- 108.00 Kb

Iz istorije polimera

Prvi spomeni sintetičkih polimera datiraju iz 1838. godine (poliviniliden hlorid) i 1839. godine (polistiren). Određeni broj polimera je možda bio pripremljen već u prvoj polovini 19. veka. Ali u to vrijeme, kemičari su pokušali suzbiti polimerizaciju i polikondenzaciju, što je dovelo do "smoljenja" proizvoda glavne kemijske reakcije, odnosno do stvaranja polimera (polimeri se još uvijek često nazivaju "smole").

Godine 1833. I. Berzelius je prvi put upotrebio termin „polimerizam“ da označi posebnu vrstu izomerizma. U ovom izomerizmu, tvari (polimeri) istog sastava su imale različite molekularne težine, na primjer, etilen i butilen, kisik i ozon. Međutim, taj izraz je imao nešto drugačije značenje od modernih ideja o polimerima. “Pravi” sintetički polimeri u to vrijeme još nisu bili poznati.

A. M. Butlerov je proučavao odnos između strukture i relativne stabilnosti molekula, koji se manifestuje u reakcijama polimerizacije. Nakon što je A. M. Butlerov stvorio teoriju hemijske strukture, nastala je hemija polimera. Nauka o polimerima razvijena je uglavnom zahvaljujući intenzivnoj potrazi za metodama sinteze gume. U ovim istraživanjima učestvovali su naučnici iz mnogih zemalja, kao što su G. Bouchard, W. Tilden, njemački naučnik K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev i drugi. Radovi W. Carothersa odigrali su veliku ulogu u razvoju ideja o polikondenzaciji.

30-ih godina dokazano je postojanje slobodnih radikala i mehanizama jonske polimerizacije.

Od početka 20-ih godina 20. stoljeća G. Staudinger je postao autor fundamentalno novog koncepta polimera kao tvari koje se sastoje od makromolekula, čestica neobično velike molekularne težine. Ranije se pretpostavljalo da se biopolimeri kao što su celuloza, škrob, guma, proteini, kao i neki sintetički polimeri slični njima po svojstvima (na primjer, poliizopren), sastoje od malih molekula koje imaju neuobičajenu sposobnost povezivanja u otopini u komplekse. koloidne prirode zbog nekovalentnih veza (teorija “malih blokova”). Međutim, otkriće G. Staudingera natjeralo nas je da polimere smatramo kvalitativno novim predmetom proučavanja u hemiji i fizici.

Polimeri su hemijska jedinjenja velike molekularne težine (od nekoliko hiljada do mnogo miliona), čiji se molekuli (makromolekuli) sastoje od velikog broja ponavljajućih grupa (monomernih jedinica). Atomi koji čine makromolekule povezani su jedni s drugima silama glavnih i (ili) koordinacijskih valencija.

Klasifikacija polimera

Polimeri se mogu klasifikovati prema njihovom porijeklu. Dijele se na prirodne (biopolimeri) i sintetičke. Biopolimeri uključuju proteine, nukleinske kiseline, prirodne smole, a sintetički polimeri uključuju polietilen, polipropilen, fenol-formaldehidne smole.

Polimeri se također klasificiraju prema rasporedu atoma u makromolekuli. Atomi ili atomske grupe mogu se nalaziti u makromolekuli u obliku:

• otvoreni lanac ili izduženi niz ciklusa (linearni polimeri, na primjer prirodna guma);
• razgranati lanci (razgranati polimeri, npr. amilopektin), trodimenzionalne mreže (umreženi polimeri, npr. očvrsnute epoksidne smole).

Polimeri čiji se molekuli sastoje od identičnih monomernih jedinica nazivaju se homopolimeri (tu spadaju polivinil hlorid, polikaproamid, celuloza).

Polimeri čije makromolekule sadrže nekoliko vrsta monomernih jedinica nazivaju se kopolimeri. Kopolimeri u kojima jedinice svake vrste formiraju dovoljno duge kontinuirane sekvence koje zamjenjuju jedna drugu unutar makromolekule nazivaju se blok kopolimeri. Jedan ili više lanaca druge strukture može biti vezan za unutrašnje (ne-terminalne) veze makromolekula jedne hemijske strukture. Takvi kopolimeri se nazivaju graft kopolimeri.

