Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какие вещества относят к полимерам

Какие вещества относят к полимерам

В последние десятилетия высокомолекулярные соединения прочно вошли в нашу жизнь. Полимеры находят широчайшее применение в самых различных сферах жизни и деятельности человечества: в промышленности и сельском хозяйстве, в науке и технике, во всех видах транспорта. Современная медицина, как и наш повседневный быт, немыслимы без использования широкого круга полимерных материалов.

Какие же свойства отличают полимеры от обычных низкомолекулярных соединений?

Прежде всего, большая длина и гибкость макромолекул придают полимерам свойство высокоэластичности, т.е. способности к большим (порядка нескольких сотен процентов) обратимым деформациям.

Во-вторых, твёрдые полимерные тела — пластики сочетают высокие модули упругости, сопоставимые по величине с моделями упругости обычных твёрдых тел (неорганическое стекло, металлы, керамика), с высокими разрывными удлинениями (на порядок большими, чем у обычных твёрдых тел). Поэтому полимерные тела менее склонны к хрупкому разрушению.

В третьих, благодаря высокой анизотропии формы макромолекул полимеров они легко ориентируются в механическом поле и образуют волокна с высокой прочностью в направлении ориентации.

Полимеры отличаются от низкомолекулярных соединений и тем, что при растворении проходят сначала через стадию набухания; вязкость разбавленных (до 1 %) растворов полимеров намного превышает вязкость растворов низкомолекулярных соединений той же концентрации. Концентрированные растворы и расплавы полимеров, как и все жидкости, обладают упруго-эластическими свойствами. Высокие молекулярные массы полимеров существенно расширяют спектр их времен релаксации по сравнению с низкомолекулярными жидкостями. А сочетание больших молекулярных масс с высокими межмолекулярными взаимодействиями обуславливают ряд аномальных вязко-упругих свойств полимерных жидкостей, не характерных для низкомолекулярных соединений.

Перечисленные отличительные свойства полимеров позволили им войти в число наиболее широко используемых материалов. Среди полимерных материалов, выпускаемых промышленностью, ведущие позиции занимают:

а) пластические массы и органические стекла;

б) синтетические каучуки;

в) синтетические и искусственные волокна;

г) плёнки и многочисленные декоративно-защитные покрытия (краски, лаки, эмали).

К высокомолекулярным соединениям относятся также и биологические полимеры (биополимеры, см. табл. приложения), которые обладают рядом уникальных свойств, не характерных для низкомолекулярных соединений. Назовём некоторые из важнейших свойств биополимеров и их функции:

— нуклеиновые кислоты способны кодировать, хранить и передавать генетическую информацию на молекулярном уровне, являясь материальным субстратом наследственности;

— другой класс биополимеров -мышечные белки, способные превращать химическую энергию в механическую работу; эта их сократительная функция лежит в основе мышечной деятельности белков;

— ферменты, глобулярные белки, обладают каталитической функцией, они с большей скоростью и избирательностью осуществляют в живой природе все химические реакции обмена, распада одних и синтеза других веществ.

Все перечисленные выше особенности свойств полимеров связаны с их цепным строением. Именно цепное строение молекул полимеров является их важнейшим свойством, что позволяет дать им следующее определение:

полимеры представляют собой особый класс химических соединений, специфика свойств которых обусловлена большой длиной, цепным строением и гибкостью составляющих их макромолекул.

В свою очередь под макромолекулой понимают — совокупность атомов или атомных групп, различных или одинаковых по составу и строению, соединённых химическими связями в линейную или разветвлённую структуру, достаточно высокой молекулярной массы.

Наименьшая, многократно повторяющаяся группировка атомов цепи, называется звеном макромолекулы.

