Синтетические полимерные материалы

Федеральное государственное бюджетное  образовательное 

Учреждение Высшего профессионального образования

«Сибирский государственный аэрокосмический Университет

Имени академика М. Ф. Решетнева» (СибГАУ)

 

 

 

Инженерно-экономический факультет

Кафедра организации и управления наукоемкими производствами

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Производственные наукоемкие технологии»

Синтетические полимерные материалы.

 

 

 

Выполнил: студент гр. МТ-01

Гришин А.В.

Проверил: преподаватель

Алексеев А.В.

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2012

 

Оглавление

Введение 3

1.Определение и классификация полимеров 5

1.1 Определение полимеров 5

1.2 Классификация полимеров 7

2. Применение полимеров 9

2.1 Полимеры в машиностроении 12

2.2 Полимеры в сельском хозяйстве 16

3. Токсичность и другие негативные свойства полимерных материалов. 19

Заключение 24

Список используемой литературы 25

 

 

Введение

Итак, что такое полимеры? Тема достаточно обширная, поэтому в начале работы предоставлены роль и развитие полимеров  в истории человечества.

Человек давно использует природные  полимерные материалы в своей  жизни. По  сути своей природным полимером можно назвать вообще любой материал, как например кожа или шерсть, а также, например, глина. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX века, хотя предпосылки для этого появились ранее.

Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось  в двух направлениях — путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

Термин “полимерия” был введен в науку И.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

Химия полимеров возникла только в  связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связь между строением  и относительной устойчивостью  молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов  синтеза  каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран. В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации.

Производство синтетических полимеров  началось в 1906 году, когда Лео Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу — продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер.

Благодаря усилиям Генри Форда, перед Первой мировой войной началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата — без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолётостроение в годы войны.

После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое ещё до войны. В 50-х годах XX века было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон — искусственная шерсть из полиакрилонитрила, — замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шёлк). Революционным моментом в мире полимеров стало открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов. Это привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов, а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны — наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны — элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные  в 60—70 годы XX века. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.

Именно так шагали полимеры по страницам  истории. И роль их была высока, пусть  и существовали они всегда за кулисами, или же в качестве кулис.

Но пора оторваться от романтики  истории и перейти к суровым  фактам нашего времени.

 

1.Определение  и классификация полимеров

1.1 Определение  полимеров

Полимеры – высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых атомы, соединенные  химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, а также  пространственные трехмерные структуры. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые  кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и  другие органические вещества. Большое  число полимеров получают синтетическим  путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения  путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

В зависимости от строения основной цепи полимеры делятся на линейные, разветвленные, и пространственные структуры. Линейные и разветвленные  цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.

Линейные структуры могут иметь как кристаллическую, так и аморфную (стеклообразную) структуру. Разветвленные и трехмерные полимеры, как правило, являются аморфными. При нагревании они переходят в высокоэластическое состояние подобно каучуку, резине, и другим эластомерам. При действии особо высоких температур, окислителей, кислот и щелочей, органические и элементоорганические структуры подвергаются постепенному разложению, образуя газообразные, жидкие, и твердые соединения.

Физико-механические свойства линейных и разветвленных  полимеров во многом связаны с  межмолекулярным взаимодействием  за счет сил побочных валентностей. Особенно прочные волокна дают многие синтетические полимеры (полиамиды, полиэфиры, полипропилен и др.), линейные молекулы которых расположены вдоль  оси растяжения. Трехмерные структуры  могут лишь временно деформироваться  при растяжении, если они имеют  сравнительно редкую сетку (подобно  резине), а при наличии густой пространственной сетки они бывают 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 включает атомы разных элементов. Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы в соответствии с принятыми в  химической науке принципами.

Полимерные  материалы делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокна  химические. Они широко применяются  во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных  отраслей промышленности, сельского  хозяйства, медицины, культуры и быта.

 

1.2 Классификация  полимеров

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); цепи с разветвлением (разветвленные  полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые 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.

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, и 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. 

 

2. Применение  полимеров

Синтетические полимеры — это ненатуральные  полимерные материалы, произведенные  для замены природным материалам. 
Промышленное изготовление искусственных полимеров осуществляется несколькими способами — путем переделки натуральных органических полимеров в искусственные полимерные материалы, а также способом «добывания» искусственных полимеров из органических низкомолекулярных соединений. 

Среди синтетических полимеров  есть отдельная группа, включающая каучуки и каучукоподобные полимеры. Эти материалы характеризуются  удивительной деформативностью и высокоэластичными  свойствами, из-за чего им и дали название эластомер. 

Синтетические полимеры формируются  благодаря полимеризации и поликонденсации. Карбоцепные полимеры зачастую синтезируются  полимеризацией мономеров с одним  или более кратным углеродными  связями или мономеров, держащих в себе неустойчивые карбоциклические группировки. 

Первый материал был изготовлен из физической модифицированной целлюлозы  еще в начале двадцатого века и  до сегодняшнего времени из этого  же материала производят волокна, пленки, загустители и лаки. Он приобрел название целлулоид, который всем известен как целлюлоза.

Синтетические полимерные материалы пригодны для работы в условиях контактных нагрузок. В линотипах (наборных машинах) применяют найлоновые зубчатые колеса привода клавиатуры, которые по сравнению с чугунными отличаются бесшумностью работы, не требуют смазки и не обнаруживают заметного износа после длительной эксплуатации. Подшипники с пластмассовыми шариками, или полностью изготовленные из пластиков, могут применяться при малой скорости вращения в случаях, когда необходимо обеспечить снижение веса изделия, коррозионную стойкость и сопротивление возможным ударам. Такие подшипники удовлетворительно работают при попадании пыли.

Синтетические полимерные материалы делятся в свою очередь на пластические массы (пластики), эластомеры (каучуки) и волокна. Это деление носит до некоторой степени условный характер, так как полимерные материалы одного и того же химического состава, но полученные или переработанные различными способами, могут применяться в виде пластмассы, каучука или синтетического волокна.

Разнообразные синтетические полимерные материалы, обладающие ценными специфическими свойствами, необходимыми для отдельных отраслей народного хозяйства, получают все более широкое применение. В определенных отраслях промышленности намечается достаточно обоснованная тенденция к постепенной замене материалов, вырабатываемых на основе производных целлюлозы, синтетическими полимерами. Эта тенденция дала, однако, в свое время основание для неправильного и поверхностного заключения, что во всех отраслях народного хозяйства, потребляющих полимерные материалы, синтетические полимеры сначала частично, а затем полностью заменят целлюлозу и ее производные. В настоящее время необоснованность такого вывода очевидна.