Sentetik polimerler nelerdir? Doğal ve sentetik polimerler. Bir heteroatomun doğası gereği fisyon

Canlı doğanın organik bileşiklerini ele alma örneğinden görebileceğiniz gibi, çoğu polimerik bir yapıya sahiptir.

Polimerik maddeler ve bunlara dayalı malzemeler, bir kişinin günlük yaşamına sıkı sıkıya girmiştir. Uygulama alanlarının çeşitliliği, bu maddelere doğal polimerlerin sahip olmadığı özellikler kazandırılmasını gerektirir.

Kimyagerler, doğal polimerleri kimyasal olarak değiştirmenin yollarını bulmuşlardır. Bu durumda, ana makromolekül zinciri değişikliğe uğramaz, ancak maddenin bileşiminde yeni fiziksel ve kimyasal özellikler veren yeni atom grupları ortaya çıkar.

Yapay polimerlerin üretimi aşağıdaki gibi şematik olarak gösterilebilir:

Yapay polimerler plastik, lif ve diğer malzemeleri yapmak için kullanılır.

Polimer ve plastik aynı şey değildir. Herhangi bir plastik bir polimer içerir, ancak buna ek olarak, bileşimine başka bileşenler de dahil edilebilir: boyalar (malzemeye renk verir), dolgu maddeleri (plastiğin sertliğini sağlar), plastikleştiriciler (malzemeyi daha elastik, esnek hale getirir) , vesaire.

Moleküllerinin kimyasal olarak yeniden yapılandırılması için belki de en uygun doğal polimer selülozdur.

İlk plastik 19. yüzyılın sonunda elde edildi. Amerikada. Selüloz, konsantre sülfürik asit varlığında konsantre nitrik asit ile işlendiğinde, yapısal birimdeki iki hidroksil grubu nitro grupları ile değiştirilir. Ortaya çıkan maddeye selüloz dinitrat denir:

selüloz + HNO 3 → selüloz dinitrat + su.

Selüloz dinitrata kafur (plastikleştirici olarak) eklendiğinde, fildişi benzeri süt beyazı bir plastik elde edilir. Bu plastiğe selüloit denir.

Selüloitten yapılan ilk ürünler bilardo toplarıydı, daha sonra küçük ev eşyaları: taraklar, oyuncaklar, cetveller. Filmler ve filmler selüloz nitratlardan yapılmıştır.

Selüloitin en büyük dezavantajı yanıcılığıdır. Artan yangın tehlikesi nedeniyle, selüloit uygulama alanı artık sınırlıdır. Günümüzde tenis topları ve güzel, parlak müzik aletleri kaplaması bu malzemeden yapılmaktadır. Selüloz nitratlar temelinde tutkal ve vernikler yapılır.

İnsanlar, maddelerin birçok dezavantajını avantaja çevirmeyi öğrendiler. Selüloz dinitratı trinitrata dönüştürerek daha da yanıcı hale getirebilirsiniz. Selüloz trinitrat, barut olarak kullanılır ve piroksilin olarak adlandırılır.

Yapay polimerler sadece plastikleri değil, aynı zamanda lifleri de üretmek için kullanılır.

Selülozun kendisi lifli bir malzemedir. Bir parça tıbbi pamuğu inceleyerek bunu doğrulamak kolaydır. Pamuklu ve keten kumaşlar selüloz liflerinden yapılır. Tartışılmaz avantajlarının yanı sıra, pamuklu ve keten ürünlerin önemli dezavantajları vardır. Yeterince güçlü değiller (özellikle ıslandıklarında), kolayca kırışıyorlar, parlaklıkları yok ve bir mantardan zarar görüyorlar.

En yaygın suni elyaf olan asetat ipeğinden yapılan ürünler bu eksikliklerden yoksundur.

Asetat filamentlerinin üretimi için bir polimer elde etme süreci, selüloz dinitrat üretimine çok benzer. Sadece bu durumda, selüloz nitrik asit ile değil, asetik asit ile muamele edilir. Selülozun yapısal biriminin üç hidroksil grubunun tamamı bir esterleşme reaksiyonuna girer. Sonuç, üç ester grubuna sahip bir polimerdir - selüloz triasetat:

selüloz + CH3COOH → selüloz triasetat + su.

Selüloz triasetat, orijinal doğal polimerden farklı olarak lifli bir yapıya sahip değildir. Ondan iplikler nasıl yapılır? Bunun için özel bir teknolojik süreç icat edildi.

Selüloz triasetat, viskoz bir çözelti oluşana kadar organik bir çözücü içinde çözülür ve yüksek basınç altında, çok sayıda küçük delikli kapaklardan itilir - sözde memecikler. Çözelti akımları sıcak hava ile üflenir, çözücü buharlaşır, polimer en ince filamentler halinde sertleşir (Şekil 83).

Rns. 83.
Fiber oluşum şeması:
1 - ölmek; 2 - bir demet lif

Asetat elyafından (asetat ipek) yapılan kumaşlar çok güzeldir, kolayca boyanır ve çok işlevlidir: Hem astar hem de zarif balo elbiselerini eşit başarıyla yapmak için kullanılırlar.

Asetat ipeğine ek olarak, viskon, bakır-amonyak lifi de yapay liflere aittir.

