что такое искусственные полимеры

Синтетические полимеры

Полимеры относятся к классу химических соединений, у которых короткие структурные единицы, состоящие из нескольких атомов (мономеров), соединенных в длинные цепочки при помощи различного рода связей. Характерная особенность полимеров – большая молекулярная масса – от нескольких тысяч, до миллионов. Натуральные и созданные позже синтетические полимеры характеризуются следующими свойствами:

Точная классификация подразделяет многочисленное семейство полимеров на органические и неорганические. Наиболее востребованы, имеют большой ассортимент разновидностей с различными свойствами органические соединения, которые основаны на углеродных цепочках.

Одним из первых полимеров, созданным человеком на основе природных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Дальнейшее создание и производство полимерных материалов базировалось на достижениях органической химии.

Особенности

Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.

Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.

Отдельные типы пластиков, наоборот, имеют высокую жесткость и твердость. Стеклотекстолит по прочности мало уступает стали, а такой полимер, как кевлар, даже превосходит ее.

Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.

Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:

Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.

Применение

Без преувеличения можно сказать, что полимеры нашли применение абсолютно во всех областях деятельности и жизни человека. Синтетические полимеры используются в быту и промышленности как самостоятельные изделия, так и в качестве замены традиционных материалов или в комплексе с ними для получения уникальных характеристик.

Первое применение нашли искусственные полимеры. Самый яркий пример – резина. В настоящее время основная часть резиновых изделий выполняется из синтетического каучука, но имеется несколько областей применения, где до сих пор используется резина из натурального каучука.

Полимеры обладают целым комплексом уникальных качеств, которых нет у традиционных материалов, или использование последних технологически и экономически нецелесообразно. Устойчивость к химическим реакциям в большом диапазоне температур и по отношению к большой группе активных химических соединений способствует большому распространению полимерных материалов в химии и химической промышленности.

Низкая токсичность, химическая устойчивость, отсутствие аллергических реакций позволило синтетическим полимерам найти широкое применение в медицине. Это искусственные органы, производство лекарств – от упаковок, до оболочек медицинских препаратов (таблеток, капсул), шовные материалы, клеи.

Пищевая упаковка из полимерных материалов

Те же самые качества используются и в пищевой промышленности для изготовления посуды, упаковочной тары для готовых продуктов и в процессе их производства. Себестоимость упаковки синтетической тары в несколько раз меньше, чем у картонной, бумажной или из иных натуральных материалов.

В промышленности высокомолекулярные полимерные соединения используются для производства конструкционных материалов, узлов трения, несущих конструкций, лаков и красок.

Благодаря превосходным электроизолирующим свойствам пластики практически полностью вытеснили натуральные материалы в электротехнической промышленности. Изоляция проводов, корпуса приборов, печатные платы изготавливаются на основе полимерных материалов. Жесткие обмоточные провода покрываются слоем синтетических лаков, при малой толщине обладающих высоким сопротивлением и прочностью, а гибкие монтажные проводники имеют оболочку из поливинилхлорида или полиэтилена, окрашенную в различные цвета для удобства обслуживании и ремонта.

На основе синтетических полимеров изготавливаются текстильные материалы большинства известных наименований. Ткани и одежда имеют в своем составе пряжу на основе полиамида, полиэстера, полипропилена. Как альтернатива натуральной шерсти выступает акрил, изделия из которого трудно отличить от натуральных.

Тот же самый полиамид, который служит заменой шелку, в монолитном состоянии имеет прочность, сравнимую со многими металлами. Если учесть, что полиамид, иначе называемый капрон или нейлон, химически инертен, а значит, не подвержен коррозии и имеет низкий коэффициент трения, то замена металлов синтетическими веществами вполне очевидна.

Еще более высокие качества имеют такие промышленные полимеры, как фторопласты – фторорганические соединения. Данные синтетические полимерные материалы имеют один из самых низких коэффициентов трения и самую высокую химическую устойчивость. Эти качества используются при производстве узлов трения, особенно в устройствах, работающих в агрессивной среде.

Когда нельзя произвести полноценную замену металлических конструкций искусственными материалами, выполняют покрытие металлической основы слоем пластика. Технологический процесс покрытия металла слоем пластика осуществляется таким образом, чтобы происходила связь основы и покрытия на молекулярном уровне. Этим достигается высокая прочность соединения.

