Опорный конспект по химии на тему «Неорганические полимеры»

Химические свойства полимеров

Химические свойства полимеров отличаются от таковых у низкомолекулярных веществ. Это объясняется размером молекулы, наличием различных функциональных группировок в ее составе, общим запасом энергии активации.
В целом можно выделить несколько основных типов реакций, характерных для полимеров:

1. Реакции, которые будут определяться функциональной группой. То есть если в состав полимера входит группа ОН, характерная для спиртов, значит, и реакции, в которые они будут вступать, будут идентичны таковым у спиртов (дегидратация, окисление, восстановление, дегидрирование и так далее).
2. Взаимодействие с НМС (низкомолекулярными соединениями).
3. Реакции полимеров между собой с образованием сшитых сетей макромолекул (сетчатые полимеры, разветвленные).
4. Реакции между функциональными группировками в пределах одной макромолекулы полимера.
5. Распад макромолекулы на мономеры (деструкция цепи).

Все перечисленные реакции имеют в практике большое значение для получения полимеров с заранее заданными и удобными человеку свойствами. Химия полимеров позволяет создавать термоустойчивые, кислотно и щелочеупорные материалы, обладающие при этом достаточной эластичностью и стабильностью.

Будущее полимеров

Высокомолекулярные соединения – будущее человечества. Но они могут быть не только полезны, но и опасны для людей. На данный момент в мире стоит проблема с утилизацией пластика, который долго разлагается и выделяет токсины. Мусором питаются обитатели морей и океанов, что отрицательно сказывается на природе.

Ученые борются с проблемой выбрасываемого пластика и разрабатывают «умные высокомолекулярные соединения», которые могут изменять структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Полимеры являются объектом исследования ученых. На данный момент ведутся следующие разработки.

• Биоразлагаемые пленки, в состав которых входит кукурузный крахмал.
• Упаковки, меняющие цвет в зависимости от срока годности товара и разлагающиеся без вреда для природы.
• Эко-почва с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия.
• Полимерные жидкости, изменяющие свойства в зависимости от окружающей среды.
• Фармацевтическая упаковка для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека.

Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия. Отказаться от пластика невозможно, но сократить его потребление и перейти на изделия из натуральных материалов возможно.

Классификация полимеров

По составу все полимерные материалы делятся на неорганические, органические и элементоорганические. Первые из них (силикатное стекло, слюда, асбест, керамика и др.) не содержат атомарный углерод. Их основой являются оксиды алюминия, магния, кремния и т. д. Органические полимеры составляют наиболее обширный класс, они содержат атомы углерода, водорода, азота, серы, галогена и кислорода. Элементоорганические полимерные материалы – это соединения, которые в составе основных цепей имеют, кроме перечисленных, и атомы кремния, алюминия, титана и других элементов, способных сочетаться с органическими радикалами. В природе такие комбинации не возникают. Это исключительно синтетические полимеры. Характерными представителями этой группы являются соединения на кремнийорганической основе, главная цепь которых строится из атомов кислорода и кремния.

Для получения полимеров с необходимыми свойствами в технике зачастую используют не «чистые» вещества, а их сочетания с органическими или неорганическими компонентами. Хорошим примером служат полимерные строительные материалы: металлопласты, пластмассы, стеклопластики, полимербетоны.

Классификация

Органические и неорганические полимеры активно исследуются, определяются их новые характеристики, поэтому четкой классификации этих материалов еще не выработано. Впрочем, можно выделить определенные группы полимеров.

В зависимости от структуры:

• линейные;
• плоские;
• разветвленные;
• полимерные сетки;
• трехмерные и другие.

В зависимости от атомов главной цепи, образующих полимер:

• гомоцепные типа (-M-)n – состоят из одного вида атомов;
• гетероцепные типа (-M-L-)n – состоят из различных видов атомов.

В зависимости от происхождения:

• природные;
• искусственные.

Для отнесения к неорганическим полимерам веществ, которые в твердом состоянии представляют собой макромолекулы, необходимо также наличие в них определенной анизотропии пространственного строения и соответствующих свойств.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Боразон

Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит – сверхтвердые неорганические полимеры. Примеры их применения: изготовление шлифовальных кругов, абразивных материалов, обработка металлов. Это химически инертные вещества на основе бора. По твердости ближе прочих материалов к алмазам. В частности, боразон оставляет царапины на алмазе, последний тоже оставляет царапины на кристаллах боразона.

Впрочем, эти НП имеют несколько преимуществ перед натуральными алмазами: у них большая термостойкость (выдерживают температуру до 2000 °C, алмаз же разрушается при показателях в пределах 700-800 °C) и высокая устойчивость к механическим нагрузкам (они не такие хрупкие). Боразон был получен при температуре 1350 °C и давлении 62000 атмосфер Робертом Венторфом в 1957 году. Аналогичные материалы ленинградскими учеными были получены в 1963 году.

Что такое неорганические полимеры

Более распространены неорганические полимеры природного происхождения, содержащиеся в земной коре

Чаще всего это продукт синтеза элементов III-VI группы периодической системы Менделеева. Неорганическими они называются потому, что в основе лежат неорганические главные цепи и не имеют органические боковые радикалы. Связи появляются в результате одного из двух процессов – поликонденсация или полимеризация.

Говоря обобщенно, неорганические полимеры – это искусственно синтезированные материалы, которые пришли на смену природным. При этом создатели преследовали цель сделать их дешевле. Современные полимеры превосходят имеющиеся природные аналоги по своим характеристикам. Были созданы материалы, которыми природа не обладает вовсе. Это обеспечивает их популярность и разнообразие.

Умные фосфорные полимеры

Существует значительное количество фосфорных полимеров с основными цепями, варьирующимися от преимущественно фосфорных до преимущественно органических с фосфорными субъединицами. Было показано, что некоторые из них обладают интеллектуальными свойствами и представляют большой интерес из-за биосовместимости фосфора для биологических применений, таких как доставка лекарств, тканевая инженерия и восстановление тканей.

Полифосфаты

Полифосфат (PolyP) – неорганический полимер, состоящий из фосфатных субъединиц. Обычно он существует в своей депротонированной форме и может образовывать соли с физиологическими катионами металлов, такими как Ca 2+ , Sr 2+ и Mg 2+ . При добавлении соли к этим металлам он может избирательно вызывать регенерацию костей (Ca-PolyP), отверждение костей (Sr-PolyP) или регенерацию хряща (Mg-PolyP) в зависимости от металла, с которым он солится. Эта умная способность ослаблять тип ткани, регенерированной в ответ на различные катионы металлов, делает его многообещающим полимером для биомедицинских приложений.

Полифосфазены

Общий полифосфазен

Полифосфазен представляет собой неорганический полимер с основной цепью, состоящей из фосфора и азота, который также может образовывать неорганические гибридные полимеры с добавлением органических заместителей. Некоторые полифосфазены были созданы путем добавления боковых цепей сложного эфира аминокислот, так что их НКТР близка к температуре тела и, таким образом, они могут образовывать гель in situ

после инъекции человеку, что делает их потенциально полезными для доставки лекарств. Они биоразлагаются до смеси фосфатов и аммиака с почти нейтральным pH, которая, как было показано, не токсична, и скорость их биоразложения можно регулировать добавлением различных заместителей: от полного разложения в течение нескольких дней с производными глицерина до биостойкости с помощью фторалкокси заместители.

Поли-ProDOT-Me 2

Poly-ProDOT-Me 2 – это неорганико-органический гибридный полимер на основе фосфора, который при соединении с пленкой V 2 O 5 дает материал, который меняет цвет при приложении электрического тока. Это «умное стекло» способно снизить пропускание света с 57% до 28% менее чем за 1 секунду, что намного быстрее, чем у имеющихся в продаже фотохромных линз .

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например, схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Изображение с портала orgchem.ru

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

Основные свойства полимеров

Строение макромолекул в виде цепи, а также различные типы связей между ними, возникшие при образовании молекул, определяют природу специальных физико-химических характеристик полимеров. Среди них важная особенность к пленко- и волокнообразованию, способности полимеров к вытяжке, прочности в определенных направлениях, эластичности и т.п. Такое строение полимерных молекул определяет тот факт, что вязкость растворов полимеров обычно высока. ВМС могут в высокой степени набухать в жидкостях, при этом образуя несколько видов систем, по свойствам находящихся между твердым жидким агрегатным состояниями.

Количество мономерных звеньев в макромолекулах полимеров и природа звена определяют молекулярную массу всего ВМС. Любой полимер всегда состоит из множества макромолекул, каждая из которых индивидуальна и отличается от других в том числе по длине цепи. Из-за этого факта молекулярная масса полимеров – всегда примерная средняя величина

Также из описанного следует, что важной характеристикой является молекулярно-массовое распределение (ММР), которое показывает в каком диапазоне молекулярных масс молекулы представлены в конкретном образце полимера. Чем меньше молекулярно-массовое распределение, тем стабильнее свойства полимеров и тем проще описать методики их переработки.

Полимеры могут находиться в нескольких агрегатных состояниях, которые отличаются от состояний обычных низкомолекулярных веществ, например в состоянии вязкотекучей жидкости, эластичном состоянии, такие как каучук, силикон, другие эластомеры, твердых пластмасс.

Магистраль основной группы

Традиционно в области неорганических полимеров основное внимание уделяется материалам, в которых основная цепь состоит исключительно из элементов основной группы .

Гомочецепные полимеры

Полимеры гомоцепи имеют только один вид атомов в основной цепи. Одним из членов является полимерная сера, которая обратимо образуется при плавлении любого из циклических аллотропов, таких как S 8 . Органические полисульфиды и полисульфаны содержат короткие цепочки атомов серы, закрытые соответственно алкилом и Н. Элементарный теллур и серый аллотроп элементарного селена также являются полимерами, хотя и не поддаются переработке.

Серый аллотроп селена состоит из спиральных цепочек атомов Se.

Полимерные формы элементов IV группы хорошо известны. Основными материалами являются полисиланы , аналогичные полиэтилену и родственным органическим полимерам. Они более хрупкие, чем органические аналоги, и из-за более длинных связей Si – Si содержат более крупные заместители. Поли (диметилсилан) получают восстановлением диметилдихлорсилана . Пиролиз поли (диметилсилана) дает волокна SiC .

В некоторой степени известны и более тяжелые аналоги полисиланов. К ним относятся полигерманы (R 2 Ge) n

и полистаннаны (R 2 Sn)
n
.

На основе Si

Гетероцепочечные полимеры имеют более одного типа атомов в основной цепи. Обычно вдоль основной цепи чередуются два типа атомов. Большой коммерческий интерес представляют полисилоксаны, основная цепь которых состоит из центров Si и O: -Si-O-Si-O-. Каждый центр Si имеет два заместителя, обычно метил или фенил. Примеры включают полидиметилсилоксан (PDMS, (Me 2 SiO) n

), полиметилгидросилоксан (PMHS (MeSi (H) O)
n
) и полидифенилсилоксан (Ph 2 SiO)
n
). К силоксанам относятся полисилазаны . Эти материалы имеют формулу основной цепи -Si-N-Si-N-. Одним из примеров является пергидридополисилазан PHPS. Подобные материалы представляют академический интерес.

P на основе

Родственное семейство хорошо изученных неорганических полимеров – полифосфазены . Они имеют магистраль -P-N-P-N-. Имея два заместителя у фосфора, они структурно похожи на полисилоксаны. Такие материалы образуются путем полимеризации гексахлорфосфазена с раскрытием цикла с последующим замещением групп P-Cl на алкоксид. Такие материалы находят специализированное применение в качестве эластомеров.

Общая структура полифосфазенов. Серые сферы представляют любую органическую или неорганическую группу.

S-основанный

В polythiazyls есть основа -S-N-S-N-. В отличие от большинства неорганических полимеров, в этих материалах отсутствуют заместители у атомов основной цепи

Такие материалы обладают высокой электропроводностью – открытие, которое привлекло большое внимание в эпоху открытия полиацетилена. Он сверхпроводящий ниже 0,26 К.

Иономеры

Обычно к неорганическим полимерам с нейтральным зарядом не относятся иономеры . Фосфор-кислородные и бор-оксидные полимеры включают полифосфаты и полибораты.

Характеристики неорганических полимеров

При создании полимерных материалов за основу качеств конечного продукта берут:

• гибкость и эластичность;
• прочность на сжатие, кручение, разрыв;
• агрегатное состояние; температурная стойкость;
• электропроводность;
• способность пропускать свет и т.д.

при изготовлении берут чистое вещество, подвергают его специфическим процессам полимеризации, и на выходе получают синтетические (неорганические) полимеры, которые:

1. Выдерживают запредельные температуры.
2. Способны принимать изначальную форму после деформации под действием внешних механических сил.
3. Становятся стеклообразными при нагревании до критической температуры.
4. Способны менять структуру при переходе от объемной к плоскостной, чем обеспечивается вязкость.

Способность преобразовываться используется при формовом литье. После остывания неорганические полимеры твердеют, и приобретают также различные качества от прочного твердого до гибкого, эластичного. При этом обеспечивается экологическая безопасность, чем не может похвастаться обычный пластик. Полимерные материалы не вступают в реакцию с кислородом, а прочные связи исключают высвобождение молекул.

Главные характеристики

На данный момент есть очень много видов неорганических полимерных материалов, как природных, так и искусственных, которые обладают разными составом, качествами, областью использования и агрегатного состояния.

Современный уровень развития химической промышленности дает возможность делать неорганические полимерные материалы в значительных объемах. Дабы получить материал такого рода необходимо создать условия очень высокого давления и большой температуры. Сырьем для изготовления выступает чистое вещество, которое поддается процессу полимеризации.

Неорганические полимерные материалы свойственны тем, что обладают очень высокой прочностью, гибкостью, сложно поддаются действию веществ на основе химии и устойчивые к большим температурам. Однако некоторые виды могут быть хрупкими и не владеть эластичностью, однако при этом очень прочными. Самыми популярными из них считаются графит, керамика, асбест, минеральное стекло, слюда, кварц и алмаз.

Самые популярные полимерные материалы в основе имеют цепочки подобных элементов, как кремний и алюминий. Это связано с популярностью таких элементов в природе, особенно кремния. Самые популярные среди них такие неорганические полимерные материалы как силикаты и алюмосиликаты.

Свойства и характеристики различаются не только в зависимости от химического полимерного состава, но и от молекулярной массы, степени полимеризации, сооружения атомной структуры и полидисперсности.

Большинство неорганических соединений отличаются такими критериями:

1. Пластичность. Подобная характеристика, как пластичность, показывает возможность материала становится больше в размерах под влиянием посторонней силы и вернутся в изначальное состояние после снятия нагрузки. К примеру, каучук способен увеличиться в семь-восемь раз без изменения структуры и разных повреждений. Возврат формы и размеров возможен благодаря сохранению расположения полимерных молекул в составе, перемещаются лишь некоторые их участки.
2. Кристаллическая структура. От расположения в пространстве составных компонентов, что именуется кристаллической структурой, и их взаимные действия зависят свойства и специфики материала. Исходя из таких параметров, полимерные материалы делят на кристаллические и аморфные.

Кристаллические имеют стабильную структуру, в которой выполняется определенное расположение полимерных молекул. Аморфные состоят из полимерных молекул ближнего порядка, которые только в некоторых зонах имеют стабильную структуру.

Структура и степень кристаллизации зависит от определенных факторов, например как температура кристаллизации, молекулярная масса и концентрированность раствора полимерного материала.

1. Стеклообразность. Данное свойство отличительно для аморфных полимерных материалов, которые при снижении температуры или увеличении давления обретают стеклообразную структуру. В данном случае заканчивается тепловое движение полимерных молекул. Температурные интервалы, при которых происходит процесс стеклообразования, зависит от типа полимерного материала, его структуры и параметров структурных компонентов.
2. Вязкотекучее состояние. Данное свойство, при котором происходят необратимые изменения формы и объема материала под влиянием посторонних сил. В вязотекущем состоянии структурные детали перемещаются в линейном направлении, что оказывается основой изменения его формы.

Строение неорганических полимерных материалов

Это свойство чрезвычайно важно в определенных промышленных отраслях. Наиболее нередко его применяют при переработки термопластов при помощи подобных вариантов как литье под давлением, экструзия, вакуум-формирования и прочих

При этом полимерный материал расплавляется при очень высоких температурах и большом давлении.

Магистраль основной группы [ править ]

Традиционно в области неорганических полимеров основное внимание уделяется материалам, в которых основная цепь состоит исключительно из элементов основной группы

Полимеры гомоцикла

Полимеры гомоцепи имеют только один вид атомов в основной цепи. Одним из членов является полимерная сера, которая обратимо образуется при плавлении любого из циклических аллотропов, таких как S 8 . Органические полисульфиды и полисульфаны содержат короткие цепочки атомов серы, закрытые соответственно алкилом и Н. Элементарный теллур и серый аллотроп элементарного селена также являются полимерами, хотя их нельзя перерабатывать.

Серый аллотроп селена состоит из спиральных цепочек атомов Se.

Полимерные формы элементов IV группы хорошо известны. Основными материалами являются полисиланы , аналогичные полиэтилену и родственным органическим полимерам. Они более хрупкие, чем органические аналоги, и из-за более длинных связей Si – Si несут более крупные заместители. Поли (диметилсилан) получают восстановлением диметилдихлорсилана . Пиролиз поли (диметилсилана) дает волокна SiC .

В некоторой степени известны и более тяжелые аналоги полисиланов. К ним относятся (R 2 Ge) n

и полистаннаны (R 2 Sn)
n
.

На основе Si

Гетероцепочечные полимеры имеют более одного типа атомов в основной цепи. Обычно вдоль основной цепи чередуются атомы двух типов. Большой коммерческий интерес представляют полисилоксаны, основная цепь которых состоит из центров Si и O: −Si − O − Si − O−. Каждый центр Si имеет два заместителя, обычно метил или фенил. Примеры включают полидиметилсилоксан (PDMS, (Me 2 SiO) n

), полиметилгидросилоксан (PMHS (MeSi (H) O)
n
) и полидифенилсилоксан (Ph 2 SiO)
n
). К силоксанам относятся полисилазаны.. Эти материалы имеют формулу основной цепи -Si-N-Si-N-. Одним из примеров является пергидридополисилазан PHPS. Подобные материалы представляют академический интерес.

P-based

Родственным семейством хорошо изученных неорганических полимеров являются полифосфазены . Они имеют магистраль -P-N-P-N-. Имея два заместителя у фосфора, они структурно похожи на полисилоксаны. Такие материалы получают полимеризацией гексахлорфосфазена с раскрытием цикла с последующим замещением групп P-Cl на алкоксид. Такие материалы находят специализированное применение в качестве эластомеров.

Общая структура полифосфазенов. Серые сферы представляют любую органическую или неорганическую группу.

На основе S

В polythiazyls есть основа -S-N-S-N-. В отличие от большинства неорганических полимеров, в этих материалах отсутствуют заместители у атомов основной цепи

Такие материалы обладают высокой электропроводностью – открытие, которое привлекло большое внимание в эпоху открытия полиацетилена. Он сверхпроводящий ниже 0,26 К

Иономеры

Обычно к неорганическим полимерам с нейтральным зарядом не относятся иономеры . Фосфорно-кислородные и бор-оксидные полимеры включают полифосфаты и полибораты.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности полимерные материалы используются для изготовления тары и упаковки. Могут иметь форму твердых пластиков или пленок. Основное требование – полное соответствие санитарно-эпидемиологическим нормам. Не обойтись без полимеров и в пищевом машиностроении

Их применение позволяет создавать поверхности с минимальной адгезией, что важно при транспортировке зерна и других сыпучих продуктов. Также антиадгезионные покрытия необходимы в линиях выпечки хлеба и производства полуфабрикатов

Полимеры применяются в различных отраслях деятельности человека, что обусловливает их высокую востребованность. Обойтись без них невозможно. Натуральные материалы не могут обеспечить ряда характеристик, необходимых для соответствия конкретным условиям использования.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Применение

Благодаря преимуществам полимерных материалов перед другими видами сырья, их использование с каждым годом становится более популярным. Применение полимеров встречается повсюду: в легкой и тяжелой индустрии, сельскохозяйственной и медицинской отрасли. Каждый день приходится сталкиваться с продукцией из полимерных материалов.

При строительстве зданий стали заменять металлические конструкции – пластиковыми. Это окна, армирующие сетки, а также приспособления и инструмент. Геосинтетические материалы широко используются при возведении дорог.

С помощью сеток из синтетических материалов изготавливают поддерживающую оснастку вьющимся растениям для сельского хозяйства. Устройство декоративных заборов с применением пластика также стало популярным благодаря устойчивости к коррозии, которой обладает полимерная сетка.

Геотекстиль и геомембрана используют при возведении бассейнов и искусственных водоемов. Такие полимеры защищают мембрану от грунта и обладают гидроизоляцией.

Упаковка различных товаров производится с помощью полимерных пленок и других видов упаковок, как в супермаркете, так и на рынке. Изготовление несущих конструкций авто- и мототехники позволяет облегчить вес транспортных средств и избежать пагубного воздействия коррозии.

Применение полимерных материалов в производстве и быту становится все популярнее с каждым годом. Низкая стоимость и желаемые технические параметры сырья постепенно вытесняют привычные изделия текстильной, строительной и даже металлургической промышленности. Удобство обработки и химические свойства полимерных изделий повышают качество и продлевают срок службы привычных предметов, создающих комфортные условия для активной жизнедеятельности человека.

Рейтинг: /5 – голосов

Полимеры селена (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Серый селен – полимер со спиралевидными линейными макромолекулами, вложенными параллельно. В цепях атомы селена связаны ковалентно, а макромолекулы связаны молекулярными связями. Даже расплавленный или растворенный селен не распадается на отдельные атомы.

Красный или аморфный селен тоже полимер цепной, но малоупорядоченной структуры. В температурном промежутке 70-90 ˚С он приобретает каучукоподобные свойства, переходя в высокоэластичное состояние, чем напоминает органические полимеры.

Карбид селена, или горный хрусталь. Термически и химически устойчивый, достаточно прочный пространственный кристалл. Пьезоэлектрик и полупроводник. В искусственных условиях его получили при реакции кварцевого песка и угля в электропечи при температуре около 2000 °C.

Прочие полимеры селена:

• Моноклинный селен – более упорядоченный, чем аморфный красный, но уступает серому.
• Диоксид селена, или (SiO2)n – представляет собой трехмерный сетчатый полимер.
• Асбест – полимер оксида селена волокнистой структуры.

Полимеры бора

Если вас спросят о том, какие неорганические полимеры вам известны, смело отвечайте – полимеры бора (-BR-). Это достаточно обширный класс НП, широко применяемый в промышленности и науке.

Карбид бора – его формула правильнее выглядит так (B12C3)n. Его элементарная ячейка – ромбоэдрическая. Каркас образуют двенадцать ковалентно связанных атомов бора. А в середине его — линейная группа из трех ковалентно связанных атомов углерода. В результате образуется очень прочная конструкция.

Бориды – их кристаллы образованы подобно вышеописанному карбиду. Наиболее стойкий из них HfB2, который плавится только при температуре 3250 °C. Наибольшей химической стойкостью отмечается TaB2 – на него не действуют ни кислоты, ни их смеси.

Нитрид бора – его часто называют белым тальком за сходство. Это сходство действительно лишь внешнее. Структурно он аналогичен графиту. Получают его, нагревая бор или его оксид в атмосфере аммиака.

Полимерные материалы для пола

Теперь рассмотрим один из вариантов практического применения полимеров, раскрывающего всю возможную гамму этих материалов. Эти вещества нашли широкое применение в строительстве и ремонтно-отделочных работах, в частности в покрытии полов. Огромная популярность объясняется характеристиками рассматриваемых веществ: они устойчивы к стиранию, малотеплопроводны, имеют незначительное водопоглощение, достаточно прочны и тверды, обладают высокими лакокрасочными качествами. Производство полимерных материалов можно разделить условно на три группы: линолеумы (рулонные), плиточные изделия и смеси для устройства бесшовных полов. Теперь вкратце рассмотрим каждый из них.

Линолеумы изготавливают на основе разных типов наполнителей и полимеров. В их состав также могут входить пластификаторы, технологические добавки и пигменты. В зависимости от типа полимерного материала, различают полиэфирные (глифталевые), поливинилхлоридные, резиновые, коллоксилиновые и другие покрытия. Кроме того, по структуре они делятся на безосновные и со звуко-, теплоизолирующей основой, однослойные и многослойные, с гладкой, ворсистой и рифленой поверхностью, а также одно- и многоцветные.

Плиточные материалы, изготовленные на основе полимерных компонентов, обладают весьма малой истираемостью, химической стойкостью и долговечностью. В зависимости от типа сырья, этот вид полимерной продукции делят на кумаронополивинилхлоридные, кумароновые, поливинилхлоридные, резиновые, фенолитовые, битумные плитки, а также древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Материалы для бесшовных полов являются наиболее удобными и гигиеничными в эксплуатации, они обладают высокой прочностью. Эти смеси принято делить на полимерцемент, полимербетон и поливинилацетат.

Популярные темы сообщений

• Серый варан
  Одна из самых больших ящериц на нашей планете – варан. В наше время ареал обитания варана пустыни Австралии, Африки, Средней Азии. Самый крупный представитель семейства серый варан. Самцы достигают в весе около 3 кг, а длина их тела может составлять
• Город Челябинск
  Челябинск – это город, расположенный на границе между Уралом и Сибирью по берегам реки Миасс. Город является крупным административным, экономическим, трудовым и культурным центром региона, а так же неофициальной столицей Южного Урала
• Песец
  Песец относится к семейству хищных млекопитающих, да еще и псовых. Он является единственным представителем своего рода. Многим он может напомнить лисицу. Тело его составляет всего семьдесят пять сантиметров, но лапы у него очень короткие.

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).

Классификация по химическому составу

По составу полимеры делятся на:

• Гомоцепные (главная цепь состоит из атомов одной природы, например: полиэтилен, поливинилхлорид и др.);
• Гетероцепные (встречаются несколько атомов различной природы, н-р: полиэтиленоксид и др.);
• Гомополимеры (макромолекулы содержат одинаковые структурные звенья –n);
• Гетерополимеры (состоят из разных остатков мономеров). Такие полимеры называют также сополимеры. Различают сополимеры статистические
  (беспорядочно чередующиеся звенья),
  привитые
  (главная цепь – из одного мономера, а боковые цепи – длинные цепочки из другого мономера) и
  блоксополимеры
  (состоят из блоков макроцепей).

Особенности

Синтетические полимеры имеют в своей основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образуют длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, тип их связи во многом определяют механические характеристики полимеров.

Искусственные и синтетические полимеры обладают радом специфических особенностей. На первом месте следует отметить их высокую эластичность и упругость – способность противостоять деформациям и восстанавливать первоначальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва изменять свою длину на 800 % и затем восстанавливать первоначальный размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре синтетических материалов обусловило низкую хрупкость пластиковых изделий. В большинстве случаев увеличение хрупкости у некоторых типов пластмасс происходит при понижении температуры. Органические материалы практически полностью лишены этого недостатка.

Указанные свойства дополняются высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Большинство известных полимеров имеют высокое электрическое сопротивление, низкую теплопроводность.

Отмечая высокие эксплуатационные и технологические качества, нельзя забывать и про отрицательные стороны:

• Сложность утилизации. Вторичное использование допускает только термопластичный материал и только в случае правильной сортировки. Смесь полимеров с различным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно медленно – вплоть до десятков и сотен лет. При сжигании некоторых типов пластмасс в атмосферу выделяется большое количество высокотоксичных веществ и соединений. Особенно это касается пластиков, содержащих галогены. Наиболее известный материал такого типа – поливинилхлорид (ПВХ).
• Слабая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Под действием ультрафиолетовых лучей длинные полимерные цепочки разрушаются, увеличивается хрупкость изделий, снижается прочность, холодостойкость.
• Трудность или невозможность соединения отдельных типов синтетических материалов.

Пластмассы

Химические свойства полимеров показывают их высокую стойкость к агрессивным веществам, но в ряде случаев затрудняет использование клеевых составов. Поэтому для термопластичных полимеров используют метод сварки – соединение разогретых элементов. Некоторые вещества, например, фторопласты, вообще не подлежат соединениям, кроме механических.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Применение полимеров

Первые материалы из полимеров появились в начале ХХ века. Краски и пленки производились при обработке целлюлозы и отходов нефтепереработки. Благодаря этому открытию начало развиваться кино. Сейчас из пластика изготавливаются детские игрушки, синтетические ткани, прорезиненная подошва для обуви, спортивный инвентарь, компьютерная техника и др.

Без полимеров невозможно представить цивилизацию. Каждый из них особенен и применяется во многих сферах.

• Полиэтилен – упаковки, изоляция электропроводов, автомобильные детали, предохранение от коррозии нефтепроводов.
• Полистирол – игрушки, детали техники, внутренняя облицовка салонов машин и самолетов, фурнитура, внешние детали электроники, посуда.
• Поливинилхлорид – автомобильные детали, оборудование химической промышленности, искусственная кожа.
• Поликарбонат – детали для электроники и автомобилей, материалы для строительства.
• Эпоксидная смола – декоративные украшения, лаки, клей, ламинат.
• Полиэстер – лампы, мачты, средства защиты, корпуса летательных аппаратов и машин.

Ученые космической отрасли создали летательные ракеты и спутники на основе полипропилена. При лабораторных испытаниях оказалось, что низкая масса этого сырья без особых усилий помогает преодолеть притяжение Земли, и при больших температурных перепадах в агрессивной среде пластмасса не деформируется.