Viskon ayrıca bir alkali solüsyon, karbon disülfid CS2 ve bir asit solüsyonu ile ardışık işleme tabi tutularak selüloz bazında da elde edilir. Viskon elyafı neredeyse doğal olduğu kadar güzeldir, aynı zamanda hijyeniktir (nemin dışarı çıkmasını sağlar) ve en önemlisi doğaldan çok daha ucuzdur.

Plastik ve elyaf üretiminde doğal polimer hammaddelerinden tamamen vazgeçmek mümkün müdür? Modern kimya için hiçbir şey imkansız değildir! Sentetik polimerler bir sonraki paragrafta tartışılacaktır.

Yeni kelimeler ve kavramlar

1. Yapay polimerler.
2. Plastikler.
3. Selüloit.
4. lifler.
5. Asetat lifi, viskon, bakır-amonyak lifi.

Sorular ve görevler

1. Hangi polimerlere yapay denir? Doğal olanlardan farkı nedir?
2. Plastiklere bazen kompozitler denir. Bu terimin kökenini açıklayın.
3. Ne tür bir plastiğe selüloit denir? Nasıl ve neyden elde edilir? Bu polimerin dezavantajını belirtin. Selüloitin uygulama alanlarını listeler.
4. Nitroselüloz yapıştırıcılı paketlerde, çalışırken yangın güvenliği önlemlerine uygunluk konusunda bir uyarı vardır. Bunun nedeni nedir?
5. lifler nelerdir? Hangi doğal lifleri (hayvansal ve bitkisel) ve insan yapımı lifleri biliyorsunuz?
6. Selüloz triasetatın hazırlanması ne tür bir reaksiyona atıfta bulunur? Bu reaksiyonun ürünü hangi organik bileşikler sınıfına aittir?
7. Selüloz triasetat nasıl lif haline getirilir? İpek asetat kumaşlar ne için kullanılır?

Yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler (HMC'ler), büyük moleküllerden oluşan maddeleri içerir. Genellikle 5000'den fazla moleküler ağırlığa sahip yüksek moleküler bileşiklerin dikkate alınması kabul edilir, ancak çoğu zaman birkaç milyona ulaşabilir (özellikle doğal RİA'larda). Yüksek ve düşük moleküler ağırlıklı bileşikler arasında keskin bir sınır yoktur. Bu nedenle, moleküler ağırlığı yaklaşık 1000 olan bazı tanenler, tipik düşük moleküler ağırlıklı bileşikler gibi davranır ve aynı moleküler ağırlığa sahip parafinler, yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin tüm özelliklerine sahiptir. Düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerden yüksek moleküler ağırlığa geçiş, moleküler ağırlıktaki değişikliğin kendisinde değil, özelliklerde ortaya çıkan niteliksel değişiklikle (nicelikten kaliteye geçiş) ilişkilidir.

RİA moleküllerinin boyutu, sıradan moleküllerin boyutuna kıyasla çok büyüktür. Böylece, selüloz moleküllerinin uzunluğu, 3.5 * -7 * cm (3.5-7 E) boyutunda 25 * -50 * (25.000-50.000 E) ulaşır.

RİA'lara bazen yüksek polimerler (veya basitçe polimerler) denir. Ancak, kesinlikle konuşmak gerekirse, ikinci kavram daha dardır. Tüm polimerler RİA'dır, ancak tüm RİA'lar polimer olamaz. Polimer molekülünde, orijinal maddenin - monomerin - kalıntıları kimyasal olarak bağlanmalı ve düzenli olarak tekrarlanmalıdır. Büyük bir polimer molekülüne makromolekül veya polimer zinciri denir ve kalıntıların kendilerine temel (monomerik, tekrarlayan) birimler veya basitçe birimler denir. Düşük moleküler bir bileşiğin bir molekülünün aksine, bir makromolekül en küçük parçacık değildir - bir maddenin kimyasal özelliklerinin bir taşıyıcısı, çünkü bir makromolekül daha kısa zincirlere bölündüğünde, bu özellikler korunur.

Zincirdeki bağlantıların sayısına polimerizasyon derecesi denir (n, P veya DP ile gösterilir).

Polimerler için ampirik formüller yazarken, yüksek moleküler ağırlıkları (M) nedeniyle, uç birimler, örneğin, selülozun ampirik formülü (, kauçuk (.

Her polimer her zaman farklı uzunluklarda makromoleküllerden oluşur. Bu nedenle, makromoleküler maddelerin kimyasında, aynı kimyasal yapıya sahip, moleküler ağırlıkları farklı olan bileşikler olarak anlaşılan polihomologlar kavramı getirilmiştir. Herhangi bir polimer bileşiği, polimer homologlarının bir karışımıdır - bir makromolekülde farklı sayıda üniteye sahip bileşikler, yani farklı zincir uzunluklarına sahip bileşikler. Polimerhomologlar bir polimerhomolojik seri oluştururlar, yani sonraki her terimin bir öncekinden bir atom grubu ile farklı olduğu bir dizi bileşik - bir temel bağlantı.