Makromolekule istog hemijskog sastava mogu se graditi od jedinica različite prostorne konfiguracije. Ako se makromolekule sastoje od istih stereoizomera ili različitih stereoizomera koji se izmjenjuju u lancu u određenoj periodičnosti, polimeri se nazivaju stereoregularni.

Na osnovu sastava glavnog (glavnog) lanca, polimeri se dijele na: heterolanac čiji glavni lanac sadrži atome raznih elemenata, najčešće ugljika, dušika, silicija, fosfora, i homolanac čiji je glavni lanac izgrađen. od identičnih atoma.

Polimeri u kojima svaki ili nekoliko stereoizomera jedinice formiraju dovoljno duge kontinuirane sekvence koje zamjenjuju jedni druge unutar jedne makromolekule nazivaju se stereoblok kopolimeri.

Od homolančanih polimera, najčešći su polimeri ugljičnog lanca, čiji se glavni lanci sastoje samo od atoma ugljika, na primjer, polietilen, polimetil metakrilat, politetrafluoroetilen.

Primjeri heterolančanih polimera su poliesteri (polietilen tereftalat, polikarbonati), poliamidi, urea-formaldehidne smole, proteini i neki organosilicijumski polimeri. Polimeri čije makromolekule, uz ugljikovodične grupe, sadrže atome anorganogenih elemenata nazivaju se organoelementi.

Posebnu grupu polimera čine neorganski polimeri, na primjer, plastični sumpor, polifosfonitril hlorid.

Osobine i glavne karakteristike polimera

Polimeri mogu postojati u kristalnom i amorfnom stanju. Neophodan uslov za kristalizaciju je pravilnost dovoljno dugih preseka makromolekula. U kristalnim polimerima mogu nastati različite supramolekularne strukture: fibrile, sferuliti, monokristali, čiji tip u velikoj mjeri određuje svojstva polimernog materijala. Supramolekularne strukture u nekristaliziranim (amorfnim) polimerima su manje izražene nego u kristalnim.

Celuloza, polimer s vrlo krutim lancima povezanim intermolekularnim vodikovim vezama, općenito ne može postojati u visoko elastičnom stanju prije temperature raspadanja. Velike razlike u svojstvima polimera mogu se uočiti čak i ako su razlike u strukturi makromolekula, na prvi pogled, male. Dakle, stereoregularni polistiren je kristalna tvar s tačkom topljenja od oko 235 °C, dok nestereoregularni polistiren uopće nije u stanju kristalizirati, te omekšava na temperaturi od oko 80 °C.

Nekristalizirani polimeri mogu biti u tri fizička stanja: staklasto, visoko elastično i viskozno-tečno. Polimeri s niskom (ispod sobne) temperature prijelaza iz staklastog u visoko elastično stanje nazivaju se elastomeri, dok se oni s visokom temperaturom nazivaju plastikama. U zavisnosti od hemijskog sastava, strukture i relativnog rasporeda makromolekula, svojstva polimera mogu varirati u veoma širokim granicama. Tako je 1,4.-cispolibutadien, izgrađen od fleksibilnih ugljikovodičnih lanaca, na temperaturi od oko 20°C elastičan materijal, koji na temperaturi od -60°C prelazi u staklasto stanje; polimetil metakrilat, izgrađen od čvršćih lanaca, na temperaturi od oko 20°C je čvrst staklasti proizvod koji tek na 100°C prelazi u visoko elastično stanje.

Linearni polimeri imaju specifičan skup fizičko-hemijskih i mehaničkih svojstava. Najvažnije od ovih svojstava:

• sposobnost formiranja anizotropnih visoko orijentiranih vlakana i filmova visoke čvrstoće , sposobnost velikih, dugotrajnih reverzibilnih deformacija;
• sposobnost bubrenja u visoko elastičnom stanju prije otapanja;
• visok viskozitet rastvora.

Ovaj skup svojstava je zbog velike molekularne težine, strukture lanca i fleksibilnosti makromolekula. Prilikom prelaska sa linearnih lanaca na razgranate, rijetke trodimenzionalne mreže i, konačno, na guste mrežaste strukture, ovaj skup svojstava postaje sve manje izražen. Visoko umreženi polimeri su netopivi, netopivi i nesposobni za visoko elastične deformacije.