Промышленные полимеры могут иметь самые различные виды. Используются как термопластичные материалы, так и термореактивные пластики. В первом случае для изготовления деталей и конструкций используется метод литья или прессовки при температуре размягчения полимера, а во втором пластмасса формируется непосредственно в виде готового изделия или полуфабриката с минимальной последующей обработкой.

Среди промышленных синтетических полимеров можно выделить композиционные материалы, в которых наполнителем или армирующей составляющей могут служить самые различные материалы, а связующим веществом выступает полимер.

Наиболее известны такие композиционные материалы:

Классификация синтетических полимеров

Существует несколько классификационных групп полимеров, в зависимости от определяющего признака. В первую очередь, это:

По химическому составу деление таково:

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно указать следующие виды структуры полимеров:

Варианты структуры полимеров

Все полимерные соединения по-разному характеризуются по отношению к температуре. Таким образом, их делят на две группы:

Существует еще несколько типов классификации полимеров, к примеру, по полярности молекулярных цепочек. Но данная квалификация необходима только узким специалистам.

Многие типы полимеров используются в самостоятельном виде (полиэтилен, полиамид), но значительное количество применяется в качестве композиционных материалов, где выполняет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно встретить комбинацию полимер – полимер (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана полимерным связующим).

Источник

Презентация по теме «Искусственные полимеры» 10

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Описание слайда:

Содержание
Определение искусственных полимеров
Приминение полимеров
Пластмассы
3.1. Первая пластмасса
3.2. Получение пластмассы
3.3. Целлулоид
3.4. Применение
Волокна
4.1. Классификация волокон
4.2. Ацетатные волокна и их недостатки
4.3. Приминение ацетатного шёлка
4.4. Вискозное волокно
Физические свойства
Химические свойства :(16,17)
Получение
Заключение
Источники

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Пластмассы
Пластмассы – это материалы, полученные на основе полимеров, способные приобретать заданную форму при изготовлении изделия и сохранять ее в процессе эксплуатации.

Полимеры и пластамссы — не одно и то же. Любая пластмасса содержит полимер, но кроме него в состав могут входить и другие компоненты.
Рис1. Состав пластмассы

Описание слайда:

Первая пластмасса
Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название — целлулоид).
Рис2. Александр Паркс

Описание слайда:

Получение пластмассы
Целлюлоза +HNO3 динитрат целлюлозы + H2O
При добавлении к динитрату целлюлозы камфоры (в качестве пластификатора) получат пластмассу молочно-белого цвета, похожую на слоновую кость. Эта пластмасса получила название целлулоид.

При обработке целлюлозы концентрированной азотной кислотой в присутствиии концентрированной серной кислоты две гидроксильные группы в структрурном звене замещаются на нитрогруппы. Полученное вещество называют динитратом целлюлозы:

Описание слайда:

Целлулоид
Целлуло́ид (от целлюлоза, фр. cellulose от лат. cellula «клетка») — пластмасса на основе нитрата целлюлозы (коллоксилина), содержащая пластификатор (дибутилфталат, касторовое или вазелиновое масло, синтетическая камфора) и краситель. Существенный недостаток целлулоида — высокая горючесть, вследствие чего использование его в промышленности значительно сокращено.

Описание слайда:

Приминение
Производство бутылок, фляг, труб, трубок, садовой мебели, напольных покрытий, жалюзи, изоленты, тары для моющих средств и клеёнки, брезентов, мусорных мешков, пакетов, пленки и гибких ёмкостей, автомобильной промышленности, при изготовлении игрушек, плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, пищевой плёнки и пеноматериалов и т.д.
Рис3. Бутылки из пластика
Рис4. Игрушки из пластмассы
Рис5. Теннисные шарики

Описание слайда:

Волокна
Волокна – это полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи, текстильных материалов.
Рис6. Свойства волокн

Описание слайда:

Классификация волокон
Рис7. Классификация волокон

Описание слайда:

Ацетатные волокна — один из основных видов искусственных волокон.
Ацетатные волокна и их недостатки
Недостатки ацетатных волокон :
Прочность при разрыве ацетатных волокон невысока (разрывная длина 11—13 мм). Потеря прочности при испытании в мокром состоянии для ацетатного волокна составляет 40—45 %, а для триацетатного 15—20 %. Ацетатные волокна характеризуются недостаточно высокой термостабильностью: выше 160—170 °C изменяется форма изделий из этого волокна, при 210 °C начинается его термический распад. Поэтому изделия из ацетатных волокон можно гладить только через влажную ткань. Ацетатные волокна малоустойчивы к действию даже разбавленных растворов щелочей, например, стиральной соды.