Bu nedenle, polimerler her zaman ortalama bir moleküler ağırlık ile karakterize edilir. Ortalama moleküler ağırlık, birimin moleküler ağırlığı ile ortalama birim sayısının (ortalama DP) ürünüdür. RİA'nın moleküler ağırlıktaki heterojenliğine moleküler heterojenlik, polidispersite veya polimolekülerlik denir. RİA'nın moleküler ağırlıkla fraksiyonlanma yöntemi ile belirlenir. RİA'ların birçok fiziksel ve mekanik özelliğinin - şişme ve çözünme yeteneği, çözeltilerin özellikleri - büyük ölçüde yalnızca RİA'ların ortalama moleküler ağırlığına değil, aynı zamanda polidispersitelerine de bağlı olduğu vurgulanmalıdır.

RİA'ların özellikleri kimyasal bileşim, moleküler yapı, ortalama moleküler ağırlık ve moleküler heterojenlik, makromoleküllerin şekli, karşılıklı düzenlemeleri (fiziksel yapı) vb. ile belirlenir. Bu faktörlere bağlı olarak, HSR'nin özellikleri büyük ölçüde değişebilir, ancak bazı genel özellikler tüm RİA'ların karakteristiğidir. Tüm RİA'lar, yüksek moleküler ağırlıklarından dolayı uçucu değildir ve damıtılamaz. Çoğu RİA'nın belirli bir saltanat noktası yoktur ve ısıtıldığında yavaş yavaş yumuşar ve bazı RİA'lar yumuşamaz ve ısıtıldığında hemen ayrışır. Bu nedenle, damıtma ve yeniden kristalleştirme gibi kimyasal bileşiklerin izolasyonu ve saflaştırılması gibi yöntemler polimerlere uygulanamaz. RİA'lar genellikle dış etkenlere karşı çok hassastır ve yıkıcı ajanlar tarafından kolayca bozulur.

Polimerler ve düşük moleküler ağırlıklı bileşikler arasındaki fark, özellikle mekanik özelliklerinde belirgindir. Polimerlerin mekanik özellikleri, katı ve sıvıların özelliklerinin bir kombinasyonudur. Polimerler son derece dayanıklıdır ve önemli geri dönüşümlü deformasyonlara sahiptir.

RİA'ların önemli özelliklerinden biri çözünürlükleridir. Ancak düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerin aksine, çok daha yavaş çözünürler. RİA'nın çözülmesi mutlaka şişmeden önce gelir. Bazı polimerler herhangi bir çözücüde hiç çözünmezler.

çözeltilerdeki polimerler özel özellikler sergiler (yüksek viskozite, bazı termodinamik anormallikler).

Yüksek moleküler bileşiklerin kimyasal dönüşümlerinin reaksiyonları da karakteristik özelliklere sahiptir. Bu bileşikler, çeşitli reaktiflerle çok daha yavaş reaksiyona girer ve reaksiyonların çoğu, kural olarak, sonuna kadar ilerlemez. Bazı durumlarda ana reaksiyonla birlikte ana prosese müdahale eden yan reaksiyonlar da vardır.

Zincirlerdeki birimlerin tipine göre polimerler, homopolimerler ve kopolimerler olarak alt gruplara ayrılır. Homopolimerlerde makromoleküller aynı temel birimlerden oluşur; heteropolimerlerde veya kopolimerlerde iki veya daha fazla farklı temel birimden oluşurlar.

Makromoleküllerin kimyasal bileşimine ve kimyasal yapısına bağlı olarak RİA'lar organik, inorganik, organoelement olarak alt gruplara ayrılır. Organik polimerler sırasıyla iki sınıfa ayrılır: karbo zincirli ve hetero zincirli polimerler. Karbo zincirli polimerlerin zincirleri sadece karbon atomlarından, hetero zincirli polimerlerin zincirleri ise karbon atomlarından ve heteroatomlardan (oksijen, nitrojen, kükürt) oluşur. Karbon zincir polimerleri, organik kimyada kabul edilen sınıflandırmaya göre ayrıca alt bölümlere ayrılır.

Uzaysal yapıya göre, tüm polimerler doğrusal, dallanmış ve uzaysal olarak alt bölümlere ayrılır.

Şekil 1.1 - Doğrusal (a), dallanmış (b) ve çapraz bağlı (c) polimer moleküllerinin şematik gösterimi

Lineer polimerlerde makromoleküller uzun zincirlerdir (a). Bu tür polimerlerin makromoleküllerinin uzunluğu, enine boyutu önemli ölçüde aşmaktadır. Doğrusal polimerler uygun çözücüler içinde eriyebilir ve çözülebilir. Bazı doğal lineer polimerler liflidir (selüloz), diğerleri oldukça elastiktir (kauçuk).

Dallanmış polimerlerde (b), makromoleküller dalları olan uzun zincirlerdir. Dal bir veya daha fazla monomer birimi içermelidir. Şube sayısı ve uzunluğu büyük ölçüde değişebilir. Dallanmış polimerler genellikle erir ve çözülür. Bununla birlikte, özellikleri dallanma derecesine bağlıdır. Güçlü dallanmış polimerler toz halindeki maddelerdir (nişasta).

Uzaysal polimerler, bir ağ oluşturmak için uzayda çapraz bağlı kimyasal bağlar veya kısa zincirlerle bağlanan uzun zincirlerden inşa edilen polimerlerdir (c). Bu tür polimerlere ağsı, çapraz bağlı, üç boyutlu olarak da atıfta bulunulur. Uzaysal polimerler erimez veya çözülmez.