Достаточно высокая молекулярная масса полимеров — понятие относительное. Так, некоторые физико-химические свойства в ряду гомологов изменяются по кривой типа представленного на рис. 1.Область I резкого изменения свойства, например Тпл, приходится на низкомолекулярное соединение (до нескольких сотен у.е.). В области Ш, где исследуемое свойство (Тпл) практически не зависит от молекулярной массы, — это область высокомолекулярных соединений (молекулярные массы составляют десятки тысяч и выше, для многих полимеров молекулярные массы составляют несколько сотен тысяч у.е.). Наконец, промежуточной области П соответствуют олигомерные соединения с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Читайте так же:
Никельметаллгидридная батарея как заряжать

Существует несколько способов классификации полимеров, не исключающих, а дополняющих друг друга, которые дают наиболее полное представление об их строении, структуре и составе.

Рис. 1. Зависимость температуры плавления н-алканов от молекулярной массы.

По топологии, геометрии скелета макромолекулы полимера подразделяют (см. рис. 2) на:

Линейные — основная цепь макромолекул которых состоит из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию. Наглядной моделью макромолекулы линейного полимера может служить достаточно длинное разорванное в одном месте ожерелье.

Разветвленные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. Предельный случай разветвлённых полимеров — звездообразные, макромолекулы которых представляют собой совокупность цепей, выходящих из одного центра. К разветвлённым относятся также гребнеобразные полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, например полигексадецилакрилат:

Сшитые или сетчатые полимеры состоят из макромолекул, образующих пространственную сетку, охватывающую весь образец; в сшитых полимерах макромолекулы во многом утрачивают свою индивидуальность. Среди сшитых полимеров различают густо- и редкосшитые, резко различающиеся по своим свойствам. К сшитым иногда относят, так называемые, "лестничные" полимеры, две параллельные цепи которых соединены поперечными связями в каждом звене.

Рис.2. Схематическое изображение макромолекул различной топологии:А – линейный полимер;Б, В, Г – разветвленные;В – звездообразный;Г – гребнеобразный;Д, Е – сшитые;Е – лестничный.

В зависимости от наличия в макромолекулах одного или нескольких различных типов мономерных звеньев различают гомо— и сополимеры, состоящие из одного и минимум из двух (или более) типов звеньев (см. табл. 1).

В свою очередь, сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют на:

а) статистические — мономерные звенья в которых расположены неупорядоченно по цепи;

б) чередующиеся (альтернирующие) со строгим чередованием звеньев в цепи;

в) блочные (блок-сополимеры) — линейные макромолекулы которых состоят из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению;

Какие вещества относят к полимерам

Как только не называли двадцатый век, щедрый на научные достижения! Один из главных титулов, который присвоили учёные столетию,— век полимеров. Действительно, полимеры сегодня повсюду, в обиходе мы называем их пластмассой или пластиком. Порой кажется, что ничего серьёзнее полиэтиленового пакета, садовой лейки или мухобойки из них не выйдет. Но это не так.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №5. Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Полимеры — это уникальный класс химических веществ, которые можно назвать венцом эволюции неживого мира. Эти вещества обладают поразительным разнообразием, изменчивостью физических свойств, структуры и химического состава. К полимерам относятся не только такие вещества как пластик, но и белки, которые являются строительным кирпичиком нашего организма,— полисахариды типа целлюлозы, ДНК и РНК, программирующие наследственность в живом мире. Это неживая материя, которая получила способность самовоспроизводиться, размножаться, передавать информацию именно благодаря способности полимеров быть изменчивыми.

Полимеры — удивительные вещества. Это органические молекулы, в которых одни и те же звенья (мономеры) повторяются очень и очень много раз.

В большинстве своём, полимеры состоят из 4 элементов: водорода, углерода, кислорода и азота. В их состав могут входить и другие элементы, но основными являются 4 названных. Как будто кубики LEGO, эти 4 элемента могут воспроизвести тысячи и сотни тысяч различных веществ. Причём от последовательности кубиков зависит, какими именно свойствами будут обладать материалы. Например, капроновые колготки состоят из полимера, который красив, тонок и очень не прочен. А вот начинкой для бронежилетов является вещество кевлар — полимер, обладающий прочностью в 5 раз выше стали. И колготки, и бронежилеты состоят из 4 элементов, весь фокус лишь в том, как правильно собрать полимерное LEGO.

