Роль синтетических полимеров в современной технике

Понятие синтетические полимерные материалы – это высокомолекулярные соединения искусственного и природного происхождения (полимеризация или поликонденсация), для получения различных видов пластмасс, пластиков с различными назначениями и свойствами. Сегодня в лабораториях ежедневно на свет появляются сотни видов полимерных материалов на основе синтетического (искусственного) и природного (органического) происхождения.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Мы приведем ряд примеров созданных материалов на основе синтеза, т.к. их применение требует особого контроля производства и безопасности, а необходимость производства данных полимеров жизненно необходима в современном мире.

Активное образование и разработка полимерных материалов получило развитие в 1960 годах физиком–химиком Каргиным В.А. и профессором химиком Кабановым В.А.

В марте 2012 года взрыв на заводе в Германии заставил вздрогнуть всю автомобильную индустрию.

Выпуск новых автомобилей мог остановиться на несколько месяцев, не за отсутствием металлических шестерёнок и кузовов, а из-за полиамида (капролона), пластмассы используемой для производства многих автомобильных деталей. Это происшествие доказало, человечество создавшее синтетические материалы сегодня вряд ли сможет без них обойтись.

Дерево, ткани и даже металлы, сегодня любые природные материалы можно заменить их синтетическими аналогами – пластиками: посуда, мебель, техника, ткани; во многих областях применение полимеров необходимо. Разные виды этих материалов можно встретить повсюду.

Но что такое полимер (полимеризация) с точки зрения химии? Это бесконечно длинные цепи отдельных молекул мономеров, очень часто в качестве мономеров выступают соединения углеводорода, например молекулы газа этилена. Каждый из них состоит всего из шести атомов, при сильном нагревании они полимеризуются, то есть сцепляются друг с другом в единую макромолекулу и превращаются в новый материал — полиэтилен.

Большинство видов полимерных пластмасс — это составы бензина и дизеля, ведь нефть субстанция состоящая из углеводородов. Кстати, около 5% всей добытой нефти превращается в пуговицы или бутылки для воды.

К полимерам относят множество природных соединений, к примеру: каучук, белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды т.д.

Множество синтетических полимеров получают на основе природных элементов также путём полимеризации.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Удивительные синтезированные материалы со всевозможными свойствами можно встретить повсюду. Одни прочны как сталь, другие прозрачные как стекло третьи лёгкие как перо у каждого полимера своя история и свое предназначение. В качестве примера рассмотрим полимеризацию пластиков и пластмассы и получение конечных продуктов.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Получение поролона

Эластичная «живая» белая масса — пенополиуретан он же поролон. Для того, чтобы произвести в лабораторных условиях маленький кубик синтетического пенополиуретана, в емкостях взвешивается и смешивается полиол, катализаторы и вода.

Процесс полимеризации происходит путем переливания всего состава в заготовку. Полимеризация полиуретана процесс чрезвычайно стремительный.

Пока компоненты смеси взаимодействуют с водой, во время этой реакции выделяется углекислый газ, он то и заставляет жидкий пластик пениться и расти до невероятных размеров.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Триста метров в длину и один метр в высоту, чтобы получить поролоновый брусок такого размера, из огромных цистерн подается основное сырье полиолы и изоцианаты для синтезирования и получения пенополиуретана.

Процесс полимеризации происходит с невероятной скоростью. Чтобы не упустить этот момент, смесь тут же отправляется по трубопроводу на заливочный цех.

Компьютер управляет всем процессом заливки, отправляя команды на контроллеры управления двигателями и подачей всех компонентов.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Компонентов в промышленном полиуретане может быть много. Каждый подаётся через отдельный шланг в зависимости от веса. Небольшие порции через тонкие трубки, ингредиенты в сотни килограммов идут по широким рукавам.

Но все они должны подаваться к заливочному шлангу одновременно, иначе реакция вспенивания выйдет из-под контроля.

Пока технолог контролирует поступление компонентов по шлангам, рабочий на конвейере поправляют бумажную подложку, иначе полиуретановый пласт прилипнет к ленте.

Чтобы поролон не был похож на поднявшийся пирог, в начале пути ему предают специальный ограничитель, с помощью которого теперь идеально ровный пласт будет двигаться сам по себе, пока сырье не закончится.

Процесс запущен, остается только следить за параметрами и внешним видом, процессов с пеной.

