Полімери

ПОЛІМЕРИ Склад і будова поліетилену. Молекули етилену здатні вступати в реакцію сполучення між собою, утворюючи довші ланцюги з високими значеннями молекулярних мас. У результаті реакції утворюється так званий полімер.

Процес послідовного сполучення молекул називається низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної називається полімеризацією (від грец. полі - численний, багато, і мерос — частина).

Унаслідок полімеризації етилену утворюється полімер

СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + …

• -.СН2 — СН2 — + - СН2 — СН2 — + - СН2 — СН2 — СН2 — + …

• -.СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 -…

Або у скороченому вигляді:

nСН2 + СН2 (- СН2 — СН2 -)n.

Етилен Поліетилен Реакція відбувається за підвищених тиску і температури та за наявності каталізатора.

Вихідні низькомолекулярні речовини називаються мономерами (від грец. моно — один). Етилен — мономер у реакції полімеризації.

У структурі полімеру можна визначити фрагменти, що повторюються по всій довжині ланцюга, у поліетилені це групи — СН2 — СН2 -. Такі групи атомів, що повторюються і становлять основу хімічної будови полімерного ланцюга, називаються мономер ними ланками.

Число n, що показує, скільки молекул мономера сполучається, утворюючи полімери, називається ступенем полімеризації.

Мономерна ланка.

nСН2 + СН2 (- СН2 — СН2 -)n.

Етилен Поліетилен Ступінь полімеризації.

У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру.

Властивості поліетилену. На дотик поліетилен ніби масний, нагадує твердий парафін. Причина цього — подібність складу й хімічної будови цих речовин: парафін належить до вищих вуглеводів (С18- С35), у його структурі, як і в структурі поліетилену, повторюються групи — СН2 -.

Поліетилен у масі - тверда речовина білого кольору, але легко забарвлюється в різні кольори, не тоне у воді. Плавиться у межах 102−105оС або 125 — 137 оС, залежно від способу добування полімеру.

Процес плавлення полімерів має свої особливості, зумовлені взаємодією між молекулами, що мають значну довжину. У процесі нагрівання в розплавлений стан переходять насамперед коротші молекули, потім — довші, звідси широкий інтервал температур плавлення, а не точка плавлення, як у низькомолекулярних речовин.

У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після тверднення полімеру. Така властивість називається термопластичністю.

Поліетилен — доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім'яти, але важко розірвати. Поліетилен не проводить електричного струму. Він стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину перманганату калію і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою.

Щоб надавати полімеру потрібних експлуатаційних властивостей, тобто перетворити його на пластмасу, матеріал, з якого можна виготовляти різні вироби, в полімерну масу добавляють спеціальні речовини. Наприклад, завдяки пластифікаторами твердий полімер перетворюється на еластичний матеріал. Щоб зробити пластичну масу поруватою, до неї додають речовини, в результаті розкладання яких виділяються газитаким чином виготовляють пінопласти. Для підвищення термо-, світлоі хімічної стійкості добавляють проти окисники *(антиоксиданти), для забарвлення — пігменти, щоб запобігти наелектризованості - антистатикиу пластмаси вводять також наповнювачі - кварц, крейду, волокна тощо. Завдяки різним добавкам з того самого полімеру можна виробляти різні за властивостями матеріали, а з них виготовляти різні вироби, наприклад деталі конструкцій і взуття.

Пластмаси належать до найважливіших сучасних матеріалів, що застосовуються в техніці, сільському господарстві, побуті. Це зумовлено тим, що вони мають властивості, завдяки яким їх використання є економічно вигідним. До них належать: низька густина (легкість), хімічна стійкість, низька теплопровідність, легкість забарвлювання, високі оптичні якості, а також можливість змінювати ці властивості в широких межах через зміну структури полімерів.

Величезні достоїнства пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхіності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси — високій продуктивності виробництва.

Експлуатаційні недоліки пластмас пов’язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, наприклад, обмежується його низькою температурою плавлення.

• якими недоліками пластмасових виробів ви зустрічалися у процесі їх використання? Наведіть приклади.

Дуже близький за властивостями до поліетилену поліпропілен. Фрагмент ланцюга цього полімеру можна представити такою структурною формулою:

(- СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 — СН2 -)n.

CH3 CH3 CH3.

• а фрагментом молекули поліпропілену визначте мономер, мономерну ланку полімеру, напишіть структурні формули.

З поліпропілену виготовляють деталі машин, труби, плівку, риболовні сітки, побутові вироби, волокна. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.

Якщо в молекулі етилену замінити один атом Гідрогену на атом Хлору, матимемо хлорвініл СН2 = СН (за назвою радикала вінілу СН2 = СН —). З.

Cl.

хлорвінілу добувають полімер поліхлорвініл: (- СН2 — СН-)n .

Cl.

Пластмаси, вироблені на основі поліхлорвінілу, використовують газота водогінні труби, технічні волокна. Ці матеріали стійкі проти дії кислот, лугів, легко забарвлюються, разом з тим важко загоряються і мають здатність до само гасіння.

• кі властивості, на вашу думку, зумовлюють використання поліхлорвінілу для виготовлення лінолеуму?

Унікальні властивості має полімерний матеріал тефлон, який добувають з тетрафторетилену: (- СF2 — СF2 -)n/.

За особливу хімічну стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні в «царській воді» (суміш нітратної та хлоридної кислоти), ні в органічних розчинниках, стійкий проти холоду й нагрівання, неотруйний, світлостійкий. Завдяки цим властивостям з поліетрафторетилену виготовляють деталі машин і приладів, апаратів, що працюють у хімічно агресивному середовищі та у харчовий промисловості. З побутових виробів ва знайомі сковороди і каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.