Читайте так же:
Как прозвонить якорь двигателя

Мир полимеров поразителен и он окружает нас везде. Наши телефоны состоят из полимерных экранов и батареек, генерирующих энергию за счёт полимеризации (реакции образования полимеров). Одежда, в которой мы сегодня ходим, сделана полностью или частично из полимеров, которые не только продлевают срок её службы, но и делают её теплей, прочней и при этом тоньше. Да и в нашем организме есть полимеры в виде жизненно важных белков. И самая знаменитая молекула в человеке — ДНК, это биологический полимер, содержащий информацию не только о нас, но и обо всех наших предках, возможных болезнях, способностях и талантах. Сегодня мы попытаемся приоткрыть занавес этого поразительного мира перед вашим пытливым умом на примере двух полимеров.

Молекулярная структура алмаза

Начнём с простого. Как «работают» обычные металлы? Металлы — это кристаллы, в которых тяжёлые ядра с нейтронами и протонами зафиксированы, а вот крошечные электроны — носители отрицательного заряда, двигаются от одного ядра к другому, создавая этакое «море электронов». Это называется металлической связью. Чтобы заставить металлы передавать электричество, нам нужно всего лишь создать поле: с одной стороны наладить отрицательный электрод — катод, с другой положительный — анод. Тогда под воздействием внешнего поля отрицательно заряженные частички анионы, в нашем случае это электроны, согласно золотому правилу «противоположности притягиваются», устремятся в сторону анода, создавая электрический ток. Положительно заряженные частички, в данном случае оставшиеся после электронов «дырки», называются катионами, они устремятся в сторону отрицательно заряженного катода. Такая система называется замкнутой, но стоит одному из электродов отодвинуться, и наше «море» снова будет волноваться, но уже никуда не потечёт.

Нанотрубка

Способность металлов проводить электрический ток называется электропроводностью. И именно это свойство понадобилось разработчикам Samsung в конце 90‑х годов прошлого века, чтобы создать идеальные экраны. Дело в том, что нынешние экраны (в частности, сенсорные) состоят из нескольких слоёв: стекла, соединительного слоя и схемы. При нажатии пальцем эти слои должны образовывать замкнутый цикл. То есть нужен был такой материал, который проводил бы электрический ток между стеклом и схемой. Но вы можете себе представить экран, который пропитан металлом? Металлы хороши всем, кроме одного: они непрозрачны. А значит, разработчикам Samsung нужно было придумать совершенно новый материал, который бы и электричество проводил, и прозрачным был. Такой материал нашёлся быстро: еще в 70‑х годах ХХ века японский учёный Хидеки Ширакава случайно обнаружил полимер, который проводил электричество. По сути, это был давно известный всем полимер — полиацетилен.

Конечно, вас может удивить, как полимеры, они же пластики, вдруг стали проводниками электричества. Но давайте взглянем на принцип проводимости в полимерах. Полиацетилен состоит из атомов углерода и водорода (СН)х. Атомы углерода связаны между собой одинарными и двойными связями. При такой последовательности углероды, как бусинки в ожерелье, скрепляются одинарными связями, а вот двойная связь может перетекать от одной пары углеродов к другой. Подобное перераспределение связей, когда двойная и одинарная связи образно превращаются в две полуторные, принято называть сопряжением. И благодаря этому явлению в нашей ниточке углеродов появляется «русло», по которому потекут электроны.

