Полимеры. Полимерная революция

1.

/

2.

• Полимерная революция началась в 40-х
годах XX века, когда люди впервые отказались
от естественных, натуральных материалов
и синтезировали то, чего никогда в природе
не было: нейлон и полиэтилен, вещества с
уникальными
свойствами
–
прочные,
устойчивые, лекгие и т.д.
Волокно
полиэтилена, например, прочнее стали.
Корреляции между структурами материалов
и их свойствами выделили в целое
направление - науку о полимерах.

3.

Основные понятия темы
* Полимеры –
• вещества, имеющие большую молекулярную
массу, молекулы которых состоят из большого
числа повторяющихся группировок.
* Мономеры –
• низкомолекулярные вещества, из которых
образуются полимеры.
* Структурное звено –
• повторяющаяся группа атомов.
* Степень полимеризации –
• число, показывающее количество звеньев в
молекуле полимера.
М (макромолекулы) = M (звена) * n

4.

мономер
n CH2=CH2
степень
полимеризации
структурное звено
( - CH2-CH2-) n
полимер

5.

1. Какой мономер использован для получения полимера
1.CH2=CH-CH3
2. CH2=C(CH3)-CH=CH2
3.CH2= C(CH3)2
2. Какова формула мономера, если при его
полимеризации образуются макромолекулы следующего
строения:
...-CH2-CCl=CH-CH2-CH2-CCl=CH-CH2-... ?
1. Cl-CH2-CH=CH-CH2-Cl
3. CH2=CH-CH=CH2-Cl
2. CH2=CCl-CH=CH2

6. Классификация полимеров

7.

1. По способу получения
1.Получаемые реакцией полимеризации
2.Получаемые реакцией поликонденсации

8.

Характерные признаки полимеризации
1. В основе полимеризации лежит реакция
присоединения.
2. Мономерами являются непредельные
соединения.
3. Цепная реакция.

9.

10.

Характерные признаки поликонденсации
1. В основе поликонденсации лежит реакция
замещения.
2. Взаимодействуют друг с другом молекулы
мономеров, имеющие две функциональные группы.
3. В результате реакции образуется побочный
продукт (например, H2O).

11.

12.

1. Укажите формулы соединений,
которые можно использовать в
качестве мономеров при реакции
полимеризации
а) HOOC-CH=CH-COOH
б) CH2=CCl2
в) HO-CH2CH2-OH
г) C2H5-C6H4-COOH
д) H2N-(CH2)5-COOH
е) HO-CH2CH2CH2-COOH

13.

2. Укажите формулы соединений,
которые можно использовать в
качестве мономеров при реакции
поликонденсации
а) CH3(CH2)3COOH
б) NH2(CH2)2COOH
в) HO-CH2CH2CH2-COOH
г) CH2=CH-COOH

14. 5. К какой группе относятся химические реакции

А) n CH2 = CH2
(-CH2 – CH2-) n
Б)
В) n H2N-(CH2)5-COOН
H-[-NH-(CH2)5-CO-]n-OH +(n-1)H2O
Г) n HOOC-C6H4-COOH + nHOCH2CH2-OH
HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O

15.

2. По форме молекулы
Линейная
Разветвлённая
Пространственная

16.

3. По отношению к нагреванию
термопласты
• Обратимо твердеют и
размягчаются.
• Возможна вторичная
переработка.
• П. линейного и
разветвленного
строения
реактопласты
• Под действием тепла,
переходят в неплавкое
состояние
• Невозможна вторичная
переработка
• П. пространственного
строения

17.

4. По происхождению:
Природные (биополимеры)
Искусственные
Синтетические

18. БИОПОЛИМЕРЫ

19.

