Синтетические и природные полимеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Кафедра химии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Синтетические и природные полимеры

По дисциплине «Биохимия»

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ БИОЛОГИЯ. ХИМИЯ

Допущен к защите:

СТУДЕНТКИ 33 ГРУППЫ

РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ:

Старший преподаватель

кафедры химии

2013 г.

Введение

Полимеры - высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых атомы, соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерные структуры.

К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

В зависимости от строения основной цепи полимеры делятся на линейные, разветвленные, и пространственные структуры. Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.

Линейные ВМС могут иметь как кристаллическую, так и аморфную (стеклообразную) структуру. Разветвленные и трехмерные полимеры, как правило, являются аморфными. При нагрев анионе переходят высокоэластическое состояние подобно каучуку, резине, и другим эластомерам. При действии особо высоких температур, окислителей, кислот и щелочей, органические и элементоорганические ВМС подвергаются постепенному разложению, образуя газообразные, жидкие, и твердые соединения.

Физико-механические свойства линейных и разветвленных полимеров во многом связаны с межмолекулярным взаимодействием за счет сил побочных валентностей. Так, например, молекулы целлюлозы взаимодействуют между собой по всей длине молекул, и это явление обеспечивает высокую прочность целлюлозных волокон. А разветвленные молекулы крахмала взаимодействуют лишь отдельными участками, поэтому не способны образовывать прочные волокна. Особенно прочные волокна дают многие синтетические полимеры (полиамиды, полиэфиры, полипропилен и др.), линейные молекулы которых расположены вдоль оси растяжения. Трехмерные структуры могут лишь временно деформироваться при растяжении, если они имеют сравнительно редкую сетку (подобно резине), а при наличии густой пространственной сетки они бывают упругими или хрупкими в зависимости от строения.

ВМС делятся на две большие группы: гомоцепные, если цепь состоит из одинаковых атомов (в том числе карбоцепные, состоящие только из углеродных атомов), и гетероцепные, когда цепь включает атомы разных элементов. Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы в соответствии с принятыми в химической науке принципами.

Так, если в основную или боковые цепи входят металлы, сера, фосфор, кремний и др., полимеры относятся к элементоорганическим соединениям.

Полимерные материалы делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокна химические. Они широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.

Целью данной курсовой работы является расширение и закрепление теоретических знаний о полимерах, а в частности, природных и синтетических.

Задачи:

1. Проанализировать учебник по биологической химии.

2. Рассмотреть особенности строения природных и синтетических полимеров.

3. Изучить их свойства.

4. Проанализировать литературу по применению природных и синтетических полимеров.

Глава 1. Синтетические полимеры

Известно, что среди полимеров большую группу представляют, полученные путем синтеза из низкомолекулярных соединений - синтетические полимеры. Получают синтетические полимеры по реакциям цепных или ступенчатых процессов, а именно цепной полимеризации, ступенчатой поликонденсации или полиприсоединения. В последнее время широко используется метод изменения свойств природных и синтетических полимеров путем введения в полимерную макроструктуру фрагментов иной структуры - химическая модификация полимеров.

Синтетические полимеры внедрились во все сферы человеческой деятельности - технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее. Недостатками многих синтетических полимеров является склонность к старению и, в частности, к деструкции - процессу уменьшению длины цепи и размеров молекул. Деструкция может быть вызвана механическими нагрузками, действий света, теплоты, воды и особенно кислорода и озона. Процесс уменьшения цепи идёт за счёт разрушения связей С-С и образования радикалов, которые в свою очередь, способствуют дальнейшему разрушению полимерных молекул.

Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями.

1.1 Строение синтетических полимеров

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности: способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям; к образованию анизотропных структур; к образованию высоковязких растворов при взаимодействии с растворителем; к резкому изменению свойств при добавлении ничтожных добавок низкомолекулярных веществ.

По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтети-ческие, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные группы могут распо-лагаться в макромолекуле в виде: откры-той цепи или вытянутой в линию после-довательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).

