Как называется реакция, приведенная на слайде?
Реакция поликонденсации тоже приводит к образованию полимеров.
Сравните реакции полимеризации и поликонденсации.
Ответы учеников.
Сходство: исходные вещества низкомолекулярные соединения, продукт полимер.
Различия: продукт только полимер при реакции полимеризации и кроме полимера низкомолекулярное вещество при реакции поликонденсации.
Полимеров, или ВМС, много, необходимо в них ориентироваться.
По какому признаку можно разделить полимеры на слайде?
Ответы – по способу получения. Запись в тетради.
Перед вами клубок шерсти и пластмассовый треугольник, по какому признаку мы разделяем данные полимеры?
Ответ – по происхождению. Запись в тетради.
Посмотрите на данную классификацию, на чем она основана?
Ответ – на отношении полимеров к нагреванию. Запись в тетради.
Все классификации рассмотреть в рамках урока невозможно.
Почему человечество широко применяет полимеры?
Ответы – полимеры имеют полезные свойства.
Свойства у полимеров действительно удивительные:
Способность к деформации,
Плавление, растворение,
Пластификация, наполнение, накопление статического электричества, структурирование, другие.
В настоящее время полимерные материалы находят широкое применение в различных областях медицины.
Сейчас широко ведутся работы по синтезу физиологически активных полимерных лекарственных веществ, полусинтетических гормонов и ферментов, синтетических генов. Большие успехи достигнуты в создании полимерных заменителей плазмы человеческой крови. Синтезированы и с хорошими результатами применяются в клинической практике эквиваленты различных тканей и органов человека: костей, суставов, зубов. Созданы протезы кровеносных сосудов, искусственные клапаны и желудочки сердца. Созданы аппараты: «искусственное сердце-легкое» и «искусственная почка».
Медицинские полимеры и используются для культивирования клеток и тканей, хранения и консервации крови, кроветворной ткани – костного мозга, консервации кожи и многих других органов. На основе синтетических полимеров создаются противовирусные вещества, противораковые препараторы.
Использование медицинских полимеров для изготовления хирургических инструментов и оборудования (шприцы и системы для переливания крови разового использования, бактерицидные пленки, нити, клетки) коренным образом изменило и усовершенствовало технику медицинского обслуживания.
Мы не представляем свою жизнь без волокон (одежда, промышленность) и без пластмасс. Из пластмасс делают:
аудио, видео аксессуары;
канцелярские товары;
настольные игры;
хозяйственные товары (пакеты, пленки и мешки).
ВМС несут большую опасность , если не знать их свойства. Так как производство полимеров приносит большой доход, то в погоне за прибылью недобросовестные производители могут выпускать некачественную продукцию. В этом случае могут помочь различные журналы, которые начали учить потребителей разбираться в том многообразии товаров, которые предлагает рынок. На телевидении появилась очень интересная передача “Контрольная закупка”. В качестве примера рассказываю о безопасном обращении с пластмассовой посудой. Посуда из полимерных материалов безвредна, если использовать ее по назначению. Обязательно следует обращать внимание на маркировку и рекомендующие надписи типа; “Для пищи”, “Не для пищевых продуктов”, “Для холодной пищи”. Использование посуды не по назначению может вызвать не только изменения вкуса, но даже переход в пищу веществ, опасных для организма. Тарелки, кружки и другая пластмассовая посуда предназначена в основном для кратковременного контакта с пищей, а не для хранения ее, при котором из полимерных материалов могут выделяться нежелательные продукты. Не рекомендуется хранить, например, в полиэтиленовой таре жиры, варенье, вино, квас.
А как же планета?
Если бы удалось собрать в одно место все металлы, выплавляемые за год, то получился бы шар диаметром около 500 м., на втором месте бумажный шарик –450 м., четвертый пластмассовый шар – 400 м. Темпы прироста производства полимеров во всем мире необычайно высоки. Где же в конце концов все это богатство окажется? Ребята дают правильный ответ, что на мусорной свалке. Предлагаю учащимся заглянуть в ведро для мусора. Ставлю на стол ведро, в котором лежат предметы, которые почти ежедневно попадают в него - пакет из-под молока, картофельные очистки, стаканчик из-под сметаны, капроновый чулок, консервная банка, бумага и т.д. Задаю учащимся вопрос: что будет с этим мусором через год, через 10 лет? В результате беседы делаем вывод, что планета замусоривается.
Выход есть – утилизация.
Почти в 10 раз легче пробки (средняя плотность не более 20 кг/м 3 );
Коэффициент теплопроводности 0,03 вт/(м× К).
Обугливается, но не горит в открытом пламени при 500 °С, а при введении в композицию антипиренов не воспламеняется в среде кислорода.
Обладает значительным водопоглощением и чувствительностью к воздействию агрессивных химических реагентов. При хранении и эксплуатации её защищают целлофаном или полиэтиленовой плёнкой.
