Sünteetilised polümeerid

Trükkimisel kasutatakse mitmesuguseid sünteetilisi polümeerseid materjale: plastomeerid (sünteetilised vaigud ja plastid); elastomeerid (sünteetiline kautšuk ja kumm); värvid ja liimid; sünteetilised kiud ja kangad; "tasuta" filmid; fotopolümeerid.

Sünteetilisi polümeere saadakse polümerisatsiooni, kopolümerisatsiooni ja polükondensatsiooni meetodil. Neid protsesse käsitletakse orgaanilise keemia käigus. Sünteetiliste polümeeride omadused sõltuvad nende struktuurist ja molekulmassist. Suurema molekulmassiga polümeerseid materjale iseloomustab suurem mehaaniline tugevus (tõmbe-, painutus-, väänduvus jne) ja halvem lahustuvus.

Sünteetiliste polümeeride iseloomulik tunnus on polüdisperssus – sama polümeeri molekulid võivad olla erineva suurusega, sealhulgas erineva arvu struktuuriüksustega. Seetõttu ei tähenda polümeeri molekulmass iga molekuli tegelikku massi, vaid ainult selle keskmist väärtust.

Kuumutamisel sünteetilised polümeerid sulavad ja jahutamisel omandavad nad tavaliselt amorfse struktuuri tänu sulatisele väga suurele viskoossusele enne selle tahkumist. Kuid ka sünteetilised polümeerid võivad omandada kristalse struktuuri. Selles olekus on neil kõrgem sulamistemperatuur ja need muutuvad palju tugevamaks.

Sünteetilised polümeerid jagunevad termoplastilisteks, mida on võimalik mitu korda ümber sulatada ilma märgatava omaduste muutumiseta, ja termoreaktiivseteks, mis on termokeemiliste reaktsioonide tulemusel enam-vähem pikema kuumutamisega pöördumatult kõvastuvad.

Sünteetilised polümeermaterjalid on paljude omaduste poolest oluliselt paremad kui mustad ja värvilised metallid, puit, klaas, nõuavad nende tootmise korraldamiseks väiksemaid kapitalikulusid ja on palju odavamad.

Polüetüleen

Polüetüleen on poolläbipaistev värvitu väga tugev termoplastne polümeer, millel on head dielektrilised ja korrosioonivastased omadused. Polüetüleeni kõrge tugevus tuleneb selle kristalsest struktuurist.

Polüetüleeni valmistatakse etüleeni polümeriseerimisel kõrgel või madalal rõhul. Esimesel juhul toimub etüleeni polümerisatsioon rõhul 2000 atmosfääri ja temperatuuril 500 ° C, teisel - normaalsele lähedasel rõhul ja temperatuuril (spetsiaalse katalüsaatori kasutamise tõttu).

Kõrg- ja madalrõhu polüetüleenide struktuur ja omadused on erinevad. Madalrõhu polüetüleenil on lineaarne struktuur ja palju muud kõrge temperatuur sulamine. See on tugevam kui polüetüleen kõrgsurve, mida iseloomustab molekuli hargnenud struktuur.

Pakkematerjalina kasutatakse polüetüleenkilet. Madala molekulmassiga polüetüleen on vahajas aine ja seda kasutatakse värvide lisandina. Etüleen-vinüülatsetaadi kopolümeer on suurepärane materjal termoplastiliste sideliimide valmistamiseks.

Polüpropüleen

Polüpropüleen on plastikust värvitu läbipaistev polümeer, mis ei lahustu toatemperatuuril orgaanilistes lahustites, on vastupidav hapetele ja leelistele ning on külmakindel. Sulamistemperatuur - 160170 °C. Tugevuse ja kulumiskindluse poolest on polüpropüleen parem kui polüetüleen.

Polüvinüülkloriid (viniplast)

Polüvinüülkloriid (-CH2-CHCl-) n on termoplastne tahke polümeer, mis hakkab pehmenema temperatuuril 9294 °C ja sulama 170 °C juures. Plastifikaatorite, nagu 3035% dibutüülftalaat, kasutuselevõtuga muutub PVC elastseks ja elastseks. Seda materjali nimetatakse plastikuks. Polüvinüülkloriidi toodetakse plaatide ja kilede kujul ning seda kasutatakse lamedate ja pöörlevate stereotüüpide, topeltklišeede, raamatuköite, aga ka teksti-viniidist kaante valmistamiseks.

Trükitekstoviniit on puuvillane kangas, mis on kaetud elastse polüvinüülkloriidi kihi, pigmentide, täiteainete ja plastifikaatori - dibutüülftalaadiga. Trükitekstioviiti toodetakse paksusega 0,65 mm (tolerantsiga ± 0,05 mm). Kate peab olema sile, ühtlane, vetruv, mittekleepuv ja mitteplekkiv, vastupidav veele, petrooleumile, bensiinile, mootoriõlile ega tohi olla ebameeldiva lõhnaga.

Polüstüreen

Polüstüreen on kõva, läbipaistev, värvitu termoplastne polümeer, mis pehmeneb 80°C juures ja sulab 170°C juures. Akrüülnitriiliga kopolümeerina kasutati seda tüpograafiliste kirjatüüpide ja tühja materjali valamiseks. Kaubamärgi SNAC15 all toodetud kopolümeeri, mis sisaldab 85% stüreeni ja 15% akrüülnitriili, iseloomustab kõrge tugevus ja vastupidavus orgaanilistele lahustitele.

Polüakrüülamiid

Polüakrüülamiid on värvitu läbipaistev polümeer, mis lahustub vees hästi intensiivsel segamisel. Polüakrüülamiidi kasutatakse pigmentide kiireks sadestamiseks nende sünteesi käigus, parandades nende struktuuri ja hõlbustades trükivärvide valmistamise protsessi vee väljavooluga. Seda polümeeri kasutatakse ka köiteliimides, paberitööstuses ja lisandina ofsettrüki summutuslahustes.

Polüvinüülatsetaat

Polüvinüülatsetaat on termoplastne, värvitu, läbipaistev ja kõva polümeer. Nagu polüvinüülkloriid, omandab see elastsed omadused, kui sisestatakse plastifikaator, näiteks dibutüülftalaat. Hästi plastifitseeritud vesidispersiooni kujul (polüvinüülatsetaadi emulsioon - PVA) kasutatakse seda siduva liimina. Läbipaistvate kilede lamineerimisel kasutatakse polüvinüülatsetaadi alkoholilahust - ülielastne lakk väljatrükkide lakkimiseks. Polüvinüülatsetaati kasutatakse ka polüvinüülalkoholi tootmisel.

Viniproz

Viniproos on läbipaistev, kergelt kollakas vinüülkloriidi ja metüülmetakrülaadi kopolümeer, millele on lisatud stabilisaatorit - alumiiniumstearaadi. Saadaval vastupidavate läbipaistvate plaatidena, mis võivad olla siledad või teralised. Viniproosi kasutatakse maatriksmaterjalina elektrotüüpide valmistamisel ning materjalina kilede ja negatiivide paigaldamisel.

polüvinüülalkohol

Polüvinüülalkohol (-CH2-CHOH-) n-polümeer, hästi lahustuv vees ja kõrgemates alkoholides (in etüülalkohol lahustumatu). See saadakse polüvinüülatsetaadi seebistamisel, kuna monomeeri - vinüülalkoholi (CH 2 \u003d CHOH) ei eksisteeri vabas olekus. Veel 1885. aastal üritas M.G.Kutšerov saada vinüülalkoholi, lisades atsetüleenile vett, kuid selle asemel sai ta atseetaldehüüdi.

Ammooniumdikromaadiga sensibiliseeritud polüvinüülalkoholi värvituid kleepuvaid vesilahuseid kasutati koopiamasinate lahustena kõrg- ja ofsettrükiplaatide fotomehaanilises tootmises.

