Поліметакрилова кислота, поліізопрен та сечовино-формальдегідна смола

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЛАН

ВСТУП

1. Поліметакрилова кислота

2. Поліізопрен

3. Сечовино-формальдегідна смола

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Полімери ( греч. рплэ- - Багато; мЭспт - Частина) - неорганічні і органічні, аморфні та кристалічні речовини, що складаються з "мономерних ланок", з'єднаних в довгі макромолекули хімічними або координаційними зв'язками. Полімер - це високомолекулярна сполука: число мономерних ланок у полімері (ступінь полімеризації) має бути достатньо велике. У багатьох випадках кількість ланок може вважатися достатнім, щоб віднести молекулу до полімерів, якщо при додаванні чергової мономерної ланки молекулярні властивості не змінюються. [1] Як правило, полімери - речовини з молекулярною масою від декількох тисяч до декількох мільйонів. [2]

Якщо зв'язок між макромолекулами здійснюється за допомогою слабких сил Ван-Дер-Ваальса, вони називаються термопласти, якщо за допомогою хімічних зв'язків - реактопласти.

У будові полімеру можна виділити у - повторюваний структурний фрагмент, що включає кілька атомів. Полімери складаються з великого числа повторюваних угруповань (ланок) однакової будови, наприклад полівінілхлорид (-СН2-CHCl-)n, каучук та ін. Високомолекулярні сполуки, молекули яких містять кілька типів повторюваних угруповань, називають сополімерами або гетерополімерами.

До полімерів відносяться численні природні сполуки: білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, каучук та інші органічні речовини. У більшості випадків поняття «полімер» відносять до органічних сполук, однак існує і безліч неорганічних полімерів.

Велику кількість полімерів отримують синтетичним шляхом на основі найпростіших сполук елементів природного походження шляхом реакцій полімеризації, поліконденсації і хімічних перетворень. Назви полімерів утворюються з назви мономера.

Особливі механічні властивості:

· еластичність - здатність до високих оборотних деформаціях при відносно невеликому навантаженні (каучуки);

· мала крихкість склоподібних і кристалічних полімерів (пластмаси, органічне скло);

· здатність макромолекул до орієнтації під дією спрямованого механічного поля (використовується при виготовленні волокон і плівок).

Особливості розчинів полімерів:

· висока в'язкість розчину при малій концентрації полімеру;

· розчинення полімеру відбувається через стадію набухання.

Особливі хімічні властивості:

· здатність різко змінювати свої фізико-механічні властивості під дією малих кількостей реагенту (вулканізація каучуку, дублення шкір і т. п.).

Особливі властивості полімерів пояснюються не тільки великою молекулярною масою, а й тим, що макромолекули мають ланцюгову будову і володіють гнучкістю.

Завдяки цінним властивостям полімери застосовуються в машинобудуванні, текстильної промисловості, сільському господарстві і медицині, автомобіле- і суднобудуванні, авіабудуванні, в побуті (шкіряні вироби, посуд, клей, лаки, прикраси та інші предмети. Всі тканини живих організмів представляють високомолекулярні з'єднання.[3]

ПОЛІМЕТАКРИЛОВА КИСЛОТА

Поліметакрилова кислота ПМАК - безбарвний склоподібний тендітний і неплавкий полімер. Вона характеризується високою гігроскопічністю, не плавиться і не переходить у високоеластичний стан.[4]

Введення в молекулу акрилової кислоти метильної групи в б-положені дещо уповільнює процес полімеризації і полегшує його регулювання. При зберіганні метакрилової кислоти спостерігається її полімеризація, ініційована киснем повітря. Опромінення або нагрівання мономеру сприяє підвищенню швидкості полімеризації у присутності кисню. Органічні перекиси, діазосполуки, персульфати викликають значне збільшення швидкості полімеризації.