Приведенные физико-химические особенности можно объяснить исходя из представления о строении полимеров. Говоря о строении, следует подразумевать элементный состав вещества, порядок связи атомов, природу связей, наличие межмолекулярных взаимодействий. Характерным для полимеров является наличие длинных цепных молекул с резким различием характера связей вдоль цепи и между цепями. Особенно следует отметить, что нет изолированных цепных молекул. Молекула полимера всегда находится во взаимодействии с окружающей средой, могущей иметь как полимерный характер (случай чистого полимера), так и характер обычной жидкости (разбавленные растворы полимеров). Поэтому для характеристики полимера не достаточно указания типа связей вдоль цепи - необходимо еще иметь сведения о природе межмолекулярного взаимодействия. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит основная особенность строения полимерных тел. Поэтому можно утверждать, что весь комплекс аномальных свойств полимеров определяется наличием линейных цепных молекул с относительно слабым межмолекулярным взаимодействием. Разветвление этих молекул или соединение их в сетку вносит некоторые изменения в комплекс свойств, но не меняет положения дел по существу до тех пор, пока остаются достаточно длинные цепные линейные отрезки. Напротив, утрата цепного строения молекул при образовании из них глобул или густых сеток приводит к полной утрате всего комплекса характерных для полимеров свойств.

Следствием вышеуказанного является возникновение гибкости цепной молекулы. Она заключается в её способность изменять форму под влиянием теплового движения звеньев или внешнего поля, в которое помещен полимер. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. В реальных молекулах полимеров валентные углы имеют вполне определённую величину, а звенья расположены не произвольно, и положение каждого последующего звена оказывается зависимым от положения предыдущего.

Для большинства синтетических полимеров повторяющимся элементом структуры являются небольшие группы атомов, соединенных определенным образом. Один из наиболее простых с точки зрения химического строения полимеров -- полиэтилен имеет в качестве повторяющегося элемента группу CH₂.

Исходная молекула, из которой образуется полимер, носит название мономерного звена (от греческого monos -- единичный). Как показывает этот пример, мономерное звено не всегда является повторяющимся элементом цепи.

Однако не всегда звенья цепи идентичны. Многие синтетические полимеры образуются при взаимодействии двух различных видов мономерных звеньев или химических соединений. Это приводит к структуре типа в которой звенья [A] и [B] регулярно чередуются по всей длине цепи.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополиме-ры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присое-динены одна или несколько цепей дру-гого строения. Такие сополимеры называются привитыми.

У сополимеров соотношение двух различных звеньев [A] и [B] не постоянно, а расположение их в цепи обычно имеет случайный характер, например

Такое построение характерно для многих синтетических каучуков. Одно из звеньев, скажем В, может соединится с А не только по концам, но и в третьей точке. Это дает возможность цепям разветвляться:

Такой полимер может "расти" из каждой точки разветвления, образуя сложную высоко разветвленную трехмерную структуру. Полимеры, содержащие несколько звеньев, обычно называются димерами, тримерами, тетрамерами и т.д., по числу входящих в них исходных молекул, или мономерных звеньев, а термин полимер (точнее, высокополимер) относится к случаю, когда число входящих в цепь звеньев достаточно велико. Минимальное число мономерных звеньев высокополимера около 100. Максимальное число звеньев теоретически не ограничено. Полимеры, у которых наблюдаются достаточно интенсивные крутильные колебания, называются гибкоцепными, а полимеры, у которых повороты одной части цепи относительно другой затруднены - жесткоцепными. Молекулы могут вращаться и изменять своё строение без разрыва химических связей, образуя различные конформации, под которыми понимают различные пространственные формы молекулы, возникающие при изменении относительной ориентации отдельных её частей в результате внутреннего вращения атомов или групп атомов вокруг простых связей, изгиба связей и др. В зависимости от состава основной (главной) цепи синтетические полимеры, делят на: гетероцепные, в основной цепи которых со-держатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее рас-пространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, бел-ки, некоторые кремнийорганические поли-меры.