Polükarbonaat

Polükarbonaat on termoplastne läbipaistev kristalse struktuuriga värvitu polümeer. Seda sünteesitakse difenüüloolpropaani (bifenool A) ja süsihappekloriidi (fosgeeni) polükondensatsiooni teel.

Polükarbonaadil on väga kõrge sulamistemperatuur (üle 240 °C) ning see ületab mehaanilise tugevuse ja kulumiskindluse poolest paljusid metalle ja sulameid. Seetõttu kasutatakse seda materjali metallide ja sulamite asendajana masinaehituses jõuosade valmistamisel.

Fenool-aldehüüdvaigud

Kui fenoolid interakteeruvad aldehüüdidega, tekivad olenevalt reaktsioonitingimustest alkoholis või õlis lahustuvad vaigud. Alkoholis lahustuvad fenoolvaigud võivad olenevalt fenooli ja aldehüüdi vahekorrast ja katalüsaatori valikust olla termoplastsed või termoreaktiivsed.

Kui üks fenoolimolekul moodustab ühe aldehüüdi molekuli (koos happekatalüsaatoriga), saadakse lineaarse struktuuriga termoplastsed vaigud. Sel juhul moodustuvad kõigepealt fenoolalkoholid ja seejärel nende polükondensatsiooni käigus lineaarse struktuuriga alkoholis lahustuv vaik. Alkoholis lahustuvat fenooltermoplastset vaiku "Iditol" kasutatakse alkoholilakkide valmistamiseks. Need lakid ei ole aga valguskindlad ja tumenevad aja jooksul märgatavalt.

Kui fenooli molekuli kohta on kaks või enam aldehüüdi molekuli (leeliselise katalüsaatoriga), saadakse alkoholis lahustuvad termoreaktiivsed vaigud. Sel juhul moodustuvad reaktsioonis esmalt kahehüdroksüülsed fenoolalkoholid (metüloolrühmad on fenoolhüdroksüülrühma suhtes orto- ja para-asendis) ja seejärel - ruumilise struktuuri vaigu molekulaarsed ahelad. Termoreaktiivseid vaikusid kasutatakse termoreaktiivsete plastide, näiteks vormipulbrite, tekstoliidi, getinaksi ja bakeliitlakkide valmistamiseks.

Trükivärvide tootmisel kasutatakse õlis lahustuvaid fenoolvaikusid.

Polüamiidid

Polüamiidid on ülitugevad, elastsed, värvitud, läbipaistvad polümeerid, mis on oma keemiliselt struktuurilt kõige lähedasemad valkudele, eelkõige looduslikule siidile. Polüamiide ​​kasutatakse sünteetiliste kiudude valmistamiseks: aniidi (nailon) ja kaproni (perlon) valmistamiseks, samuti paljude osade pressimiseks masinaehituses. Kaproni sulamistemperatuur on umbes 300 ° C, nailon - 325 ° C, samas kui nailon on kapronist tugevam.

Kapron saadakse kaprolaktaami polümerisatsiooni teel. Kaproni kasutamine igapäevaelus on hästi teada. Trükitööstuses kasutatakse kapronikiudu raamatute ja brošüüride õmblemisel. Pöördtrükimasinate decelid pingutatakse spetsiaalse monofilament nailonlapiga, et välistada tindi mahakandmine kahepoolse printimise ajal.

Mõned alkoholitüübid ja vees lahustuvad polüamiidid kõvenevad (kõvenevad) ultraviolettkiirguse mõjul. Neid kasutatakse fotopolümeerist trükiplaatide valmistamisel.

Alkoholis lahustuv segapolüamiid sünteesitakse heksametüleendiamiinist, kaprolaktaamist, sebatsiin- ja adipiindikarboksüülhappest. Vees lahustuv kopolüamiid sünteesitakse piperasiinist, etüleendiglükool- ja adipiinhappest või piperasiinist, heksametüleendiamiinist, etüleenglükool- ja adipiindikarboksüülhappest. Mõlemaid kopolüamiide ​​kasutatakse ka fotopolümeerist trükiplaatide valmistamiseks.

Polüuretaanid

Polüuretaanid on polümeerid, mille struktuur sarnaneb polüamiididega. Trükitööstuses kasutatakse neid värviliste rullide valmistamisel.

Alküüdpolümeerid

Alküüdpolümeerid, mis on saadud mitmehüdroksüülsed alkoholid ja dekarboksüülhappeid, kasutatakse peamiselt trükivärvide sideainena.

Alküüdpolümeeride eriliik on polüetüleentereftalaat (terüleen) – väga tugev, läbipaistev, elastne, termoplastne polümeer, mida saadakse glükoolist ja tereftaalhappest. Seda materjali kasutatakse sünteetilise lavsanikiu valmistamisel. Lavsani kui villa asendajat kasutatakse mitte ainult kvaliteetsete kangaste saamiseks, vaid ka kiulise pooltootena paberi tootmisel.

Polüetüleentereftalaadist läbipaistvaid kilesid paksusega 1220 mikronit kasutatakse plaat- ja fotomaterjalide substraatide valmistamiseks, samuti katete ja köitekatete lamineerimiseks.

Fotopolümeerid

Fotopolümeerid on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ained, näiteks vees ja alkoholis lahustuvad segapolamiidid, tsellulooshappe estrid (atsetoftalaadid või atsetosuktsinaadid), mille molekulaarsed ahelad on ultraviolettkiirguse toimel omavahel ristseotud spetsiaalselt valitud küllastumata monomeeridega. polümerisatsiooni initsiaatori juuresolekul - bensoiin või selle derivaadid.

Fotopolümeersed kompositsioonid muutuvad pärast substraadile kandmist ja kuivatamist sobivaks negatiivseks kopeerimiseks ultraviolettkiirguse käes ja järgnevaks reljeefi moodustamiseks alkoholide või leeliseliste vesilahustega pesemise teel.

Polüamiid- ja tsellulooseeterfotopolümeerist kõrgtrükiplaadid eristuvad kõrge eraldusvõime ja pika tööajaga, ulatudes kuni miljoni väljatrükkini. Nad peaaegu ei vaja maitsestamist tänu kõrgetele elastsusomadustele.

Sünteetiline kumm

Praegu toodetakse laias valikus sünteetilist kummi üld- ja eriotstarbeliseks kasutamiseks. Üldotstarbelistest kummidest saadakse kummi jalatsite, soojenduspatjade, käsnade, mänguasjade ja tavatingimustes kasutatavate masinaosade jaoks. Selliste kummide hulka kuuluvad butadieen, isopreen, stüreen-butadieen ja mõned muud tüüpi kummid. Eriotstarbelistel kummidel on erilised omadused, nagu vastupidavus naftaõlidele ja bensiinile või hapetele ja leelistele, külmakindlus, suurenenud mehaaniline tugevus jne. Kummide eritüüpide hulka kuuluvad: kloropreen, nitriil, silikoon, fluorokummi jne.

Plastid

Plastmassid on looduslikel või sünteetilistel polümeeridel põhinevad materjalid, mida on võimalik kuumutamise ja rõhu mõjul vormida ning seejärel säilitada (pärast jahutamist või kuumutamisel kõvenemist) stabiilselt neile antud kuju. Plastist valmistatud tooted saadakse terasvormides pressimise või survevalu teel.

Plastmassi saamiseks korrigeeritakse polümeeri omadusi reeglina soovitud suunas. Plastmassi tugevuse suurendamiseks ja maksumuse vähendamiseks võetakse kasutusele täiteaine (puidujahu, puuvillatakk, klaaskiud, asbestipulber, ränidioksiid - aerosiil jne), hapruse kõrvaldamiseks - plastifikaatorid, nagu dibutüülftalaat, trikresüül. fosfaat jne, värvi andmiseks - pigmendid, vormiõõne täitmise hõlbustamiseks ja toote sealt eemaldamiseks - määrdeained jne.