Огромная подушка полиуретана на самом деле очень легкая, на 90% состоит из пузырьков воздуха, и все же для удобства ее разрезают на блоки по 32 метра длиной.

Горячие пласты отправляются на отслеживание, поролон должен созреть, набрать необходимую прочность и остыть, и только после трех суток после созревания, полиуретану можно создать нужную форму.

Покатавшись на такой карусели большие пласты поролона превратятся в тонкие отрезки. Поролон после его резки идет на аппараты скрутки.

Температура пенополиуретана не должна превышать 160 градусов, несколько дней он должен лежать на складе, если резать его раньше, то он вспыхнет словно спичка, как пенопласт.

Выделяющиеся продукты горения этого синтетического полимера являются чрезвычайно опасными для жизни и здоровью человека.

Поликарбонат что это за материал

А это новое поколение полимеров пластиков – поликарбонат, которому не страшна даже высокая температура. Внесенный в пламя пластик ведет себя как ни в чём не бывало. Это благодаря тому что в его структуру добавлен обычный песок, вернее кремнии из чего он и состоит.

Сшивая молекулы в различной последовательности можно получать синтетические пластмассы с непохожими свойствами, и каждая из них находит свое применение. Знакомый нам полиэтилен может быть мягкий как пакет и твердым как обычная пластиковая бутылка. Два дополнительных атома водорода плюс 4 углерода и получится упругий нейлон.

Отняв лишний атом углерода и добавив 2-х атомный спирт, можно получить один из самых прочных полимерных материалов – поликарбонат.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Прозрачный как стекло, легкий как перо. Поликарбонат можно поцарапать даже ногтем, но он способен выдержать выстрел из огнестрельного оружия.

В принципе это самый ударопрочный пластик из всех имеющихся на сегодняшний день.

Этот синтетический полимер используется в очень широком спектре индустрии ВПК, его ударопрочное свойство используется во многих антивандальных конструкциях, где требуется прозрачность и прочность.

Поликарбонат и полиэтилен материал из разряда синтетических термопластов. Чтобы задать ему необходимую форму, его нужно расплавить.

Производству сотового карбоната происходит по следующей технологии. Здесь в миксер попадает разное сырье, материалы смешиваются с различными пропорциями, которые мы задаем. Каждый миксер имеет определенные свойства и мы получаем лист тех свойств, которых мы хотим. Он не хрупкий, но жесткий, он гибкий, но не мягкий.

Далее в главном шнеке происходит его плавное перемешивание, он расплавляется и равномерно подается на фильеры. На качество этого пластика может повлиять любая мелочь, поэтому на производстве должна поддерживаться чистота.

Все что происходит с сырьем, пока оно не сформируется в тонкий лист пластика, происходит в закрытых аппаратах внутри экструдера. Экструдер (экструзия) – означает выталкивать.

Прежде чем выполнить свою главную работу экструдер одновременно нагревает и придает нужную форму пластмассе, находящееся в бункере сырье сушится и с помощью поршня–шнека подается к нагревателям, здесь пластик плавится и становится тягучим как сгущенка, поршень двигает мягкую массу к фильтру и продавливает через профиль (своеобразная пресс-форма). Сформованный между двух пластин поликарбонат попадает на конвейерную ленту, разогретый до 250 градусов, остывает и кристаллизуется всего за несколько секунд и тут же на его поверхность льется еще один слой, защитный.

Роль синтетических полимеров в современной технике

У крепкого поликарбоната есть слабое место, не стойкий к ультрафиолетовым излучениям, это проявляется в виде потери физико-химических свойств, желтеет, становится хрупким и постепенно разрушается. Толщина защитного покрытия несколько микрон, оно буквально вплавляется в основной слой пластика.

После чего проводится проверка на качество в лаборатории. На световом ящике проверяются оттенки выпускаемых изделий. Образец производства помещают рядом с эталоном, их оттенки должны совпадать полностью при любом освещении. Но еще важнее проверить наличие слоя защищающего от губительных ультрафиолетовых лучей. Окончательно увидеть и оценить можно только с помощью электронного микроскопа.

Полимер–бетон

Существует ли пластик который не боится солнечного света, больших нагрузок? Ученые из российского химико-технологического университета имени Менделеева создали удивительный материал, прочность которого выше чем у бетона.

