- Полимеры
- Полимеризация и поликонденсация
- Классификация полимеров
- Волокна
- знать понятия: полимеры, биополимеры, мономер, степень полимеризации, полимеризация, поликонденсация, органические и неорганические природные полимеры, волокна
- уметь различать линейные (неразветвлённые), разветвлённые и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры; термопластичные и термоактивные полимеры, природные и химические, искусственные и синтетические волокна; гомоцепные и гетероцепные полимеры
Разминка
Задумывались ли вы над тем, в каком веке мы живём? Был век каменный, век бронзовый, век железный. Время, в котором мы живём, часто называют веком полимеров, так как с каждым годом полимерные материалы всё увереннее проникают во все сферы жизни людей. Что означает греческая приставка «поли» в слове «полимер»? Она встречается в сложных словах иностранного происхождения, и как правило, стоит на первом месте. «Поли» означает «много, множество». Корень «мер» означает «звено», соответственно, дословный перевод слова «полимер» означает много звеньев.
Полимеры
Рис. 1. Герман Штаудингер и Уоллес Карозерс
Химия полимеров выделилась в самостоятельный раздел химической науки в начале 30−х годов ХХ века. Основоположниками этой науки были немецкий химик Герман Штаудингер, высказавший предположение о существовании макромолекул, размеры которых определяют все их особенности, и американский химик Уоллес Хьюм Карозерс, внёсший большой вклад в установлении природы химических связей в макромолекуле.
Полимеры — это молекулы, которые состоят из большого числа повторяющихся группировок, или мономеров, соединённых между собой химической связью.
Биополимеры — полимеры, встречающиеся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), полисахариды, лигнин. Также к ним относятся крахмал, гликоген, хитин.
Схема 1. Схема образования полимера (где n — степень полимеризации)
Таблица 1. Мономер и образуемый им полимер
Упражнение 1
1. В соединении (—СН2—СН2—)n буква n — это:
1) степень полимеризации,
2) мономер,
3) полимер,
4) структурное звено.
2. В соединении (—СН2—С(С6Н5)Н—)n структурное звено это:
1) n,
2) —СН2—С(С6Н5)Н—,
3) (—СН2—С(С6Н5)Н—)n,
4) С6Н5СН=СН2.
3. Не относится к биополимерам
1) крахмал, 3) целлюлоза,
2) хитин, 4) полиамид.
Полимеризация и поликонденсация
Существует два способа получения полимеров.
Полимеризация — процесс соединения множества одинаковых молекул исходного вещества (мономера) в большую молекулу полимера.
Поликонденсация — процесс соединения множества одинаковых молекул исходного вещества (мономера) в большую молекулу полимера, который сопровождается образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).
Упражнение 2
1. Напишите реакцию полимеризации этена;
2. Напишите реакцию поликонденсации глюкозы.
Выделяют органические и неорганические природные полимеры.
К последним относят минеральное волокно асбест («горный лён»). Аллотропные модификации углерода (графит, алмаз, фуллерен) являются неорганическими полимерами с атомной структурой. Другой пример неорганического
полимера — сера пластическая. Её получают из кристаллической (ромбической) серы, выливая расплав в холодную воду. К этому типу полимеров относятся и различные горные породы, в основе которых лежит кремний (агат, кварц, горный хрусталь).
Среди неорганических полимеров выделяют минеральные, к которым относят асбест и изделия из него.
В зависимости от строения основной цепи полимера бывают линейные (неразветвлённые), разветвлённые и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры.
Полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления текстильных материалов (нитей, жгутов, тканей), называются волокнами.
По химическому составу основной макромолекулярной цепи полимеры делят на два больших класса: гомоцепные и гетероцепные.
Рис. 2. Строение основной цепи полимера
Гомоцепные полимеры — полимеры, цепи которых построены из одинаковых атомов.
Гетероцепные полимеры — полимеры, цепи которых построены из атомов различных химических элементов.
Среди гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные, макромолекулярные цепи которых содержат только атомы углерода.
По отношению к нагреванию выделяют термопластичные и термоактивные полимеры.
Термопластичные полимеры (термопласт) — полимеры, которые выдерживают многократное нагревание и охлаждение (примеры материалов: ПВХ или ХПВХ, полипропилен, ПВДФ, АБС, нейлон и полиэтилен (высокого и низкого давления), полиамид, плексиглас (полиметилметакрилат)).
Термоактивные полимеры (термореактопласт) — полимеры, которые при нагревании разлагаются (примеры материалов: PDCPD, полиуретаны, полимочевины, структурные пены, фенолы, бисмалеимид (ИМТ), фторполимеры, фенолформальдегидные смолы, эонит).
Упражнение 3
1. Не относится к термопластам:
1) фенолоформальдегидная смола,
2) поливинилхлорид,
3) полистирол,
4) полиэтилен.