В опыте, который проводил Ширакава, полимер, вероятно, получился идеальным, ведь если строгая последовательность одинарных и двойных связей прервётся, то река электронов пересохнет, и электрический ток пропадёт. Позже были получены другие полимеры, обладающие не одним руслом для электронов. За 20 лет с момента создания первого «органического металла» и до момента, когда компании стали искать новые материалы для сенсорных экранов, было найдено множество полимеров с подобными свойствами. Всё, что нужно было сделать промышленникам, это разработать технологию на основе уже известного полимера, тогда компания получила прибыль, Ширакава — Нобелевскую премию, а мы с вами — экраны самого лучшего качества.

Читайте так же:
Как просверлить арматуру в бетоне перфоратором

Как вы думаете, где ещё могут применяться органические металлы? Сенсорные экраны — это раз. Есть ещё идеи? Давайте исходить из того, что мы уже знаем. Органические металлы — это длинные органические молекулы, которые могут передавать электрический импульс. Ничего не напоминает? Именно так можно охарактеризовать наши нейроны, заменив слово «молекулы» на слово «клетки». По сути, органические металлы — это тот компонент, которого не хватало искусственным мышцам. Из них можно делать биосенсоры, вживлять их в новую мышцу и… домашний Франкенштейн готов.

К тому же органические сенсоры, как и всё, что связано с электричеством, тесно связаны с теплообменом. У обычных металлов есть такое свойство: если нагреть кусок металла на одном конце, то электроны с нагретой стороны начнут быстрей двигаться, и в какой-то момент они начнут скапливаться на более холодной стороне. Так появится напряжение и, соответственно, электричество. Этот эффект называется эффектом Зеебека. И используется он в создании термоэлектрогенераторов — механизмов, которые вырабатывают электричество при разнице температур. Термоэлектрогенераторы (ТЭГи) являются таким же перспективным источником зелёной энергии будущего, как солнечные батареи, но применение их может варьироваться от огромной электростанции в центре Сахары (сами понимаете, чем больше разница между температурой воздуха и самого ТЭГа, тем лучше) до джинсов, которые будут заряжать ваш телефон от тепла вашего тела.

Многие идеи люди заимствуют у природы. Мы летаем, как птицы, в самолётах и на парапланах. Мы плаваем, как рыбы, со специальными ластами. Мы видим в темноте, как кошки, с помощью приборов ночного видения. Мы очень многое хотим делать из того, что нам не дано, и для этого мы изобретаем. Это изобретение мы одолжили у самих себя.

Все замечали, как кожа сама заживает после получения незначительной раны. А вот при падении телефона на нём остаются царапины Неужели нельзя придумать вещество, которое «заживало» бы как человеческая кожа? Оказывается, можно. Так, в начале 2000‑х годов в мире появились первые самозаживляющиеся полимеры. По сути, это давно известные полимеры, но секрет кроется в том, как их «собрали». Учёные из университета Иллинойса придумали помещать в слой полимера А микрокапсулы с веществом Б. Микрокапсулы сделаны из механически нестабильного вещества, то есть такого, которое рассыпается при любом прикосновении. Тогда в процессе образования царапин такие микрокапсулы лопаются, и вещество Б, которое является мономером и легко полимеризуется под воздействием внешней среды, выливается в свежую царапину. Например, когда такие полимеры стали наносить на поверхность космических кораблей, то мономер Б был подобран таким образом, чтобы реакция полимеризации мгновенно начиналась под действием ультрафиолетовых лучей.

Такой процесс воздействия УФ-лучей называется катализом, а сами лучи выступают в роли катализаторов — ускорителей химической реакции. Когда этот же полимер наносят на автомобили, то в качестве мономера Б выбирают такое вещество, которое активно полимеризуется под воздействием кислорода. Без кислорода, который будет выступать в качестве катализатора, мономер Б будет просто находиться в царапине, но никогда не заживит её.

