Поняття про полімери. Поліетилен

Існує два основних способи одержання високомолекулярних сполук – полімеризація та поліконденсація.

Реакція поліконденсації – процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної речовини з утворенням побічних продуктів (Н2О, NH3 тощо).

Реакція полімеризації – процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної речовини без побічних продуктів.

Молекули етилену здатні вступати в реакцію сполучення між собою, утворюючи довгі ланцюги з високими з

t, kt
наченнями молекулярних мас.

СН2=СН2+СН2=СН2+СН2=СН2 -СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-

або в скор

t, kt
оченому вигляді:

n СН2=СН2 (-СН2-СН2-)n

етилен поліетилен

Реакція відбувається при підвищеному тиску, високій температурі та при наявності каталізатора.

С клад і будова поліетилену

-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-

           
     


мономерна ланка

 

n СН2=СН2 (-СН2-СН2-)n

мономер полімер ступінь полімеризації

Мономер – це вихідна низькомолекулярна речовина.

Мономерна ланка – це група атомів, що повторюються і становлять основу хімічної будови полімерного ланцюга.

Ступінь полімеризації - це число n у формулі полімеру, що показує, скільки мономерних ланок сполучається.

Полімер – високомолекулярна сполука, яка одержана реакцією полімеризації із низькомолекулярної сполуки.

У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру.

Властивості поліетилену

На дотик поліетилен ніби масний, нагадує твердий парафін. Причина цього – подібність складу й хімічної будови цих речовин: парафін належить до вищих вуглеводнів (С18-С35), у його структурі, як і в структурі поліетилену, повторюються групи -СН2- .

Поліетилен – тверда речовина білого кольору, але легко забарвлюється в різні кольори, не тоне у воді. Плавиться у межах 102-105 0С або 125-137 0С, залежно від способу добування полімеру.

Процес плавлення полімерів має свої особливості, зумовлені взаємодією між молекулами, що мають значну довжину. У процесі нагрівання в розплавлений стан переходять насамперед коротші молекули, потім – довші, тому у полімерів широкий інтервал температур плавлення, а не точка плавлення, як у низькомолекулярних речовин.

У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після охолодження полімеру. Така властивість називається термопластичністю.

Термопластичність – це властивість тіл змінювати форму в нагрітому стані і зберігати її після охолодження.

Під час дуже сильного нагрівання поліетилен розкладається.

Поліетилен – доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім’яти, але важко розірвати. Поліетилен не проводить електричного струму. Він стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину калій перманганату і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою.

Застосування поліетилену.

1) Як діелектрик для ізоляції електропроводів;

2) як пакувальний матеріал для різних виробів і продуктів харчування;

3) в сільському господарстві при будівництві теплиць, для покриття плодово-ягідних культур і саджанців від замерзання;

4) виготовлення посуду та водогінних труб, антикорозійних покриттів;

5) виготовлення тари для зберігання хімічно агресивних рідин;

6) виготовлення деталей апаратів, що працюють в агресивному середовищі.

 

Завдання для самоконтролю

74. Яка реакція називається реакцією поліконденсації?

75. Що таке мономер? Полімер?

76. Яка реакція називається реакцією полімеризації?

77. Реакція полімеризації належить до типу:

а) обміну; б) заміщення; в) приєднання; г) розкладу.

78. Яка середня молекулярна маса поліетилену, якщо n становить 1000?

79. Розкажіть про застосування поліетилену в побуті.

 

Пластмаси

Пластмаси – це матеріали, які виготовлені на основі полімерів, що здатні набувати при нагріванні задану форму і зберігати її після охолодження.

За масштабом виробництва вони займають перше місце серед полімерних матеріалів. У них поєднується велика механічна міцність, мала густина, висока хімічна стійкість, хороші теплоізоляційні ті електроізоляційні властивості тощо. Пластмаси виготовляються із доступної сировини, вони легко піддаються переробці в самі різноманітні вироби. Все це зумовило широке використання їх в усіх галузях народного господарства і техніки, в повсякденному житті.

Крім полімеру, в пластмасах майже завжди містяться інші компоненти, які надають матеріалу певні якості; полімерна речовина для них є зв’язуючою. До складу пластмас входять: наповнювачі (деревне борошно, тканина, азбест, скловолокно тощо), які знижують вартість матеріалу і покращують його механічні властивості, пластифікатори (наприклад, естери, що мають високу температуру кипіння), які підвищують еластичність, усувають крихкість, стабілізатори (антиоксиданти, світлостабілізатори), які сприяють збереженню властивостей пластмас у процесі їх переробки і використання, барвники, які надають матеріалу потрібного забарвлення, антистатики, які запобігають наелектризованості.

Для правильного поводження з пластмасами потрібно знати, термопластичними або термореактивними є полімери, що їх утворюють.

Термопластичні полімери (наприклад, поліетилен) при нагріванні розм’якшуються і в цьому стані легко змінюють форму. При охолодженні вони знову тверднуть і зберігають надану форму. При наступному нагріванні вони знову розм’якшуються, набувають нову форму і т. д. Із термопластичних полімерів при нагріванні та тиску можна формувати різні вироби і при необхідності піддавати їх повторній переробці.

