Содержание
Строение и структура полимеров
12345678910Следующая ⇒
ЛЕКЦИИ
«ПОЛИМЕРЫ – ОСНОВА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Тенденции развития современной техники характеризуются, прежде всего, повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Технические достижения последних лет, стимулируемые функциональными и экономическими интересами, стали возможными благодаря разработке высокоэффективных технологий и прогрессивным изменениям номенклатуры и качества материалов. Темпы этих изменений непрерывно растут и если в настоящее время соотношение металлов и неметаллов в мировом потреблении оценивается приблизительно 45 : 55, то в ближайшем будущем прогнозируется изменение этого соотношения 25 : 75. Причем в объеме потребления неметаллических материалов доля пластических масс растет наиболее интенсивно ( 2-3 % ежегодно).
Быстрое увеличение объемов выпуска и применения полимерных материалов (ПМ) по сравнению с другими материалами объясняется их преимуществами: невысокой плотностью, возможностью регулирования свойств путем введения различных модифицирующих добавок (наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов и др.), высокими диэлектрическими свойствами, усталостной и химической стойкостью, а в некоторых случаях оптической и радиопрозрачностью, антифрикционными, фрикционными и разнообразными декоративными свойствами, а также дешевизной исходного сырья. Кроме того, полимерные материалы характеризуются высокой технологичностью, поскольку при переработке в готовые изделия отличаются сравнительно малой операционностью и низкой энергоемкостью. Например, последний показатель у ПМ по сравнению с титановыми сплавами ниже в 20 раз, с алюминиевыми — в 5 раз, со сталью — в 3 раза. Одновременное снижение эксплуатационных затрат на антикоррозионную защиту, смазку и замену изношенных деталей делает выбор ПМ не только экономически наиболее предпочтительным, но часто и единственно возможным. Отсюда и неуклонный рост объемов применения ПМ во всех отраслях современной промышленности.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, СТРУКТУРЫ
И СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ
Полимеры имеют очень большое значение в производстве многих изделий в различных отраслях промышленности. Они применяются непосредственно для создания таких материалов как пластмассы армированные пластики, лаки, компаунды, герметики, клеи, волокна, пленки, резиновые материалы и т.п.
Чтобы разобраться в свойствах и возможностях применения полимерных материалов, необходимо ознакомиться с особенностями их строения, структуры и свойств.
Строение и структура полимеров
Полимерами называются соединения, в которых более или менее регулярно чередуются большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в линейные или разветвленные цепи, а также в пространственные сетки.
… — А — А — А — А — … [А]n
Многократно повторяющиеся группировки называются мономерными звеньями, а большая молекула, составленная из звеньев — макромолекулой или полимерной цепью.
Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединении
Число звеньев в цепи — степень полимеризации и обозначается буквой “n”. Название полимера складывается из названия мономера и приставки “поли”.
этилен полиэтилен
Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называются гомополимерами. Полимеры, построенные из полимерных звеньев нескольких типов называются сополимерами.
Переход от низкомолекулярного соединения к полимеру происходит в результате роста числа повторяющихся звеньев. При этом существенно меняются физические и химические свойства, но при достижении определенного значения “n” они практически перестают изменяться несмотря на дальнейшее увеличение числа звеньев и с этого момента соединение становится полимером.
Промежуточное положение между низко- и высокомолекулярными соединениями занимают соединения, называемые олигомерами (олиго — немного), которые проявляют свойства характерные как для мономеров, так и для полимеров. Реакционноспособные олигомеры способны образовывать высокомолекулярные или сшитые полимеры. Полимерами могут служить низкомолекулярные каучуки, эпоксидные, фенолоформальдегидные смолы и др. При получении полимеров применяют и другие соединения — катализаторы, инициаторы, растворители и т.п.
По сравнению с низкомолекулярными соединениями полимеры обладают рядом особенностей: они могут находиться только в конденсированном твердом или жидком состоянии; растворы полимеров имеют высокую вязкость; при удалении растворителя полимеры выделяются не в виде кристаллов, как низкомолекулярные соединения, а в виде пленок; полимеры можно переводить в ориентированное состояние; для многих полимеров характерны большие обратимые деформации и т.п.
Специфические свойства полимеров обусловлены особенностями их структуры, знание основных параметров которой необходимо для создания научно обоснованных методов их регулирования.
Структурой полимера называется устойчивое расположение в пространстве всех образующих его элементов, их внутреннее строение и характер взаимодействия между ними.
В полимерах структурными элементами являются макромолекулы, которые стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение друг относительно друга, образуя надмолекулярную структуру.