Полімер метакрилової кислоти

не відрізняється за зовнішнім виглядом від поліакрилової кислоти: він також являє собою тверду речовину матово-білого кольору, не розчиняється в неполярних органічних розчинниках, але розчиняється у воді.

Стереорегулярною поліметакрилову кислоту можна отримати гідролізом ізотактичного полі-трет-бутилметакрилату розчином КОН у діоксані. З розбавленого водного розчину стерео-регулярна метакрилова кислота випадає у вигляді кристалогідратів.

Поліметакрилова кислота, як і поліакрилова, є слабкою кислотою. Криві потенціометричного титрування цих полімерних кислот показують, що ступінь дисоціації їх зростає з підвищенням pH середовища (рис. 4). Граничне число в'язкості розчинів різко збільшується з підвищенням числа іонізованих ланок у макромолекулах. Із збільшенням молекулярної ваги полімеру це явище, характерне для розчинів поліелектроліту, стає все більш яскраво вираженим (рис. 5).

Близьке розташування карбоксильних груп у макромолекулі помітно впливає на ступінь дисоціації, яка залежить від іонної сили розчину і типу іона, що приймає участь в реакції обміну. Удавана константа іонізації поліакрилової і поліметакрилової кислот змінюється при обміні іонів водню на іони літію, натрію і калію таким чином:

Поліакрилова Поліметакрилова кислота

Li+.... 4,30 5,22

Na+.... 4,65 5,34

К+ .... 4,83 5,60

Рис. 4 Крива потенціометричного титрування ПМАК

Рис. 5 Граничне число в'язкості ПМАК як функція ступеня дисоціації б

У розчинах полікислот утворюються комплекси з полівалентними катіонами, структура і стійкість яких аналогічна структурі і стійкості комплексів з низькомолекулярними карбоновими кислотами. Залежно від типу катіона координаційне число комплексу може дорівнювати 4 і 6, причому до складу комплексу переважно залучаються карбоксильні групи однієї і тієї ж макромолекули. Полімерні комплекси нерозчинні у воді. Різка відмінність у стійкості полімерних комплексів залежно від pH середовища і типу катіона широко використовується для виборчого вилучення іонів рідкісних елементів з розчинів складної суміші солей.

Поліакрилову і поліметакрилову кислоти застосовують як емульгатори. Натрієві і калієві солі їх служать загусниками, так як розбавлені розчини цих полімерів відрізняються високою в'язкістю.

Іонізуюче випромінювання в повітряному середовищі викликає поперечне з'єднання макромолекул твердої поліакрилової кислоти і деструкцію з швидким зниженням молекулярної ваги. Деструкція полімеру спостерігається і при дії іонізуючих випромінювань на водні розчини поліметакрилової кислоти будь-якої концентрації. Опромінення поліметакрилової кислоти або її розчинів в вакуумі призводить до поперечного з'єднання макромолекул.[5]

Полімеризація метакрилової кислоти у водному розчині, ініційована персульфат калієм

У трьохгорлій колбі ємністю 50 мл, оснащеною зворотнім холодильником і двома крапельними воронками, нагрівають 11 мл дистильованої води до 80 °С. По досягненні цієї температури в колбу при слабкому перемішуванні магнітною мішалкою вводять по краплях 6 г (0,07 моль) метакрилової кислоти, попередньо перегнанной під вакуумом в струмі азоту, і 0,18 г (6,6 · 10-4 моль) персульфат калію , розчиненого в 4 мл води. Метакрилова кислота відразу ж починає полімеризуватися, що помітно по зростанню в'язкості розчину. Після того як всі реагенти введені в колбу, реакційну суміш витримують при 80 °С протягом 1 г.