Termoplastid on valmistatud lineaarsetest polümeeridest, millel ei ole reaktiivseid funktsionaalrühmi. Termoreaktiivsed plastmassid sisaldavad tingimata polümeere, millel on funktsionaalsed rühmad, mis avaldavad oma keemilist aktiivsust enam-vähem pikaajalisel kuumutamisel polükondensatsiooni keemilise reaktsiooni tulemusena. Termoplastsest massist valmistatud tooteid saab mitu korda ümber sulatada, kuid termoreaktiivsetest mitte.

Plastidel on mitmeid väärtuslikke omadusi:

• madal tihedus (58 korda kergem kui teras);
• piisav mehaaniline tugevus;
• head dielektrilised omadused;
• kõrge keemiline vastupidavus (sh korrosioonivastane);
• madalamad kulud kui sarnased metallid ja sulamid.

Trükitööstuses kasutatakse plastikut laialdaselt värviliste rullide, raamatuköidete, stereotüüpide jms valmistamiseks.

Kopeeri kihid

Koopiakihid on valgustundlikud polümeersed kihid, mida kasutatakse negatiivse või positiivse kujutise kopeerimiseks trükiplaatidele. Polüvinüülalkoholi ja ortokinoondiasiidi koopiakihid on leidnud laialdast rakendust.

Polüvinüülalkoholi koopiakihid on polüvinüülalkoholi 7% vesilahused, mis on sensibiliseeritud 3% ammooniumdikromaadiga (arvutatud polüvinüülalkoholi absoluutse kuivmassi kohta). Ksenoonlampidega intensiivse kiiritamise mõjul toimuva negatiivse kopeerimise käigus ristseotakse (pargitakse) polüvinüülalkoholi molekulaarsed ahelad kolmevalentse kroomi aatomitega ja kaotavad selle tulemusena oma võime vees lahustuda. Pärast kokkupuudet pestakse polüvinüülalkoholi koopiakihi kõvastumata kohad veega välja. Saadud kujutis fikseeritakse keemilise ja termilise töötlemisega.

Orgaanilises lahustis lahustatud ortokinoondiasiidid ja fenoolvaigud kantakse metallplaatide pinnale ofset- ja kõrgtrüki plaatmaterjalide valmistamisel. Kujutise positiivne kopeerimine toimub UV-kiirguse mõjul. Ultraviolettkiired hävitavad ortokinoondiasiidid ja hävitusproduktid pestakse välja leeliselise ilmutiga. Need ortokinoondiasiidi koopiakihi piirkonnad, mida ultraviolettkiired ei mõjutanud, jäävad leeliselises ilmutis lahustumatuks.

Loomulikult ei piirdu polümeersete materjalide kasutamine trükkimisel ainult loetletud näidetega. Lisaks võib väita, et peaaegu kõiki praegu olemasolevaid polümeere kasutatakse mingil määral trükitööstuses.

Polümeerid kuuluvad lühikeste keemiliste ühendite klassi struktuuriüksused, mis koosneb mitmest aatomist (monomeerist), mis on ühendatud pikkadeks ahelateks, kasutades erinevaid sidemeid. Polümeeride iseloomulik tunnus on suur molekulmass - mitmest tuhandest miljonini. Looduslikke ja hiljem loodud sünteetilisi polümeere iseloomustavad järgmised omadused:

• elastsus - võime taluda tugevaid deformeerivaid jõude ilma hävitamiseta;
• tugevus;
• makromolekulide (molekulaarsete ahelate) võime üksteise suhtes teatud orientatsioonile.

Täpne klassifikatsioon jagab arvukate polümeeride perekonna orgaanilisteks ja anorgaanilisteks. Kõige nõutumad on lai valik erinevaid süsinikuahelatel põhinevaid orgaaniliste ühendite omadustega sorte.

Üks esimesi looduslike materjalide baasil inimese loodud polümeere oli kummi vulkaniseerimisel toodetud kumm ja tselluloosil põhinev tselluloid.

Polümeersete materjalide edasine loomine ja tootmine põhines orgaanilise keemia saavutustel.

Iseärasused

Sünteetilised polümeerid põhinevad madala molekulmassiga orgaanilistel ühenditel (monomeeridel), mis moodustavad polümerisatsiooni- või polükondensatsioonireaktsioonide tulemusena pikki ahelaid. Molekulaarahelate asukoht ja konfiguratsioon ning nende sideme tüüp määravad suuresti polümeeride mehaanilised omadused.

Kunstlikel ja sünteetilistel polümeeridel on mitmeid spetsiifilisi omadusi. Esiteks tuleb märkida nende kõrget elastsust ja vastupidavust - võimet taluda deformatsioone ja taastada nende algne kuju. Näiteks on polüamiid, kumm. Polüuretaanniit - elastaan, on võimeline muutma oma pikkust 800% ilma purunemata ja seejärel taastama oma esialgse suuruse. Pikkade molekulaarsete ahelate olemasolu sünteetiliste materjalide struktuuris on toonud kaasa plasttoodete madala hapruse. Enamikul juhtudel tekib teatud tüüpi plastide rabeduse suurenemine koos temperatuuri langusega. Orgaanilistel materjalidel puudub see puudus peaaegu täielikult.

Erinevat tüüpi plastidel on seevastu kõrge jäikus ja kõvadus. Klaaskiud ei jää oma tugevuselt terasest alla ja polümeer, näiteks Kevlar, ületab selle isegi.

Neid omadusi täiendavad kõrge korrosioonikindlus ja kulumiskindlus. Enamikul tuntud polümeeridel on kõrge elektritakistus ja madal soojusjuhtivus.

Märkides kõrgeid töö- ja tehnoloogilisi omadusi, ei tohi me unustada negatiivseid aspekte:

• Taaskasutamise raskused. Taaskasutus lubab ainult termoplastilist materjali ja ainult siis, kui see on korralikult sorteeritud. Erineva keemilise koostisega polümeeride segu ei saa taaskasutada. Looduses laguneb plast üliaeglaselt – kuni kümneid ja sadu aastaid. Teatud tüüpi plastide põletamisel satub atmosfääri suures koguses väga mürgiseid aineid ja ühendeid. See kehtib eriti halogeene sisaldavate plastide kohta. Tuntuim seda tüüpi materjal on polüvinüülkloriid (PVC).
• Kehv UV-vastupidavus. Ultraviolettkiirte toimel hävivad pikad polümeeriahelad, suureneb toodete haprus, väheneb tugevus ja külmakindlus.
• Teatud tüüpi sünteetiliste materjalide ühendamise raskus või võimatus.

Polümeeride keemilised omadused näitavad nende suurt vastupidavust agressiivsetele ainetele, kuid mõnel juhul raskendab see liimide kasutamist. Seetõttu kasutatakse termoplastiliste polümeeride jaoks keevitusmeetodit - kuumutatud elementide ühendamist. Mõned ained, näiteks fluoroplastid, ei ole üldiselt seotud ühendustega, välja arvatud mehaanilised.

Rakendus

Liialdamata võib öelda, et polümeerid on leidnud rakendust absoluutselt kõigis inimtegevuse ja eluvaldkondades. Sünteetilisi polümeere kasutatakse igapäevaelus ja tööstuses iseseisvate toodetena ning traditsiooniliste materjalide asendajana või koos nendega ainulaadsete omaduste saamiseks.