Особенности физических состояний полимеров (термомеханиче ский анализ – ТМА)
Своеобразие свойств полимеров обусловлено структурой их макромолекул. По форме макромолекул полимеры делятся на линейные, разветвленные, лестничные и сетчатые.
Линейные макромолекулы представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки.
Разветвленные макромолекулы отличаются наличием боковых ответвлений.
Лестничные макромолекулы состоят из двух цепей, соединенных химическими связями.
Пространственные полимеры образуются при сшивке макромолекул между собой в поперечном направлении химическими связями.
Отличительной особенностью полимерных молекул является гибкость. Гибкость цепи — это способность ее изменять форму под влиянием теплового движения звеньев или внешнего поля, в которое помещен полимер. Она характеризует способность полимеров кристаллизоваться, определяет температурный интервал плавления, упругие, эластические и другие свойства.
Гибкость, в свою очередь, зависит от структуры элементарного звена молекулы. Например, макромолекулы полиэтилена, имеющие линейную структуру обладают высокой гибкостью и образуют кристаллическую фазу до 95% по объему, в то время как макромолекулы полистирола не гибки и поэтому не кристаллизуются и полимер характеризуется высокой хрупкостью
По структуре и отношению к температуре полимеры делятся на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные — полимеры, у которых при нагревании не образуется поперечных химических связей и которые при определенной температуре размягчаются и переходят из твердого в пластичное состояние.
Термореактивные — полимеры, которые на первой стадии образования имеют линейную структуру, а затем вследствие протекания химических процессов образуют пространственные сетки, затвердевают и переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
Синтетические полимеры получают из низкомолекулярных веществ (мономеров) по реакциям полимеризации, поликонденсации, сополимеризации, а также путем химических превращений других природных и синтетических полимеров.
Полимеризация — процесс соединения нескольких мономеров, не сопровождающийся выделением побочных продуктов и протекающий без изменения элементарного состава . Полимеризацией получается такие полимеры как полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.
Поликонденсация — процесс соединения нескольких мономеров, сопровождающийся выделением простейших низкомолекулярных веществ ( H2O, HСl и т.д.). Поликонденсацией получаются фенолформальдегидные смолы.
Сополимеризация — полимеризация двух или большего числа мономеров различного строения. Сополимеризацией получаются сополимеры этилена с пропиленом ( СЭП) и др.
12345678910Следующая ⇒
Дата добавления: 2016-12-07; просмотров: 1945 | Нарушение авторских прав
Похожая информация:
Поиск на сайте:
Ответы к параграфу 42
1.Какие вещества относят к высокомолекулярным соединениям? Что называют полимером? На конкретных примерах поясните, чем различаются мономер и структурное звено полимера.
Высокомолекулярные вещества (полимеры) – это вещества, состоящие из мономерных звеньев, соединенных в макромолекулы посредством химических связей.
2. Поясните, что такое степень полимеризации.
Степень полимеризации – это число мономерных звеньев в составе макромолекулы.
3. На конкретном примере покажите возможность образования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением.
4. Охарактеризуйте процесс получения полиэтилена и полипропилена в промышленности. Составьте уравнения соответствующих реакций.
5. Опишите свойства полиэтилена, полипропилена и тефлона.
Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям, а какие – к мономерам
Где применяют эти вещества?
6. Составьте уравнения реакций образования поливинилхлорида, полистирола, полиметилметакрилата. Где применяют эти полимеры?
7. На конкретных примерах поясните, чем отличаются реакции поликонденсации от реакции полимеризации.
8. В чем сущность процесса образования фенолформальдегидной смолы? Какие фенопласты из нее получают?
9. Какие полимеры называют термопластичными, а какие – термореактивными? Приведите примеры.
Термопласты – это полимеры, способные обратимо переходить в вязкотекучее состояние при нагревании. Примером такого полимера может служить полистирол. При переходе полистирола в вязкотекучее состояние, проводится его формование. После придания ему необходимой формы полимер охлаждается.
Термореактивными являются полимеры, переработка которых сопровождается необратимой химической реакцией. Примером может служить фенолформальдегидная смола и эпоксидный клей.
Термореактивные полимер
Cтраница 3
Термореактивные полимеры при повышении температуры сначала становятся пластичными, но затем под влиянием катализаторов или отвердителей протекают реакции, в результате которых образуется трехмерная структура. Полимеры такого типа затвердевают, становятся неплавкими и нерастворимыми. [31]
Термореактивные полимеры имеют некоторые особенности, отличающие их от термопластичных полимеров, которые определяют методы оценки свойств материалов, способы их переработки в изделия, эксплуатацию и хранение. [32]
Термореактивные полимеры при нагревании необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, что объясняется протеканием химических реакций между их макромолекулами с образованием сетчатой структуры. ВМС, обладающие сетчатой структурой, при нагревании не размягчаются. К таким материалам относятся многие поликонденсационные смолы; например, фенолформальдегидные, являющиеся основой бакелита и карболита.
Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям, а какие – к мономерам
[33]
Термореактивные полимеры, или реактопласты, при нагревании ( или на холоду) структурируются и превращаются в твердые неплавкие и нерастворимые продукты, не способные к повторному формованию. [34]
Термореактивные полимеры — реактопласты при нагревании размягчаются, но это состояние пластичности непродолжительно. Полимер претерпевает химические изменения, становится нерастворимым п неплавким, повышается твердость его, уменьшается удлинение, исчезают пластические свойства. Повышение температуры не вызывает заметного изменения прочности реактопластов, как это имеет место у изделий из термопластов. Реактс-пласты в изделия перерабатывают прессованием. Термореактивные полимеры применяют с различными наполнителями — древесной мукой, асбестом, стеклянным волокном, слюдой, текстильными очесами н др. Реактопласты применяют также в виде слоистых пластиков: текстолит — с наполнителем в виде ткани из органических волокон, стеклотекстолит — с наполнителем в виде ткани из стеклянного волокна, бумаголит — с наполнителем в виде бумаги или картона, древолит — с наполнителем в виде древесного шпона. [35]
Термореактивные полимеры с повышением температуры, а иногда и на холоду под влиянием катализаторов, постепенно теряют способность размягчаться, плавиться и растворяться. Поликонденсационные полимеры пространственного строения термореактивны. К группе термореактивных полимеров относятся: полиэфирные, получаемые конденсацией многоатомных спиртов ( глицерина, пентаэритрита и др.) с многоосновными кислотами; мочевино-формальдегидные, резольные феноло-формальдегидные, кремнийорганические и полиуретановые, получаемые на основе триизоцианатов. В связи с тем что при конденсации выделяются побочные продукты, элементарный состав конденсационного полимера отличается от элементарного состава исходных мономеров, тогда как элементарный состав исходных и конечных продуктов полимеризации совпадает. [36]
Термореактивные полимеры при нагревании переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. [37]
Термореактивные полимеры отверждаются при нагревании, переходя в неплавкое и нерастворимое состояние; термопластичные полимеры при нагревании размягчаются, становятся вязкотекучими, а при охлаждении переходят в твердое состояние. [38]
Термореактивные полимеры при нагревании переходят в вязко-текучее состояние, а затем в результате протекания химических реакций отверждаются с образованием пространственной ( сетчатой) структуры. При этом полимер необратимо изменяет свои свойства, утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние, становится неплавким и нерастворимым. Отвержден-ные реактопласты имеют более высокие твердость, теплостойкость, модуль упругости, усталостную прочность, более низкий коэффициент линейного расширения, чем термопласты. [39]
Термореактивные полимеры при достаточном повышении темпе-ратуры первоначально тоже размягчаются, но одновременно в них начинают дополнительно образовываться прочные химические связи между цепями и через некоторое время, вследствие образования прочного пространственного каркаса, получается твердый материал, не обладающий пластичностью и не приобретающий ее при повторном нагревании. Такой продукт в отличие от термопластичных смол является неплавким и нерастворимым. [40]
Термореактивные полимеры затвердевают при действии теплоты и давления и не размягчаются при повторном нагреве. Они отличаются от термопластичных полимеров большей прочностью, теплостойкостью и твердостью. К этой группе относят фенолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные и некоторые другие полимеры. [41]
Термореактивные полимеры, или реактопласты, в начале термообработки размягчаются, становятся пластичными и принимают заданную форму. Однако при дальнейшем нагревании они теряют пластичность и переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, обусловленное сшиванием макромолекул полимера и образованием сетчатой структуры. [42]
Термореактивные полимеры — это такие, которые при нагревании становятся пластичными, но затем переходят необратимо в твердое состояние, характеризуемое потерей плавкости и растворимости. Дальнейший более сильный нагрев полимера, превращенного в неплавкое состояние ( в структуру пространственного. [43]
Термореактивные полимеры, перерабатываемые в виде порошков или слоистых материалов, в большинстве случаев применяются в виде композиций, содержащих наполнители. [44]
Термореактивные полимеры получаются путем поликонденсации мономеров, содержащих более двух функциональных групп. Образование этих полимеров происходит в две стадии. [45]
Страницы: 1 2 3 4