Читайте также:  Сколько сторон у шестиугольника

Это полимер–бетон, с чрезвычайно высокими химическими свойствами стойкости и прочности. Основа полимер-бетона, как и у обычного бетона — песок и гранитная крошка. Секрет материала в связующем компоненте. Спустя всего половину часа после перемешивания компонентов, превращается в прочнейший монолит.

Инновационный синтетический пластик не разрушается даже от сильнейшей соляной кислоты.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Под воздействиями низких и высоких температур, кислот или под воздействием высокой температуры; 20 минут и твердый бетон с максимальными прочностными характеристиками готов.

Но все же самые ответственные испытания материал проходит зимой. Мороз, слякоть и грязь, далеко не каждый материал готов затвердеть в таких экстремальных условиях.

Главное тщательно перемешать (синтезировать) все компоненты и полимерный бетон твердеет прямо на глазах.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Применяется в строительных, дорожных работах это основное назначение этого полимера. Материал применялся в аэропорту Домодедово и во многих строительных объектах, особенно с повышенными требованиями безопасности конструкций.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Скамейка из дерева–полимеркомпозита покрытая полимер–бетоном. Абсолютно не подвержена воздействию влаги, не передает холод при сидячем положении отдыха, обладает высочайшей прочностью.

Получение бытовых предметов путем полимеризации

Бытовые предметы изготавливаются плавлением и синтезированием полимерной пластмассы в агрегатах термопласт-автоматах. Работает такая машина когда в неё монтируют нужную пресс-форму, которая закреплена на подвижной части машины, а подвижная на неподвижной.

пресс–форма для изготовления пластиковых модульных ковриков

Термопластавтомат работает самостоятельно, оператору нужно только задать правильные параметры. Единственное что не зависит от человека — продолжительность работы аппарата. Зависимость происходит от сырья, на сколько быстро оно расплавится и сформируется. Чем больше изделие, тем больше цикл, потому что изделие должно остыть, если форму раскрыть раньше изделие потеряет свою форму.

Модель будущего пластмассового изделия спрятана внутри пресс-формы. На матрице имеются все нужные выступы и полости, она всегда неподвижна двигается только вторая часть формы. Пуансон (выполняет функцию пресса) передает давление на формуемый пластик и именно с пуансона будут снимать готовый продукт, вернее сдувать очень сильной струей воздуха.

Важные синтетические конструкционные полимеры

Многофункциональные и стратегически важные конструкционные полимеры в пищевой и медицинской промышленности, такие как:

фторопласт (тефлон); на фото применение фторопласта (тефлон) в качестве форм; отсадочная машина для изготовления кондитерских изделий Более подробно о применении пластмассы «Фторопласт»…

на фото ролики из полиамид–6 (капролон) на станке – эмульситатор МК-45 для измельчения твердой пищевой продукции Более подробно о применении пластмассы «Полиамид–6″…

полиацеталь (полиформальдегид); на фото стенд — механизм состоящий из приводных шкивов, шестерней, осей, валов вращения из пластмассы «полиацеталь» и «капролон» Более подробно о применении пластмассы «Полиацеталь»…

Данные синтетические пластмассы и пластики применяются практически во всех отраслях производства, и благодаря своим уникальным свойствам во многих механизмах являются незаменимыми.

Безопасность применения синтезированных полимеров

Любое изделие из любого полимерного материала прежде всего должно быть безопасным. Чтобы проверить наличие вредных веществ, образцы обязательно проходят через лабораторную проверку.

В обязательном порядке применяются вытяжки стабилизаторы из поливинилхлорида в котором выявляются свинец и другие негативные вещества. В случае со свинцом, реакция наступает мгновенно.

Прозрачная вытяжка прямо на глазах становится ярко желтой, значит в составе содержится свинец, использовать на производстве его нельзя.

Также, необходимо отметить, что с помощью определения методом D-димера, мы можем помимо химической структуры самого полимера, определять структуру количества входящих в него добавок.

Для подтверждение частоты молекулярного состава, любой пластик можно подвергнуть и более серьезным тестам, например при помощи ядерно-магнитного спектрографа полученный из пластика раствор закладывается в аппарат, в нём формируется сильное магнитное поле.

Молекулы разных веществ поглощают идущего от него импульсы, каждая в своем диапазоне.

Оператору остаётся только отследить результат на мониторе компьютера; на производство отправляются только те материалы, которые полностью прошли проверку на безопасность через исследовательские лаборатории.