Интересно, что, комбинируя самозаживляющиеся полимеры с другими, учёные научились получать не только краски для машин и защитные слои для телефонов, но и «пуленепробиваемые машины». На самом деле, пуля пробивает такие машины, но секрет в том, что корпус сделан из очень тягучего полимера. Для наглядности проведём эксперимент: попробуйте ручкой продырявить лист бумаги и воздушный шарик. Вы увидите, что на бумаге дырка будет больше, чем на воздушном шарике, а всё потому, что шарик, который изготавливается из латексного полимера, тянулся до последнего. Так вот, корпус пуленепробиваемых машин сделан из ещё более тягучего полимера, а потому дыры от пуль получаются очень и очень маленькими и мономер Б, находящийся между двумя слоями стенок, в считанные секунды закрывает их.

Читайте так же:
Как снять насадку с триммера

Полимер

Полимеры – это органические и неорганические вещества, которые подразделяются на различный типы и виды. Что представляют из себя полимеры, и какова их классификация?

Общая характеристика полимеров

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных звеньев, связанных с друг другом химической связью. Полимеры могут быть органическими и неорганическими, аморфными или кристаллическими веществами. В полимерах всегда находится большое количество мономерных звеньев, если это количество слишком мало, то это уже не полимер, а олигомер. Количество звеньев считается достаточным, если при добавлении нового мономерного звена свойства не изменяются.

Полимер структура

Рис. 1. Полимер структура.

Вещества, из которых получают полимеры, называются мономерами.

Молекулы полимеров могут иметь линейную, разветвленную или трехмерную структуру. Молекулярный вес обычных полимеров колеблется от 10000 до 1000000.

Реакция полимеризации характерна для многих органических веществ, в которых имеются двойные или тройные связи.

Например: реакция образования полиэтилена:

где n – число молекул мономера, взаимно соединенных в процессе полимеризации, или степень полимеризации.

Полиэтилен получают при высокой температуре и высоком давлении. Полиэтилен химически устойчив, механически прочен и поэтому широко применяется при изготовлении оборудования в различных отраслях промышленности. Он обладает высокими электроизоляционными свойствами, а также используется в качестве упаковки продуктов.

Вещество полиэтилен

Рис. 2. Вещество полиэтилен.

Структурные звенья – многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов.

Виды полимеров

По своему происхождению полимеры можно разделить на три типа:

  • природные. Природные или натуральные полимеры можно встретить в природе в естественных условиях. К этой группе относятся, например, янтарь, шелк, каучук, крахмал.
  • синтетические. Синтетические полимеры получают в лабораторных условиях, синтезирует их человек. К таким полимерам относятся ПВХ, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. эти вещества не имеют ни какого отношения к природе.
  • искусственные. Искусственные полимеры отличаются от синтетических тем, что они синтезированы хоть и в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. К искусственным полимерам относится целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза.

С точки зрения химической природы полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. Большая часть всех известных полимеров являются органическими. К ним относятся все синтетические полимеры. Основу веществ неорганической природы составляют такие элементы, как S, O, P, H и другие. Такие полимеры не бывают эластичными и не образуют макроцепей. Сюда относятся полисиланы, поликремниевые кислоты, полигерманы. К полимерам с элемнтоорганической природой относится смесь как органических, так и неорганических полимеров. Главная цепь – всегда неорганическая, боковые – органические. Примерами полимеров могут служить полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.

Все полимеры могут находится в разных агрегатных состояниях. Они могут быть жидкостями (смазки, лаки, клеи, краски), эластичными материалами (резина, силикон, поролон), а также твердыми пластмассами (полиэтилен, полипропилен).

Что мы узнали?

Тема «Полимеры» является обязательной для изучения по химии. В данной статье дается определение этому понятию, раскрываются виды и типы полимеров.

7. Полимеры и мономеры:

Согласно Статье 2 (9) Регламента REACH полимеры можно не регистрировать, но согласно Статье 6 (3) мономерное вещество (вещества) и остальные полимерные вещества, которые лицо, расположенное далее по логистической цепочке, ещё не зарегистрировал, подлежат регистрации, если одновременно выполняются два следующих условия:

  1. 2% веса полимера или более составляют мономерные вещества или иные вещества в форме мономерных молекул и химически связанных веществ;
  2. общее количество таких мономерных веществ или прочих веществ в связанной или свободной форме составляет 1 тонну в год или больше.
Читайте так же:
Как включается в цепь амперметр и вольтметр

В Регламенте REACH в Статье 3 (5) дано определение «полимера», в Статье 3 (6) — «мономера».