2. Термореактопласт —
1) поливинилхлорид,
2) полиамид,
3) полиуретан,
4) полистирол.
3. Установите соответствие между полимером и его классификацией. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.
ПОЛИМЕР
| КЛАССИФИКАЦИЯ
|
А) фенолоформальдегидная смола
| 1) термопластичный полимер
|
Б) полистирол
| 2) термореактивный полимер
|
В) полиэтилен
| 3) неорганический полимер — простое вещество
|
Г) пластическая сера
| 4) неорганический полимер — сложное вещество
|
| Д) алюмосиликаты |
Волокна
Волокна — тонкие непряденые нити, используемы для изготовления тканей.
Ткань состоит из переплетённых нитей, расположенных продольными и поперечными рядами. Более рыхлое вязаное полотно, образованное одной системой нитей, закрученных в петли, называют трикотажем (рис. 3). Нанесением на ткань полимерного покрытия, сделанного из полиуретана или полипропилена, получают материал, называемый искусственной кожей.
Рис. 3. Нить под микроскопом (а); ткань (б); трикотаж (в)
Различают природные и химические волокна. К природным волокнам относят хлопок и лен, шёлк, шерсть. Хлопок и лён представляют целлюлозу и относятся к растительным волокнам, также как и кокосовые волокна. Животные волокна включают шёлк — белок, производимый гусеницей тутового шелкопряда, а также шерсть — волосяной покров животных (овец, коз, верблюдов и др.).
Химические волокна делят на две большие группы — искусственные и синтетические волокна. Искусственные — получают при химической переработке природных полимеров, прежде всего целлюлозы. Синтетические — приготавливают из волокнообразующих полимеров, полученных в результате химического синтеза. Таковы полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые и многие другие волокна — капрон, найлон, лавсан и т. п.
Примерами искусственных волокон служат вискоза и ацетатное волокно, получаемые из целлюлозы.
Рис. 4. Кевлар: а — структура волокна; б — ткань из него; в — пуленепробиваемый жилет на основе кевлара
Примерами искусственных волокон служат вискоза и ацетатное волокно, получаемые из целлюлозы. Вискозную нить получают из концентрированного раствора целлюлозы в разбавленном едком натре. Ацетатное волокно получают из ацетилцеллюлозы. Искусственным шёлком иногда называют вискозу и ацетатное волокно.
Среди синтетических волокон наибольшее распространение получили материалы на основе полиамидов и полиэфиров. Полиамидное волокно капрон (найлон-6) можно получить конденсацией 6-аминокапроновой кислоты, а найлон-6,6 — взаимодействием адипиновой кислоты с гексаметилендиамином.
Полиамидные волокна — найлон и капрон — по некоторым свойствам превосходят натуральный шёлк. Прочность полиамидных волокон объясняется образованием межмолекулярных водородных связей между атомами кислорода и водорода. Наиболее прочны они в полиамидном волокне кевларе (рис. 4), макромолекулы которого укладываются в плоские слои. В процессе формования этого волокна в нити отдельные слои, подобно тонким пластинкам, располагаются вдоль оси волокна параллельно друг другу. Благодаря этому нить, сделанная из кевлара, практически не растягивается — изделия из этого полимера в 5 раз прочнее стальных!
Из расплава полиэтилентерефталата вытягивают тонкие нити волокна, называемого лавсаном.
Схема 2. Классификация текстильных волокон
Упражнение 4
1. Относится к волокнам животного происхождения:
1) лён, 2) хлопок, 3) копра, 4) шёлк.
2. Не относится к синтетическим волокнам:
1) капрон, 2) вискоза, 3) энант, 4) лавсан.
3. Установите соответствие между волокном и его классификацией. Ответ дайте в виде последовательности цифр, соответствующих буквам по алфавиту.
| ВОЛОКНО |
КЛАССИФИКАЦИЯ
|
| A) хлопок | 1) минеральное волокно |
| Б) капрон | 2) природное волокно животного происхождения |
| B) вискоза | 3) синтетическое волокно |
| Г) шёлк | 4) искусственное волокно |
| Д) асбест | 5) природное волокно растительного происхождения |
Контрольные вопросы
- Дайте определения основным понятиям химии полимеров: мономер, полимер, степень полимеризации, структурное звено.
- Назовите известные вам биополимеры и охарактеризуйте их.
- Что представляют собой волокна? Как их классифицируют? Расскажите о важнейших растительных и животных волокнах и областях их применения.
Ответы
Упражнение 1
1) 1
2) 2
3) 4
Упражнение 2
1. Реакция полимеризации этена
2. Реакция поликонденсации глюкозы
Упражнение 3
1) 1
2) 3
3) 2, 1, 1, 3, 4
Упражнение 4
1) 4
2) 2
3) 2, 1, 4, 3