Polimerler, zincirdeki baklaların değişim tipine göre düzenli veya düzensiz olarak sınıflandırılır. Düzenli lineer polimerler zincirdeki doğru bağlantı değişimine sahipken, düzensiz polimerler kırık zincir düzenine sahiptir. Dallanmış polimerlerde, yan zincirlerin sayısı ve uzunluğu ile bunların ana zincire bağlandıkları yerdeki farklılıklar nedeniyle düzensizlikler de ortaya çıkar. Polimerlerin birçok özelliği büyük pratik değere sahiptir ve geniş pratik uygulamalarını belirler. Menşeine göre, RİA'lar üç türe ayrılır:

• 1. Doğal, doğal metallerden izole edilmiş. (Son zamanlarda biyolojik aktiviteye sahip doğal polimerler - proteinler, nükleik asitler, bazı polisakkaritler ve karışık polimerler - ayrı bir biyolojik polimer veya biyopolimer grubuna izole edilmiştir.)
• 2. Yapay, doğal polimerlerin kimyasal modifikasyonu ile elde edilir.
• 3. Sentetik, düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerden sentezlenir. Üretim yöntemine göre polimerizasyon ve polikondenzasyon polimerleri olarak ikiye ayrılırlar.

Poliasetalleri ayrı bir gruba ayırmak gelenekseldir. Bunlara çeşitli polisakkaritler (nişasta, selüloz ve türevleri, hemiselülozlar vb.) ve poliüronik asitler dahildir.

Örneğin selüloz, makromolekülleri 1-4 glukozit birimleriyle bağlanan β-D-glukopiranoz birimlerinden oluşan bir polisakkarittir.

Selüloz makromolekülünün yapısal formülü:

n, 6000-14000'e eşit polimerizasyon derecesidir.

özellikler

Özel mekanik özellikler:

• esneklik - nispeten düşük bir yükte (kauçuklar) yüksek geri dönüşümlü deformasyonlar yapma yeteneği;
• camsı ve kristalli polimerlerin (plastikler, organik cam) düşük kırılganlığı;
• makromoleküllerin yönlendirilmiş bir mekanik alanın etkisi altında yönlendirilme yeteneği (liflerin ve filmlerin imalatında kullanılır).

Polimer çözeltilerinin özellikleri:

• düşük polimer konsantrasyonunda yüksek çözelti viskozitesi;
• polimerin çözünmesi şişme aşaması boyunca gerçekleşir.

Özel kimyasal özellikler:

• küçük miktarlarda bir reaktifin (kauçuğun vulkanizasyonu, derinin tabaklanması vb.) etkisi altında fiziksel ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde değiştirme yeteneği.

Polimerlerin özel özellikleri sadece yüksek moleküler ağırlıklarıyla değil, aynı zamanda makromoleküllerin zincir yapısına sahip olmaları ve esnek olmaları ile açıklanmaktadır.

sınıflandırma

Kimyasal bileşime göre, tüm polimerler alt bölümlere ayrılır. organik, organoelement, inorganik.

• Organik polimerler.
• Organoelemental polimerler. Organik radikallerin ana zincirinde organik radikallerle birlikte inorganik atomlar (Si, Ti, Al) içerirler. Doğada bulunmazlar. Yapay olarak elde edilen temsilci - organosilikon bileşikler.

Teknik malzemelerde genellikle farklı polimer gruplarının kombinasyonlarının kullanıldığına dikkat edilmelidir. o kompozisyon malzemeler (örneğin, fiberglas).

Makromoleküllerin şekline göre, polimerler doğrusal, dallanmış (özel bir durum - yıldız şeklinde), şerit, düz, tarak şeklinde, polimer ağları vb.

Polimerler (çeşitli sıvılarda çözünürlüğü etkileyen) polariteye göre sınıflandırılır. Polimer birimlerinin polaritesi, bileşimlerinde dipollerin varlığı ile belirlenir - bağlanmamış pozitif ve negatif yük dağılımına sahip moleküller. Polar olmayan bağlantılarda, atom bağlarının dipol momentleri karşılıklı olarak dengelenir. Birimleri önemli polariteye sahip olan polimerlere denir. hidrofilik veya kutupsal... Polar olmayan bağlantılara sahip polimerler - polar olmayan, hidrofobik... Hem polar hem de polar olmayan birimler içeren polimerlere denir. amfifilik... Her bir bağlantısı hem polar hem de polar olmayan büyük gruplar içeren homopolimerler olarak adlandırılması önerilmektedir. amfifilik homopolimerler.

Isıtma ile ilgili olarak, polimerler alt bölümlere ayrılır. termoplastik ve termoset. Termoplastik polimerler (polietilen, polipropilen, polistiren) ısıtıldığında yumuşar, hatta erir ve soğutulduğunda sertleşir. Bu süreç geri dönüşümlüdür. termoset Isıtıldığında, polimerler erimeden geri dönüşü olmayan kimyasal yıkıma uğrarlar. Termoset polimerlerin molekülleri, zincir polimer moleküllerinin çapraz bağlanmasıyla (örneğin vulkanizasyon) elde edilen doğrusal olmayan bir yapıya sahiptir. Termoset polimerlerin elastik özellikleri termoplastiklerinkinden daha yüksektir, ancak termoset polimerlerin pratikte akışkanlığı yoktur, bunun sonucu olarak daha düşük kırılma stresine sahiptirler.