1.2 Способы получения синтетических полимеров

а)Полимеризация

Процесс полимеризации был объяснён в 1920 году немецким химиком Германом Штаудипгером, описавшим, как молекулы соединяются в цепочки -- из сотен тысяч атомов. Работа Штаудингера дала толчок развитию промышленности пластмасс, и в начале 1930-х развернулось производство многих важных полимеров.

Полимеризация - цепная реакция, при которой мономеры, содержащие кратные связи или неустойчивые циклы, путем последовательного присоединения к активному центру образуют макромолекулы. Молекулярная масса полученного полимера равна сумме молекулярных масс мономеров, вступивших в реакцию. Процесс полимеризации, имея цепной механизм, включает три основные стадии (реакции) и: образование активного центра - инициирование или возбуждение молекул мономера; рост цепи; обрыв или передача цепи. Эти стадии цепной полимеризации можно представить следующей схемой:

М М^* - образование активного центра;

М^* + М₁ М - М₁^* - рост цепи;

М - М₁^* + М₂ М - М₁ - М₂^* М^*_n-1 + М М^*_n М^*_n М_n - обрыв или передача цепи;

М^*_n + М М_n + M^* Цепными реакциями называются такие, в которых активные частицы вызывают цепь последовательных реакций.

Если в полимеризации участвуют молекулы одного мономера, то её называют гомополимеризацией. Если же в полимеризации участвуют молекулы двух и более мономеров, то процесс называют сополимеризацией. Образование полимера из мономеров возможно под действием физических факторов, таких как температура, давление или механическое перемешивание. В других случаях полимеризация протекает с участием катализатора -- вещества, которое инициирует реакцию, но само при этом остаётся без изменений. Некоторые полимеры включают разные мономеры.

б) Поликонденсация

Поликонденсацией называется ступенчатый процесс получения полимеров из полифункциональных мономеров, в котором рост макромолекул происходит путем взаимодействия мономеров друг с другом или с образовавшимися полимергомологами, а также молекул полимергомологов между собой. Процесс поликонденсации сопровождается исчезновением у реагирующих частиц функциональных групп с выделением ( или без выделения) низкомолекулярных побочных продуктов, образуемых от реагирования функциональных групп. Молекулярная масса образуемого полимера либо равноа сумме молекулярных масс, либо меньше (на суммарную массу побочных продуктов) мономеров, вступивших в реакцию.

Отличительной особенностью полимеров, получаемых по реакции поликонденсации, является то, что на концах макромолекул всегда присутствуют свободные функциональные группы. Поликонденсация имеет минимум две функциональные группы, способные в выбранных условиях реагировать между собой, например

nН₂N(CH₂)₆COOH

Н₂N(CH₂)₆CO - [NH-(CH₂)₆-CO]_(n-2) - NH(CH₂)₆COOH + (n - 1)H₂O

Или когда в реакции участвуют два или более веществ, каждое из которых должно иметь не менее двух одинаковых функциональных групп

хН₂N(CH₂)_mNH₂ + хHOCO(CH₂)_nCOOH

Н₂N(CH₂)_mNH - [CO-(CH₂)_n-CO-NH-(CH₂)_m - NH]_(x-1) - CO(CH₂)_nCOOH+ (2x - 1)H₂O

Полученные в результате поликонденсации промежуточные и конечные молекулы устойчивы и могут быть выделены из сферы реакции на любой стадии процесса. Это - одна из главных отличительных особенностей ступенчатых процессов от цепных реакций. Различают реакции гомополиконденсации и гетерополиконденсации. При гомополиконденсации полимер образуется из мономера одного типа, который содержит две (или более) разные функциональные группы; примером является получение полиэфиров из гидроксикислот. Гетерополиконденсацией называют процессы получения полимеров из мономеов двух разных типов, каждый из которых содержит две (или более) одинаковые функциональные группы, способные реагировать с реакционноспособными группами другого мономера. Реакция, в которой помимо мономеров, необходимых для протекания гомо- или гетерополиконденсации, участвуют и другие мономеры, называются сополиконденсацией (совместной поликонденсацией). Такой поликонденсацией часто пользуются на практике, например, при получении смешанных полиамидов из двух и более диаминов и дикарбоновой кислоты.