Некоторые ученые утверждают, что век пластиков подходит к концу. Скоро к ним на смену придут новые материалы, более прочные и легкие, более надежные и безопасные, но вряд ли они смогут заменить многочисленные синтетические полимерные материалы, пластики, пластмассы их различные модификации, и всё что из них создано, ведь век полимеров только начался.

Синтетические полимеры

В повседневной жизни мы сталкиваемся чаще не с природными и искусственными полимерами, а с синтетическими. То есть по происхождению полимеры можно разделить на три группы: природные, искусственные и синтетические.

Роль синтетических полимеров в современной технике

По форме молекулы полимеров могут иметь линейное, разветвлённое и пространственное (трёхмерное) строение.

Роль синтетических полимеров в современной технике

К линейным синтетическим полимерам относится полиэтилен низкого давления. Полиэтилен низкого давления имеет высокую плотность, большую механическую прочность. Такой полиэтилен идёт на изготовление труб, бытовой и химической посуды.

Разветвлённую структуру имеет полиэтилен высокого давления. Его плотность ниже, а эластичность выше, чем у полиэтилена низкого давления. Полиэтилен высокого давления идёт на изготовление упаковки пищевых и непищевых продуктов питания, пакетов.

Ещё одним синтетическим полимером является полипропилен, который получают реакцией полимеризации пропилена. Полипропилен обладает большей механической прочностью, чем полиэтилен.

Из него изготавливают канаты, тросы, верёвки, мешки, детские игрушки, ковры, химические реакторы, посуду, корпуса компьютерной техники.

Из полипропилена делают сумки, которые раньше носили торговцы, так называемы «челноки».

Линейную структуру имеет и полимер, который получают из винилхлорида. Это поливинилхлорид, из которого изготавливают искусственную кожу, клеёнки, двери, окна, трубы и оплётки проводов.

Линейную структуру имею также синтетические волокна.

Синтетические волокна делят на полиэфирные, к которым относится волокно лавсан, к полиакрилонитрильным волокнам относится нитрон, к полиамидным волокнам относятся капрон и найлон, к полиалкеновым волокнам относится полипропиленовое волокно.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Волокно капрон отличается высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, оно не впитывает влагу. Из капрона делают ковры, искусственный мех, кордную ткань, одежду. Из капроновой смолы делают пластмассы для изготовления деталей машин, разных конструкционных материалов.

Капрон относится к полиамидным волокнам, так как при образовании этого волокна образуются пептидные связи. К полиамидным волокнам относится и найлон. Впервые найлон открыл американский химик У. Карозерс, который работал в Нью-Йорке и Лондоне и из названий этих городов сложилось названий «найлон».

К полиэфиным волокнам относится лавсан, который применяют при изготовлении костюмных ткней, канатов, парусов. Лавсан обладает прочностью, износостойкостью, свето- и термостойкостью, устойчивостью к кислотам и щелочам.

На натуральную шерсть похоже волокно нитрон. Ткани из нитрона используют для изготовления спортивных костюмов, трикотажа, пальто.

Разветвлённую структуру имеют каучуки. Синтетические каучуки делят на каучуки общего и специального назначения.

К каучукам общего назначения относят бутадиеновые и бутан-стирольные каучуки, из которых получают изделия из резины (шины, конвейерные ленты).

К каучукам специального назначения относят бутан-нитрильные каучуки, из которых делают бензо- и кислотоустойчивые изделия; кремнийорганические каучуки, из которых делают тепло- и мороустойчивые изделия); уретановые каучуки используют при изготовлении изностойких и морозоустойчивых изделий.

К полимерам с трёхмерной структурой относятся резина и фенолформальдегидные смолы. Фенолформальдегидные смолы являются термореактивными полимерами, а полиэтилен, поливинилхлорид, капрон и другие – термопластичными.

Термопластичные полимеры, или термопласты, обратимо твердеют и размягчаются, их удобно превращать в готовые изделия и перерабатывать. Термореактивные же пластмассы при формовании твердеют, приобретают сетчатое строение, такие пластмассы нельзя возвратить в вязкотекучее состояние при нагревании или растворении.

Синтетические полимеры можно получить в результате реакции полимеризации и реакции поликонденсации. То есть полимеризационные полимеры получают из мономеров с кратными связями, а поликонденсационные – из мономеров, которые содержат функциональные группы.

Таким образом, синтетические полимеры получают путём синтеза из низкомолекулярных веществ. Синтетические полимеры могут быть линейными, разветвлёнными и сетчатыми.