Doğal organik polimerler, bitki ve hayvan organizmalarında oluşur. Bunların en önemlileri, bitki ve hayvanların vücutlarının büyük ölçüde oluşturduğu ve Dünya'daki yaşamın işleyişini sağlayan polisakkaritler, proteinler ve nükleik asitlerdir. Dünyadaki yaşamın kökenindeki belirleyici aşamanın, daha karmaşık - yüksek moleküler ağırlıklı daha basit organik moleküllerin oluşumu olduğuna inanılmaktadır (bkz. Kimyasal evrim).

Türler

Sentetik polimerler. Yapay polimer malzemeler

Bir kişi uzun zamandır hayatında doğal polimer malzemeler kullanıyor. Bunlar, giysi imalatında kullanılan deri, kürkler, yün, ipek, pamuk vb., uygun işlendikten sonra yaygın olarak kullanılan üç boyutlu polimer gövdeler oluşturan çeşitli bağlayıcılar (çimento, kireç, kil). Yapı malzemeleri. Bununla birlikte, zincir polimerlerinin endüstriyel üretimi, bunun için ön koşullar daha önce ortaya çıkmış olmasına rağmen, 20. yüzyılın başında başladı.

Hemen hemen, polimerlerin endüstriyel üretimi iki yönde gelişti - doğal organik polimerlerin yapay polimerik malzemelere işlenmesi yoluyla ve organik düşük moleküler bileşiklerden sentetik polimerlerin üretimi yoluyla.

İlk durumda, büyük ölçekli üretim selüloza dayalıdır. Fiziksel olarak modifiye edilmiş selülozdan ilk polimer malzeme - selüloit - 20. yüzyılın başında elde edildi. Büyük ölçekli selüloz eterleri ve esterleri üretimi, II. Dünya Savaşı'ndan önce ve sonra kuruldu ve bu güne kadar devam ediyor. Filmler, lifler, boyalar ve vernikler ve kalınlaştırıcılar temelinde üretilir. Sinema ve fotoğrafçılığın gelişiminin ancak şeffaf bir nitroselüloz filminin ortaya çıkması sayesinde mümkün olduğu belirtilmelidir.

Sentetik polimerlerin üretimi 1906'da, L. Bakeland, ısıtıldığında üç boyutlu bir polimere dönüşen fenol ve formaldehitin yoğunlaşma ürünü olan bakalit reçinesinin patentini aldığında başladı. Onlarca yıldır elektrikli cihazlar, piller, televizyonlar, prizler vb. için kasa imalatında kullanılmış ve şimdi daha sık bağlayıcı ve yapıştırıcı olarak kullanılmaktadır.

Henry Ford'un çabaları sayesinde, Birinci Dünya Savaşı'ndan önce, otomotiv endüstrisinin hızlı gelişimi, önce doğal, sonra da sentetik kauçuk temelinde başladı. İkincisinin üretimi, Sovyetler Birliği, İngiltere, Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde II. Dünya Savaşı arifesinde hakim oldu. Aynı yıllarda, mükemmel elektriksel yalıtım malzemeleri olan polistiren ve polivinil klorürün endüstriyel üretimi ve ayrıca polimetil metakrilatta ustalaştı - savaş yıllarında "pleksiglas" olarak adlandırılan organik cam olmadan toplu uçak yapımı imkansız olurdu.

Savaştan önce başlayan poliamid elyaf ve kumaşların (naylon, naylon) üretimine savaş sonrasında yeniden başlandı. 50'lerde. XX yüzyıl polyester elyaf geliştirildi ve buna dayalı kumaş üretimi lavsan veya polietilen tereftalat adı altında ustalaştı. Poliakrilonitrilden yapılmış suni bir yün olan polipropilen ve nitron, modern insanın giyim ve üretim için kullandığı sentetik elyafların listesini tamamlar. İlk durumda, bu lifler sıklıkla selüloz veya proteinden (pamuk, yün, ipek) doğal liflerle birleştirilir. Polimer dünyasında çığır açan bir olay, XX yüzyılın 50'li yılların ortalarındaki keşif ve poliolefinlere ve her şeyden önce polipropilen ve polietilene dayalı polimerik malzemelerin ortaya çıkmasına yol açan Ziegler-Natta katalizörlerinin hızlı endüstriyel gelişimiydi. düşük basınç (bundan önce, 1000 atm mertebesinde bir basınçta polietilen üretimi) ve ayrıca kristalleşme yeteneğine sahip stereo-düzenli polimerler. Daha sonra, poliüretanlar seri üretime girdi - en yaygın dolgu macunları, yapışkan ve gözenekli yumuşak malzemeler (köpük kauçuk) ve polisiloksanlar - organik polimerlere kıyasla daha yüksek termal stabilite ve elastikiyete sahip organik polimerler.