Применяют в качестве тепло- и звукоизоляционного материала в строительстве, при изготовлении холодильных установок, хранилищ и сосудов для перевозки жидкого кислорода, как заполнитель пустотелых конструкций в транспортном машиностроении.
Карбамидный клей
клей на основе мочевиноформальдегидных смол и меламиноформальдегидных смол (так называемых карбамидных смол), а также их смесей.
в больших количествах применяют в деревообрабатывающей промышленности при изготовлении фанеры, мебели и др.; используют для склеивания фосфора и металла.
представляет собой водный раствор карбамидной смолы. Часто в состав клея входит отвердитель (щавелевая, фталевая, соляная кислоты или некоторые соли) и наполнитель (мука бобовых или злаков, крахмал, древесная мука, гипс и т.п.).
Например , клей К-17 состоит
из 100 частей (по массе) смолы МФ-17, 7 - 22 частей 10%-ного водного раствора щавелевой кислоты, 6-8 частей древесной муки.
может отверждаться как при нагревании, так и при нормальной температуре (только в присутствии отвердителя).
Полиамиды
твердые полупрозрачные и непрозрачные пластики, размягчающиеся при температуре 150-180°С. Отличаются высокими химической стойкостью, прочностью, устойчивостью к трению, упругостью. Полиамиды плохо воспламеняются, горят синеватым пламенем, издавая запах жженой кости.
Протеины (белки), такие как шелк, на смену которым пришел найлон, также являются полиамидами.
Строение полиамидов
Отличительной чертой полиамидов является наличие в основной молекулярной цепи повторяющейся амидной группы –C(O)–NH–. Различают алифатические и ароматические полиамиды. Известны полиамиды, содержащие в основной цепи как алифатические, так и ароматические фрагменты.
Макромолекулы полиамидов состоят из гибких метиленовых цепочек и регулярно расположенных вдоль цепи полярных амидных групп.
амид уксусной кислоты (ацетамид)
Амиды – функциональные производные карбоновых кислот, в которых гидроксил –ОН в карбоксильной группе –СООН замещен на аминогруппу –NH2 .
Способы получения полиамидов
1. поликонденсация (эта реакция, называется полиамидированием ) дикарбоновых кислот (или их диэфиров)
и диаминов.
Поликонденсацию проводят преимущественно в расплаве, реже в растворе высококипящего растворителя или в твердой фазе.
Для получения полиамидов высокой молекулярной массы из дикарбоновых кислот и диаминов полиамидирование проводят при эквимолярных
соотношениях исходных веществ.
Таким образом получают полиамиды идущие на производство волокон типа анид (НАЙЛОН ).
2. Поликонденсация диаминов, динитрилов и воды в присутствии катализаторов. Например кислородных соединений фосфора и бора, в частности смеси фосфористой и борной кислот.
Процесс проводят при 260-300 °С. Вначале под давлением, периодически выпуская из зоны реакции выделяющийся аммиак. Заканчивают при атмосферном давлении.
Нитрилы - органические соединения общей формулы R-C≡N, формально являющиеся производными синильной кислоты HC≡N.
3. Полимеризация аминокислот лактамов. Главным образом, капролактама. Процесс проводят в присутствии воды, спиртов, кислот, оснований и других веществ, способствующих раскрытию цикла, или в присутствии катализаторов, в растворе или расплаве при высокой температуре.
капролактам
Лактам - циклический амид
Таким образом получают капрон и энант .
Получение капрона
Гидролиз капролактама
Поликонденсация
NH2 -(CH2 ) 5 - COOH + NH2 -(CH2 ) 5 - COOH + ... →
NH2 -(CH2 ) 5 - CO - NH -(CH2 ) 5 - CO - ... + n H2 O Упрощенная схема
В промышленности его получают из капролактама. Процесс ведется в присутствии воды, играющей роль активатора, при температуре 240-270° С и давлении 15-20 кгс/см2 в атмосфере азота.
Полимер образуется благодаря взаимодействию амино - и карбоксильных групп молекул исходных веществ или благодаря соединению разомкнувшихся молекул лактама .
Для производства стабильных по свойствам полиамидов и регулирования их молекулярной массы процессы ведут часто в присутствии регуляторов молекулярной массы – чаще всего уксусной кислоты.
Они присоединяются к реакционноспособным концевым группам растущей цепи и блокируют их, прекращая дальнейший рост молекул.
В названиях алифатических полиамидов после слова "полиамид" (в зарубежной литературе-"найлон") ставят цифры, обозначающие число атомов углерода в веществах, использованных для синтеза полиамида.
Полиамид на основе гексаметилендиамида и адипиновой
кислоты называется полиамидом-6,6 , или найлоном-6,6
первая цифра показывает число атомов углерода в диамине, вторая -в дикарбоновой кислоте.
