Загальні відомості про полімери та їх класифікація. Синтез полімерів.

С.Ю. Єлісєєв

Загальні відомості про полімери та матеріали на їх основі. Використання полімерів і їх пожежна небезпека.

Класифікація полімерів (за складом основному ланцюзі макромолекул, за структурою макромолекул, з поведінки при нагріванні, за горючості, за способом отримання).

Класифікація реакцій синтезу полімерів (полімеризація, поліконденсації).

Фізико-хімічні, пожежонебезпечні та токсикологічні властивості полімерів.

Основні реакції термічного розкладу і горіння полімерів

(основні види деструкції, термічне і термоокислювальну

розкладання).

Загальні відомості про полімери та матеріали на їх основі. Використання полімерів на об'єктах господарювання, їх пожежна небезпека

полімери називаються хімічна речовина, що має велику молекулярну масу і складається з великої кількості періодично повторюваних фрагментів, пов'язаних хімічними зв'язками. Зазначені фрагменти називаються елементарними ланками.

Таким чином, ознаки полімерів наступні: 1. дуже велика молекулярна маса (десятки і сотні тисяч). 2. ланцюгове будова молекул (найчастіше прості зв'язку).

Слід зазначити, що полімери вже сьогодні успішно конкурують з усіма іншими матеріалами, що використовуються людством з давнину.

Застосування полімерів:

полімери біологічного та медичного призначення

іонно - і електронно-обмінні матеріали

тепло-і термостійкі пластики

ізолятори

будівельні та конструкційні матеріали

пави і матеріали, стійкі до агресивного середовища.

Швидке розширення виробництва полімерів призвело до тому, що їх пожежонебезпека (а всі вони горять краще, ніж дерево) стала національним лихом для багатьох країн. При горінні їх і розкладанні утворюються різні речовини, в основному токсичні для людини. Знати небезпечні властивості утворюються речовин необхідно для успішної боротьби з ними.

Класифікація полімерів

Класифікація полімерів за складом основному ланцюзі макромолекул (найбільш поширена):

I. Карбоцепні ВМС - основні полімерні ланцюги побудовані тільки з вуглецевих атомів

II. Гетероцепні ВМС - основні полімерні ланцюги, крім атомів вуглецю, містять гетероатомів (кисень, азот, фосфор, сірку і т.д.)

III. Елементоорганіческіе полімерні сполуки -- основні ланцюги макромолекул містять елементи, що не входять до складу природних органічних сполук (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn і ін)

Кожен клас поділяється на окремі групи в Залежно від будови ланцюга, наявності зв'язків, кількості та природи заступників, бічних ланцюгів. Гетероцепні з'єднання класифікуються, крім того, з урахуванням природи та кількості гетероатомів, а елементоорганіческіе полімери - В залежності від поєднання вуглеводневих ланок з атомами кремнію, титану, алюмінію і т.д.

I

а) полімери з насиченими ланцюгами: поліпропілен - [-CH2-CH-] n,

I

поліетилен -- [-CH2-CH2-] n; CH3

б) полімери з ненасиченими ланцюгами: полібутадіен -- [-CH2-CH = CH-CH2-] n;

в) галоген заміщені полімери: тефлон - [-CF2-CF2-] n, ПВХ - [-CH2-CHCl-] n;

OH

I

г) полімерні спирти: полівініловий спирт - [-CH2-CH-] n;

д) полімери похідних спиртів: полівінілацетат -- [-CH2-CH-] n;

I

OCOCH3

е) полімерні альдегіди і кетони: поліакролеін -- [-СН2-СН-] n;

I

Н-С = О

ж) полімери карбонових кислот: поліакрилова кислота -- [-СН2-СН-] n;

I

СООН

з) полімерні нітрили: ПАН - [-СН2-СН-] n;

I

CN

и) полімери ароматичних вуглеводнів: полістирол -- [-СН2-СН-] n.

I

II

Полімери, що містять в основному ланцюзі атоми кисню:

а) прості поліефіри: полігліколі - [-СН2-СН2-О-] n;

б) складні поліефіри: поліетіленглікольтерефталат -

[-О-СН2-СН2-О-С-С6Н4-С-] n;

II II

O O

в) полімерні перекису: полімерна перекис стиролу -- [-СН2-СН-О-О-] n;

I

                

2. Полімери, що містять в основному ланцюзі атоми азоту:

а) полімерні аміни: поліетілендіамін -- [-СН2-СН2-NН-] n;

б) полімерні аміди: полікапролактам -- [-NН-(СH2) 5-С-] n;

II капрон

O

3.Полімери, що містять в основному ланцюзі одночасно атоми азоту і кисню - поліуретани: [-С-NН-R-NН-С-О-R-О-] n;

II II

O Про

4.Полімери, що містять в основному ланцюзі атоми сірки:

а) прості політіоефіри [- (СН2) 4 - S-] n;

б) політетрасульфіди [- (СН2) 4-S - S-] n;

II II

S S

наприклад: O

II

[- P - O-CH2-CH2-O-] n;

I

O-

III

1.Кремнійорганіческіе полімерні з'єднання

а) полісілановие з'єднання R R

I I

[-Si-Si-] n;