20. Натуральный каучук – продукт полимеризации алкадиенов

Название «каучук» произошло от слова
«каучу» (кау- дерево, учу – течь). Так
индейцы называли сок гевеи. Белый сок
этого дерева темнел и становился твёрдым
на воздухе. Индейцы делали из него обувь,
непромокаемые ткани, сосуды для воды. С
некоторыми из этих предметов европейцев
познакомил Колумб.
В 1839 г. американец Чарльз Нельсон
Гудьир, добавив в каучук немного серы и,
нагрев эту смесь, изобрёл новый материал
с повышенной прочностью,
эластичностью, устойчивый к нагреванию
и к холоду - резину. Процесс ее получения
называют вулканизацией.
С этого времени изделия из резины
завоевали весь мир.

21. Вопросы.

1. Белки – полимеры, мономером
которых является …
2. Мономером крахмала является ….
3. ДНК – полимер, состоящий из ….
4. Мономер целлюлозы - …..

22. ИСКУССТВЕННЫЕ ПОЛИМЕРЫ -

ИСКУССТВЕННЫЕ
ПОЛИМЕРЫ это высокомолекулярные
вещества, которые получают
на основе природных
полимеров путём их
химической модификации

23. КЛАССИФИКАЦИЯ :

искусственные полимеры
пластмассы
другие материалы
волокна

24.

• Производство искусственных полимеров
базируется на целлюлозе. На их основе
производят плёнки, волокна, лакокрасочные
материалы и загустители. Развитие кино и
фотографии оказалось возможным лишь
благодаря появлению прозрачной плёнки
из нитроцеллюлозы.

25.

Искусственные нити производят из
природного сырья – целлюлозы,
силикатов, казеина, металлов и
других материалов.
Примеры: вискозные, ацетатные и
триацетатные волокна

26.

Пластмассы – это материалы,
полученные на основе полимеров,
способные приобретать заданную форму
при изготовлении изделия и сохранять ее
в процессе эксплуатации
Состав: полимер (чаще целлюлоза)
красители (цвет)
наполнители (жесткость)
пластификаторы (эластичность)

27. История

• Первая пластмасса была получена английским
металлургом и изобретателем Александром
Парксом в 1855 году .
• Паркс назвал её паркезин (позже целлулоид).
Паркезин был впервые представлен на Большой
Международной выставке в Лондоне в 1862 году.
• Паркезин был сделан из целлюлозы,
обработанной азотной кислотой и растворителем.
• Паркезин часто называли искусственной
слоновой костью.

28. Свойства пластмасс

Свойства пластмасс:
Легкие
Изоляторы
Устойчивы к
коррозии
Прочные
Низкая стоимость
Легки в обработке

29. Синтетические полимеры – полимеры, получаемые из органических низкомолекулярных соединений.

30.

Синтетические полимеры
пластмассы
волокна
каучуки

31.

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. Накануне Второй мировой войны было
освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида,
являющихся электроизолирующими материалами, а
также полиметилметакрилата —органического стекла под названием
«плексиглас», без которого было бы невозможно массовое самолётостроение в
годы войны.
После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей
(капрон, нейлон). В 50-х годах XX века было разработано полиэфирное
волокно и освоено производство тканей на его основе –
лавсана. Полипропилен и нитрон — искусственная шерсть
из полиакрилонитрила. В середине 50-х годов XX столетия появились
полимерные материалы на основе полиолефинов - полипропилен и полиэтилен.
Затем были внедрены в производство полиуретаны — наиболее
распространённые герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы
(поролон), а также полисилоксаны — элементорганические полимеры,
обладающие высокими термостойкостью и эластичностью..

32.

С 1932 и вплоть до 1990 СССР по объемам производства
синтетического каучука занимал первое место в мире.
Основными потребителями синтетического каучука
являются шинные заводы, а около 40 процентов
каучука идет на широкий ассортимент
резинотехнических изделий (более 50 000), среди
которых наиболее заметное место занимают
технические изделия из мягкой резины, подошвы для
обуви, ленточные транспортеры, разнообразные трубы
и шланги всех видов, электроизоляция, герметики,
клеи, краски на латексной основе и т.д.