Отриманий досить в'язкий розчин розбавляють сумішшю 70 мл ацетону і 20 мл води, фільтрують і потім додають по краплях до 1 л суміші 4 ч. ацетону і 1 ч. петролейного зфіру (т. кип. 50-70 °С). При цьому полімер випадає у вигляді дрібних частинок, які потім злипаються один з одним. Після осадження відстій декантирують і додають 500 мл нової порції осаджуючої суміші. Полімер фільтрують, при необхідності дроблять на більш дрібні шматочки і потім екстрагують в апараті Сокслета петролейним ефіром протягом 5 г. Отриманий продукт висушують у вакуумній шафі при 50 ° С. Вихід полімеру практично кількісний.

Поліметакрилова кислота розчинна у воді, а також у металоні, діоксані і в диметилформаміді. Вимірюють в'язкість отриманого полімеру у водному розчині при 20 °С, використовуючи такі концентрації: 0,5; 0,7; 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0; 3,5 і 4, 0 г/л (вимірювання проводять за допомогою віскозиметра Оствальда, діаметр капіляра 0,3 мм). При побудові графіка ?уд/С від С отримують типову криву для поліелектролітів.

Якщо ж вимірювання проводять з тими ж концентраціями полімеру в 1 н. розчині NaCl, то в'язкість змінюється так само, як і у випадку неіоногенних полімерів. З цією метою наважку 30 г NaCl розчиняють в 100 мл води в мірній колбі (при цьому отримують 5,13 н. розчин). Для приготування розчинів полімеру зазначених концентрацій необхідну кількість поліметакрилової кислоти зважують у мірних колбах ємністю 10 мл і розчиняють додаванням приблизно по 5 мл води. Потім в кожну колбу доливають по 2 мл 5,13 н. розчину NaCl і доводять до мітки дистильованою водою. Приготовлені розчини мають концентрацію 1,03 моль/л.[6]

За своїми властивостями поліметакрилова кислота аналогічна поліакриловій. Полімери характеризуються стійкістю до хімічних реагентів , наприклад їх не руйнують азотна і сірчана кислоти, хромова суміш, хромовосірчана кислота, луги та лужні метали. Вони повільно розчиняются у водно-аміачному розчині, в спирті і воді; погано розчиняються в ацетоні і зовсім не розчиняються в бензолі, хлороформі і оцтовій кислоті.

Поліакрилову і поліметакрилову кислоти виробляють в порівняно обмежених масштабах. Їх солі служать як емульгатори при полімеризації в емульсії. Частіше отримують змішані полімери, які почали застосовувати для виробництва небитого безпечного скла.[7]

Одержання ПМАК. Поліметакрилову кислоту отримують радикальною полімеризацією метакрилової кислоти в масі, водних розчинах або в органічних розчинниках у присутності радикальних ініціаторів. Найчастіше полімеризацію проводять в кислих водних розчинах. Загальна швидкість полімеризації х, маса М утворюючого полімеру і константа швидкості росту ланцюга kр різко зменшуються із збільшенням pH від 2 до 6, по мірі іонізації мономеру. Мінімальна швидкість відповідає pH 6-7. При pH>7, коли ПМАК іонізована, із збільшенням pH спостерігається зростання х, М і kр. Це обумовлено тим, що зі збільшенням іонної сили розчину, тобто з зростом вмісту в розчині катіонів (напр., Nа+ у випадку розчину NаОН), нівелюється електростатичне відштовхування негативно заряджених мономеру (метакрилат-аніону) і макрорадикалу в акті росту ланцюга. При pH 9-10 в присутності катіонів амонію або ізобутиламмонію утворюється синдіотактична ПМАК (вміст синдіотактичних діад в макромолекулах досягає 95%). Швидкість полімеризації метакрилової кислоти в органічних розчинниках і її активність при кополімеризації залежать від здатності метакрилової кислоти до асоціації (напр., від здатності утворювати циклічний димер або ассоціати з молекулами розчинника). ПМАК можна отримати також гідролізом її поліефірів (легко гідролізується полі-трет-бутилметакрилат). Ізотактичну ПМАК отримують гідролізом ізотактичного поліізопропілметакрилату або полі-трет-бутилметакрилату. Метакрилова кислота легко сополімерізується з великим числом мономерів; метакрилат-аніон - з акриламідом, диетиламіноетилметакрилатом, вінілпіридином, N-вінілпірролідоном та ін Сополімери метакрилової кислоти можна також отримувати полімераналогічними перетвореннями.