Esimese rakenduse leidsid kunstlikud polümeerid. Kõige ilmekam näide on kumm. Praegu on suurem osa kummitoodetest valmistatud sünteetilisest kummist, kuid on mitmeid rakendusi, kus looduslikku kautšuki kasutatakse endiselt.

Polümeeridel on terve rida unikaalseid omadusi, mida traditsioonilistel materjalidel ei ole või on viimaste kasutamine tehnoloogiliselt ja majanduslikult ebaotstarbekas. Vastupidavus keemilistele reaktsioonidele laias temperatuurivahemikus ja suure hulga aktiivsete keemiliste ühendite suhtes aitab kaasa polümeersete materjalide laialdasele kasutamisele keemias ja keemiatööstuses.

Madal toksilisus, keemiline vastupidavus ja allergiliste reaktsioonide puudumine on võimaldanud sünteetilisi polümeere laialdaselt kasutada meditsiinis. Need on tehisorganid, ravimite tootmine - alates pakendist kuni meditsiiniliste preparaatide (tabletid, kapslid) kestadeni, õmblusmaterjalid, liimid.

Samu omadusi kasutatakse toiduainetööstuses nõude valmistamisel, valmistoodete pakendikonteinerite valmistamisel ja nende valmistamise protsessis. Sünteetiliste anumate pakkimise maksumus on mitu korda väiksem kui papi, paberi või muude looduslike materjalide oma.

Tööstuses kasutatakse kõrgmolekulaarseid polümeerühendeid konstruktsioonimaterjalide, hõõrdesõlmede, kandekonstruktsioonide, lakkide ja värvide tootmiseks.

Suurepäraste elektriisolatsiooniomaduste tõttu on plastmassid elektritööstuses peaaegu täielikult asendanud looduslikud materjalid. Juhtmete isolatsioon, instrumentide korpused, trükkplaadid on valmistatud polümeermaterjalide baasil. Jäigad mähised traadid on kaetud sünteetiliste lakkide kihiga, millel on väike paksus, millel on kõrge vastupidavus ja tugevus, ning painduvatel kinnitusjuhtmetel on polüvinüülkloriidist või polüetüleenist kest, mis on hooldamise ja parandamise hõlbustamiseks värvitud erinevates värvides.

Sünteetiliste polümeeride baasil valmistatakse kõige tuntumate nimetustega tekstiilmaterjale. Kangad ja rõivad koosnevad polüamiidil, polüestril ja polüpropüleenil põhinevast lõngast. Alternatiivina looduslikule villale kasutatakse akrüüli, mille tooteid on raske looduslikest eristada.

Sama polüamiidi, mis on monoliitses olekus siidi asendaja, tugevus on võrreldav paljude metallidega. Arvestades, et polüamiid, mida muidu nimetatakse kaproniks või nailoniks, on keemiliselt inertne, mis tähendab, et see ei allu korrosioonile ja on madala hõõrdeteguriga, siis on metallide asendamine sünteetiliste ainetega üsna ilmne.

Veelgi kvaliteetsemad on sellised tööstuslikud polümeerid nagu fluoroplastid - fluororgaanilised ühendid. Nendel sünteetilistel polümeermaterjalidel on üks madalamaid hõõrdetegurid ja kõrgeim keemiline vastupidavus. Neid omadusi kasutatakse hõõrdesõlmede tootmisel, eriti agressiivses keskkonnas töötavates seadmetes.

Kui metallkonstruktsioone ei ole võimalik täielikult asendada tehismaterjalidega, kaetakse metallist alus plastkihiga. Metalli plastkihiga katmise tehnoloogiline protsess viiakse läbi nii, et alus ja kate on omavahel seotud molekulaarsel tasemel. Sellega saavutatakse kõrge sideme tugevus.

Tööstuslikud polümeerid võivad olla kõige rohkem erinevat tüüpi. Kasutatakse nii termoplasti materjale kui ka termoreaktiivset plastikut. Esimesel juhul kasutatakse osade ja konstruktsioonide valmistamiseks valamise või pressimise meetodit polümeeri pehmenemistemperatuuril ja teisel juhul moodustatakse plast otse valmistoote või pooltoote kujul. minimaalne järeltöötlus.

Tööstuslike sünteetiliste polümeeride hulgast võib eristada komposiitmaterjale, milles täite- või tugevdava komponendina võivad toimida mitmesugused materjalid ning sideainena toimib polümeer.

Kõige kuulsamad komposiitmaterjalid on:

• Klaaskiud - klaaskiud või sellel põhinev kangas, mis on immutatud epoksüpolümeervaiguga. Sellel komposiidil on kõrge tugevus, suurepärased elektriisolatsiooni omadused, vastupidavus ebasoodsatele teguritele, kõrge tulekindlus.
• CFRP - tugevdav element on siin süsinikkiud. Süsinikkiust struktuuride tugevus ja elastsus koos nende kergusega (palju kergem kui metallid) olid ettekäändeks kasutamiseks kosmosetööstuses. Selle valdkonna kasulike omaduste kompleksil on suurem prioriteet kui süsinikkiudude hankimise töömahukuse tõttu kõrgetel kuludel.
• Textoliit on kangakihiline materjal, mille kangakihid on immutatud polümeerse materjaliga. Kasutatav kangas on naturaalne või kunstlik. Kõige vastupidavam ja usaldusväärsem variant on klaaskiud, kasutades klaaskiust kangast;
• Loodusliku või tehisliku päritoluga pulbriliste materjalide täiteainega pulberkomposiidid;
• Gaasiga täidetud materjalid - vahustatud polümeerid. See on tuntud vahtkumm, vahtpolüstüreen, vahtpolüuretaan. Gaasiga täidetud materjalidel on äärmiselt madal soojusjuhtivus ja neid kasutatakse soojusisolatsioonimaterjalina. Pehmus, plastilisus ja tugevus on olnud kergete, kuid hoolikat käsitsemisseadmete jaoks mõeldud vahtpakendite laialdane levik.

Sünteetiliste polümeeride klassifikatsioon

Polümeeridel on mitu klassifikatsioonirühma, olenevalt määravast tunnusest. Esiteks on need:

• Looduslike orgaaniliste polümeeride baasil loodud kunstlikud polümeerid (tselluloos - tselluloid, kumm - kumm);
• Sünteetilised polümeerid, mis põhinevad sünteesil madala molekulmassiga ühenditest (stüreen - polüstüreen, etüleen - polüetüleen).

Vastavalt keemilisele koostisele on jaotus järgmine:

• Orgaaniline, mis sisaldab valdavalt süsivesinikahelaid;
• Organoelement, sealhulgas anorgaanilised aatomid (räni, alumiinium) orgaanilistes ahelates. Kõige silmatorkavam näide on räniorgaanilised kompositsioonid.

Sõltuvalt molekulaarse koostisega ahelate tüüpidest võib näidata järgmist tüüpi polümeeri struktuure:

• Lineaarne, milles monomeerid on ühendatud pikkade sirgete ahelatena;
• hargnenud;
• Võre struktuuriga.

Kõiki polümeerseid ühendeid iseloomustatakse temperatuuri osas erinevalt. Seega on need jagatud kahte rühma:

• Termoplast, mille jaoks temperatuuri mõjul on pöörduvad muutused - kuumutamine, sulamine;
• Termoreaktiivne, muutes kuumutamisel pöördumatult selle struktuuri. Enamikul juhtudel toimub see protsess ilma sulatamisetapita.

Polümeeride klassifitseerimist on veel mitut tüüpi, näiteks molekulaarahelate polaarsuse järgi. Kuid see kvalifikatsioon on vajalik ainult kitsastele spetsialistidele.