Polimeri mogu biti podvrgnuti sljedećim glavnim vrstama reakcija:

• stvaranje hemijskih veza između makromolekula (tzv. umrežavanje), na primjer, tokom vulkanizacije gume, štavljenja kože;
• razlaganje makromolekula na zasebne, kraće fragmente, reakcije bočnih funkcionalnih grupa polimera sa niskomolekularnim supstancama koje ne utiču na glavni lanac (tzv. polimer-analogne transformacije);
• intramolekularne reakcije koje se javljaju između funkcionalnih grupa jedne makromolekule, na primjer, intramolekularna ciklizacija. Unakrsno povezivanje se često događa istovremeno s destrukcijom.

Primjer polimer-analognih transformacija je saponifikacija politil acetata, što dovodi do stvaranja polivinil alkohola. Brzina reakcija polimera sa supstancama male molekulske mase često je ograničena brzinom difuzije ovih potonjih u polimernu fazu. Ovo je najočitije u slučaju umreženih polimera. Brzina interakcije makromolekula sa niskomolekularnim supstancama često značajno zavisi od prirode i položaja susednih jedinica u odnosu na reagujuću jedinicu. Isto važi i za intramolekularne reakcije između funkcionalnih grupa koje pripadaju istom lancu.

Neka svojstva polimera, na primjer, topljivost, sposobnost viskoznog tečenja, stabilnost, vrlo su osjetljiva na djelovanje malih količina nečistoća ili aditiva koji reagiraju s makromolekulama. Dakle, za transformaciju linearnog polimera iz rastvorljivog u potpuno nerastvorljiv, dovoljno je formirati 1-2 poprečne veze po makromolekulu.

Najvažnije karakteristike polimera su njihov hemijski sastav, molekulska masa i distribucija molekulske mase, stepen grananja i fleksibilnosti makromolekula, stereoregularnost i dr.

Priprema polimera

Prirodni polimeri nastaju tokom procesa biosinteze u ćelijama živih organizama. Koristeći ekstrakciju, frakcijsku precipitaciju i druge metode, mogu se izolirati iz biljnih i životinjskih materijala. Sintetički polimeri se proizvode polimerizacijom i polikondenzacijom. Polimeri karbolanaca se obično sintetiziraju polimerizacijom monomera s jednom ili više višestrukih ugljikovih veza ili monomera koji sadrže nestabilne karbocikličke grupe (na primjer, iz ciklopropana i njegovih derivata). Heterolančani polimeri se dobijaju polikondenzacijom, kao i polimerizacijom monomera koji sadrže višestruke veze ugljikovog elementa (na primjer, C = O, C = N, N = C = O) ili slabe heterociklične grupe.

Polimeri u poljoprivredi

Danas možemo govoriti o najmanje četiri glavna područja upotrebe polimernih materijala u poljoprivredi. I u domaćoj i u svjetskoj praksi prvo mjesto pripada filmovima. Zahvaljujući upotrebi perforiranog filma za malčiranje na poljima, prinos nekih usjeva se povećava i do 30%, a vrijeme zrenja se ubrzava za 10 - 14 dana. Upotreba polietilenske folije za hidroizolaciju stvorenih rezervoara osigurava značajno smanjenje gubitaka uskladištene vlage. Pokrivanje senaže, silaže i grube krme filmom osigurava njihovo bolje očuvanje i u nepovoljnim vremenskim uslovima. Ali glavno područje upotrebe filmskih polimernih materijala u poljoprivredi je izgradnja i rad filmskih staklenika. Trenutno je tehnički moguće proizvoditi folije širine do 16 m, a to omogućava izgradnju filmskih plastenika širine do 7,5 i dužine do 200 m rad se može izvoditi mehanizirano; Štaviše, ovi staklenici vam omogućavaju da uzgajate proizvode tokom cijele godine. Po hladnom vremenu, staklenici se ponovo zagrijavaju pomoću polimernih cijevi ukopanih u tlo do dubine od 60-70 cm.