Застосування. Солі ПМАК застосовують як емульгатори, а також добавки, що підвищують в'язкість авіважних ванн, які використовують для підшліхтовки синтетичного волокна. Сополімери бутадієну з метакрилової кислоти, а також потрійні сополімери стирол - метакрилова кислота - метакрилат використовуються для приготування клеїв. Сополімери бутилметакрилату з метакрилової кислоти у суміші з частково гідролізованим полівінілацетатом виявилися ефективними компонентами клеїв, які широко застосовують у виробництві фанери та ін шаруватих матеріалів. Промисловим продуктом є сополімер бутадієну або ізопрену з невеликою кількістю метакрилової кислоти. Метакрилову кислоту використовують в якості сомономеру у виробництві органічного скла. Сополімери цієї кислоти використовуються також як іонообмінні смоли.

Вперше ПМАК була отримана Фіттігом в 1877 - 80.[8]

ПОЛІІЗОПРЕН

Поліізопрен - полімер ізопрену. Природний поліізопрен - основний компонент натурального каучуку, гутаперчі, балати. Найбільш важливий синтетичний поліізопрен - ізопреновий каучук.

Натуральний каучук у промисловому масштабі отримують з молочного соку каучуконосних рослин. Так, зміст каучуку в молочному соку гевеї бразильської (Hevea brasiliensis) досягає 50%. Натуральний каучук має стереорегулярність будови і являє собою цис-1,4-поліізопрен. При обробці ізопрену (CH2-C(CH3)CH=CH2) звичайними радикальними ініціаторами легко виходить поліізопрен. Цей синтетичний каучук є в основному транс-1,4-поліізопреном. Полімеризація ізопрену під дією таких ініціаторів, як натрій або калій в малополярних розчинниках, призводить до утворення 1,2 - 3,4 - і транс-1,4-поліізопрену. Ініціювання полімеризації літієм в неполярному розчиннику веде до отримання каучуку, що містить 94% цис-ланок. Використання каталізаторів Циглера-Натта дозволяє отримати каучук, практично ідентичний натуральному. При полімеризації ізопрену в відсутність стереохімічному контролю в принципі можливе утворення різних полімерних продуктів.

Стародавні народи Майя і Ацтеки добували його з дерева гевеї і використовували його для виготовлення непромокаючих черевик і м'ячів, якими вони грали в гру, схожу на баскетбол. Поліізопрен є тим, що ми називаємо еластомером, тобто він відновлює свою форму після розтягування або інший деформації. Зазвичай натуральний каучук для надання йому тривимірної структури обробляють методом, так званого зшивання, що робить його ще кращим еластомером.

Поліізопрен є дієновим полімером, тобто - полімером, що складається з мономерів, що містять дві подвійні вуглець-вуглецеві зв'язки. Як і більшість дієнових полімерів, він містить подвійний вуглець-вуглецевий зв'язок в основному ланцюзі макромолекули. Поліізопрен можна отримати з соку дерева гевеї, але його можна також виготовити і методом полімеризації з використанням каталізаторів Циглера-Натта. Це рідкісний приклад природного полімеру, який ми можемо зробити майже так само добре, як це робить сама природа:

Ось як виглядає мономер ізопрен:

Поліізопрен, отриманий на літійорганічних каталізаторах, характеризується високою лінійністю макромолекул, [9]