По отношению к нагреванию синтетические полимеры делят на термопластичные и термореактивные. К полиэфирным синтетическим волокнам относится лавсан, а к полиамидным синтетическим волокнам – капрон и найлон.

Читайте также:  Приспособления для деревообрабатывающих станков своими руками

Синтетические полимеры имеют широкое применение в промышленности и жизни человека.

Полимеры: что это, применение, свойства, перспективы | РБК Тренды

Роль синтетических полимеров в современной технике

Shutterstock

Жизнь сейчас трудно представить без полимеров. Из них созданы гаджеты, одежда, запчасти и даже контактные линзы. Да и сама молекула ДНК — тоже полимер. РБК Тренды выяснили, какими бывают полимеры и как их получают

У слова «полимер» греческое происхождение: pollá (многие) и méros (часть). Полимеры — это вещества, которые состоят из множества мономеров (структурные звенья). По строению полимеры бывают линейными, разветвленными или сетевыми. Количество мономерных звеньев и молекулярная масса каждого из них влияют на свойства будущего материала.

Название синтетических полимеров, используемых в статье:

  • Полиэтилен — термопластичный полимер этилена.
  • Полиуретан — сырьем для этого полимера служит полиол. Его получают из сырой нефти.
  • Полиамид — получается в результате химической переработки угля, газа и нефти.
  • Поливинилхлорид (ПВХ) — синтетический термопластик, который состоит из хлора и этилена.
  • Бакелит — продукт реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах.
  • Полистирол — материал, который получают в результате полимеризации стирола.
  • Полиметилметакрилат (оргстекло) — полимер, который пропускает свет, и внешне похож на стекло.
  • Полиэфирное волокно — используется в качестве наполнителя в игрушках, одеялах, подушках, мебели.
  • Полипропилен — твердое вещество, которое получается в результате полимеризации пропилена (бесцветный газ).
  • Полиамиды — в эту группу пластмасс входят найлон, капрон, анид.
  • Тефлон — полимер, который содержит углерод и фтор (политетрафторэтилен).
  • Полимерные композиты — изготавливаются из двух и более компонентов. В качестве основного (матрицы) выступает полимер.
  • Полиакриламид (ПАА) — полимер белого цвета без запаха. Растворяется в воде, в ледяной уксусной и молочной кислотах и глицерине, но не растворяется в этаноле, метаноле и ацетоне.

Применение полимеров

Полимеры в нефтегазовой промышленности

Нефть и газ — это не просто источник топлива для большинства видов транспорта, но и сырье для химического производства. Именно из нефтепродуктов создают большинство видов полимеров.

Также полученные полимеры используются и в самом процессе добычи. Так, для увеличения производительности и очистки трубопроводов используют полиакриламид (ПАА) и его производные. Этот технический водорастворимый полимер помогает увеличивать максимальную пропускную способность нефтепровода и улучшает качество перекачиваемой нефти. Его же используют при ремонтных работах в скважинах.

В медицине

Медицинская сфера уже давно и активно использует изделия из полимеров. Среди них: штифты, одноразовые шприцы, инструменты для хирургии, контейнеры для плазмы и крови, контактные линзы, лабораторная посуда, хирургические нити, бахилы, протезы, искусственные органы и даже полимерные наногели для доставки лекарств.

Изучение возможностей полимеров на этом не останавливается. Так, студенты и профессоры Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в 2017 году решили усовершенствовать полиэтилен, чтобы использовать его в качестве замены костей, суставов и мышц. По мнению ученых, если доработать идею, то срок годности импланта из этого материала составит не менее 15 лет.

В автомобилестроении

Предприятия автомобильной промышленности используют не менее 100 видов полимерных материалов при производстве транспортных средств. Так, колпаки колес, приборные панели и некоторые части двигателя сделаны из полипропилена.

Сиденья выполнены из полиуретана, коврики — из полиэтилена. В рычагах включения привода, шестернях, бензобаке, аккумуляторе, корпусах предохранителей есть полиамид. Проводку делают из поливинилхлорида (ПВХ). Этот термопластичный полимер винилхлорида знаком жителям всего мира.

Из него обычно изготавливаются линолеум и натяжные потолки.