Описание слайда:

Применение ацетатного шёлка
Рис8. Применение ацетатного шёлка

Описание слайда:

Вискозное волокно
Вискозное волокно (от латинского viscosus — клейкий) — искусственное волокно, получаемое переработкой природной целлюлозы. Производится в виде текстильных и кордовых нитей и штапельного волокна. Вискозное волокно по красоте почти не уступает натуральному, оно так же гигиенично (пропускакет наружу влагу) и намного дешевле.
Рис9. Вискозное волокно

Описание слайда:

Физические свойства
Полимеры существуют в различных агрегатных состояниях: в виде тягучей жидкости (смазки, клеи, лаки и краски, герметики), в виде эластичных материалов (резины, силикон, эластомеры, поролон) и в виде твердых пластмасс (полиэтилен, полипропилен, поликарбонат и т.д.).
Практически все полимеры являются хорошими диэлектриками, обладают низкой теплопроводностью, высокой механической прочностью. Стеклообразные полимеры бьются без острых осколков. Линейные полимеры обладают способностью к обратимым деформациям; поддаются ориентации макромолекул под влиянием механических нагрузок (на этом свойстве основано производство пленок и волокон).

Описание слайда:

Химические свойства
Первые исследования, посвященные термическому разложению природных и искусственных полимеров, помогли составить ясное представление об их структуре. Одним из классических примеров такого подхода является работа Штаудингера посвященная полистиролу.
Рис10. Герман Штаудингер

Описание слайда:

Описание слайда:

Мы уже знаем из определения искусственных полимеров, что это высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров путем их химической модификации
Рис11. Получение

Описание слайда:

Заключение
Итак, сегодня мы с вами рассмотрели Искусственные полимеры и узнали:
Что азотная кислота необходима для получения из целлюлозы пластмассы-целлулоида,из которого производят теннисные шарики.
Древесина-это сырье для производства искуственных волокон и тканей- ацетатного шелка и вискозы

Описание слайда:

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Искусственные полимеры

Урок 43. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Искусственные полимеры»

К искусственным полимерам относятся высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров путём их химической модификации.

То есть на природный полимер действуют реагентом и получают искусственный полимер.

Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов.

Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. В состав пластмассы могут входить красители, которые придают ей цвет, наполнители, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, пластификаторы, которые делают пластмассу пластичной.

Первая пластмасса была получена в конце 19 века в Америке. Если целлюлозу обработать концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, то получается динитрат целлюлозы. При добавлении к динитрату целлюлозы камфоры в качестве пластификатора, то можно получить пластмассу молочно-белого цвета. Эту пластмассу называют целлулоид.

Целлюлоза + HNO₃ → динитрат целлюлозы + вода

Из целлулоида делали бильярдные шары, расчёски, игрушки, линейки, кино- и фотоплёнку. Из-за повышенной горючести область применения целлулоида стала ограниченной. В настоящее время из этого полимера изготавливают теннисные шарики, облицовку для музыкальных инструментов. На основе нитратов целлюлозы изготавливают клей и лаки. Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха и называют его пироксилином.

На основе искусственных полимеров получают также волокна.

Оказывается, что ещё в 7 веке англичанин Роберт Гук высказал мысль о возможности получения искусственного волокна. Производство первого искусственного волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году.

Волокна представляют собой полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи и текстильных материалов.

Сама по себе целлюлоза – это волокнистый материал. Из целлюлозных волокон состоят хлопчатобумажные и льняные ткани. Однако эти ткани недостаточно прочные, легко мнутся, не имеют блеска, повреждаются грибком.

Для получения такого искусственного волокна, как ацетатный шёлк, за основу берут целлюлозу, которую обрабатывают уксусной кислотой или ангидридом уксусной кислоты. Уксус по латыни «ацетум», от этого произошло и название «ацетатное».

В результате реакции этерификации получают триацетат целлюлозу с тремя сложноэфирными группами.

Целлюлоза + CH₃COOH → триацетат целлюлозы + вода

Однако триацетат целлюлозы не обладает волокнистой структурой. Поэтому его растворяют в органическом растворителе до образования вязкого раствора и под большим давлением продавливают через фильеры. Струйки этого раствора обдуваются тёплым воздухом и полимер затвердевает.