Liste, 60-70'lerde sentezlenen sözde benzersiz polimerler tarafından kapatılmıştır. XX yüzyıl Bunlara aromatik poliamidler, poliimidler, polyesterler, polyester ketonlar vb. dahildir; bu polimerlerin vazgeçilmez bir özelliği, aromatik halkaların ve (veya) aromatik yoğun yapıların varlığıdır. Olağanüstü güç ve ısı direnci değerlerinin bir kombinasyonu ile karakterize edilirler.

ateşe dayanıklı polimerler

Poliüretanlar, polyester ve epoksi reçineler gibi birçok polimer, pratik kullanımda genellikle kabul edilemez olan yanıcılığa eğilimlidir. Bunu önlemek için çeşitli katkı maddeleri kullanılır veya halojenli polimerler kullanılır. Halojenli doymamış polimerler, örneğin hekzaasit (HCEMTPA), dibromneopentilglikol veya tetrabromoftalik asit gibi klorlu veya bromlu monomerlerin kondensasyona dahil edilmesiyle sentezlenir. Bu tür polimerlerin ana dezavantajı, yakıldıklarında yakındaki elektronikler üzerinde zararlı bir etkiye sahip olabilecek korozyona neden olan gazlar salabilmeleridir. Çevre güvenliğinin yüksek gereklilikleri dikkate alınarak, halojen içermeyen bileşenlere özel önem verilir: fosfor bileşikleri ve metal hidroksitler.

Alüminyum hidroksitin etkisi, yüksek sıcaklığa maruz kaldığında, yanmayı önleyen suyun serbest kalmasına dayanır. Etkiyi elde etmek için, büyük miktarlarda alüminyum hidroksit eklemek gerekir: bir kısım doymamış polyester reçinelerine ağırlıkça 4 kısım.

Amonyum pirofosfat farklı bir prensibe göre çalışır: camsı pirofosfat tabakasıyla birlikte plastiği oksijenden yalıtan ve yangının yayılmasını engelleyen karbonizasyona neden olur.

Yeni bir gelecek vaat eden dolgu maddesi, üretimi olan katmanlı alüminosilikatlardır.

Başvuru

Polimerler değerli özelliklerinden dolayı makine mühendisliğinde, tekstil endüstrisinde, tarım ve tıpta, otomobil ve gemi yapımında, uçak yapımında, günlük yaşamda (tekstil ve deri eşyalar, tabaklar, yapıştırıcılar ve cilalar, mücevherler ve diğer eşyalar) kullanılmaktadır. Yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler temelinde kauçuklar, lifler, plastikler, filmler ve boya kaplamaları üretilmektedir. Canlı organizmaların tüm dokuları yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerdir.

polimer bilimi

Polimer bilimi, II. Dünya Savaşı'nın başlamasıyla bağımsız bir bilgi alanı olarak gelişmeye başlamış ve 50'li yıllarda bir bütün olarak şekillenmiştir. XX yüzyıl, polimerlerin teknik ilerlemenin gelişmesinde ve biyolojik nesnelerin yaşamındaki rolünün gerçekleştiği zaman. Fizik, fiziksel, kolloidal ve organik kimya ile yakından ilgilidir ve nesneleri biyopolimer olan modern moleküler biyolojinin temel temellerinden biri olarak kabul edilebilir.

Benzer bilgiler.

Bugün, çeşitli polimerler kullanılmadan, belki de hayal etmek imkansızdır.Hem ağır sanayide ve inşaatta hem de hafif ve gıda endüstrilerinde baskın bir yer kazandılar. Bu mucizevi malzeme nedir?

polimerler nelerdir

Bir polimer, periyodik olarak tekrarlanan zincir yapılarından (monomerler) oluşan makromoleküler bir maddedir. Polimer zincirinde inanılmaz miktarda bu tür birimler olabilir. Birbirleriyle etkileşimleri, makromoleküllerin oluşumuna katkıda bulunan yardımı ile gerçekleştirilir.

Polimerler organik veya inorganik kökenlidir. Organik moleküler bileşiklerde, inorganik veya sentetik yapılar için temel olmayan karbon varlığı zorunludur. Organik polimerik bileşikler organoelement, karbon zinciri ve hetero zincirdir.

Ek olarak, polimerler ayrıca doğal, yapay ve sentetik olarak alt bölümlere ayrılır. Ayrıca, belirli kimyasal reaksiyonlar kullanılarak organik mono zincirlerden yapay makromoleküler bileşikler de elde edilir. Örneğin yün veya pamuk, kimyasal bir işlem sonucunda yapay polimer liflerine dönüştürülür.

Ve sentetik olanlardan ayırt edici özellikler nelerdir? Modern olanlar, organik madde kullanmadan, yani yapay malzemelerden eğitim almadan yapay olarak polimerler oluşturmayı veya sentezlemeyi mümkün kılar. Sentetik polimerler, basit düşük moleküler ağırlıklı maddelerin veya diğer sentetik polimerik maddelerin sentezlenmesiyle elde edilir.

Polimerlerin sınıflandırılması

Koşullu sistematizasyon onları aşağıdaki gruplara ayırır:

1. İnsanoğlunun uzun süredir kullandığı doğal hayvansal polimerler. Örnekler şunlardır: jelatin, glikojen.

2. Bizim de aşina olduğumuz doğal bitki polimerleri. Bunlar nişasta, kauçuk, lignin ve selülozdur.

3. Doğal Mineral Polimerler - Bu yaygın olarak kullanılan bir silika veya renkli kristal olarak adlandırılan kuvars mineralidir - bir değerli taş haline gelir - ametist. Ezildiğinde bizim için normal kuma dönüşüyor.

4. Organik monomerlerden yapılan yapay polimerler. Polyesterler, selüloz maddesinden süzülerek yapılır: etil selüloz, benzil selüloz ve ayrıca boya ve vernik endüstrisinde kullanılan metil selüloz. Bu maddelerin çoğu yün, deri, kürk, ipek vb. maddelerden yapılır.