Sa stanovišta hemijske strukture polimera koji se koriste u staklenicima ove vrste, može se uočiti pretežna upotreba polietilena, neplastificiranog polivinil hlorida i, u manjoj meri, poliamida. Polietilenske folije odlikuju se boljom propusnošću svjetlosti, boljim svojstvima čvrstoće, ali lošijom otpornošću na vremenske uvjete i relativno velikim gubitkom topline. Mogu ispravno služiti samo 1-2 sezone. Poliamid i drugi filmovi se još uvijek koriste relativno rijetko.

Opis posla

Prvi spomeni sintetičkih polimera datiraju iz 1838. godine (poliviniliden hlorid) i 1839. godine (polistiren). Određeni broj polimera je možda bio pripremljen već u prvoj polovini 19. veka. Ali u to vrijeme, kemičari su pokušali suzbiti polimerizaciju i polikondenzaciju, što je dovelo do "smoljenja" proizvoda glavne kemijske reakcije, odnosno do stvaranja polimera (polimeri se još uvijek često nazivaju "smole").

Većina modernih građevinskih materijala, lijekova, tkanina, predmeta za domaćinstvo, ambalaže i potrošnog materijala su polimeri. Ovo je cijela grupa spojeva koji imaju karakteristične karakteristične osobine. Ima ih puno, ali unatoč tome, broj polimera nastavlja rasti. Uostalom, sintetički kemičari svake godine otkrivaju sve više novih supstanci. Istovremeno, prirodni polimer je bio od posebne važnosti u svakom trenutku. Šta su ovi neverovatni molekuli? Koja su njihova svojstva i koja su njihova svojstva? Odgovorićemo na ova pitanja tokom članka.

Polimeri: opšte karakteristike

Sa hemijske tačke gledišta, polimer se smatra molekulom ogromne molekulske težine: od nekoliko hiljada do miliona jedinica. Međutim, osim ove karakteristike, postoji još nekoliko prema kojima se tvari mogu klasificirati kao prirodni i sintetički polimeri. ovo:

• stalno ponavljajuće monomerne jedinice koje su povezane kroz različite interakcije;
• stepen polimerizacije (tj. broj monomera) mora biti vrlo visok, inače će se spoj smatrati oligomerom;
• određena prostorna orijentacija makromolekule;
• skup važnih fizičko-hemijskih svojstava karakterističnih samo za ovu grupu.

Općenito, tvar polimerne prirode prilično je lako razlikovati od drugih. Treba samo pogledati njegovu formulu da bi se ovo razumjelo. Tipičan primjer je dobro poznati polietilen koji se široko koristi u svakodnevnom životu i industriji. To je proizvod u koji ulazi eten ili etilen. Reakcija se u opštem obliku piše na sljedeći način:

nCH 2 =CH 2 → (-CH-CH-) n, gdje je n stepen polimerizacije molekula, što pokazuje koliko je monomernih jedinica uključeno u njegov sastav.

Također, kao primjer možemo navesti prirodni polimer koji je svima dobro poznat, a to je škrob. Osim toga, ovoj grupi spojeva pripadaju amilopektin, celuloza, pileći proteini i mnoge druge tvari.

Reakcije koje mogu dovesti do stvaranja makromolekula su dvije vrste:

• polimerizacija;
• polikondenzacija

Razlika je u tome što su u drugom slučaju produkti reakcije niske molekularne težine. Struktura polimera može biti različita, zavisi od atoma koji ga formiraju. Linearni oblici su uobičajeni, ali postoje i trodimenzionalni mrežasti oblici koji su vrlo složeni.

Ako govorimo o silama i interakcijama koje drže monomerne jedinice zajedno, možemo identificirati nekoliko glavnih:

• Van Der Waalsove snage;
• hemijske veze (kovalentne, jonske);
• Elektronostatska interakcija.

Svi polimeri se ne mogu kombinirati u jednu kategoriju, jer imaju potpuno različite prirode, metode formiranja i obavljaju različite funkcije. Njihova svojstva se također razlikuju. Stoga postoji klasifikacija koja vam omogućava da podijelite sve predstavnike ove grupe tvari u različite kategorije. Može se zasnivati ​​na nekoliko znakova.

Klasifikacija polimera

Ako kao osnovu uzmemo kvalitativni sastav molekula, onda se sve tvari koje se razmatraju mogu podijeliti u tri grupe.