Получение капрона Для получения капрона используются некоторые производные аминокислот, например капролактам (продукт внутримолекулярного взаимодействия карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6- аминогексановой кислоты). Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом: O H 2 N –CH 2 –(CH 2) 4 –C + H –N –CH 2 –(CH 2) 4 –C + … OH OH O H O H 2 N –(CH 2) 5 –C –N –(CH 2) 5 –C – … + nH 2 O
Физические и химические свойства Физические особенности: полимер представляет собой смолу – эластичный, термопластичный, износостойкий прозрачный материал; легко окрашивается красками для тканей; благодаря наличию многочисленных водородных связей между амидными группами соседних макромолекул обладает высокой прочностью; Химические особенности: при сильном нагревании плавится. При горении образует твердый блестящий шарик темного цвета, распространяя неприятный запах; В реакциях на продукты разложения образуются соединения, содержащие аминогруппы, которые окрашивают красную лакмусовую бумажку в синий цвет; Растворяется только в концентрированной HNO 3, H 2 SO 4 и в расплавленном феноле. Розовый капрон
Виды материалов на основе капрона и их применение Пропуская под давлением расплав капрона через фильеры с мельчайшими отверстиями, получают волокна, превосходящие по прочности натуральные. Из низ делают кордную ткань, с помощью которой изготавливают каркасы для авто- и авиапокрышек, рыболовные сети, капроновые нити (колготки, чулки, гольфы). Капроновые ткани устойчивы к истиранию и не мнутся при деформациях. Однако они разрушаются кислотами и не выдерживают высоких температур, поэтому их нельзя гладить горячим утюгом. Также из капрона получают капроновую смолу, из которой делают пластмассы. Она используется для изготовления различных деталей машин, шестерней, вкладышей для подшипников, которые обладают исключительно большой прочностью и износоустойчивостью. Трос буксировочный (авиац. капрон) Капрон 70%
Полиамиды - высокомолекулярные соединения, относящиеся к гетероцепным полимерам, в основной цепи которых содержатся амидные связи, посредством которых соединены между собой мономерные остатки. Примером полиамидов является найлон. Поэтому рассмотрим полиамиды на примерах полимерах и найлона.
Полимеры
Полимеры - химические соединения с высокой мол. массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
Классификация полимеров
По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности 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).
Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными.
Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, 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 присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.
Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами. В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.
Свойства и важнейшие характеристики полимеров
Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.
Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообразное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, стереорегулярный полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и размягчается при температуре около 80 °С.
Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими одной цепи.
Температура плавления 210–260 °С; Нейлон-6,6 разрушается сильными кислотами, но устойчив к щелочам. Он также устойчив к большинству органических растворителей, но может быть растворён в муравьиной кислоте или феноле. Восприимчив к действию ультрафиолета. Если намочить нейлон то он потеряет от 7 до 20%своей прочности Прочность не уменьшается при низких температурах до -40°C Молекулярная масса 8–40 тыс. Плотность 1010–1140 кг/м3 Физические свойства
Нейлон-66 синтезируется поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Для получения полимера с максимальной молекулярной массой, используется соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (АГ-соль): Синтез найлона-6 (капрона) из капролактама проводится гидролитической полимеризацией капролактама по механизму «раскрытие цикла присоединение»: Химические свойства
Текстильная промышленность- женские чулки, куртки, носки, зонты, свадебные вуали, спортивный инвентарь,ковровые покрытия, веревки, для производства трикотажа, для создания парашютов, бронежилетов, военной формы, спасательных жилетов. Автомобильная промышленность- Колпаки автомобильных колес. Корпус зеркала заднего вида. Кожухи вентиляторов. Подогреватель воды омывателя ветрового стекла. Кожухи подвесных моторов. Бачки радиаторов. Крышки головки блока цилиндров … Приборостроение- Стойки, заклепки, загушки, винты, кнопки, втулки, шайбы. Скобы, хомуты, держатели, стяжки для крепления проводов и кабелей. Медицина- зубное протезирование, для регенерации и замены кости Машиностроение- создания литейных форм Электропромышленность- Полимерные батареи Используется также в 3D печатание Из нейлона делают оправы для очков, рыболовные сети, струны для гитары Применение
Преимущества и недостатки *Отличные противоударные свойства. *Хорошие механические свойства. Эластичность полиамида-6,6 выше, чем у ацетата целлюлозы, он меньше снашивается и на 15% легче его. *Его прозрачность позволяет добиться особого блеска и оригинальных цветовых эффектов. *отличается мягкостью и легкостью *Тенденция к высыханию, вследствие чего материал становится хрупким. *Ограниченные возможности окрашивания в массе. *Чувствительность к воздействию ультрафиолетового излучения (желтеет).
Название этого материала - состоит из двух слов: N.Y. (Нью-Йорк) и Lon (Лондон). Впервые произведен 28 февраля 1935 года Уоллисом Каразесом в Дюпонте. Нейлон первое синтетическое волокно, которое было сделано полностью из угля, воды и воздуха. Известные производители- «Honeywell Nylon Inc», «Invista», «Wellman Inc»,«Dupont» Зубные щётки из нейлона - это как напильник, который стирает эмаль и портит десны и не только. Это интересно