5. Birçok imalat sanayinde yaygın olarak kullanılan sentetik polimerler yaygınlaşmıştır. Örneğin hafif sanayide lavsan, naylon, polipropilen ve nitron gibi sentetik liflerden kumaşlar ve trikolar üretilir. Çok dayanıklıdırlar ve pratik olarak silinmezler. Bu kumaşların liflerinin ana bileşimini temsil eden sentetik polimerler, belirli kimyasal asitlerin etilen glikol, heksametilendiamin, poliolefin veya poliakrilonitril gibi maddelerle polikondenzasyonu ile elde edilir. Bu nedenle, "progenitör" polimerlerin temel nitelikleri de tamamen yeni polibileşiklere aktarılır. Sonuç olarak, kimyasal, fiziksel ve atmosferik etkilere dayanıklı, düşük ısı iletkenliğine sahip çok hafif ve elastik malzemeler elde ediyoruz.

Birçok değerli özelliğinden dolayı sentetik polimerler sadece tekstil endüstrisinde değil aynı zamanda tıp, kozmetik ve parfümeri, tarım, otomotiv, inşaat, ev ve diğer alanlarda da uygulama bulmuştur.

Polimerler, spesifik özellikleri kendilerini oluşturan makromoleküllerin büyük uzunluğu, zincir yapısı ve esnekliğinden kaynaklanan özel bir kimyasal bileşik sınıfıdır.

Buna karşılık, bir makromolekül, yeterince yüksek bir moleküler ağırlığa sahip, kimyasal bağlarla doğrusal veya dallı bir yapıya bağlanmış, bileşim ve yapı bakımından farklı veya aynı olan bir dizi atom veya atomik grup olarak anlaşılır. Bir zincirdeki atomların en küçük, çok sayıda tekrar eden grubuna bir makromolekülün halkası denir.

Bir veya daha fazla ayrışmanın makromoleküllerdeki varlığına bağlı olarak. monomer birimlerinin türleri ayırt edilir homo- ve kopolimerler, bir ve en az iki (veya daha fazla) bağlantı türünden oluşur.

Polimerizasyon, bir monomeri veya monomer karışımını bir polimere dönüştürme işlemidir.

Polimerizasyon derecesi, bir polimer molekülündeki monomer birimlerinin sayısıdır.

RİA sınıflandırması

1) kökene göre: a) doğal (selüloz), b) yapay (yarı sentetik), c) sentetik 2) Polimer makromolekülünün iskeletinin geometrisine göre

Doğrusal (A)- doğrusal bir yapıda birbirine bağlı tekrarlanan birimlerden oluşan ana makromolekül zinciri. Görsel model: tek bir yerde yırtılmış uzun bir kolye.

Dallanmış (B, C, D) polimerler, omurgası, lineer olanların aksine, birkaç atomdan omurganın boyutuna kadar rastgele yerleştirilmiş yan dallar içeren makromoleküllerden oluşur. ( yıldız şeklinde (Z), bir merkezden çıkan bir dizi zinciri temsil eder; tarak benzeri (G) her birimde kısa dallar içeren polimerler, örneğin poliheksadesil akrilat:

(-CH2 -CH- (SOOC 16 H 33) -) n

Dikişli veya ağ- makromoleküller, uzaysal bir ağ oluşturur. Çapraz bağlı polimerler arasında ayırt edilir yoğun ve hafif dikişli,özelliklerinde keskin bir şekilde farklılık gösterir. Bazen dikişli olarak adlandırılan sözde " merdiven"(E) iki paralel zincirin her birimde çapraz bağlı olduğu polimerler.

Sırayla, birimlerin düzenlenmesinin doğasına bağlı olarak kopolimerler alt bölümlere ayrılır:

a) istatistiksel- zincir boyunca rastgele düzenlenmiş monomerik birimler; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

B) dönüşümlü - zincirdeki sıkı bir bağlantı değişimi ile; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

v) blok (blok kopolimerleri) - bileşim veya yapı bakımından farklılık gösteren, değişen genişletilmiş birim dizilerinden (bloklardan) oluşan doğrusal makromoleküller; - (A) - n - (B) - m

G) aşılanmış Ana zincir ve yan dallar, bileşim veya yapı bakımından farklılık gösteren, monomerik birimlerin kimyasal olarak bağlı birkaç dizisinden oluşan dallı makromoleküller olan kopolimerler. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Doğal ve sentetik polimerler

Polimerler doğal (biyopolimerler: proteinler, nükleik asitler, doğal reçineler) ve sentetik (polietilen, polipropilen, fenol-formaldehit reçineleri) olarak ikiye ayrılır.

Biyopolimerler, doğada doğal formlarında bulunan ve canlı organizmaların bir parçası olan bir polimer sınıfıdır: proteinler, nükleik asitler, polisakkaritler. Biyopolimerler aynı (veya farklı) birimlerden - monomerlerden oluşur. Proteinlerin monomerleri - amino asitler, nükleik asitler - nükleotitler, polisakaritler - monosakaritler.