Термореактивні полімери при нагріванні спочатку стають пластичними, але потім втрачають пластичність, стають неплавкими і нерозчинними, оскільки у них проходить хімічна взаємодія між лінійними макромолекулами, утворюється просторова структура полімеру. Повторно переробляти такий матеріал у нові вироби вже неможливо: він набув просторову структуру і втратив необхідну для цього властивість пластичності.

Значні переваги пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхідності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси – високій продуктивності виробництва.

Експлуатаційні недоліки пластмас пов’язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, наприклад, обмежується його низькою температурою плавлення.

Дуже близький за властивостями до поліетилену поліпропілен (-СН2- СН-)n. Він твердий, жирний на дотик, СН3

білого кольору, термопластичний матеріал. Подібно поліетилену, його можна віднести до високомолекулярних насичених вуглеводням. Полімер стійкий до агресивних середовищ. На відміну від поліетилену, він розм’якшується при більш високій температурі (160-170 оС) і має підвищену міцність.

У процесі полімеризації молекули пропілену можуть з’єднуватись між собою по-різному, наприклад:

-СН2- СН-СН2- СН-СН2- СН-СН2- СН-

СН3 СН3 СН3 СН3

або

-СН2- СН-С Н-СН2-СН2- СН-С Н-СН2-

СН3 СН3 СН3 СН3

Перший спосіб називають «голова-хвіст», Другий – «голова-голова». Можливий і змішаний порядок з’єднання.

З поліпропілену виготовляють деталі машин, труби, плівку, риболовні сітки, побутові вироби, волокна. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.

Поліхлорвініл(-СН2- СН-)n – термопластичний полімер, лінійні молекули якого

Сl

побудовані за типом «голова-хвіст». За складом і будовою поліхлорвініл можна розглядати як хлорпохідне поліетилену. Атоми Хлору, які заміщують частину атомів Гідрогену, міцно з’єднані з атомами Карбону. Тому поліхлорвініл стійкий до дії кислот і лугів, володіє хорошими діелектричними властивостями, великою механічною міцністю. Він практичне не горить, але порівняно легко розкладається при нагріванні, при цьому виділяється хлороводень.

На основі поліхлорвінілу одержують пластмаси двох типів: вініпласт, який володіє значною жорсткістю, і пластикат – більш м’який матеріал. Для попередження розкладу полімеру в пластмасу вводять стабілізатори, а при одержанні м’якого пластикату ще й пластифікатори.

Із вініпласту виготовляють хімічно стійкі труби, деталі хімічної апаратури, акумуляторні банки та ін. Пластикат йде на виготовлення лінолеуму, штучної шкіри, клейонки, плащі, що не промокають, використовується для ізоляції проводів, в тому числі підводних кабелів тощо.

Полістирол(-СН2- СН-)n – термопластичний полімер, лінійні молекули якого

С6Н5

побудовані за типом «голова-хвіст». Полістирол легко піддається формуванню. Із нього виготовляють широкий асортимент виробів. Як хороший діелектрик полістирол йде на виробництво деталей електроапаратури та радіоапаратури, кабельної ізоляції. Із нього готують декоративно-оздоблювальні матеріали, різного роду панелі тощо. Широко використовується він для виготовлення предметів побутового вжитку – освітлювальної апаратури, посуду, галантереї, дитячих іграшок тощо.

Одним із недоліків полістиролу є низька ударна міцність, що обмежувало можливості його використання. В теперішній час, використовуючи каучук у процесі синтезу полімеру, одержують удароміцний полістирол. Такий полістирол зараз найбільш розповсюджений.

Різновидністю полімеру є пінополістирол. Його одержують, додаючи при процесі виготовлення матеріалу речовини-вспінювачі. В результаті полістирол набуває структуру загуслої піни із закритими порами. Матеріал виявляється дуже легким. Пінополістирол використовується в якості тепло- та звукоізоляційного матеріалу в будівництві, в холодильній техніці, у меблевій промисловості. Він йде на ізоляцію трубопроводів, упаковку транспортуючих приладів, харчових продуктів тощо.

Тефлон (політетрафлуоретилен) (-CF2-CF2-). За особливу хімічну стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні в «царській горілці» (суміш концентрованих нітратрої та хлоридної кислот), ні в органічних розчинниках, стійкий проти холоду й нагрівання, неотруйний, світлостійкий. Завдяки цим властивостям з політетрафлуоретилену виготовляють деталі машин і приладів, апаратів, що працюють у хімічно агресивному середовищі та у харчовій промисловості. З побутових виробів відомі сковороди і каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.

Поліметилметакрилат СН3

(-СН2- С-)n

СООСН3

Полімер має лінійну структуру, термопластичний. Поліметилметакрилат – тверда, безбарвна, прозора і світлостійка речовина, при ударі не розбивається, стійкий до дії кислот і лугів. Із-за своєї прозорості полімер одержав назву органічного скла. Він може бути зафарбованим. На відміну від звичайного силікатного органічне скло легко обробляється механічними способами і піддається склеюванню.

Застосовується поліметилметакрилат для скління літаків, судів, автомобілів, використовується для виготовлення світлотехнічних виробів, лінз, збільшувального скла, в якості матеріалу для лазерної техніки.

Завдання для самоконтролю

80. Доведіть, що зразок пластмаси є поліхлорвініл.

81. Напишіть формулу тефлону та зазначте, де він використовується.

82. Напишіть формулу поліпропілену та зазначте, де він використовується.

83. Чим відрізняється органічне скло від звичайного?