Paljusid polümeere kasutatakse iseseisval kujul (polüetüleen, polüamiid), kuid märkimisväärset kogust kasutatakse komposiitmaterjalidena, kus see toimib ühenduselemendina orgaanilise ja anorgaanilise aluse - klaas- või süsinikkiul põhinevate plastide - vahel. Sageli võite leida polümeeri-polümeeri kombinatsiooni (tekstoliit, milles polümeerkangas on immutatud polümeeri sideainega).

Polümeerid on keemiliste ühendite eriklass, mille spetsiifilised omadused tulenevad nende koostises olevate makromolekulide suurest pikkusest, ahela struktuurist ja paindlikkusest.

Omakorda mõistetakse makromolekuli all erinevat või identset koostise ja struktuuriga aatomite või aatomirühmade kogumit, mis on keemiliste sidemetega ühendatud lineaarseks või hargnenud struktuuriks, millel on piisavalt kõrge molekulmass. Väiksemat, korduvalt korduvat aatomite rühmitust ahelas nimetatakse makromolekuli lüliks.

Sõltuvalt ühe või mitme lagunemise olemasolust makromolekulides. eristatakse monomeerühikute tüüpe homo- ja kopolümeerid, mis koosneb ühest ja vähemalt kahest (või enamast) tüüpi linkidest.

Polümerisatsioon on monomeeri või monomeeride segu muundamine polümeeriks.

Polümerisatsiooniaste on monomeeriühikute arv polümeeri molekulis.

Mereväe klassifikatsioon

1) päritolu järgi: a) looduslik (tselluloos), b) tehislik (poolsünteetiline), c) sünteetiline 2) Vastavalt polümeeri makromolekuli karkassi geomeetriale

Lineaarne (A)- makromolekulide põhiahel, mis koosneb korduvatest lülidest, mis on omavahel lineaarses struktuuris ühendatud. Visuaalne mudel: ühest kohast rebenenud pikk kaelakee.

Hargnenud (B, C, D) polümeerid koosnevad makromolekulidest, mille põhiahel erinevalt lineaarsetest sisaldab juhuslikult paiknevaid kõrvalharusid pikkusega mitmest aatomist kuni põhiahela suuruseni. ( tähekujuline (S), kujutavad ühest keskusest väljuvate ahelate kogumit; kammikujuline (G) polümeerid, mis sisaldavad igas lülis lühikesi harusid, näiteks polüheksadetsüülakrülaat:

(-CH2-CH-(COOS16H33)-) n

Õmmeldud või võrk- makromolekulid, moodustavad ruumilise ruudustiku. Ristseotud polümeeride hulgas on tihedalt ja hõredalt ristseotud, oma omadustelt järsult erinevad. Ristseotud neid nimetatakse mõnikord nn. trepp"(E) polümeerid, mille kaks paralleelset ahelat on igas lülis ristseotud.

Sõltuvalt lülide paigutuse olemusest jagunevad kopolümeerid omakorda järgmisteks osadeks:

a) statistiline- monomeerüksused, mis paiknevad juhuslikult piki ahelat; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

b) vahelduv - ahela lülide range vaheldumisega; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

sisse) plokk (plokk-kopolümeerid) - lineaarsed makromolekulid, mis koosnevad vahelduvatest pikendatud lülide (plokkide) jadadest, mis erinevad koostise või struktuuri poolest; -(A)-n-(B)-m

G) vaktsineeritud kopolümeerid, mille hargnenud makromolekulid koosnevad mitmest keemiliselt seotud monomeeriühikute järjestusest – põhiahelast ja kõrvalharudest, mis erinevad koostise või struktuuri poolest. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Looduslikud ja sünteetilised polümeerid

Polümeerid jagunevad looduslikeks (biopolümeerid: valgud, nukleiinhapped, looduslikud vaigud) ja sünteetilisteks (polüetüleen, polüpropüleen, fenoolformaldehüüdvaigud).

Biopolümeerid on looduses looduslikult esinevate polümeeride klass, mis on osa elusorganismidest: valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid. Biopolümeerid koosnevad identsetest (või erinevatest) ühikutest – monomeeridest. Valkude monomeerid - aminohapped, nukleiinhapped - nukleotiidid, polüsahhariidides - monosahhariidid.

Biopolümeere on kahte tüüpi – tavalised (mõned polüsahhariidid) ja ebaregulaarsed (valgud, nukleiinhapped, mõned polüsahhariidid). Segabiopolümeerid - glükoproteiinid, lipoproteiinid, glükolipiidid. Biopolümeere võib nende keemilise struktuuri järgi klassifitseerida:

1. Polüsüsivesinikud (polüisopreen, (-CH 2 -C (CH 3) \u003d CH-CH 2 -) n, leidub hevea piimjas mahlas (lateksis), kok-saghyz (perekonna Dandelion mitmeaastane rohttaim)

2. Süsivesikud (polüsahhariidid: tselluloos, tärklis, glükogeen, kitiin, kitosaan)

3. Valgud (polüamiidid, α-aminohapete polümeerid).

4. DNA ja RNA.

Sünteetilised polümeerid on mittelooduslikud polümeermaterjalid, mida toodetakse looduslike materjalide asendamiseks. Sünteetilised polümeerid moodustuvad polümerisatsiooni ja polükondensatsiooni teel. Sünteetiliste polümeeride hulgas on eraldi rühm, sealhulgas kummid ja kummitaolised polümeerid. Neid materjale iseloomustab hämmastav deformeeritavus ja väga elastsed omadused, mistõttu neile anti nimi elastomeeriks. Esimene materjal valmistati füüsikaliselt modifitseeritud tselluloosist juba 20. sajandi alguses ning tänapäevani toodetakse samast materjalist kiude, kilesid, paksendajaid ja lakke. See sai nimetuse tselluloid, mida kõik teavad tselluloosina.

Mereväe nomenklatuur

1) Triviaalne

Näited hõlmavad polütetrafluoroetüleeni, mis on üldtuntud kui teflon; polü-1,4-betaglükoon = tselluloos.

2) Ratsionaalne

Eesliide "polü-" asetatakse monomeeri nime ette; kui monomeeri nimi sisaldab mitut sõna, siis võetakse see sulgudes:

3) Süstemaatiline (IUPACi ettepanek)

Põhineb polümeeriahela korduva komposiitüksuse (CCR) struktuuri kirjeldusel vastavalt teatud reeglitele

Polümeeri nimi algab eesliitega "polü-", millele järgneb sulgudes SDR-i nimi.

Seetõttu on polümeerile nime andmiseks vaja: identifitseerida SDR, orienteerida SCR, anda SCR-ile nimi. SDR võib olla lihtne või koosneda mitmest allüksusest. Subühikuna valitakse suurim aatomite rühm (või peaahela tsüklid), mida saab nimetada vastavalt IUPAC-i nomenklatuuri reeglitele madala molekulmassiga orgaaniliste ühendite kohta. Aatomid ja allüksused on paigutatud SDR-is vasakult paremale kahanevas järjekorras, alaühikute vaheline tee peaks olema lühim. Eelistusreeglid on järgmised:

1. Kõik heteroaatomid on süsiniku suhtes kõrgemad. Nende hulgas määrab staaži perioodilisuse süsteemis positsioon, see väheneb, kui liikuda perioodilisuse tabeli paremast ülanurgast rühmade kaupa vasakpoolsesse alumisse nurka. Staažirida algab fluoriga, staaž väheneb järjestuses: F, Cl, Br, ... , O, S, Se, ... , N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. Subühikute vanemus määratakse järgmiselt: heterotsüklid > heteroaatomid või lineaarsed subühikud, sh heteroaatomid > karbotsüklid > atsüklilised subühikud. Ühegi saadiku kohalolek allüksuste paremusjärjekorda ei muuda. Kui kõik muud asjaolud on võrdsed, on eelis neil, kellel on kõige väiksem asendusasend.