Гідрований поліізопрен високоеластичний, але при температурах вищих, ніж вихідний поліізопрен. За структурою гідрований поліізопрен в відсутність побічних процесів (циклізація) являє собою чергування сополімер етилену і пропілену з рівним вмістом ланок обох мономерів в макромолекулярних ланцюгах. Гідрований поліізопрен, отриманий з цис-1,4-полімеру і транс-1,4-поліізопрену, володіє однаковою структурою і властивостями, так як після насичення подвійних зв'язків можливість існування цис- і транс- ізомерів зникає. [10]

Синтетичний поліізопрен, отриманий методом емульсійної полімеризації, містять приблизно 12 - 14% 1,2-продукту, тоді як поліізопрен, отриманий з натрієм, має 50-55% 1,2-продукту; інше - в основному транс-1,4-полімер. Встановлено, що при полімеризації ізопрену з титанорганічними сполуками, алкіллітієм отримують поліізопрен, який в основному ідентичний цис-l,4-поліізопрену каучуку з гевеї. Більше того, хоча металевий натрій в тонкороздрібненому стані дає продукт, що містить великий відсоток 1,2-приєднання, встановлено, що тонкороздрібнений металевий літій дає в основному ті ж результати, що й металоорганічні похідні. Слід вказати, що у всіх реакціях полімеризації успіх залежить від ряду факторів, найбільш важливими з яких є чистота мономера і відсутність забруднень в системі, особливо вологи або повітря. [11]

Низькомолекулярний поліізопрен, отриманий в умовах, коли не відбувається виділення СО2, містить бензоатні групи. Зниження виходу СО2 у присутності вінілових сполук спостерігали також японські автори. Берсон і Бевінгтон показали, що в присутності дифенгошікрілгідразилу утворення СО2 також майже повністю пригнічується. [12]

Поліізопрен, отриманий при використанні як розчинник петролейного ефіру, практично не відрізняється від поліізопрену, отриманого в толуолі. При проведенні полімеризації в про-дихлорбензолі при тих же співвідношеннях компонентів каталізатора трохи зростає вміст транс-1,4-ланок в утвореному полімері. У диетиловому ефірі, діоксані, аніліні і піридині полімеризація не відбувається. [13]

СЕЧОВИНО-ФОРМАЛЬДЕГІДНА СМОЛА

полімер кислота метакриловий поліізопрен

Сечовино-формальдегідна смола належить до карбамідних полімерів - продуктів поліконденсації сечовини та її похідних з формальдегідом. За своїми властивостями карбамідні полімери мають багато спільного з фенолформальдегідними. До карбамідних полімерів відносять ще й меламіноформальдегідні полімери Особливістю карбамідних полімерів є їх безбарвність, світлостійкість, відсутність запаху і менша токсичність.

Сечовино-формальдегідні полімери - одні з найдешевших полімерів, що пояснюється доступністю і простотою синтезу. У будівництві сечовино-формальдегідні полімери широко застосовують у якості полімерного зв'язуючого матеріалу. Для цих цілей використовують головним чином водні розчини сечовино-формальдегідних смол. Затвердіння смол проводиться за допомогою кислотних затверджувачів при звичайній температурі або при нагріванні.

Недолік сечовино-формальдегідних полімерів - велика усадка при затвердінні і недостатня водостійкість затверджуваного полімеру.

Більшість сечовино-формальдегідних полімерів використовують для склеювання деревини та виготовлення деревостружкових плит.

Меламіноформальдегідні полімери - більш дорогі, так як для їх синтезу застосовують більш дорогу сировину - меламін. В твердому стані вони мають кращі властивості, ніж сечовино-формальдегідні, і характеризуються високою твердістю і водостійкістю.

Виготовлення сечовино-формальдегідної смоли

Заповнимо пробірку на одну третину насиченим розчином сечовини у формаліні, додамо 2 краплі 20%-ної хлоридної кислоти і нагріємо суміш на малому вогні до кипіння. Далі вона кипить мимовільно, в кінцевому рахунку мутніє і швидко загусає, набуваючи консистенцію гуми.