В строительстве

Не отстает от других и строительная сфера. Из полимеров создают электротехнические конструкции, кабели, провода, трубы, изоляционные эмали, лаки, пленки, сетки, ограждения и защитные покрытия. Более того, полимеры добавляются в состав железобетона и бетона. Это позволяет улучшить качество строительных материалов.

В пищевой промышленности

Полимеры в пищевой промышленности обязаны соответствовать определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Они не должны влиять на органолептические свойства продуктов (вкус, цвет, запах), а также содержать токсичные компоненты. Полимеры используются не только в производстве оборудования для пищевой промышленности, но и в упаковочных материалах.

  • Оборудование. К примеру, в консервной и молочной промышленности звенья транспортерных лент изготовлены из полиамидов или полиэтилена высокой плотности. А для того, чтобы сырье и полуфабрикаты не прилипали к поверхности оборудования, на металлические конструкции наносят специальные полимерные покрытия.
  • Полимерная упаковка. Она позволяет сохранять миллионы тонн сельскохозяйственной продукции и продовольствия в магазинах. Так, одноразовые многослойные пленки сохраняют продукты на 20% дольше без добавления консервантов.

Свойства полимеров

  1. Ударопрочность. По способности выдерживать механическую нагрузку полимеры ничем не уступают некоторым металлам. Поэтому полимеры используют при создании автомобильных бамперов, защитных чехлов и не только.
  2. Пластичность и эластичность. Таким свойством обладают, например, природные и синтетические каучуки.

    Именно поэтому их используют при создании автомобильных шин, шланги, оболочки проводов и кабелей, подошвы для обуви, воздушные шарики и не только.

  3. Отражательная способность. Благодаря этому свойству из полимеров создают специальные светоотражающие пленки. Обычно их используют для индикации предметов в темное время суток.

    К примеру, светоотражающие материалы применяют при организации дорожного движения, создании билбордов и баннеров.

  4. Электроизоляция. Полимеры — диэлектрики (не пропускают через себя электрический ток).

    Их можно использовать не только в качестве изоляционных материалов в электрооборудовании, но и при изготовлении рукояток инструмента для работы с токопроводящими деталями.

Природные и синтетические полимеры

Природные

Природные полимеры встречаются повсюду. Они представляют собой макромолекулы, созданные самой природой без участия человека. Приведем ряд примеров.

  • Полисахариды. В эту большую группу природных полимеров относят крахмал и целлюлозу. Они отличаются друг от друга своими свойствами. Так, крахмал легко растворяется в воде и его можно употреблять в пищу. Целлюлоза не растворяется в воде. Ее обычно используют при производстве бумаги и волокон для ткани.
  • Белки (протеины) — природный полимер, который состоит из аминокислот. Именно белок отвечает за рост, строение и развитие живого организма.
  • Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК) содержат всю информацию о человека: от болезней до талантов.
  • Природный каучук. Это пластичный и вязкий полимер, который содержится в соке каучуконосных растений.

Синтетические

До XIX века промышленности хватало природных полимеров. Но со временем из-за нехватки ресурсов появилась потребность и в других материалах. Так, в 1909 году американский химик Лео Бакеланд пытался найти замену природному шеллаку (смола).

Но в итоге опыты помогли ему создать материал под названием бакелит. Он получился в результате реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах. Именно с этого открытия началась эра синтетических материалов.

В химических лабораториях началась разработка новых видов полимеров.

Роль синтетических полимеров в современной технике

Обложка TIME за 22 сентября 1924 года с фотографией Бакеланда ( wikipedia.org)

  • Перед Второй мировой войной в нескольких странах (Англия, Германия и США) стартовало производство синтетического каучука. В тоже время началась разработка полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата.
  • В 1950-е годы ученые создали полиэфирное волокно и началось производство тканей на его основе. Тогда же появились полипропилен и полиэтилен низкого давления. Затем в массовое производство запустили полиуретаны.
  • В 1960–1970-х годах удалось синтезировать полиамиды.

Как получают полимеры

Полимеры получают двумя способами: полимеризация и поликонденсация. У каждого свои особенности. Полимеризация — это процесс, при котором мономеры объединяются в цепи и удерживаются химическими связями. Полимеризацией получают полистирол, хлоропреновый и бутадиеновый каучуки, тефлон, полипропилен, полиэтилен.

«Полимеры получают реакцией соединения мономеров. Если говорить простым языком, то это бусы, где бусины — это мономеры. При получении полимеров не меняется состав. То есть какие атомы были в веществе, такие и остаются.