в) Полиприсоединение

Реакции полиприсоединения, как и реакции поликонденсации, протекают по ступенчатому механизму, и многие общие закономерности их синтеза очень схожи. Как и при поликонденсации, при реакциях полиприсоединения, когда применяются в процессах мономеры с функциональностью, равной двум, образуются полимеры линейной структуры, а из мономеров с функциональностью более двух образуются полимеры разветвленной или сетчатой структуры.

Эта реакция протекает путем постепенного, ступенчатого присоединения молекул одного мономера к другому с возрастанием массы образуемого вещества. синтетический природный полимер

М₁ + М₁ М₂ +М₁ М₃ + М₁ …. М_n + М₁ М _n+1

Промежуточные продукты такого процесса являются устойчивыми соединениями и могут быть выделены в индивидуальном виде. Реакционная способность промежуточных продуктов реакции и мономера практически одинакова. Присоединение молекул мономера друг к другу и к промежуточным продуктам реакции происходит миграцией атомов или их групп, причем исходные мономеры исчезают очень быстро уже на начальных стадиях процесса. Поэтому основное течение процесса происходит между олигомерными продуктами, активность которых практически равна активности исходных мономеров. Скорость реакции определяется температурой процесса, концентрацией и природой катализатора, при этом молекулярная масса тем больше, чем выше температура и продолжительность процесса. В реакции полиприсоединения могут участвовать однородные и разнородные молекулы, а также циклические соединения. При участии в реакции двух мономеров молекулярная масса образуемого полимера зависит от соотношения исходных компонентов. При эквимольном соотношении компонентов получаются полимеры с максимальной молекулярной массой.

Главным отличием реакции полиприсоединения от поликонденсации является то, что она не сопровождается выделением низкомолекулярных побочных продуктов реакции. Прекращение роста макромолекул происходит при израсходовании функциональных групп, а также в результате их дезактивации (окисление, гидролиз и др.) Реакции полиприсоединения можно осуществлять теми же способами, что и реакции поликонденсации, а именно, в среде растворителей в гомогенной и гетерогенной фазах, в массе, в эмульсии и суспензии, а также и межфазно.

1.3 Классификация синтетических полимеров

Волокна. Среди волокон следует различать синтетические, большие молекулы которых построены или синтезированы из очень простых химических соединений, и такие, которые получены из природных полимеров (обычно целлюлозы) посредствам химической переработки их в другие формы. Оба эти типа полимеров объединяются общим названием химические волокна. Для производства непрерывного нитевидного волокна исходный полимер должен быть жидким -- в виде расплава или раствора. Целлюлоза как возможный материал для подобных целей имеет большой недостаток -- она не только не плавится, но и не растворяется ни в воде, ни в обычных органических растворителях. Поэтому, чтобы использовать целлюлозу, ее следует подвергать обработке. Один из способов обработки состоит в том, что на целлюлозу действуют уксусной кислотой, в результате чего она превращается в ацетат целлюлозы. Ацетат целлюлозы хорошо растворяется в органических растворителях, например в ацетоне; при этом образуется очень вязкий сиропообразный раствор, который можно продавить через многоканальную фильеру, содержащую необходимое число мельчащих отверстий; в результате получают пучок тонких волоконец, которые после вытяжки и испарения растворителя образуют непрерывную нить ацетата целлюлозы. В процессе другого типа выдавливаемая жидкая масса химически модифицированной целлюлозы подвергается обработке, превращающей ее в исходную целлюлозу. Этот продукт, известный под названием вискозный шелк, является примером регенерированного целлюлозного волокна.

Все волокна из синтетических полимеров производят в форме непрерывных нитей. В отличие от целлюлозных, эти полимеры могут быть легко расплавлены.

Синтетические волокна не следует рассматривать как заменители природных или же как "искусственные" волокна; у них иные свойства и в некоторых отношениях они превосходят природные волокна. Существует много типов синтетических волокон: нейлоны, полиэфиры (терилен, лавсан) акриловые волокна (орлон) и полипропиленовое волокно (алстрон).