33.

В 1910 г. впервые был
получен синтетический
полибутадиеновый каучук по
методу русского учёногохимика Сергея Васильевича
Лебедева.

34.

«У нас имеется в стране всё, кроме
каучука. Но через год-два и у нас
будет свой каучук» (1931 год).
В 1932г. правительство СССР
объявило конкурс на разработку
промышленного производства
синтетического каучука.
Ленинградские химики во главе с
С. В. Лебедевым разработали
способ получения каучука из
этилового спирта с последующей
полимеризацией его на
металлическом натрии.

35.

«Я не верю, что Советскому
Союзу удалось получить
синтетический каучук! Это
сплошной вымысел! Мой
собственный опыт и опыты
других показывают, что вряд ли
процесс промышленного синтеза
каучука вообще когда-нибудь
увенчается успехом!»
1931 год
Томас Эдисон

36.

Виды каучуков
Синтетический
изопреновый
каучук
обладает
высокой
эластичностью и прочностью. Производство шин, обуви,
конвейерных лент, медицинских изделий.
Бутадиеновый каучук обладает высокой износоустойчивостью.
Изготовлении шин.
Бутан-стирольный каучук применяется для производства шин,
резиновой обуви и других резиновых изделий высокого качества.
Бутадиен-нитрильный каучук обладает высокой масло- и
бензостойкостью. Применяется в производстве сальников.
Винилпиридиновый каучук
имеет отличную склеиваемость.
Морозоустойчив, масло- и бензостоек.
Кремнийорганические каучуки – силиконы - широко применяются
в медицине. Из них создают различные протезы, трубки для
переливания крови и т.д.
Фторсодержащие каучуки - характеризуются повышенной
термостойкостью. Изготовление герметиков и уплотнителей,
работающих при температурах выше 200оС.

37.

Пластмассы
Полиэтилен
Материал обладает превосходными пленкообразующими
свойствами.
Он используется для изготовления бутылок, ящиков, бочек, ведер, посу
ды и т.д.
Полипропилен
Полипропилен очень жёсткий, твердый и механически прочный пласт
ик с самой низкой плотностью из всех пластмасс.
Упаковка пищевых продуктов.
Автомобильная промышленность: в качестве материала для
воздушных фильтров, чехлов, педалей.
Строительство: садовая мебель, искусственная трава,
Прочее: очки, чемоданы, сумки, медицинское оборудование.

38.

Поливинилхлорид (ПВХ, полихлорвинил, винил) —
бесцветная, прозрачная пластмасса. Отличается
химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам,
кислотам и растворителям.
Не горит на воздухе, но обладает малой
морозостойкостью (−15°C).
Применение:
Электроизоляция проводов и кабелей;
Производство труб, пленок для натяжных потолков,
искусственных кож, линолеума, обувных пластикатов,
грампластинок, профилей для изготовления окон и дверей.

39.

Полистирол - жёсткий, хрупкий, легко формуется и
окрашивается. Хорошо склеивается. Обладает низким
влагопоглощением, высокой влагостойкостью и
морозостойкостью.
Области применения:
в качестве изоляции для
электрических кабелей,
материалы для строительства
жилья. Корпусные элементы
бытовых приборов.
Упаковка. Одноразовая посуда.
Стаканчик для йогурта из ударопрочного
полистирола

40.

Волокна – высокомолекулярные
вещества, имеющие линейное
строение и сформированные в виде
нитей.
Различают натуральные ( животные,
растительные и минеральные) и
химические волокна (искусственные и
синтетические).

41.

Синтетическое волокно производится из
органических полимеров, получаемых путем
переработки нефти, газа и каменного угля. В
зависимости от способа изготовления и исходного
материала различают:
полиамидные;
полиэфирные;
полиакрилонитрильные;
поливинилхлоридные.
Характерной особенностью синтетических волокон
является их неспособность впитывать влагу, что
сопровождается при механических воздействиях на
волокна появлением статического электричества.