3. Heterotsüklid on järjestatud paremusjärjestuses: lämmastikku sisaldavad > heterotsüklid, mis sisaldavad koos lämmastikuga ka muid heteroaatomeid, mille vanemus määratakse vastavalt lõikele 1 > suurima tsüklite arvuga süsteemid > suurima tsükliga süsteemid > suurima heteroaatomite arvuga tsükkel > suurima heteroaatomite arvuga süsteemid > suurima heteroaatomite valikuga süsteemid. Kui muud asjad on võrdsed, on küllastumata tsüklitel eelis.

4. Karbotsükliliste rühmade hulgas domineerivad suurima tsüklite arvuga rühmad, millele järgnevad süsteemid: suurima individuaalse tsükliga > suurima ühiste aatomite arvuga kõigist tsüklitest > väikseima arvuga, mis iseloomustab tsüklite ühenduskohti, > suurima küllastamatusega süsteemid.

Kui põhiahelas on sama tüüpi aatomeid ja tsükleid, määrab nende paigutuse järjestuse asendajate nimede tähestikuline järjekord, näiteks:

Mõnel juhul võib koos IUPACi soovitatud süstemaatilise nomenklatuuriga kasutada ka muid nomenklatuure. Seega võib polümeeri puhul, mille süstemaatiline nimetus on polüoksüetüleeniminometüleentioetüleenamino-1,3-tsüklohekseen, rakendada nn asendusnomenklatuuri. Selle kohaselt antakse peaahela SDR-ile nimi, mis põhineb atsüklilistel süsivesinikuaatomitel, mis on arvult ja nummerdamisjärjekorralt sarnased, koos vastavate eesliitega heteroaatomite juures "aza", "oksa", "tia" jne. . Selle nomenklatuuri järgi nimetatakse polümeeri polü-1-oksa-6-tia-4,9-diasanonametüleen-1,3-tsüklohekseeniks.

Kõrgmolekulaarsed ühendid (HMC) on ained, mis koosnevad suurtest molekulidest. Üldtunnustatud seisukoht on, et ühendeid, mille molekulmass on üle 5000, peetakse suureks molekulmassiks, kuid sageli võib see ulatuda mitme miljonini (eriti looduslikes IUD-des). Kõrge ja madala molekulmassiga ühendite vahel pole teravat piiri. Niisiis käituvad mõned umbes 1000 molekulmassiga tanniinid nagu tüüpilised madala molekulmassiga ühendid ja sama molekulmassiga parafiinidel on kõik suure molekulmassiga ühendite omadused. Üleminek madalmolekulaarsetelt ühenditelt kõrgmolekulaarsetele ühenditele ei ole seotud molekulmassi enda muutumisega, vaid sellest põhjustatud omaduste kvalitatiivse muutumisega (kvantiteedi üleminek kvaliteediks).

IUD-i molekulide suurus on tavamolekulidega võrreldes väga suur. Niisiis ulatub tselluloosi molekulide pikkus 25 * -50 * (25 000-50 000 E) läbimõõduga 3,5 * -7 * cm (3,5-7 E).

HMC-sid nimetatakse mõnikord kõrgpolümeerideks (või lihtsalt polümeerideks). Kuid rangelt võttes on teine ​​mõiste kitsam. Kõik polümeerid on HMC-d, kuid mitte kõik HMC-d ei saa olla polümeerid. Polümeeri molekulis peavad algaine, monomeeri jäägid olema keemiliselt seotud ja korrapäraselt korrata. Suurt polümeeri molekuli nimetatakse makromolekuliks ehk polümeeriahelaks ja jääke endid elementaarseteks (monomeerseteks, korduvateks) lülideks ehk lihtsalt lülideks. Erinevalt madala molekulmassiga ühendi molekulist ei ole makromolekul kõige väiksem osake - aine keemiliste omaduste kandja, kuna makromolekuli lühemateks ahelateks purustamisel need omadused säilivad.

Ahela lülide arvu nimetatakse polümerisatsiooniastmeks (tähistatakse n, P või SP).

Polümeeride empiiriliste valemite kirjutamisel ei võeta nende suure molekulmassi (M) tõttu arvesse lõppühikuid, näiteks tselluloosi empiirilist valemit (, kummi (.

Iga polümeer koosneb alati erineva pikkusega makromolekulidest. Seetõttu on makromolekulaarsete ainete keemias kasutusele võetud polümeeri homoloogide mõiste, mis tähendab sama keemilise struktuuriga ühendeid, mis erinevad molekulmasside poolest. Igasugune polümeerühend on segu polümeeri homoloogidest – ühenditest, millel on makromolekulis erinev arv lülisid, st erineva ahela pikkusega. Polümeeri homoloogid moodustavad polümeeri homoloogse seeria, st ühendite jada, milles iga järgnev liige erineb eelmisest aatomirühma – elementaarlüli võrra.

Seetõttu iseloomustab polümeere alati keskmine molekulmass. Keskmine molekulmass on keskmise ühikute arvu (keskmine SP) korrutis ühiku molekulmassiga. IUD heterogeensust molekulmassi järgi nimetatakse molekulaarseks heterogeensuseks, polüdisperssuseks või polümolekulaarsuseks. See määratakse IUD-de molekulmassi järgi fraktsioneerimise meetodil. Tuleb rõhutada, et paljud HMS-i füüsikalised ja mehaanilised omadused – pundumis- ja lahustumisvõime, lahuste omadused – sõltuvad suuresti mitte ainult HMS-i keskmisest molekulmassist, vaid ka nende polüdisperssusest.

IUD-de omadused määravad keemiline koostis, molekulaarstruktuur, keskmine molekulmass ja molekulide heterogeensus, makromolekulide kuju, nende omavaheline paigutus (füüsikaline struktuur) jne. Sõltuvalt nendest teguritest võivad kiirliinide omadused varieeruda laias vahemikus, kuid mõned üldised omadusedühine kõigile merejõududele. Kõik spiraalid on oma suure molekulmassi tõttu mittelenduvad ja neid ei saa destilleerida. Enamikul HCM-idel pole kindlat juhtimispunkti ja need pehmenevad kuumutamisel järk-järgult, samas kui mõned HCM-id ei saa kuumutamisel koheselt pehmeneda ja laguneda. Seetõttu ei ole sellised keemiliste ühendite eraldamise ja puhastamise meetodid nagu destilleerimine ja ümberkristallimine polümeeride puhul rakendatavad. IUD-d on sageli välistegurite suhtes väga tundlikud ja lagunevad kergesti hävitavate ainete toimel.

Erinevus polümeeride ja madala molekulmassiga ühendite vahel on eriti väljendunud mehaanilistes omadustes. Polümeeride mehaanilised omadused on tahkete ainete ja vedelike omaduste kombinatsioon. Polümeeridel on kõrge tugevus ja võime tekitada olulisi pöörduvaid deformatsioone.

Üks IUD-de olulisi omadusi on nende lahustuvus. Kuid erinevalt madala molekulmassiga ühenditest lahustuvad need palju aeglasemalt. IUD-i lahustumisele eelneb tingimata turse. Mõned polümeerid ei lahustu üldse üheski lahustis.

polümeeridel on lahustes erilised omadused (kõrge viskoossus, mõned termodünaamilised anomaaliad).

Iseloomulikud tunnused on ka makromolekulaarsete ühendite keemiliste muundumiste reaktsioonidel. Need ühendid reageerivad erinevate reagentidega palju aeglasemalt ja enamik reaktsioone reeglina ei jõua lõpuni. Mõnel juhul on koos põhireaktsiooniga kõrvalreaktsioonid, mis segavad põhiprotsessi.