Ацетатное волокно устойчиво к воздействию света, температуры, микроорганизмов.

Ткани из ацетатного волокна – ацетатного шёлка – красивы и легко окрашиваются, из них делают подкладочный материал, нарядные бальные платья. Изготавливают ткани для галстуков, тюля, покрывал, кружев, юбок гофре и плиссе, сорочек.

Впервые на мировом рынке ацетатное волокно появилось в 1921 году, как результат трудов американских ученых и технологов под руководством Дрейфуса.

К искусственным волокнам относятся также вискоза и медно-аммиачное волокно.

Ацетатное волокно было получено в 80-е годы 19 века ботаником Негели, который установил, что хлопковое волокно состоит из целлюлозы. Это открытие привело его к мысли, что можно выработать волокно подобное хлопковому, но из более дешевого целлюлозного сырья – остатков древесины. Попытки получения такого волокна увенчались успехом в 1892 году, когда американцы Кросс, Бивен, Бидл запатентовали вискозный способ, который совершенствовался и модернизировался.

В России первый завод по производству искусственного шёлка был построен в Мытищах и в 1913 году он дал первую продукцию.

Вискозу получают также на основе целлюлозы путём обработки её раствором щёлочи, а затем сероуглеродом CS₂ и раствором кислоты. Вискоза обладает рядом преимуществ: у неё хорошие гигиенические свойства, она устойчива к действию органических растворителей. Недостатком вискозы является резкий блеск, но если волокна вискозного жгута разрезать на части, а затем вытянуть и скрутить в пряжу, то это штапельное волокно теряет блеск и прочность немного уменьшается, сохраняя остальные свойства вискозы. При стирке изделия сильно садятся, в мокром состоянии теряют прочность, поэтому их нельзя сильно тереть и выкручивать.

Учёные России предвидели блестящее будущее вискозного волокна. Д. И. Менделеев в 1900 году писал: «Россия изобилует всякими растительными продуктами. Клетчатка не истощает почвы, для питания не пригодна. если бы мы отброс ы превратили в изделия из вискозы, то разбогатели бы побольше, чем от всей нашей торговли».

На основе вискозы получают искусственную кожу, корды для автомобильных покрышек. В чистом виде и в сочетании с другими волокнами или нитями из вискозы получают подкладочные, платьевые, сорочечные, бельевые, декоративные ткани, верхний, бельевой трикотаж, чулочно-носочные, текстильно-галантерейные изделия (ленты, тесьма, галстуки), целлофан.

Если вискозную нить сильно вытянуть, то верхний слой нити растянется больше, а внутренний – меньше, в результате волокно получает извитость, из этих нитей изготавливают ковры.

Если в прядильный раствор вискозы вмешать воздух, то получим химическую реакцию с выделением углекислого газа, в волокне образуются пустоты, эти пустотелые вискозные волокна используют для производства не тонущих спасательных костюмов. Усовершенствованным вискозным волокном является сиблон, который мало мнётся, мало садится, это волокно прочное и блестящее. Его изготавливают из высококачественной целлюлозы.

Таким образом, искусственные полимеры – это высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров. Искусственные полимеры используют для получения пластмасс, волокон и других материалов. Пластмассы – это материалы, которые получают на основе полимеров, способные приобретать заданную форму и сохранять её в процессе эксплуатации. Первой пластмассой на основе целлюлозы стал целлулоид. К искусственным полимерам относятся волокна: ацетатное волокно и вискоза. Искусственные волокна находят широкое применение.

Источник

Что такое искусственные полимеры

Природные полимеры — важнейший компонент химической организации живой природы. Однако без полимеров немыслима и жизнь современного индустриального общества, и повседневная жизнь человека.

Полимеры делятся на природные, искусственные и синтетические в зависимости от того, как они были получены.

Природные высокомолекулярные вещества были исторически первыми полимерами, которые человек использовал для своих хозяйственных и бытовых нужд. Шерстяные, шёлковые, льняные, хлопчатобумажные ткани изготавливали из соответствующих нитей и волокон, получаемых на основе природных белковых (шерсть, шёлк) или целлюлозных (лён, хлопок) волокон. Древесина до сих пор применяется как наиболее экологически чистый, экономичный и эстетичный материал в строительстве и отделке помещений, изготовлении мебели и предметов домашнего обихода.

Однако изделия и материалы на основе природных полимеров не лишены недостатков. Они легко повреждаются микроорганизмами, быстро стареют и изнашиваются, подвергаются гниению и порче.