1. Organski su oni koji sadrže atome ugljika, vodika, sumpora, kisika, fosfora i dušika. Odnosno, oni elementi koji su biogeni. Ima puno primjera: polietilen, polivinil hlorid, polipropilen, viskoza, najlon, prirodni polimer - protein, nukleinske kiseline i tako dalje.
2. Organski elementi su oni koji sadrže neki strani neorganski i neorganski element. Najčešće je to silicijum, aluminij ili titan. Primjeri takvih makromolekula: stakleni polimeri, kompozitni materijali.
3. Neorganski - lanac se zasniva na atomima silicijuma, a ne na ugljeniku. Radikali također mogu biti dio bočnih grana. Otkriveni su sasvim nedavno, sredinom 20. veka. Koristi se u medicini, građevinarstvu, tehnologiji i drugim industrijama. Primjeri: silikon, cinober.

Ako polimere podijelimo prema porijeklu, možemo razlikovati tri grupe.

1. Prirodni polimeri, čija je upotreba široko rasprostranjena od davnina. To su makromolekule za koje se čovjek nije trudio stvoriti. Oni su produkti reakcija same prirode. Primjeri: svila, vuna, proteini, nukleinske kiseline, škrob, celuloza, koža, pamuk i drugi.
2. Veštačko. Riječ je o makromolekulama koje stvaraju ljudi, ali na bazi prirodnih analoga. To jest, svojstva postojećeg prirodnog polimera se jednostavno poboljšavaju i mijenjaju. Primjeri: umjetni
3. Sintetički polimeri su oni u kojima su samo ljudi uključeni u njihovo stvaranje. Za njih nema prirodnih analoga. Naučnici razvijaju metode za sintezu novih materijala koji bi imali poboljšane tehničke karakteristike. Tako nastaju sintetička polimerna jedinjenja raznih vrsta. Primjeri: polietilen, polipropilen, viskoza itd.

Postoji još jedna karakteristika koja leži u osnovi podjele tvari koje se razmatraju u grupe. To su reaktivnost i termička stabilnost. Postoje dvije kategorije za ovaj parametar:

• termoplastični;
• termoreaktivna.

Najstariji, najvažniji i posebno vrijedan je još uvijek prirodni polimer. Njegova svojstva su jedinstvena. Stoga ćemo dalje razmatrati ovu kategoriju makromolekula.

Koja je supstanca prirodni polimer?

Da bismo odgovorili na ovo pitanje, prvo se osvrnimo oko sebe. Šta nas okružuje? Živi organizmi oko nas koji jedu, dišu, razmnožavaju se, cvjetaju i proizvode plodove i sjemenke. Šta su oni sa molekularne tačke gledišta? To su veze kao što su:

• proteini;
• nukleinske kiseline;
• polisaharidi.

Dakle, svako od gore navedenih jedinjenja je prirodni polimer. Tako se ispostavlja da život oko nas postoji samo zbog prisustva ovih molekula. Od davnina ljudi su koristili glinu, građevinske mješavine i maltere za jačanje i stvaranje domova, tkali pređu od vune i koristili pamuk, svilu, vunu i životinjsku kožu za izradu odjeće. Prirodni organski polimeri pratili su čovjeka u svim fazama njegovog formiranja i razvoja i u velikoj mjeri mu pomogli da postigne rezultate koje imamo danas.

Sama priroda je dala sve da život ljudi bude što ugodniji. Vremenom je otkrivena guma i otkrivena su njena izuzetna svojstva. Čovjek je naučio koristiti škrob u prehrambene svrhe, a celulozu u tehničke svrhe. Kamfor, koji je također poznat od davnina, prirodni je polimer. Smole, proteini, nukleinske kiseline su svi primjeri jedinjenja koja se razmatraju.

Struktura prirodnih polimera

Nisu svi predstavnici ove klase supstanci isto strukturirani. Stoga se prirodni i sintetički polimeri mogu značajno razlikovati. Njihovi molekuli su orijentisani na takav način da postoje što je moguće povoljnije i pogodnije sa energetske tačke gledišta. U isto vrijeme, mnoge prirodne vrste su sposobne da bubre i njihova struktura se mijenja u procesu. Postoji nekoliko najčešćih varijanti strukture lanca:

• linearno;
• razgranat;
• u obliku zvijezde;
• stan;
• mreža;
• traka;
• u obliku češlja.