İki tür biyopolimer vardır - düzenli (bazı polisakkaritler) ve düzensiz (proteinler, nükleik asitler, bazı polisakkaritler). Karışık biyopolimerler - glikoproteinler, lipoproteinler, glikolipidler. Biyopolimerler kimyasal yapılarına göre sınıflandırılabilir:

1. Hevea'nın süt suyunda (lateks) bulunan polihidrokarbonlar (poliizopren, (-CH2-C (CH 3) = CH-CH2 -) n, kok-sagyz (Karahindiba cinsinin çok yıllık bir bitkisi)

2. Karbonhidratlar (polisakkaritler: selüloz, nişasta, glikojen, kitin, kitosan)

3. Proteinler (poliamidler, a-amino asitlerin polimerleri).

4. DNA ve RNA.

Sentetik polimerler, doğal malzemelerin yerini almak üzere üretilen doğal olmayan polimerik malzemelerdir. Sentetik polimerler, polimerizasyon ve polikondenzasyon yoluyla oluşturulur. Sentetik polimerler arasında kauçukları ve kauçuksu polimerleri içeren ayrı bir grup vardır. Bu malzemeler, şaşırtıcı şekil değiştirebilirlik ve yüksek elastik özellikler ile karakterize edilir, bu nedenle elastomer olarak adlandırıldılar. İlk malzeme yirminci yüzyılın başlarında fiziksel olarak modifiye edilmiş selülozdan yapılmıştır ve bugüne kadar lifler, filmler, kalınlaştırıcılar ve vernikler aynı malzemeden yapılmıştır. Herkes tarafından selüloz olarak bilinen selüloit adını aldı.

Denizcilik terminolojisi

1) önemsiz

Bir örnek, yaygın olarak Teflon olarak bilinen politetrafloroetilendir; poli-1,4-betaglukon = selüloz.

2) Rasyonel

"Poli-" öneki, monomerin adının önüne yerleştirilir, eğer monomerin adı birkaç kelime içeriyorsa, parantez içinde alınır:

3) Sistematik (IUPAC tarafından önerilen)

Polimer zincirinin (SDR) bileşik tekrarlayan biriminin yapısının belirli kurallara göre açıklamasına dayanmaktadır.

Polimer adı "poli-" ön ekiyle başlar ve ardından parantez içinde SDR adı gelir.

Bu nedenle, bir polimere bir isim vermek için gereklidir: SDR'yi tanımlamak, SDR'yi yönlendirmek, SDR'ye isim vermek. SDR basit olabilir veya birkaç alt birimden oluşabilir. En büyük atom grubu (veya ana zincirin döngüleri), düşük moleküler ağırlıklı organik bileşikler için IUPAC isimlendirme kurallarına göre adlandırılabilen bir alt birim olarak seçilir. Atomlar ve alt birimler, SDR'de soldan sağa azalan öncelik sırasına göre yerleştirilmiştir; alt birimler arasındaki yol en kısa olmalıdır. Kıdem kuralları aşağıdaki gibidir:

1. Tüm heteroatomlar karbondan daha yaşlıdır. Bunlar arasında kıdem, periyodik tablodaki konuma göre belirlenir, periyodik tablonun sağ üst köşesinden gruplar halinde sol alt köşeye doğru hareket edildiğinde azalır. Kıdem sırası flor ile başlar, kıdem sırasıyla azalır: F, Cl, Br, ..., O, S, Se, ..., N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. Alt birimlerin önceliği şu seriye göre belirlenir: heterosikller> heteroatomlar veya heteroatomlar> karbosikleler> asiklik alt birimler dahil olmak üzere doğrusal alt birimler. Herhangi bir ikamenin varlığı, alt birimlerin öncelik sırasını değiştirmez. Diğer tüm şeyler eşit olduğunda, ikamenin konumunu karakterize eden sayının en küçük olduğu avantaja sahiptirler.

3. Heterosikller öncelik sırasına göre sıralanmıştır: azot içeren> heterosikleler, azotla birlikte, önceliği paragraf 1'e göre belirlenen diğer heteroatomları içeren> en fazla halka sayısına sahip sistemler> en büyük döngü> en fazla heteroatom sayısına sahip döngü> en fazla heteroatom sayısına sahip sistemler> en büyük heteroatom çeşitliliğine sahip sistemler. Diğer tüm şeyler eşit olduğundan doymamış çevrimler önceliklidir.

4. Karbosiklik gruplar arasında en fazla sayıda döngüye sahip olanlar baskındır, bunu sırasıyla en büyük bireysel döngüye sahip> en fazla ortak atom sayısına sahip sistemler izler. tüm çevrimler> çevrimlerin bağlantılarını karakterize eden en küçük sayıya sahip,> en büyük doymamışlığa sahip sistemler.

Ana zincir aynı tipte atomlar ve halkalar içeriyorsa, düzenlemelerinin sırası, ikame edicilerin adlarının alfabetik sırasına göre belirlenir, örneğin:

Bazı durumlarda, IUPAC tarafından önerilen sistematik isimlendirme ile birlikte başka isimlendirmeler de kullanılabilir. Bu nedenle, sistematik adılenamino-1,3-sikloheksen olan bir polimer için, sözde ikame terminolojisi uygulanabilir. Buna uygun olarak, ana zincirin SDR'sine, heteroatomlar "aza", "oxa", "thia", vb. için karşılık gelen öneklerle sayı ve numaralandırma sırasına benzer asiklik hidrokarbon atomlarına dayalı bir isim verilir. Bu isimlendirmeye göre, polimer poli-1-oksa-6-tia-4,9-diazanon-metilen-1,3-sikloheksen olarak adlandırılacaktır.