Vastavalt ahelate lülide tüübile jagatakse polümeerid homopolümeerideks ja kopolümeerideks. Homopolümeerides koosnevad makromolekulid samadest elementaarüksustest, heteropolümeerides või kopolümeerides kahest või enamast erinevast elementaarühikust.

Sõltuvalt makromolekulide keemilisest koostisest ja keemilisest struktuurist jagunevad spiraalid orgaanilisteks, anorgaanilisteks ja organoelementideks. Orgaanilised polümeerid jagunevad veel kahte klassi: süsinikuahelaga ja heteroahelaga polümeerid. Süsinikahela polümeeride ahelad on üles ehitatud ainult süsinikuaatomitest, heteroahela polümeeride ahelad süsinikuaatomitest ja heteroaatomitest (hapnik, lämmastik, väävel). Karboahela polümeerid jaotatakse täiendavalt vastavalt orgaanilises keemias aktsepteeritud klassifikatsioonile.

Ruumilise struktuuri järgi jagunevad kõik polümeerid lineaarseteks, hargnenud ja ruumilisteks.

Joonis 1.1 – lineaarsete (a), hargnenud (b) ja ristseotud (c) polümeeri molekulide skemaatiline esitus

Lineaarsetes polümeerides on makromolekulid pikad ahelad (a). Selliste polümeeride makromolekulide pikkus ületab oluliselt põikimõõdet. Lineaarseid polümeere saab sulatada ja lahustada sobivates lahustites. Mõned looduslikud lineaarsed polümeerid on kiulised (tselluloos), teised on väga elastsed (kumm).

Hargnenud polümeerides (b) on makromolekulid pikad harudega ahelad. Haru peab sisaldama ühte või mitut monomeeriüksust. Okste arv ja pikkus võib olla väga erinev. Hargnenud polümeerid tavaliselt sulavad ja lahustuvad. Nende omadused sõltuvad aga hargnemisastmest. Väga hargnenud polümeerid on pulbrilised ained (tärklis).

Ruumilisi polümeere nimetatakse polümeerideks, mis on ehitatud pikkadest ahelatest, mis on ruumis ühendatud ristsuunaliste keemiliste sidemete või lühikeste ahelatega, moodustades võrgu (c). Selliseid polümeere nimetatakse ka võrgu-, ristseotud, kolmemõõtmelisteks. Ruumilised polümeerid ei sula ega lahustu.

Vastavalt ahela lülide vaheldumise tüübile jagatakse polümeerid tavalisteks ja ebakorrapärasteks. Tavalistes lineaarsetes polümeerides täheldatakse ahela lülide õiget vaheldumist, ebaregulaarsetes polümeerides on ahelas järjekord häiritud. Hargnenud polümeeridel esineb ebakorrapärasusi ka külgahelate arvu ja pikkuse erinevuste, samuti nende peaahela külge kinnitumise koha erinevuste tõttu. Paljud polümeeride omadused on suure praktilise väärtusega ja määravad nende laialdase praktilise kasutuse. Päritolu järgi jagunevad IUD-d kolme tüüpi:

• 1. Looduslik, looduslikest metallidest isoleeritud. (Hiljuti on bioloogilise aktiivsusega looduslikud polümeerid – valgud, nukleiinhapped, mõned polüsahhariidid ja segapolümeerid – eraldatud eraldi bioloogiliste polümeeride rühma ehk biopolümeerideks.)
• 2. Kunstlik, saadud looduslike polümeeride keemilisel modifitseerimisel.
• 3. Sünteetiline, sünteesitud madala molekulmassiga ühenditest. Sõltuvalt valmistamisviisist jagatakse need polümerisatsiooni- ja polükondensatsioonipolümeerideks.

Eraldi rühmas on tavaks isoleerida polüatsetaalid. Nende hulka kuuluvad mitmesugused polüsahhariidid (tärklis, tselluloos ja selle derivaadid, hemitselluloosid jne) ja polüuroonhapped.

Näiteks tselluloos on polüsahhariid, mille makromolekulid koosnevad β-D-glükopüranoosi ühikutest, mis on ühendatud glükosiidühikutega 1-4.

Tselluloosi makromolekuli struktuurivalem:

n on polümerisatsiooniaste 6000-14000.

Iseärasused

Spetsiaalsed mehaanilised omadused:

• elastsus - võime suhteliselt väikese koormusega suuri pöörduvaid deformatsioone (kummid);
• klaasja kristalsete polümeeride (plastid, orgaaniline klaas) madal rabedus;
• makromolekulide võime orienteeruda suunatud mehaanilise välja toimel (kasutatakse kiudude ja kilede valmistamisel).

Polümeerlahenduste omadused:

• lahuse kõrge viskoossus madala polümeerikontsentratsiooniga;
• polümeeri lahustumine toimub läbi paisumise etapi.

Spetsiaalsed keemilised omadused:

• võime dramaatiliselt muuta selle füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi väikese koguse reaktiivi toimel (kummi vulkaniseerimine, naha parkimine jne).

Polümeeride eriomadusi ei seleta mitte ainult nende suur molekulmass, vaid ka asjaolu, et makromolekulid on ahelstruktuuriga ja paindlikud.

Klassifikatsioon

Keemilise koostise järgi jagunevad kõik polümeerid orgaaniline, organoelement, anorgaaniline.

• orgaanilised polümeerid.
• organoelementide polümeerid. Need sisaldavad orgaaniliste radikaalide põhiahelas anorgaanilisi aatomeid (Si, Ti, Al) kombineerituna orgaaniliste radikaalidega. Looduses neid ei eksisteeri. Kunstlikult saadud esindaja on räniorgaanilised ühendid.

Tuleb märkida, et tehnilistes materjalides kasutatakse sageli erinevate polümeeride rühmade kombinatsioone. seda kompositsiooniline materjalid (nt klaaskiud).

Makromolekulide kuju järgi jagunevad polümeerid lineaarseteks, hargnenud (erijuhtum - tähekujulised), lint-, lamed-, kammi-, polümeervõrkudeks jne.

Polümeerid klassifitseeritakse polaarsuse järgi (mõjutab lahustuvust erinevates vedelikes). Polümeerühikute polaarsuse määrab dipoolide olemasolu nende koostises - molekulid, millel on positiivsete ja negatiivsete laengute lahutatud jaotus. Mittepolaarsetes lülides on aatomite sidemete dipoolmomendid vastastikku kompenseeritud. Polümeere, mille ühikutel on märkimisväärne polaarsus, nimetatakse hüdrofiilsed või polaarne. Mittepolaarsete ühikutega polümeerid - mittepolaarne, hüdrofoobne. Polümeere, mis sisaldavad nii polaarseid kui ka mittepolaarseid ühikuid, nimetatakse amfifiilsed. Homopolümeere, mille iga lüli sisaldab nii polaarseid kui ka mittepolaarseid suuri rühmi, soovitatakse nimetada amfifiilsed homopolümeerid.

Seoses kuumutamisega jagunevad polümeerid termoplast ja termoreaktiiv. termoplast polümeerid (polüetüleen, polüpropüleen, polüstüreen) pehmenevad kuumutamisel, sulavad isegi ja jahtudes kõvastuvad. See protsess on pöörduv. termoreaktiiv Kuumutamisel toimub polümeeride pöördumatu keemiline lagunemine ilma sulamiseta. Termoreaktiivsete polümeeride molekulidel on mittelineaarne struktuur, mis on saadud ahela polümeeri molekulide ristsidumisel (näiteks vulkaniseerimisel). Termoreaktiivsete polümeeride elastsusomadused on kõrgemad kui termoplastidel, samas termoreaktiivsed polümeerid praktiliselt ei voola, mistõttu on neil väiksem purunemispinge.