Umjetni i sintetički predstavnici makromolekula imaju vrlo veliku masu i ogroman broj atoma. Kreiraju se sa posebno određenim svojstvima. Stoga je njihovu strukturu u početku planirao čovjek. Prirodni polimeri su najčešće linearne ili mrežaste strukture.

Primjeri prirodnih makromolekula

Prirodni i umjetni polimeri su vrlo bliski jedni drugima. Uostalom, prvi postaju osnova za stvaranje potonjeg. Mnogo je primjera takvih transformacija. Nabrojimo neke od njih.

1. Konvencionalna mliječno-bijela plastika je proizvod dobiven tretiranjem celuloze dušičnom kiselinom uz dodatak prirodnog kamfora. Reakcija polimerizacije uzrokuje da se rezultirajući polimer stvrdne i postane željeni proizvod. A plastifikator, kamfor, čini ga sposobnim da omekša kada se zagrije i promijeni svoj oblik.
2. Acetatna svila, bakarno-amonijačna vlakna, viskoza - sve su to primjeri onih niti i vlakana koja se dobivaju od celuloze. Tkanine napravljene od lana nisu toliko izdržljive, ne sjajne i lako se gužvaju. Ali umjetni analozi nemaju ove nedostatke, što njihovu upotrebu čini vrlo atraktivnom.
3. Umjetno kamenje, građevinski materijali, mješavine, zamjene za kožu također su primjeri polimera dobivenih iz prirodnih sirovina.

Supstanca, koja je prirodni polimer, može se koristiti u svom pravom obliku. Postoji i mnogo takvih primjera:

• kolofonij;
• ćilibar;
• škrob;
• amilopektin;
• celuloza;
• vuna;
• pamuk;
• svila;
• cement;
• glina;
• kreč;
• proteini;
• nukleinske kiseline i tako dalje.

Očigledno je da je klasa spojeva koju razmatramo veoma brojna, praktično važna i značajna za ljude. Sada pogledajmo pobliže nekoliko predstavnika prirodnih polimera koji su u ovom trenutku veoma traženi.

Svila i vuna

Formula prirodnog polimera svile je složena, jer je njegov hemijski sastav izražen sledećim komponentama:

• fibroin;
• sericin;
• voskovi;
• masti.

Sam glavni protein, fibroin, sadrži nekoliko vrsta aminokiselina. Ako zamislite njegov polipeptidni lanac, izgledat će otprilike ovako: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n. A ovo je samo dio toga. Ako zamislimo da se na ovu strukturu uz pomoć Van Der Waalsovih sila vezuje jednako složena molekula proteina sericina, a zajedno se miješaju u jednu konformaciju s voskom i mastima, onda je jasno zašto je teško opisati formulu od prirodne svile.

Danas većinu ovog proizvoda isporučuje Kina, jer se na njenom prostranstvu nalazi prirodno stanište glavnog proizvođača - svilene bube. Ranije, od davnina, prirodna svila je bila visoko cijenjena. Samo plemeniti, bogati ljudi mogli su sebi priuštiti odjeću napravljenu od nje. Danas mnoge karakteristike ove tkanine ostavljaju mnogo da se požele. Na primjer, postaje jako magnetiziran i nabora se osim toga, gubi sjaj i postaje bez sjaja kada je izložen suncu. Stoga su umjetni derivati ​​na njegovoj osnovi češći.

Vuna je također prirodni polimer, jer je otpadni proizvod kože i lojnih žlijezda životinja. Na osnovu ovog proteinskog proizvoda proizvodi se trikotaža, koja je, kao i svila, vrijedan materijal.

Škrob

Prirodni polimer škrob je otpadni proizvod biljaka. Proizvode ga procesom fotosinteze i akumuliraju u različitim dijelovima tijela. Njegov hemijski sastav:

• amilopektin;
• amiloza;
• alfa glukoza.

Prostorna struktura škroba je vrlo razgranata i neuređena. Zahvaljujući amilopektinu koji sadrži, može nabubriti u vodi, pretvarajući se u takozvanu pastu. Ovaj se koristi u inženjerstvu i industriji. Medicina, prehrambena industrija i proizvodnja ljepila za tapete su također područja upotrebe ove supstance.

