Полимеризация полимеров

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………….3

1 Полимеризация полимеров………………………………………..…..5

1.1 Происхождение и строение полимеров………………………….…5

1.2 Свойства и важнейшие характеристики полимеров……………….7

1.3 Процесс полимеризации полимеров……………………………….10

2 Блочная полимеризация………………………………………………16

2.1 Понятие и преимущества блочной полимеризации ………………16

2.2 Блочная полимеризация в промышленности………………………17

2.3 Применение полимеров в машиностроении……………………….26

Заключение ……………………………………………………………...30

Список использованной литературы…………………………………...33

ВВЕДЕНИЕ

Каждая эпоха развития человечества всегда имела название, связанное с наименованием основного материала, из которого изготавливались орудия производства: каменный век, бронзовый век, железный век. Время, в котором мы живем, все чаще называют веком полимеров, так как с каждым годом полимерные материалы все шире и уверенно проникают во все отрасли техники и быта человека.

Поэтому тема данной контрольной работы является достаточно актуальной в наши дни.

Полимеризация – это  процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное звено. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера приблизительно одинаков.

Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромо­лекулы) состоят из большого числа повто­ряющихся группировок (мономерных звеньев), соединенных между собой химическими связями.

Целью работы является изучение процесса полимеризации полимеров.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- рассмотреть свойства и важнейшие характеристики полимеров;

- изучить процесс полимеризации полимеров;

- изучить использование полимерных материалов в отраслях техники и быта человека.

Объектом исследования является процесс полимеризации полимеров, а предметом – практическое использование получаемых материалов.

При написании контрольной работы была использована литература следующих авторов: Максанова Л.А., Аюрова О.Ж. «Полимерные соединения и их применение», Гладышев Г. П., Попов В. А. «Энциклопедия полимеров» и д.р..

1 ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

1.1 Происхождение и строение полимеров

Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромо­лекулы) состоят из большого числа повто­ряющихся группировок (мономерных звеньев), соединенных между собой химическими связями.
             Реакция полимеризации – это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

По происхождению полимеры делятся на:

- природные (биополимеры), например белки;

- нуклеиновые кислоты;

- смолы природные и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.

Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде:

- открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный (рисунок -1));

- цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отвержденные эпоксидные смолы).

Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например: поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза). Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными [1 с. 893-901].

Рисунок -1- Линейная, разветвленная и пространственная структура полимеров

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.

Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами.
           В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на:

- гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора;

- гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов.

Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода,  например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен.

Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры.

Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими.

Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид [3].

1.2 Свойства и важнейшие характеристики полимеров.

Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств.

Важнейшие из этих свойств:

- способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям;

- способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением;

- высокая вязкость растворов.

Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным.

Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям. Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях.

Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.

Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так,цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообразное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения.

Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, стереорегулярный полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и размягчается при температуре около 80 °С.
            Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций:

- образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи;

-  распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения);

- внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация.

Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими одной цепи.

Некоторые свойства полимеров, например растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие.                                            Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.
Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Синтетические полимеры получают полимеризацией и поликонденсацией. Карбоцепные полимеры обычно синтезируют полимеризацией мономеров с одной или несколькими кратными углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки (например, из циклопропана и его производных), гетероцепные полимеры получают поликонденсацией, а также полимеризацией мономеров, содержащих кратные связи углеродоэлемента (например, С=О, С=N, N=С=О) или непрочные гетероциклические группировки [3].

1.3 Процесс полимеризация полимеров

Полимериза́ция (греч. polymeres - состоящий из многих частей) — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное звено. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера приблизительно одинаков.

Реакции полимеризации делится на: 

- реакции гомополимеризации соединение молекул одного мономера, относится реакция получения полипропилена (рисунок – 2);

пропен(пропилен)                                               полипропилен

Рисунок – 2 – Получение полипропилена

- на реакции сополимеризации – соединение молекул двух и более исходных веществ, относится реакция получения бутадиен-стирольного каучука (рисунок – 3).

бутадиен-1,3стирол

бутадиен-стирольный каучук

Рисунок - 3 - Реакция получения бутадиен-стирольного каучука

Реакция поликонденсации – это химический процесс получения макромолекулы полимера, идущий с образования побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).

В реакции поликонденсации вступают молекулы мономера с функциональными группами. Как и в случае полимеризации, процессы

поликонденсации разделяют на две группы: реакции гомополиконденсации (изодного мономера) и реакции сополиконденсации (из нескольких молекул).