Каучуки. Наиболее важным из синтетических каучуков до второй мировой войны был буна_каучук: повторяющимся звеном в цепи является бутадиен.

Поиски различных каучуконосов велись в Африке, и хотя ряд нужных растений был найден, их потенциальный вклад оказался незначительным. Положение облегчилось с появлением американского синтетического каучука, известного как GR--S.

Он имеет более сложное строение, чем немецкий буна_каучук, является сополимером, состоящим из двух компонентов -- бутадиена и стирола. Этот каучук оказался по ряду свойств хуже натурального, его недостаточная "липкость", или адгезия, создавали трудности, например, при производстве автомобильных шин, однако эта проблема была решена после разработки технологий смешения его с небольшими количествами натурального каучука.

Другим важным синтетическим каучуком является бутил_каучук_полимер, получаемый из изобутилена. Однако из особенностей бутил_каучука в том, что воздух диффундирует через него значительное медленнее, чем сквозь натуральный каучук, поэтому бутил_каучук ценен, как основа при производстве автомобильных камер. Однако по сравнению с натуральным каучуком эластические свойства его значительно хуже.

В противоположность волокнам каучуки, как правило, не кристалличны; их молекулы расположены неупорядоченно. Структура каучуков, во многом подобная структуре жидкости, называется аморфной. Именно этой рыхлой структуре (в отличие от плотно упакованной регулярной структуры кристалла) каучуки обязаны своей мягкостью и гибкостью.

Кристаллические полимеры. Третий и во многих отношениях наиболее интересный класс синтетических полимеров -- это кристаллические полимеры. В отличие от обычных кристаллических твердых тел полимеры не полностью кристалличны, а содержат множество очень мелких кристаллов, существующих наряду с остальным разупорядоченным или аморфным веществом. В неориентированном состоянии они не имеют аналогов в природе, и их свойства отличаются от свойств веществ, которые были известны до сих пор.

Одним из наиболее широко и многосторонне используемых кристаллических полимеров являются полиэтилен. Он обладает превосходными изоляционными свойствами, а также легкостью и эластичностью. Полиэтилен имеет один недостаток -- он плавится при сравнительно низкой температуре (110°С--130°С).

Еще один важный кристаллический полимер -- это нейлон, который имеет отличные волокнообразующие свойства, однако он может быть также получен в виде блоков для производства изделий методом литья под давлением. T_пл. (нейлона) - 265°С.

Заменой всех атомов водорода в полиэтилене на атом фтора получают кристаллический полимер с интересными свойствами. Этот полимер, известный под названием политетрафторэтилена (тефлона), имеет еще более высокую температуру плавления, а именно 360°С.

Стекла и смолы. Стекла выделяются среди других полимеров своей высокой оптической прозрачностью и хрупкостью. Их прозрачность -- результат того, что они не кристалличны. Как и у каучуков, расположение молекул в стеклах беспорядочно, структура стекол разупорядочена или аморфна. Отдельные кристаллы таких веществ, как кварц или алмаз, могут иметь прозрачность стекла, но, как правило, кристаллические вещества не существуют в форме отдельных единичных кристаллов, а представляют собой агломераты большого числа мелких кристаллов. Подобно тому, как белый цвет снега обусловлен отражением света от многочисленных поверхностей мельчайших кристаллов льда, так и молочно_белая окраска кристаллических полимеров (полиэтилена), объясняется рассеянием света от межкристаллических поверхностей. В аморфной структуре стекла, как и в жидкости, нет разрывов непрерывности или различий в геометрическом расположении молекул по всему образцу и, следовательно, нет граней, от которых свет мог бы рассеиваться или отражаться. Следовательно, поскольку сами молекулы не поглощают свет, такие материалы прозрачны. Среди хорошо известных стеклообразных полимеров можно назвать полистирол, плексиглас, поливинилхлорид.