Искусственные полимеры

Во второй половине XIX в. учёные задумались над тем, каким образом можно придать природным полимерам новые свойства, которыми они не обладают. Вскоре решение было найдено. Взятый за основу природный полимер обрабатывали химическими веществами. Например, при обработке волокон целлюлозы концентрированной азотной кислотой получают продукт нитрования, в котором гидроксильные группы (две или все три) в структурном звене (остатке глюкозы) замещены на нитрогруппы. Таким образом, происходит замена одной группы атомов на другую, а полимерная цепь при этом не затрагивается:

В результате этой реакции получались вещества, которые имеют широкое применение: ди- и тринитроцеллюлоза.

Изменение химического состава и структуры полимера придавало ему новые свойства. Такой процесс назвали модификацией полимера, а полученные высокомолекулярные соединения, в отличие от природных, получили название искусственных.

Общую схему модификации природных полимеров с получением искусственных можно изобразить следующим образом:

Пластмассы

В 1870 г. американский изобретатель Джон Хайатт добавил к динитрату целлюлозы камфору и получил блестящий материал молочно-белого цвета. Из этого вещества стали изготавливать бильярдные шары, заменившие дорогостоящие шары из слоновой кости (рис. 50). Новый материал получил название целлулоид и стал первой искусственной пластмассой.

Не путайте термины «полимер» и «пластмасса» — это не одно и то же.

Свойства пластмассы как материала можно задать заранее с помощью введения дополнительных компонентов: наполнителей, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, красителей, которые придают ей необходимый цвет, пластификаторов, которые делают полимерный материал более эластичным и гибким.

Помимо бильярдных шаров, из целлулоида делали украшения, расчёски, рукоятки инструментов, канцелярские принадлежности, фотоплёнку и многое другое. Однако целлулоид пожароопасен, поэтому области его применения ограничены. Из него изготавливают красивую блестящую облицовку музыкальных инструментов и теннисные шарики.

Кроме того, на основе нитратов целлюлозы изготавливают клеи, лаки и эмали.

Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха для снаряжения патронов и называют пироксилином.

Волокна

Полимеры используют для получения не только пластмасс, но и волокон.

Природный полимерный углевод — целлюлоза имеет волокнистую структуру. Из содержимого коробочек созревшего хлопчатника изготавливают хлопчатобумажные ткани и медицинскую вату. Изделия лёгкой промышленности на основе хлопка гигиеничны и экологичны. Но они легко мнутся и намокают, недостаточно прочны.

Эти недостатки устраняются путём химической обработки целлюлозы уксусной кислотой:

Получается сложный эфир — триацетат целлюлозы, не имеющий волокнистой структуры. Поэтому его вытягивают в нити. Для этого была разработана специальная технология.

В раствор или расплав полимера добавляют красители, а также специальные добавки, повышающие эластичность волокна, его прочность и другие характеристики. Затем нагретую жидкость под давлением пропускают через специальные колпачки со множеством мельчайших отверстий — фильеры. Через отверстия просачивается тонкая струйка полимера, который обдувается нагретым воздухом. При этом растворитель, если он присутствовал, испаряется, струйки превращаются в волоконца, которые затем скручивают в нить.

Ткани из ацетатного шёлка красивы, прочны, легко окрашиваются, гигиеничны и недороги.

На основе целлюлозы получают ещё одно искусственное волокно — вискозу, которая обладает дополнительными экологическими и гигиеническими преимуществами по сравнению с ацетатным шёлком. Вискоза хорошо впитывает влагу, шелковистая и мягкая на ощупь, обладает воздухопроницаемостью и высокой интенсивностью цвета, не электризуется и, что немаловажно, стоит недорого.

Помимо волокон, на основе вискозы получают пластмассы и плёнки. Вы наверняка слышали название некогда распространённого упаковочного материала — целлофан. Эта вискозная плёнка широко использовалась для упаковки подарков, цветов, продуктов питания. Её главное достоинство — лёгкость разложения в природных условиях, что не приводит к загрязнению окружающей среды. Однако в настоящее время целлофан практически полностью вытеснен более дешёвыми полиэтиленом, полипропиленом, лавсаном. Эти полимеры относят к группе синтетических материалов, о которых пойдёт речь в следующем конспекте.

Справочная таблица «Полимеры»

Конспект урока по химии «Классификация полимеров. Искусственные полимеры». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Источник