Меняется только их количество. И в зависимости от количества мономеров меняются их свойства», — объяснила РБК Трендам начальник лаборатории наливной станции «Нагорная» АО «Транснефть — Верхняя Волга» Алина Мусина.

При поликонденсации помимо полимера образуется еще и низкомолекулярное вещество (вода, спирт, хлороводород). В процессе поликонденсации образуются лавсан, полипептиды, фенолформальдегидные смолы. А вот капрон, например, можно получить сразу двумя способами.

Полимеры и пластмассы: в чем разница

Зачастую слово «полимер» используют как синоним понятию «пластмасса». Но это не так. Пластмасса — это лишь один из видов полимеров. Многие виды пластмасс синтезируют из нефти или углеводородного масла. В мире ежегодно производится более 380 млн т пластика. А в Мировой океан каждый год попадает около 8 млн т предметов из этого материала: бутылки, пакеты, рыболовные сети.

По мнению экологов, именно процесс производства пластмасс создал глобальный кризис отходов. Опасения защитников окружающей среды вызывает не только объем выбросов, но и сам процесс создания таких материалов.

По данным Greenpeace, при добыче нефти и газа в воздух и воду попадает масса токсичных веществ. Более 170 химикатов, которые используют при добыче сырья для пластмасс, вызывают множество болезней: от онкологии до ослабления иммунной системы.

Будущее полимеров

В будущем мир не сможет уйти от полимеров, уверены эксперты. С каждым годом они будут приобретать новые формы. На первый план уже сейчас начинают выходить «зеленые» полимеры. Речь идет о композитах, которые объединяют в себе сильные стороны природных и синтетических полимеров.

«Нужно понимать, что полимеры — это не только что-то твердое. Они могут быть жидкими, прозрачными, цветными, более гибкими, менее гибкими, пластичными. Это и объясняет их широкое применение во всех сферах нашей жизни», — добавила Алина Мусина.

Тем временем ученые и производители продолжают искать способы снизить экологический след от некоторых видов полимеров. Одни компании уменьшают количество первичного пластика и делают ставку на вторичную переработку, а другие разрабатывают альтернативные варианты.

Так, английская компания Polythene UK представила несколько видов упаковок на растительной основе. Сейчас предприятие производит компостируемый полиэтилен на основе крахмала.

Упаковку из такого материала не нужно перерабатывать — процесс разложения займет не более трех лет. Со временем они распадаются на природные элементы: биомассу, воду, углекислый газ, метан.

Еще одна альтернатива — полиэтилен из отходов сахарного тростника. Его можно использовать для крышек поддонов.

8 Приготовьте сообщение на тему «Синтетические полимерные материалы и их роль в современной технике»

№8

Полимерами называют высокомолекулярные соединения, молекулы которых построены из множества периодически повторяющихся элементарных звеньев. Для полимеров характерны чрезвычайно большие значения молекулярной массы — от десятков

тысяч до нескольких миллионов. Полимеры, главные цепи которых состоят из атомов одного элемента, называют гомоцепными, а из разных — гетероцепными.

Если полимерная молекула состоит из одинаковых элементарных звеньев, как, например, в полиэтилене или полистироле, то говорят о гомополимерах. Если же в одной макромолекуле есть разные звенья, то это сополимер.

Обычно сополимеры образуются при совместной полимеризации двух или нескольких мономеров.

Возможен такой случай: к некоторым звеньям основной цепи (не концевым) присоединяют одну или несколько цепей другого строения. В этом случае говорят о привитых сополимерах.

Если же в молекуле сополимера разные по составу участки пространственно разделены и образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, то мы имеем дело с блок-сополимером.

Кроме того, полимеры подразделяют на органические, элементоорганические и неорганические. У первых в состав основной цепи входят атомы углерода, кислорода, а иногда азота и серы. В главную молекулярную цепь вторых, наряду с углеродом, входят и элементы неорганического мира- кремний, магний и др.

Неорганические полимеры, как правило, не содержат углерод. Примерами могут служить пластическая сера (гомоцепной неорганический полимер) и полифосфонитрилхлорид (гетероцепной неорганический полимер)

Кроме синтетических полимеров существует много природных: целлюлоза, крахмал, лигнин и белки. Такой белок, как коллаген — типичный полимер, точнее даже сополимер: чередование в его макромолекуле аминокислотных остатков глицина, пролина и оксипролина строго регулярно. К природным полимерам относятся также натуральный каучук.