Looduslikud orgaanilised polümeerid tekivad taime- ja loomaorganismides. Neist olulisemad on polüsahhariidid, valgud ja nukleiinhapped, millest suures osas koosnevad taimede ja loomade kehad ning mis tagavad elu toimimise Maal. Arvatakse, et otsustavaks etapiks elu tekkimisel Maal oli keerukamate makromolekulaarsete molekulide moodustumine lihtsatest orgaanilistest molekulidest (vt Keemiline evolutsioon).

Tüübid

sünteetilised polümeerid. Kunstlikud polümeermaterjalid

Inimene on oma elus juba pikka aega kasutanud looduslikke polümeerseid materjale. Need on rõivaste valmistamiseks kasutatavad nahk, karusnahad, vill, siid, puuvill jne, erinevad sideained (tsement, lubi, savi), mis sobival töötlemisel moodustavad ruumilisi polümeerseid kehasid, mida kasutatakse laialdaselt rõivaste valmistamisel. Ehitusmaterjalid. Ahelpolümeeride tööstuslik tootmine algas aga 20. sajandi alguses, kuigi eeldused selleks tekkisid juba varem.

Peaaegu kohe arenes polümeeride tööstuslik tootmine kahes suunas - looduslike orgaaniliste polümeeride töötlemisel tehispolümeerideks ja sünteetilisi polümeere saades orgaanilistest madala molekulmassiga ühenditest.

Esimesel juhul põhineb suure võimsusega tootmine tselluloosil. Esimene polümeerne materjal füüsikaliselt modifitseeritud tselluloosist – tselluloid – saadi 20. sajandi alguses. Tselluloosi eetrite ja estrite suurtootmist korraldati enne ja pärast II maailmasõda ning see jätkub tänapäevani. Nende baasil toodetakse kilesid, kiude, värve ja lakke ning paksendajaid. Tuleb märkida, et kino ja fotograafia areng oli võimalik ainult tänu läbipaistva nitrotsellulooskile ilmumisele.

Sünteetiliste polümeeride tootmine algas 1906. aastal, kui L. Baekeland patenteeris nn bakeliitvaigu – fenooli ja formaldehüüdi kondensatsiooniprodukti, mis muutub kuumutamisel kolmemõõtmeliseks polümeeriks. Seda on aastakümneid kasutatud elektriinstrumentide korpustes, akudes, televiisorites, pistikupesades ja mujal ning nüüd kasutatakse seda sagedamini sideaine ja liimina.

Tänu Henry Fordi pingutustele algas enne Esimest maailmasõda autotööstuse kiire areng, mis põhines algul looduslikul, seejärel ka sünteetilisel kummil. Viimase valmistamist meisterdati II maailmasõja eelõhtul Nõukogude Liidus, Inglismaal, Saksamaal ja USA-s. Samadel aastatel meisterdati suurepäraste elektriisolatsioonimaterjalide polüstüreeni ja polüvinüülkloriidi tööstuslik tootmine, aga ka polümetüülmetakrülaat – ilma "pleksiklaasiks" nimetatud orgaanilise klaasita oleks sõja-aastatel lennukite massiline ehitamine võimatu olnud.

Pärast sõda taastati enne sõda alanud polüamiidkiu ja -kangaste (kapron, nailon) tootmine. 50ndatel. 20. sajandil töötati välja polüesterkiud ja meisterdati sellel põhinevate kangaste tootmist, mida nimetatakse lavsaniks või polüetüleentereftalaadiks. Polüpropüleen ja nitron – polüakrüülnitriilist valmistatud tehisvill – täiendab sünteetiliste kiudude loetelu kaasaegne inimene rõivaste ja tööstustegevuse jaoks. Esimesel juhul kombineeritakse neid kiude väga sageli loodusliku tselluloosi või valgukiududega (puuvill, vill, siid). Epohaalne sündmus polümeeride maailmas oli XX sajandi 50. aastate keskpaiga avastamine ja Ziegler-Natta katalüsaatorite kiire tööstuslik areng, mis tõi kaasa polüolefiinidel ja ennekõike polüpropüleenil põhinevate polümeermaterjalide ilmumise ning madala -rõhuga polüetüleen (enne seda polüetüleeni tootmine rõhul umbes 1000 atm.), samuti stereoregulaarsed kristalliseerumisvõimelised polümeerid. Seejärel võeti masstootmisse polüuretaanid - levinumad hermeetikud, liim- ja poorsed pehmed materjalid (vahtkumm), samuti polüsiloksaanid - organoelementide polümeerid, millel on kõrgem kuumakindlus ja elastsus võrreldes orgaaniliste polümeeridega.

Nimekirja lõpetavad 60-70ndatel sünteesitud nn unikaalsed polümeerid. 20. sajandil Nende hulka kuuluvad aromaatsed polüamiidid, polüimiidid, polüestrid, polüesterketoonid jne; Nende polümeeride asendamatuks omaduseks on aromaatsete tsüklite ja (või) aromaatsete kondenseerunud struktuuride olemasolu. Neid iseloomustab tugevuse ja kuumakindluse silmapaistvate väärtuste kombinatsioon.

Tulekindlad polümeerid

Paljud polümeerid, nagu polüuretaanid, polüestrid ja epoksüvaigud, on kergesti süttivad, mis on sageli vastuvõetamatu, kui praktilise rakendamise. Selle vältimiseks kasutatakse erinevaid lisandeid või halogeenitud polümeere. Halogeenitud küllastumata polümeere sünteesitakse klooritud või broomitud monomeeride, näiteks heksakloroendometüleentetrahüdroftaalhappe (HCEMTFA), dibromoneopentüülglükooli või tetrabromoftaalhappe lisamisega kondensatsiooni. Selliste polümeeride peamiseks puuduseks on see, et põlemisel on neil võimalik eraldada korrosiooni tekitavaid gaase, mis võivad mõjuda halvasti lähedalasuvale elektroonikale. Arvestades kõrgeid keskkonnaohutuse nõudeid, Erilist tähelepanu antakse halogeenivabadele komponentidele: fosforiühendid ja metallhüdroksiidid.

Alumiiniumhüdroksiidi toime põhineb asjaolul, et kõrgel temperatuuril eraldub vett, mis takistab põlemist. Efekti saavutamiseks on vaja lisada suures koguses alumiiniumhüdroksiidi: massi järgi 4 osa ühele osale küllastumata polüestervaikudest.

Ammooniumpürofosfaat toimib teisel põhimõttel: see põhjustab söestumise, mis koos klaasja pürofosfaatide kihiga isoleerib plasti hapnikust, pärssides tule levikut.

Uueks perspektiivseks täiteaineks on kihilised alumosilikaadid, mille tootmine

Rakendus

Tänu oma väärtuslikele omadustele kasutatakse polümeere masinaehituses, tekstiilitööstuses, põllumajanduses ja meditsiinis, auto- ja laevaehituses, lennukite tootmises ning igapäevaelus (tekstiilid ja nahktooted, nõud, liimid ja lakid, ehted jm). Makromolekulaarsete ühendite baasil toodetakse kummi, kiude, plasti, kilesid ja värvikatteid. Kõik elusorganismide koed on makromolekulaarsed ühendid.

Polümeeriteadus

Polümeeride teadus hakkas iseseisva teadmisvaldkonnana arenema Teise maailmasõja alguseks ja kujunes tervikuna välja 50ndatel. XX sajand, mil teadvustati polümeeride rolli tehnilise progressi arengus ja bioloogiliste objektide elutegevuses. See on tihedalt seotud füüsika, füüsikalise, kolloidse ja orgaanilise keemiaga ning seda võib pidada kaasaegse molekulaarbioloogia üheks põhialuseks, mille uurimisobjektideks on biopolümeerid.

Sarnane teave.