I I

RR

б) полісілоксановие з'єднання

R R

I I

[-Si-O-Si-O-] n;

I I

R R

в) полікарбосілановие з'єднання

I I

[-Si-(-C-) n-Si-(-C-) n-] n;

I I

г) полікарбосілоксановие з'єднання

I I

[-O-Si-O-(-C-) n-] n;

I I

2. Тітанорганіческіе полімерні сполуки, наприклад:

OC4H9 OC4H9

I I

[-O - Ti - O - Ti-] n;

I I

OC4H9 OC4H9

3. Алюмінійорганіческіе полімерні сполуки, наприклад:

[-O - Al - O - Al-] n;

I I

OCOR OCOR

Класифікація полімерів за структурою макромолекул

Макромолекули можуть мати лінійну, розгалужену і просторову тривимірну структуру.

Лінійні полімери складаються з макромолекул лінійної структури, а також вони макромолекули являють собою сукупність мономірних ланок (-А-), з'єднаних в довгі нерозгалужені ланцюга:

nA ® (...-A - A-...) m + (... - A - A - ...) R + ...., де (... - А - А - ...) -- макромолекули полімеру з різним молекулярною вагою.

Розгалужені полімери характеризуються наявністю основних ланцюгах макромолекул бічних відгалужень, більш коротких, чому основна ланцюг, але також складаються з повторюваних мономірних ланок:

A - A-...

... - A - A - A - A -- A - A - A-...

A - A - ...

Просторові полімери з тривимірною структурою характеризуються наявністю ланцюгів макромолекул, пов'язаних між собою силами основних валентностей за допомогою поперечних містків, утворених атомами (-В-) або групами атомів, наприклад мономірні ланками (-А-)

-A - A - A - A - A - A - A -

I I

A B

I I

-A - A - A - A - A - A -

I I

B A

I I

- A - A - A - A - A - A -

просторовими полімерами із частим розташуванням поперечних зв'язків називають - сітчасті полімери. Для тривимірних полімерів поняття молекула втрачає сенс, тому що в них окремі молекули сполучені між собою у всіх напрямках, утворюючи величезні макромолекули.

Класифікація по поведінці при нагріванні

термопластичні - Полімери лінійної або розгалуженої структури, властивості яких оборотні при багаторазовому нагріванні і охолодженні;

термореактивні - деякі лінійні та розгалужені полімери, макромолекули яких при нагріванні в результаті відбуваються між ними хімічних взаємодій з'єднуються один з одним; при цьому утворюються просторові сітчасті структури за рахунок міцних хімічних зв'язків. Після прогріву, термореактивні полімери зазвичай стають неплавким і нерозчинними - відбувається процес їх незворотного затвердіння.

Класифікація по горючості

Ця класифікація досить наближена, тому що займання і горіння матеріалів залежать не тільки від природи матеріалу, а й від температури джерела запалювання, умов займання, форми виробу або конструкцій і т.д.

Відповідно до цієї класифікації полімерні матеріали ділять на горючі, важкогорючі і негорючі. З горючих матеріалів виділяють важкозаймисті, а з них і вогнестійкими - самозатухаючий.

Приклади горючих полімерів: поліетилен, полістирол, поліметилметакрилат, полівінілацетат, епоксидні смоли, целюлоза і т.д.

Приклади незгораємих полімерів: ПВХ, тефлон, фенолформальдегідні смоли, сечовиноформальдегідної смоли.

Класифікація за способом отримання (походження)

- природні (білки, нуклеїнові кислоти, природні смоли) (тваринного і

рослинного походження);

- синтетичні (поліетилен, поліпропілен і т. д.);

- штучні (хімічна модифікація природних полімерів - ефіри

целюлози).

органічні та неорганічні полімери

Неорганічні: кварц, силікати, алмаз, графіт, корунд, карбін, карбід бору і т. д.

Органічні: каучуки, целюлоза, крохмаль, органічне скло і

т. д.

Фізико-хімічні властивості полімерів

1. Ступінь полімеризації - величина середня (суміш молекул).

2. Важкорозчинних (розчинність падає зі збільшенням молекулярної

маси).

3. Нелетучесть.

4. Немає точної Тпл. (усереднена).

5. Полімери, що містять у своєму складі галогени, стійкі до кислот і

лугів (тефлон, ПВХ).

Полімери, що містять CN-групи, стійкі до дії світла, масла,

бензинів (нітрону).

-ОН ...).

8. Існує тільки дві агрегатних з'єднання - тверде та рідке.

9. В'язкість полімерних матеріалів дуже велика.

10. Окремі ланки макромолекул можуть самостійно вступати

в хімічні реакції, тобто вести себе як самостійні одиниці.

11. Властивості полімеру залежать від геометричної форми макромолекул.

12. Поява водневих зв'язків між макромолекулами значно

підвищує міцність полімеру:

I I

C = O HN

I I

HN (CH2) 5

I I

(CH2) 5 O = C

I I

... O = C NH ...

I I

NH (CH2) 5

I I

(CH2) 5 C = O

I I

C = O HN

I I

13. Кратні зв'язку зумовлюють жорсткість і високу термічну

стійкість, (-CH = CH-) 4 - Поліени стійкі до 800 оС,-C