42.

Капрон - полиамидное волокно, высокопрочное и износостойкое,
которая в мокром виде почти не меняется , используются для
изготовления чулочно-носочной продукции, платьевых и
технических тканей, трикотажа.
Волокно нитрон - полиакрилонитрильное соединение, обладает
шерстистостью. Это его свойство повышает теплозащитные
свойства и придает им приятный внешний вид.
Полиэфирные нити характеризуются
низкой теплопроводностью и высокой
упругостью, их применяют для
изготовления синтепона, синтепуха и
других утеплителей.
Волокно лавсан обладает высокой
прочностью, упругостью, сравнительно
высокой температурой плавления, придает
тканям малосминаемость, износостойкость,
красивый внешний вид.

43. Умные полимеры

44.

Современные технологии позволяют получать
полимеры с удивительными свойствами. Лекарства,
которые самостоятельно находят заболевший орган,
упаковка, подающая сигнал об окончании срока
годности, пластиковый пакет, разлагающийся после
использования.
Умные
полимеры
обладают
способностью сильно реагировать на относительно
слабое внешнее воздействие. Они могут резко изменить
форму или состояние при перемене температуры,
влажности, кислотности, освещения.
Оболочка таблетки из таких полимеров не будет
растворяться
в
желудке
при
рН
=
1,4
и
защитит лекарственное средство от вредного воздействия
содержимого
желудка.
Попав
в
кишечник (рН = 6.7 – 7.4), оболочка таблетки
растворится,
что
позволит
лекарству
быстро
всосаться в кровь.

45.

Есть полимеры, растворяющиеся в воде при температуре
ниже 31℃. Как только температура превышает 31 °C, полимер
претерпевает фазовое превращение, полимерные цепочки теряют
свойство растворимости, полимерная матрица резко сокращается,
и объект начинает двигаться. Такие объекты из наночастиц
называются микроплывунами; воздействуя на них инфракрасными
лазерными импульсами, можно заставить их плыть в нужную
сторону. Когда-нибудь плывуны будут играть большую роль
в наномедицине.
Другой пример — создание специальных многослойных
микро- и даже нано-размерных пузырей для доставки лекарств.
Направляя на пузырь излучение с определенной длиной волны,
можно вызвать фазовый переход, — оболочка раскроется,
и лекарство, которое находилась внутри пузыря, высвободится
в том месте организма, в котором нужно. Так можно доставлять
токсичные лекарственные препараты к раковым опухолям: чем
точнее доставка, тем меньше нужна доза, и тем слабее побочные
эффекты.

46.

Еще одно направление
— разработка
органических
солнечных
батарей.
Это
тонкопленочные устройства толщиной от 50 до 100
нанометров,
которые
конвертируют
свет
в электроэнергию.
Органические солнечные панели тонкие —
а значит, расходуется совсем немного материала
на единицу площади, и сравнительно дешевые.
Представьте: человек с тремя баллончиками спрея
поднимется на крышу: из первого баллончика
на кровлю наносится электрод, из второго — донор,
из третьего — акцептор, потом опять электрод, —
и крыша превращается в солнечную батарею. КПД
такой батареи пока невысок, а стабильность
достаточно низкая, но решение этой задачи –дело
времени.

47.

Создается новый класс полимерных материалов,
который
полностью
воспроизводит
механику
биологических тканей: кожи, легких, кровеносных
сосудов.
Это
открывает
совершенно
новые
перспективы
в
создании
персонализированных
имплантов.
На секции полимерных гелей съезда Японского
полимерного
общества,
состоявшегося в декабре 1991 г. в Тсукуба, были
продемонстрированы
«жук»
из
геля,
взбирающийся по наклонной плоскости, «палец» из
геля,
сгибающийся
и
разгибающийся на воздухе, а не в растворе, как в
большинстве случаев.