Методы получения полимерных материалов
Полимеризация и поликонденсация
Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Получение полимеров реакцией полимеризации и поликонденсации - основные пути синтеза ВМС на сегодняшний день.
Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.
Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.
Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса.
Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму.
|
|
|
Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем.
Принципиальное отличие ценной полимеризации от ступенчатой и от поликонденсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.
Реакции в цепях полимеров
Многие полимеры нельзя получить ни полимеризацией, ни поликонденсацией, поскольку или неизвестны исходные мономеры, или мономеры не образуют высокомолекулярных соединений при получении полимеров реакцией полимеризации и поликонденсации. Синтез таких полимеров осуществляют, исходя из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых содержат реакционноспособные функциональные группы. По этим группам полимеры вступают и те же реакции, что и содержащие такие группы низкомолекулярные соединения.
|
|
|
Реакции в цепях полимера могут происходить без существенного изменения молекулярной массы полимера (таи называемые полимер-аналогичные превращения), с увеличением молекулярной массы полимера (синтез привитых и блок сополимеров) или с уменьшением молекулярной массы (деструкция макромолекул).
Химическое строение и структура полимеров
Несмотря на огромное количество атомов, входящих в состав полимерных веществ, химическое строение их (порядок соединения атомов в макромолекуле) сравнительно несложная. Химическое строение, например, поливинилхлорида схематически можно показать так: (СН2-СН2-С1)n. Число п указывает на количество элементарных звеньев мономера СН2 - СНС1 - винилхлорида, входящих в макромолекулы, и характеризует степень полимеризации полимера. Значение п колеблется в больших пределах, например, в полистирола от 1000 до 3000, поливинилхлорида - от 1500 до 3000. Структурные формулы полимеров передают только порядок соединения атомов, а не передают пространственного размещения их в макромолекуле.
Так, атомы углерода, что составляют "костяк" полиэтилена - линейного полимера, не образуют прямой цепочку, а зигзагообразный. Элементарные звенья в пространстве размещены по-разному, но структурной единицей, четко повторяется, есть один зигзаг, величина которого определяет период идентичности.
|
|
|
Полимеры в зависимости от их происхождения разделяют на следующие:
а) природные, которые добывают из природных материалов, например, полисахариды (целлюлоза, крахмал, белки, нуклеиновые кислоты, пектиновые вещества и др.);
б) искусственные, которые добывают с помощью химической модификации природных полимеров (например, целлюлозы вискозное и ацетатное волокна);
в) синтетические, что их добывают синтез низкомолекулярных соединений (мономеров).
Состав пластических масс
При нормальных условиях пластмассы представляют собой твердые или эластичные материалы. Под влиянием температуры и давления пластмассы могут переходить в пластическое состояние, принимать и сохранять приданную им форму.
Пластмассы по своему составу бывают простыми, если они состоят из чистых связующих смол, или сложными (композиционными), если в них, кроме связующего вещества, содержатся и другие компоненты: наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, стабилизаторы, красители, катализаторы или ускорители.
|
|
|
Связующее вещество (смола) определяет основные свойства пластмасс. При изготовлении пластмасс наиболее широко применяют искусственные смолы — продукты переработки каменного угля, нефти и других материалов. Пластмассы, полученные на основе искусственных смол, относятся к полимерным соединениям. Естественные смолы (янтарь, шеллак) и продукты переработки естественных материалов (асфальт, канифоль и др.) применяются значительно реже.
Наполнители придают пластмассам определенные физико-механические свойства и во многих случаях удешевляют стоимость пластмассовых деталей.
B качестве наполнителей используются органические вещества: древесная мука, древесный шпон, бумага, ткани, хлопковые очесы, стружка, опилки и пр., а также минеральные вещества: кварцевая мука, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, стеклоткань и пр.
Пластификаторы обеспечивают пластмассам пластичность, увеличивают текучесть. В качестве их используются дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфора и т. п.
Смазывающие вещества предотвращают прилипание изготовленного изделия к форме. К ним относятся стеарин, воск и т. п.
Стабилизаторы повышают термостабильность и связывают побочные продукты. Стабилизаторами служат неорганические (вода, фосфаты) и органические (аминокислоты) вещества.
Красители (нигрозин, мумия и др.) придают пластмассам требуемую окраску.
Катализаторы (известь, окись магния) сокращают время отвердевания.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 510; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!