Витримаємо пробірку не менше 20 хвилин у киплячій водяній бані. При цьому сечовино-формальдегідна смола твердіє. Розбивши пробірку, ми винесемо з неї дуже тверду масу - від прозорої до майже білої.

Сечовино-формальдегідні пластики служать для виготовлення товарів побутового призначення - посуду, рукояток, гудзиків, футлярів і т. п. Якщо ці смоли отримувати в нейтральному середовищі, то конденсація зупиняється на стадії резолю. Отримана при цьому сиропоподібна маса розчинна у воді. Цей розчин відомий як синтетичний карбамідний клей

ВИСНОВОК

Отже, полімери - це надзвичайно цікаві речовини, які складаються з макромолекул, хаотично заплутаних у клубки. Вони можуть перебувати в одному з чотирьох агрегатних станів: в'язкорідкому, склоподібному, високоеластичному та рідкокристалічному.

У сучасному світі обійтися без виробів з пластичних мас практично неможливо. Навколо нас полімери: у побуті, на роботі. Вони вторглися в наше життя останні кілька десятків років, і нам тепер без полімерів важко уявити наше існування. Пакетики і пакети, мішки та коробки, тканини і волокна, іграшки та взуття, одноразовий посуд та інші вироби господарського призначення, деталі промислового призначення, що замінили металеві деталі, а також труби, плівки. Медицина, будівельна індустрія, машинобудування, сільське господарство - це лише маленький перелік галузей, де застосовуються полімери.

Ми зовсім не замислюємося про те, що полімери можуть бути шкідливі для навколишнього середовища, шкідливі для людини. Ми довіряємо полімерній промисловості, свято вірячи, що зручний пластмасовий виріб абсолютно нешкідливий. Пластмасовий виріб легкий, міцний, гарної форми, яскраво забарвлений, одним словом, має привабливий товарний вигляд.

Навряд чи хто-небудь з покупців розмірковує про можливий шкідливий вплив полімерів на людський організм. Пластмасовий виріб стоїть на полиці магазину і хочеться вірити, що виготовлено воно згідно з технічними умовами при дотриманні всіх параметрів технологічного процесу. І полімерну сировину використовували якісну, і барвник застосували за призначенням.[16]

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Енциклопедії полімерів, т. 1 - 3, гл. ред. В. А. Каргін, М., 1972-1977;

2. Махліс Ф. А., Федюкін Д. Л., Термінологічний довідник по гумі, М., 1989;

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Полимеры

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Полиметакриловая_кислота

5. Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров. Изд. «Химия», Москва, 1971.

6. Браун Д., Шердрон Г., Керн В. Практическое руководство по синтезу и исследованию свойств полимеров. ФРГ, 1971. Пер. с нем. Под ред. докт. хим. наук В. П. Зубова. М., «Химия», 1976.

7. Вацулик П. Химия мономеров. Том 1. Пер. с чешского канд. тех. наук А. А. Артемьева и Б. М. Вольфсона. Под ред. академика И. Л. Кнунянца. Изд. Иностранной лит., М., 1960.

8. Энциклопедия полимеров. Ред. коллегия: В. А. Кабанов (глав. ред.) [и др.] Т. 2 - М., «Советская Энциклопедия», 1974.

9. Гармонов И.В. Синтетический каучук, 1976, 753 с.

10. Кулезнев В.Н. Химия и физика полимеров, 1988, 312 с.

11. Сёренсон У.N. Препаративные методы химии полимеров, 1963, 401 с.

12. Багдасарьян Х.С. Теория радикальной полимеризации, 1966, 300 с.

13. Гейлорд Н.N. Линейные и стереорегулярные полимеры, 1962, 568 с.

14. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-104-stroymaterialy/81.htm

15. http://www.alhimik.ru/read/grosse16.html

16. http://polimer.ucoz.net/index/0-2

Размещено на Allbest.ru