Если мономерные вещества и/или другие вещества полимера являются включенными веществами (Раздел 1.7.1.1 Руководства по процедуре регистрации — включенные вещества), то их также можно предварительно зарегистрировать, и, таким образом, получить выгоду в связи с регистрацией включенных веществ до наступления крайнего срока регистрации (раздел 1.7.2 Руководства по процедуре регистрации — крайний срок регистрации).

Также Комиссия может подать законные предложения, содержащие требования регистрации полимеров, после того как установлен практичный и экономный способ выбора полимеров для регистрации на основании разумных технических и действующих научных критериев.

Подробное руководство и практические примеры содержатся в Руководстве по мономерам и полимерам.

7.2. Можно ли зарегистрировать мономеры в качестве промежуточной продукции?

Мономер, применяемый в процессе переработки химических веществ, представляет собой вещество, которое будет использоваться далее для целей полимеризации. Таким образом, такое вещество по определению является промежуточным. Однако следует учесть, что согласно Статье 6 (2) Регламента REACH сокращенные положения о регистрации веществ, находящихся изолированно на месте применения, и перевозимых промежуточных веществ на мономеры не распространяются. Это означает, что обязательна подача полного досье для регистрации, даже если мономер применяются в качестве промежуточного вещества в условиях строго контроля.

Примесями, содержащимися в полимере, являются составляющие, наличие которых в полученном полимерном веществе не предусмотрено. Источником их возникновения могут быть сырьевые материалы, такие как мономеры или любые другие реагенты, или примеси могут образоваться в результате вторичных или незаконченных реакций во время производственного процесса. Несмотря на то, что они присутствуют в готовом веществе, они не были намеренно добавлены. Примерами примесей в полимере могут служить не прореагировавшие мономеры или другие реагенты, остаточный катализатор полимеризации или любые примеси, возникшие в процессе изготовления. Определение и подробное руководство по обработке примесей содержатся в «Руководстве по идентификации и наименованию веществ согласно Регламенту REACH» (Разделы 4.2, 4.3 и 5).

Обычно в полимеры добавляют некоторые вещества с целью корректировки или улучшения их вида и/или физико-химических свойств полимерных материалов. Примерами полимерных добавок могут служить стабилизаторы (для тепла или света), антиоксиданты, пигменты, смазка, загустители, антистатические добавки, компабилизаторы, антивуаленты, нуклеаторы, огнезащитные добавки и пр.

В соответствии с определением вещества, содержащимся в Статье 3(1) Регламента REACH, любая добавка, необходимая для сохранения полимерного вещества в стабильном состоянии, считается составляющим веществом полимера. Но смесь полимера и любых несвязанных добавок, но не стабилизаторов полимера, должна считаться препаратом. Импортер полимеров с содержанием добавок может не регистрировать добавки при условии, что добавки применены для сохранения стабильности полимера. Добавки относятся к составу вещества (но не к названию) и, таким образом, должны всегда определяться в полной форме. Однако следует учесть, что существует общее требование регистрации добавок, изготовленных или импортируемых в чистом виде или в виде полимерного препарата (см. Руководство по регистрации) в количестве минимум 1 тонна в год. Более подробное руководство и практические примеры приведены в Руководстве по мономерам и полимерам.

В отношении полимеров также могут применяться положения Регламента REACH касательно информации о логистической схеме (Раздел IV), получении разрешений (Раздел VII), ограничениях (Раздел VIII) и классификации и маркировании (Раздел XI). В Руководстве по мономерам и полимерам (Разделы 3.2.2 — 3.4) содержится более подробная информация по этому вопросу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector