Презентація на тему:
Поімерні метали

ОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ Полімери у довкіллі Сучасні полімерні матеріали Пластмаси Синтетичні каучуки Штучні і синтетичні волокна

Синтетичні полімерні матеріали

Пластомери –пластмаси і пластики

Застосування полімерів Вінілові полімери у побуті

Застосування продуктів емульсійної ПМ

V. Вид полімеру Поліетилен, полівінілхлорид, поліакрилонітрил… За будовою повторюючої ланки

Застосування продуктів емульсійної ПМ

Емульсійні фарби

Застосування співполімерів ...                                       

Синтетичні тканини

Особливості полімерів Особливі механічні властивості: еластичність - здатність до високих оборотних деформацій при відносно невеликому навантаженні (каучуки); мала крихкість склоподібних і кристалічних полімерів (пластмаси, органічне скло); здатність макромолекул до орієнтації під дією направленого механічного поля (використовується при виготовленні волокон і плівок). Особливості розчинів полімерів: висока в'язкість розчину при малій концентрації полімеру; розчинення полімеру відбувається через стадію набухання. Особливі властивості полімерів пояснюються не тільки великою молекулярною масою, але і тим, що макромолекули мають ланцюгову будову і володіють унікальною для неживої природи властивістю - гнучкістю. Особливі хімічні властивості: здатність різко змінювати свої фізико-механічні властивості під дією малих кількостей реагенту (вулканізація каучуку, дублення шкір і т.п.).

Принципи класифікації полімерів 1.За хімічною будовою полімера 2. За походженням (природні, синт.) 3. За хімічною природою( орг, неорг.) 4. За просторовою будовою ланцюга 5. За експлуатаційними властивостями

Класифікація за експлуатаційними властивостями Величина оборотньої деформації розтягу полімерів: Еластомери: 1 ×103 %; Пластмаси- 0,001 ×103 %; Волокна: 1× 10-3 %

ПЛАСТИЧНІ МАСИ Пластмаси, пластики - матеріали, основу яких складають полімери, що знаходяться в період формування виробів в вязкотекучому або високоеластич. стані, а при експлуатації - в склоподібному або кристалічному стані. До складу П. м. можуть входити наповнювачі пластмас, пластифікатори, стабілізатори, барвники та ін

Пластомери –пластмаси і пластики

Еластомери

Класифікація за способом переробки Термопласти- багатократна переробка із розплаву (поліетилен, поліпропілен, полістирол); Реактопласти- формування виробів при одноразовому нагріванні вихідних полімерів

Поліконденсаційне отвердження резолів Т= 110 С; m= 2-5; n+m=10 ; M= 1000;

Утворення отверджених резитів Нерозчинний неплавкий полімер

Реактопласти та термопласти Залежно від характеру процесів, що супроводжують формування виробів, П. м. ділять на термопласти і реактопласти. До числа реактопластів відносять матеріали, переробка яких у вироби супроводжується хім. реакціями утворення тривимірного полімеру - затвердінням, при цьому пластик необоротно втрачає здатність переходити у в'язкотекучий стан. При формуванні виробів з термопластів не відбувається затвердіння, і матеріал у виробі зберігає здатність переходити у в'язкотекучий стан.

Термопласти Серед термопластів найбільш різноманітне застосування матеріалів з поліетилену, полівінілхлориду і полістиролу, переважно у вигляді гомогенних або еластифікованих матеріалів, рідше газонаповнених і наповнених мінеральними по-порошками або короткими скляними, вуглецевими або синтетичними органічн. волокнами.

Реактопласти Олігомери в реактопластах можуть тверднути (при темп-pі) або за допомогою поліфункціональної низькомолекулярної речовини - отверджувача за механізмом поліконденсації (феноло-альдегідні, епоксидні, карбамідні, кремнійорганіч. смоли) і полімеризації (поліалкілен гліколь малеінати, олігоефіракрилати, форполімери діаллілфталату). Реактопласти з наповнювачем виготовляють, застосовуючи в якості звязуючого феноло-формальдегідні смоли, епоксидні смоли, іноді модифіковані.

Класифікація за походженням Біополімери Синтетичні полімери Природні полімери Органічні Неорганічні Органічні Неорганічні Елементорганічні

Природні полімери Целюлоза (клітковина) Крохмаль Натуральний каучук Білки (протеїни)

Полісахариди Основні представники - крохмаль і клітковина - побудовані із залишків одного моносахариду - глюкози. Крохмаль і целюлоза мають однакову молекулярну формулу: (C6H10O5)n,

Крохмаль Крохмалем називається суміш полісахаридів, побудованих із залишків циклічної а-глюкозы. У його склад входять: амілоза (внутрішня частина крохмального зерна) - 10-20% амілопектин (оболонка крохмального зерна) - 80-90%

Амілоза – лінійна форма крохмалю Розчинна у воді

Амілопектин- розгалужена форма крохмалю Молекулярна маса амілопектину– 1-6 млн

Природні полімери Хітин –NHCOCH3 Хітозан – NH2

Целюлоза Ланцюги целюлози побудовані із залишків b-глюкози і мають лінійну будову. Цей полімер володіє великою механічною міцністю і виконує роль опорного матеріалу рослин, утворюючи стінку рослинних кліток. Використовується у виробництві волокон і паперу. У великій кількості целюлоза міститься в деревині і бавовні.

Лінійна будова ланцюгів Целюлоза відноситься до найбільш жорстколанцюгових полімерів. Молекулярна маса целюлози - від 400 000 до 2 млн. Нерозчинна у воді

Одержання полімерних матеріалів

α-Амінокислоти 22 типи амінокислот з”вязані в молекули білка пептидними зв”язками H2N-CH2CO-NH-CH(CH3)-CO-NH-CH2COOH

Інсулін містить ~ 60 амінокислотних ланок Мм = 12000

Натуральний каучук природний високомолекулярний неорганічний вуглеводень складу (С5Н8)n, де n = 1000 - 3000. Поліїзопрен можна розглядати як продукт полімеризації ізопрена (2-метилбутадиена-1,3) по 1,4-положениях 1,4-цис-поліізопрен

Гуттаперча 1,4-транс-поліізопрен Поліїзопренові структури з невисоким ступенем полімеризації містяться в смолі хвойних дерев, в ефірних маслах рослин (герані, троянди, лаванди, лимона і ін.), входять до складу деяких ліпідів .

Каучукове дерево Плантація гевеї

Гевея бразільська Вміст каучуку в молочному соку у цього каучукового дерева басейну, досягає 40—50 %. Каучук, що здобувається з цієї рослини, складає 90—92 % світового виробництва натурального каучуку Максимальна продуктивність в 2 т. латексу з 1 га досягається на 8-му році після закладки і зберігається до 30 років. Після 40 років експлуатації плантації підлягають пересадженню. Для збору латексу роблять желобкові надрізи кори і прикріплюють до дерева посудину для збору соку. Латекс з надрізу виділяється 3—5 годин, причому найінтенсивніше  рано вранці. Збирають латекс майже круглий рік, окрім періодів інтенсивної зміни листя і сильних дощів]

Зшивання полібутадієну сіркою (гума)

Алотропні видозміни сірки

Реакції зшивання макромолекул Вулканізація каучуків Приєднання сірки по а-вуглецевому атому каучука. Поперечні зшивки

Одержання гумових виробів

Аніонна ПМ на “живих” ланцюгах стирол-бутадієнового співполімеру методом аніонної полімеризації

Прищеплений співполімер

Співполімери акрилонітрилу Сополімер стиролу і акрилонітрилу [САН(SAN)] і акрилонитрил- бутадієнстирол [(АБС(ABS)] використовуються як пластмаси.

АБС- ПЛАСТИК САН - простий статистичний сополімер стиролу і акрилонітрилу. АБС влаштований шляхом полімеризації стиролу і акрилонітрилу у присутності полибутадиена (подвійні зв'язки беруть участь в полімеризації). Отримуємо ланцюжок полибутадиена з прищепленими ланцюжками сополімера САН.

Застосування співполімерів АБС є міцнішим, ніж полістирол за рахунок ланок акрилонітрилу. Нітрильні групи полярні і сильно притягуються один до одного протилежними зарядами (стабілізація). Це утримує ланцюжки АБС разом, метериал є міцнішим, резиноподібний полібутадиен робить АБС ударноміцним

Пероксидне зшивання каучуків

СПОСОБИ УТВОРЕННЯ ПОЛІМЕРІВ

Класифікація методів синтезу полімерів по механізму процесу

Низькомолекулярні сполуки, з яких складаються полімери, называються мономерами Наприклад, пропілен СН2=СH–CH3 є мономером поліпропілену

Група атомів, що багато разів повторюється в ланцюговій макромолекулі, називається її структурною ланкою. ...-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-... полівінілхлорид У формулі макромолекули цю ланку зазвичай виділяють дужками: (-CH2-CHCl-)n

Ступінь полімеризації - це число, що показує скільки молекул мономера з’єдналося в макромолекулу. В формулі макромолекули ступінь полімеризації звичайно позначується індексом "n" за лапками, що містять в собі структурну(мономерну) ланку: поліетилен полістирол поліізопрен n >> 1

Середньочислове значення Мм Нехай, N молекул поліетилену (-CH2-CH2-)n мають молекулярну масу 28000 , а 3N молекул 140000. Визначити середню молекулярну масу цього полімеру.

Мономери для полімеризації Мономерами в полімеризації можуть бути речовини, здатні вступати в реакції приєднання. Це ненасичені сполуки, що містять подвійні або потрійні зв'язки а також деякі речовини циклічної будови.

Ініціатори радикальної ПМ

Кінетична схема процесу РП 1

Пероксид бензоїлу, термоліз

Радикальні частинки Енергія утворення СН3 найбільша в ряду

Реакції обриву ланцюга Рекомбінація ~СН2-С*HX +~СН2-С*НХ → ~СН2-СHХ-СHХ-CH2~. Диспропорціонування ~СН2-С*HX +~СН2-С*НХ → ~СН2-СH2Х + ~СH=CHХ

Полімеризація Полімеризація - реакція утворення високомолекулярних з'єднань шляхом послідовного приєднання молекул мономера до ланцюга, що росте. Полімеризація є ланцюговим процесом і протікає в декілька стадій (аналогічних стадіям ланцюгової реакції вільно-радикального галогенування алканів: ініціація зростання ланцюга обрив ланцюга Характерні ознаки полімеризації 1. У основі полімеризації лежить реакція приєднання 2. Полімеризація є ланцюговим процесом, оскільки включає стадії ініціації, зростання і обриву ланцюга. 3. Елементний склад (молекулярні формули) мономера і полімеру однаковий.

Стереорегулярні полімери Просторове розміщення замісників основного ланцюга

Поліетилен

Механізм термолізу ініціаторів та ініціювання радикальної полімеризації Механізм росту радикального ланцюга Полімер

Рекомбінація радикалів Обрив ланцюга

Механізм диспропорціювання Продукти реакції диспропорціювання макрорадикалів

Передача ланцюга на полімер Утворення активного центру на атомі вуглецю макромолекули поліетилену

Утворення полімерів з розгалуженою структурою

Поліетилен Поліетілен—полімер з надзвичайно широким набором властивостей і що використовується у великих об'ємах, унаслідок чого його вважають королем пластмас. За 10... 12 років експлуатації міцність його знижується лише незначно. Завдяки хімічній чистоті і неполярній будові поліетилен володіє високими діелектричними властивостями. Вони у поєднанні з високими механічними і хімічними властивостями зумовили широке застосування поліетилену в електротехніці, особливо для ізоляції проводів і кабелів. Крім поліетилену загального призначення випускаються його багато спеціальних модифікацій, серед яких: антистатичний, з підвищеною адгезійною здатністю, світлостабілізований, самозатухаючий, ингибитированный (для захисту від корозії), електропровідний (для екранування). Головний недолік полиэтилена—порівняно низька стійкість до нагріву

Поліетиленові вироби

Плівка поліетиленова Застосування полімерів

Плівка поліетиленова Рис. 2. Схема производства полиэтиленовой пленки методом раздувания с отводом вверх: 1 — намоточные валки; 2 — режущее устройство; 3 — направляющий валок; 4 — вытяжные валки; 5 — направляющие щеки; 6 — кольцо воздушного охлаждения и под ним головка шнек-машины; 8 — рукав пленки; 9 — шланг подачи воздуха для охлаждения; 10 — регулировочный вентиль; 11 — шланг подачи воздуха для раздувания рукава; 12 — втулки для намотки пленки; 13 — воздуходувка; 14 — ресивер для воздуха.

Поліетилен техн схема одержання Рис. 1. - Схема производства полиэтилена (выс давл) 1 – охладители; 2 – колонна для отгона метана; 3 – колонна для отгона этана; 4 – ступенчатый газовый компрессор; 5 – реактор; 6 – сепаратор; 7 – экструдер; 8 – охлаждающий аппарат; 9 – рубильная машина; 10 – хранилище.

Опис техн схеми синтезу ПЕВТ Газообразный этилен со степенью чистоты 99,8% или выше, находящийся под давлением около 40 ат, компримируют более чем до 1400 ат и подают в реакторы. При таком давлении в присутствии следов кислорода и температуре около 2000 происходит полимеризация части этилена с образованием жидкого полиэтилена. Жидкий полиэтилен отбирают из реактора непрерывно и после отделения от незаполимеризованого этилена охлаждают. После того как он затвердевает, его разрезают на кубики. Непрореагировавший этилен подвергают повторному сжатию и возвращают в реактор. Степень конверсии при этом способе составляет около 25%, общий выход на прореагировавший этилен достигает 95%.

Напрямки промислового виробництва полімерів

Хімічні волокна

Хімічні перетворення клітковини

Складні ефіри клітковини Первинний триацетат – гідроліз...

Нітроклітковина

Прості ефіри клітковини

Карбоксиметилклітковина

Віскозне волокно

Осадження ксантогенату Гідратцелюлоза

Нітроефіри клітковини Динітроцелюлоза Тринітроцелюлоза

Целулоїд-історично перший вид пластмаси – При випаровуванні розчинника із суміші 1 ч колоксиліну + 0,4 ч камфори утворюється гнучка полімерна плівка

Кіноплівка із нітроцелюлози .

Найлон 6,6 Схема синтезу стор.2

Найлон 6,6 Схема синтезу стор.3

Полімерне волокно Орієнтація макромолекул Упаковка найлону в кристалічну структуру

Міцність на розтяг

Поліетилентерефталат Схема синтезу стор.1

Поліетилентерефталат Реакція переетерифікації Метанол випаровують Схема синтезу стор.2

УТИЛИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ Производство полимерных материалов составляет 230 млн.т в год Ежегодно производство увеличивается на 5 - 6% Потребление полимеров на душу населения 85 – 90 кг (в индустриально развитых странах)

СРОКИ СЛУЖБЫ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРОВ ~ 36% эксплуатируются менее одного года (тара, упаковка, одноразовая посуда, медицинские шприцы и пр.) ~ 28% имеют срок службы от 1 года до 10 лет (бытовая электротехника, посуда, другие потребительские товары) ~ 36% работают более 10 лет (полимерные материалы для строительства, детали, используемые в автомобиле-, самолето-, судостроении) Пропорционально расту выпуска полимеров растет их доля в промышленных и бытовых отходах. Сегодня это 18 – 20% по объему. Лидером мусорных свалок является упаковка.

Объемы используемых пластмасс, образующихся отходов и рециклинга. Сиаиистика и прогноз по Западной Европе. Источник: В. Снежков, Ю. Громыко Жизнь после жизни Pakkograff №4, 2003.

Схема вторичной переработки полимеров  

Возможные реакции деструкции ПЭ OOH -CH2-CH-CH2-CH2- -CH2-CH=O + HO-CH2-CH2- (-CH2 –CH2-)n -CH2-CH·- + H· -CH=CH- + H2 -CH2-CH· -CH2-CH- -CH2-CH· -CH2-CH-  

Деградация- это изменение химической структуры полимера, изменение и ухудшение его свойств под влиянием факторов окружающей среды(свет, вода, температура,микроорганизмы). Биодеградация - это комплекс процессов разложения полимера или полимерного материала под влиянием биохимических агентов, которые в итоге приводят к получению из макромолекулярного соединения. более простых химических структур Деградация и биодеградация

СТАДИИ БИОРАЗЛОЖЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ Первичная биодеградация - это изменения в химической структуре и специфических свойствах полимера. Полная биодеградация - это общая минерализация полимера с образованием CO2 или CH4, а также воды, минеральных солей и новой биомассы (новых клеточных компонентов).