Прозрачность не является самым важным свойством стекла, и значительное число полимеров, обладающих механическими свойствами, аналогичными свойствам стекол, не имеют прозрачности плексигласа или полистирола эти вещества называют синтетическими смолами. Из первых смол, получивших промышленное применение, был бакелит, называемый так в честь его открывателя Бакеленда. Бакелит -- это темно - окрашенный материал, широко использовался (и используется до сих пор) как электроизолятор.

4 Использование полимеров в современной жизни

Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого появились ранее.

Первый полностью синтетический полимер был получен в Бельгии Лео Бакеландом в 1908 г. Вместо видоизменения природных полимеров он синтезировал новый при помощи взаимодействия фенола с формальдегидом. Названный бакелитом, он широко применялся для изготовления декоративных деталей и в электротехнике.

Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях -- путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы -- целлулоид -- был получен ещё в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной плёнки из нитроцеллюлозы.

Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Лео Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу -- продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

Благодаря усилиям Генри Форда, перед началом Первой мировой войны началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата -- без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолётостроение в годы войны.

После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое ещё до войны. В 50-х гг. XX в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон -- искусственная шерсть из полиакрилонитрила, -- замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шёлк). Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов Циглера-Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтилена низкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны -- наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны -- элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.
Заключение

Синтетические полимеры получают методами полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Свойства синтетических полимеров зависят от их строения и молекулярной массы. Полимерные материалы с большей молекулярной массой характеризуются более высокой механической прочностью (на разрыв, изгиб, скручивание и пр.) и худшей растворимостью.

Характерной особенностью синтетических полимеров является полидисперсность -- молекулы одного и того же полимера могут иметь разную величину, включая разное число структурных звеньев. Поэтому молекулярная масса полимера обозначает не истинную массу каждой молекулы, а лишь некоторое среднее ее значение.

При нагревании синтетические полимеры плавятся, а при охлаждении обычно приобретают аморфную структуру из-за очень большой вязкости расплава перед его затвердеванием. Однако синтетические полимеры могут приобретать и кристаллическую структуру. В этом состоянии у них более высокая температура плавления и они становятся значительно более прочными. Синтетические полимеры делятся на термопластические, способные многократно переплавляться без заметного изменения свойств, и термореактивные, необратимо затвердевающие при более или менее продолжительном нагревании в результате протекания термохимических реакций. Синтетические полимерные материалы по многим свойствам существенно превосходят черные и цветные металлы, древесину, стекло, требуют меньших капитальных затрат на организацию их производства и обходятся значительно дешевле.

Глава 2. Природные полимеры

Природные полимеры - это достаточно сложные химические соединения. Их применяют в современном производстве для изготовления самых разнообразных материалов.

Непосредственно к природным полимерам современная наука относит самые разнообразные виды белков, полисахаридов, кислот, природных смол. Нередки случаи, когда на основе таких веществ разрабатывались различного рода искусственные полимеры, обладающие весьма высокими потребительскими качествами.

В качестве примера можно привести производство каучука. Именно он первоначально добывался исключительно в тропических лесах. На сегодняшний день он элементарно производится посредством искусственных методов.

И данные разработки уже активно используются в большинстве стран мира. Что касается применения искусственного каучука, то он достаточно популярен при изготовлении различных деталей, необходимых для многих областей техники, например, для машиностроения.
Стоит отметить, что немалое количество видов природных полимеров находит применение в народном хозяйстве.

Например, отдельные виды полимерных смол просто-напросто незаменимы для производства. Скажем, канифоль - это наиболее известная природная смола, применяемая в процессе сборки различных видов современной электронной техники.

Заключение

При выполнении курсовой работы мною была проанализирована литература по биологической химии, рассмотрен класс полимеров, их классификация и строение.

Литература

1. Энциклопедия полимеров. М.: Издательство БСЭ, т. 1-3, 1977.

2. Химическая энциклопедия. М.: Издательство БРЭ, т. 1-5, 1988-1998.

3. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. М.: Высшая школа, 1981.

4. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: КолосС, 2007.

5. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Научный мир, 2007.

Размещено на Allbest.ru