Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 768
Скачиваний: 25
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
АРЗАМАССКИЙ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ
ИМЕНИ П.И. ПЛАНДИНА
(ГБПОУ АПК им. П.И. Пландина)
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ
по теме:
ПОЛИМЕРЫ – СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Выполнил: студент I курса
группы ИСП-104
Логвиненко К.
Руководитель:
Пимкова Э. В.,
преподаватель химии
Арзамас 2021 г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………….3
Глава 1. Классификация и общие свойства высокомолекулярных соединений………………………………………………………………………….4
Глава 2. Использование полимеров в современной жизни человека……..8
2.1. Полимеры в медицине……………………………………………………….8
2.2. Полимеры в машиностроении…………………………………………...…9
2.3. Полимеры в сельском хозяйстве………………………………………...…10
Глава 3. Опасность использования полимеров для человека и окружающей среды……………………………………………………………………………......12
Заключение………………………………………………………………...………14
Список использованных источников…………………………………………..15
Приложения…………………………………………………………………….....16
Введение
Высокомолекулярные соединения или полимеры – это сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров.
Полимерные материалы в жизнедеятельности человека имеют огромное значение. Поэтому вопрос об их использовании и дальнейшей утилизации особо актуален.
«Широко простирает химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде отражаются перед очами нашими успехи её прилежания»1
Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее.
Полимерами природных высокомолекулярных соединений могут служить крахмал, целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот, сюда же относятся природные каучуки и другие органические вещества.
Сейчас синтетические полимеры, выпускаемые в мире, примерно на 75% состоят из продуктов полимеризации. Применяются они в строительстве и радиотехнике, машиностроении и производстве бытовых изделий.
Целью данной работы является изучить полимеры, указать их строение, свойства и области применения.
Для этого мне предстоит решить следующие задачи:
-
Изучить литературу по данной теме. -
Показать значимость полимерных материалов для человека. -
Выявить вред и пользу использования полимеров в жизни человека.
Глава 1. Классификация и общие свойства высокомолекулярных соединений
«Все мы связываем с химической наукой прогресс в познании окружающего
мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть
в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии.»
Полимер - это уникальное вещество, удивительный класс химических соединений, обладающий большим разнообразием в природе, буквально пронизывающий её полностью. Считается, что полимеры, будучи неживыми веществами, легли в основу жизни, ведь они могут обмениваться информацией между собой, самовоспроизводиться благодаря своей изменчивости. Многообразие физического строения, гибкость и изменчивость пространственной структуры и молекулярно-химического состава, способствуют присутствию как в минералах и пластиках, так и в полисахаридах и белках. Столь важная и сложная человеческая ДНК и РНК, отвечающие за передачу информации по наследству, не обходятся без полимеров.
Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями. Большой интерес, таким образом, представляет исследование возможности априорного предсказания химического и физического поведения полимера на основании анализа его строения. Такую возможность предоставляют методы молекулярной механики и молекулярной динамики, реализованные в виде компьютерных расчетных программ
По происхождению полимеры делят на
1. Природные - (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча). Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов и растений. С помощью специальных методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья.
2. Химические:
- Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).
- Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна, капрон, лавсан, пластмассы). Синтетические полимеры получают в результате химических реакций. В основном синтетические полимеры получают из продуктов переработки нефти и газа. На специальных заводах сначала получают составляющие, которые далее в реакции соединяются в длинные цепи.
По составу:
1. Органические
2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.
3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).
По структуре макромолекулы:
1. Линейные – полимеры, располагающиеся в макромолекуле в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности.
2. Разветвленные - полимеры, в основной цепи которых имеются статистически или регулярно расположенные ответвления.
3. Сетчатые (низко эластичные) - полимеры со сложной топологической структурой, образующие единую пространственную сетку.
Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.
Линейные полимеры обладают способностью образовывать высокопрочные волокна и плёнки, способные к большим, длительным деформациям они как правило гибкие, мягкие и тягучие. Все разветвленные полимеры наоборот прочные и твердые.
По химическому составу:
1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).
2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья).
Полимерные молекулы, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза, а состоящие из различных звеньев – гетероплимеры.
По составу главной цепи:
1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).
2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)
По пространственному строению:
1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.
2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.
По физическим свойствам:
1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)
2. Аморфные
По способу получения:
1. Полимеризационные.
2. Поликонденсационные.
По свойствам и применению:
1. Пластмассы.
2. Эластомеры.
3. Волокна.
Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).
1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.
2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.
3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.
4. Обладают высокой прочностью.
5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.
Свойства полимеров.
Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко ориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.
Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязко текучем. Полимеры с низкой температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в очень широких пределах. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.
Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими к одной цепи.
Некоторые свойства полимеров, например, растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.
Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.