Синтетических полимеров известно намного больше, чем природных. Однако самым массовым полимером, используемым в производстве и в быту, остаётся природный полимер целлюлоза.

Её свойствами и особенностями строения макромолекул в значительной степени объясняются свойства бумаги и хлопчатобумажных тканей.

Целлюлоза может превращаться в искусственные волокна и бездымный порох под действием различных химических агентов.

Полимеры, у которых температура перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое ниже комнатной, называются эластомерами, а те, у которых эта температура выше — пластиками. Свойства полимеров зависят от строения макромолекулярных цепей, вида химической связи между цепям и элементарными звеньями, молекулярной массы, состава.

Синтетические полимеры — свойства и применение

Синтетические полимеры – это семейство высокомолекулярных соединений, которые полностью синтезируются в результате прохождения химических реакций полимеризации.

Природные и синтетические полимеры отличаются тем, что природные формируются естественным путем (к примеру, кожа, шерсть, шёлк, известь, цемент), а синтетические создаются из исходных веществ-мономеров.

В современных условиях применение синтетических полимерных материалов является основой деятельности многих отраслей народного хозяйства и в целом оценивается как катализатор развития человеческой цивилизации.

Примеры и применение синтетических полимеров

Синтетические полимеры можно подразделить на следующие группы:

  • Термопласты (или пластмассы) – вещества, которые размягчаются при нагревании и застывают при охлаждении, не теряя при этом своих исходных свойств. Именно эта группа является наиболее значимой с точки зрения промышленности. К ней относятся такие широко применяемые полимеры, как полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен и другие. Сфера применения – крайне широкая: строительство, машиностроение, медицина, электроника, энергетика и практически любая другая отрасль экономики.
  • Реактопласты (или термореактивные полимеры) – вещества, которые при переработке в готовое изделие проходят необратимую трансформацию, и при повторном нагревании уже не размягчаются или деформируются, а разрушаются. Отличаются высокой твердостью и прочностью. Наиболее распространенные примеры – полиуретан, синтетические каучуки, а также вещества на основе эпоксидной или карбамидной смолы.

Мы рассмотрели базовую классификацию, однако существует целый ряд критериев, по которым можно классифицировать данные вещества.

К примеру, можно выделять группы в зависимости от строения молекулярной структуры, молекулярной массы, участвующих в образовании макромолекулы мономерных звеньев и т.п.

И по каждой группе можно привести интересные факты о синтетических полимерах, но в рамках данного краткого обзора это сделать мы, увы, не успеем.

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических?

Теперь разберемся, в чем состоит особенность синтетических полимеров. Как мы знаем, их синтезируют в искусственно созданных условиях, на базе мономеров.

К примеру, этилен в естественном виде – это бесцветный газ, однако после реакции полимеризации на выходе получаются твёрдые гранулы полиэтилена.

Главная особенность как раз и заключается в наличии возможности влиять на процесс полимеризации, а в итоге – и на свойства получаемого полимера:

  • Возможно введение дополнительных мономеров с целью получения сополимеров с улучшенными свойствами.
  • Имеется возможность модифицировать свойства вещества: к примеру, изменить его устойчивость к ударам или низким температурам.
  • Также осуществляется модификация технологических свойств: вязкости и текучести расплава, температуры размягчения и плавления и т.п.
  • Наконец, есть возможность модифицировать визуальные свойства: изменить цвет, сделать материал прозрачным, модифицировать его светопропускающие свойства.

То есть, обобщая, можно говорить о том, что естественные полимерные материалы даются в том виде, в котором их создала природа. Синтетические же человек научился полностью адаптировать под свои нужды и задачи.

Поэтому в современных условиях синтетика часто замещает натуральные вещества.

К примеру, искусственная полимерная кожа и синтетические волокна активно вытесняют натуральные аналоги, так как отличаются более выгодной ценой и более широким спектром возможных модификаций.

Рассматривая же негативные свойства синтетических полимеров, следует сказать об экологических рисках. Важное преимущество полимеров, их долговечность, оборачивается негативом, если к утилизации отработанных изделий подходят безответственно. Потому ключевым риском популярности синтетических полимеров на планете можно считать существенное загрязнение окружающей среды этими веществами.

Ссылка на основную публикацию
Для любых предложений по сайту: [email protected]