движущуюся ленНаиболее
Плёнки можно также получать полимеров
на
широко
пластмассы
применяют
в
производстве
методом каландрования, т.е. обдеталей
работкой
и хорошими электроизоляционными
получают из расплавов полимеров мето-
или методом нанесения растворов полимеров ту.
обладают высокой ме-
вами.
Полимерные плёнки дом
и
сили-
каландрах,
состоящих
из двух
или
внутренней
отделки
салона
автомобиля,
особенно
его
более передней части.
валков,
расположенных
параллельно
и
вращающихся навстречу Из
друг другу.
Плёнки
поливинилхлорида
изготовляют
шланги
для
омывателя
используют в качестве электроизоляционного и ветрового стекла, изоляцию электропроводов, мягкие ручки, кнопки,
упаковочного
материала, основы магнитных лент и т.д. и
Лаки
-
растворы
плёнкообразующих веществ
др.
Поливинилхлоридными
сиденья, дверную растворителях.
Кроме
полимеров, лаки
пластичность (пластификаторы),
растворимые
и др.
Применяются
для
потолок,
и боковую обшивку
салона.
повышения
требований к безопасности
при езде
красители, на
отвердители
отделывают
содержат вещества, повыВследствие
шающие
пленками
в органических
электроизоляционных
автомобиле
большое
внимание
уделяют
отделке
салона
покрыэластичными
пенополиуретанами.
При
замене
традиционных
тий, а также в качестве основы грунтовочных материалов и лакокрапружинных сочных
сидений
подушками из
этого
пенопласта
повышается
эмалей. боковая
устойчивость
сидения,
комфорт,
надежность
опоры
и
Клеи - композиции, способные соединять различные материаблагодаря лы вследствие образования
прочных
связей между их
этому
уменьшается
утомляемость
водителя
при
поверхностядлительных
поездках.
изготовляют
стойки
Из
полужесткого
пенополиуретана
ми и клеевой прослойкой. Синтетические органические клеи составляются
ветрового
композиции
входят
отвердители,
наполнители,
подлокотники,
внутренние
полиуретанов
-
подвески, Композиционные
материалы
(органической,
полимерной,
(композиты) -
углеродной,
состоят
приборов,
армированной
наполнителем
металлической,
и др.; из
монолитных
ремни
внутрисалонного
(например,
стеклянными).
полимерными,
Композиты 36
управления,
распеделительного
вала.
-
основной
полимер
для
изготовления
освещения,
защитных
колпаков
фонарей
света.
Из полиамидов
изготовляют
лопасти
вентиляторов,
и кристалподшипники,
металлическими,
привода
рулевого
кера-
заднего
быть
скольжения
в виде высокопрочных во-
локон или нитевидных кристаллов. Армирующие волокна могут
панели
из осно-
деталей мической),
дверные
подшипники
Полиметилметакрилат
лы
щитки
пластификаторы и
ДР-
вы
стекла,
на основе мономеров и полимеров или их смесей. В состав
топливопроводы,
направляющие
неорганическими
на основе полимеров,
арми37
сидений,
детали
дверных
замков;
из
полиэтилена
-
топливные
5.2. Полимеры в
баки,
строительстве
уплотнительные прокладки, облицовку дверей и багажников. Традиционными строительными материалами являются бетон, Политетрафторэтилен
применяют для изготовления втулок дерево,
железо
и
алюминий.
Доля
пластмасс
невелика,
но
подшипников скольжения, фенопласты - для электроизоляционных тенденция деталей
системы
зажигания
и
др.К
важнейшим
и
однако материалоемким
резиновым изделиям
для
шины.
Большое
значение
наблюдается повсюду,
перевес
минеральных
материалов
пока
сохраняется.
автомобилестроения Стёкла,
относятся
к повсеместному её увеличению
наиболее
имеют также
окна, рамы, устойчивые к внешним воздействиям, трубы из
многочисленные поливинилхлорида,
усиленные
жестким
пенопластом,
для
сетей
резино-технические изделия. водопровода Наряду
с
резинами
на
основе
натурального,
бутадиен-
хлоропренового
каучуков,
и
канализации,
газа под давлением стирольного,
бутадиен-нитрильного,
трубопроводы для транспортировки
и агрессивных химических соединений - для их
производства
применяют
полибутилен.
Для
полиэтилен,
полипропилен,
полиэфиры,
большое значение имеют резины на основе каучуков специального назначения:
из фторсодержащих каучуков изготовляют
между эксплуатируемые
при
температурах
до
200
°С,
каучуков
-
бетонными
уплотнители
и
в
контакте
с
консистентными
смазками
от -50 до
180 °С.
Значительное
получили
масло-,
распространение
свето-
зазоров
и
деталями
используют
полиуретаны,
силиконы,
эпоксидные смолы. С помощью тиопластов (полимеров, серу)
можно
уплотнять
швы
на
фасадах
зданий из
и
алюминия,
«склеивать»
блоки
мостов
и
дорожек
в аэродромов.
автомобилестроении
герметизации
при стали
температурах
и
манжеты, содержащих
работающие
швов
из акрилаты,
кремнийорганических
заполнителей
уплотнители,
озоностойкие
Большое
место занимают пластмассы во внутренней
отделке зданий - облицовка стен и перекрытий,
покрытия для пола,
акрилатные каучуки. мебель, обои. Лакокрасочные материалы - применяются окончательной
отделки
материалы
должны
защищали
металл
металлических
поверхностей.
образовывать покрытия, от
коррозии,
поэтому
для грунтования и
которые
они
Эти
надежно бы
обладают
Для
изготовления
эластичностью,
ударопрочностью,
широко для
термо-
этих целей
и
твердые
материалы.
и
пигментированные
полиуретановые
эмали,
металлическими порошками
придающих покрытиям красивый металлический
в
Наибольшую
долю
составляют полиуретаны и полистирол. роль
в
технике
играют
полимерные
волокнистые
используются
том
числе
различных
которые
по
объёму
производства
преобладают
над
и природными
(хлопок,
изготовления
тканей
лён,
шерсть).
Они
используются
для
цветов, для
тары,
транспортных
лент,
брезентов,
блеск. обмотки
шлангов,
а
также для
создания конструкций,
волокна выполняют роль армирующих материалов!.
38
современных
и
материалы, полиакриловые
используют
высокой
Большую износостойкостью. Особенно
конструкций
пенопласты, из которых можно получать и как очень эластичные, так
пенопластов твердостью,
облегченных
в которых
Полимерцементы
введением
добавок
физические внутренней
и и
- материалы на основе цемента или гипса с
полимеров
другие
свойства
наружной
отделки
или
латексов,
вяжущих. зданий,
что
Их
а
Какие
6.
Какие
улучшает
применяют
также
5.
как
клеи
для
различия
в
свойствах
у
аморфных
и
кристаллических
полимеров? особенности
строения
макромолекул
полимеров
обуславливают гибкость цепи? Какие свойства полимеров связаны с
для
гибкостью полимерной цепи? плиток.
Полимерными
поликарбамиды,
добавками
служат
полиэфиры, 7.
Какое состояние полимера называется высокоэластическим?
8.
Какие полимеры называют эластомерами?
9.
Какие
эпоксиды, растворимые в воде.
Полимербетоны -
представляют
собой затвердевшую смесь
высокомолекулярного вещества с минеральными наполнителями, в качестве
щебенку.
которых
чаще
Используют
всего
используют
в этом случае
кварцевый
песок
и
главным образом фурановые,
полиэфирные, эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы.
полимеры
относятся
к
термопластам,
а
какие
-
к
реактопластам? 10.
В какие химические реакции вступают полимеры?
11.
Какие полимеры применяют в строительстве?
12.
Приведите
примеры
полимеров,
используемых
в
автомобилестроении. Применяются
дорожных выбоин.
полимербетоны
и аэродромных
для
покрытий, для
Полимербетоны
отличаются
изготовления
заделки
швов,
химической
полов,
трещин
стойкостью,
высокой прочностью, морозостойкостью.
Стеклопластики
их
полимера
-
1.
конструкционные
(полиэфиры,
ЛИТЕРАТУРА
и
материалы,
фенолоформальдегидные
и
Н.Л.
Общая химия: учебник / Н.Л.
Глинка. -
М.: Интеграл -
Пресс, 2002.
состоящие
смолы)
Глинка,
2.
Артеменко, А.И.
3.
Коровин,
Органическая химия:
учеб,
пособие для
студентов
нехим. специльностей /А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2005. заполнителя
механической
(волокна,
ткани
и нити
из стекла),
обладают
высокой Н.В.
Общая химия: учебник / Н.В.
прочностью. школа, 2010.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.
Какие
содинения
относят
к
высокомолекулярным?
По
каким
признакам их классифицируют? 2.
Как определить молекулярную массу полимера?
3.
Напишите
структурную
формулу
пропена
(пропилен).
Приведите
схему радикальной полимеризации этого соединения. 4.
Приведите
схему
поликонденсации
терефтапевой
кислоты
С4Н6(СООН)2 и этиленгликоля НОСН2 - СН2ОН.
40
41
Коровин. -
М.:
Высшая
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
3
ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
4
Учебное издание 1.
СОЕДИНЕНИЯХ 1.1
Определения и основные понятия в химии ВМС
4
1.2.
Степень полимеризации и молекулярная масса полимеров
5
1.3.
Классификация и номенклатура полимеров
8
1.4.
Химическое строение макромолекул
15
1.5.
Полимеры регулярного и нерегулярного строения
18
2.
СИНТЕЗ
20
3.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
25
4.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛИМЕРОВ
31
5.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ
34
5.1.
Полимеры в автомобилестроении
37
5.2.
Полимеры в строительстве
39
ПАПИСОВ Иван Михайлович, ОСТАЕВА
ПОЛИМЕРОВ
Вопросы для самоконтроля
40
Литература
41
Галина Юрьевна,
НОВОСЕЛОВА ЕЛИСЕЕВА
Елена Викторовна,
Екатерина Александровна,
ПАПИСОВА Анастасия Ивановна
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Методические указания
Под общей редакцией проф. И.М. Паписова
Редактор И.А. Короткова
Подписано в печать 27.12.ЯОПг.
•12
"
Формат 60x84/16
Печать офсетная
Усл.печ.л. 2,1
Уч.-издл.
Тираж 200 экз.
Заказ 402
Цена 32 р.
Ротапринт МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский просп.,64