Među biljkama koje sadrže maksimalnu količinu škroba su:

• kukuruz;
• krompir;
• pšenica;
• kasava;
• zob;
• heljda;
• banane;
• sirak.

Na bazi ovog biopolimera peče se hleb, prave testenine, kuvaju žele, kaše i drugi prehrambeni proizvodi.

Celuloza

Sa hemijske tačke gledišta, ova supstanca je polimer, čiji je sastav izražen formulom (C 6 H 5 O 5) n. Monomerna jedinica lanca je beta-glukoza. Glavna mjesta na kojima se nalazi celuloza su ćelijski zidovi biljaka. Zato je drvo vrijedan izvor ovog spoja.

Celuloza je prirodni polimer koji ima linearnu prostornu strukturu. Koristi se za proizvodnju sljedećih vrsta proizvoda:

• proizvodi od celuloze i papira;
• umjetno krzno;
• različite vrste umjetnih vlakana;
• pamuk;
• plastike;
• bezdimni prah;
• filmovi i tako dalje.

Očigledno je da je njen industrijski značaj veliki. Da bi se ovaj spoj mogao koristiti u proizvodnji, prvo se mora ekstrahirati iz biljaka. To se postiže dugotrajnim kuvanjem drva u posebnim uređajima. Dalja obrada, kao i reagensi koji se koriste za varenje, variraju. Postoji nekoliko načina:

• sulfit;
• nitrat;
• soda;
• sulfat.

Nakon ovog tretmana, proizvod i dalje sadrži nečistoće. Bazira se na ligninu i hemicelulozi. Da bi ih se riješili, masa se tretira hlorom ili alkalijom.

U ljudskom tijelu ne postoje biološki katalizatori koji bi mogli razgraditi ovaj složeni biopolimer. Međutim, neke životinje (bilojedi) su se prilagodile tome. Određene bakterije se naseljavaju u njihovom želucu i to rade umjesto njih. Zauzvrat, mikroorganizmi dobijaju energiju za život i stanište. Ovaj oblik simbioze je izuzetno koristan za obje strane.

Guma

To je prirodni polimer od dragocjenog ekonomskog značaja. Prvi ju je opisao Robert Cook, koji ju je otkrio na jednom od svojih putovanja. Desilo se ovako. Spustivši se na ostrvo na kojem su živjeli njemu nepoznati domoroci, gostoljubivo su ga primili. Njegovu pažnju privukla su lokalna djeca koja su se igrala neobičnim predmetom. Ovo sferno tijelo se odgurnulo od poda i skočilo visoko, a zatim se vratilo.

Upitavši lokalno stanovništvo od čega je napravljena ova igračka, Cook je saznao da se tako učvršćuje sok jednog od stabala, hevee. Mnogo kasnije se saznalo da se radi o biopolimernoj gumi.

Hemijska priroda ovog spoja je poznata - to je izopren koji je prošao prirodnu polimerizaciju. Formula gume (C 5 H 8) n. Njegova svojstva, zbog kojih je tako visoko cijenjena, su sljedeća:

• elastičnost;
• otpornost na habanje;
• električna izolacija;
• vodootporan.

Međutim, postoje i nedostaci. Na hladnoći postaje krhka i lomljiva, a na vrućini postaje ljepljiva i viskozna. Zbog toga je postojala potreba za sintetiziranjem analoga umjetne ili sintetičke baze. Danas se guma široko koristi u tehničke i industrijske svrhe. Najvažniji proizvodi bazirani na njima:

• guma;
• ebanovina.

Amber

To je prirodni polimer, budući da je njegova struktura smola, njegov fosilni oblik. Prostorna struktura je okvirni amorfni polimer. Veoma je zapaljiv i može se zapaliti plamenom šibice. Ima luminescentna svojstva. Ovo je vrlo važan i vrijedan kvalitet koji se koristi u nakitu. Nakit od ćilibara je veoma lijep i tražen.

Osim toga, ovaj biopolimer se koristi i u medicinske svrhe. Od njega se izrađuju i premazi za brusni papir i lak za različite površine.

UVOD
ISTORIJA RAZVOJA PRERAĐIVAČKE INDUSTRIJE
POLIMERI
Prerada polimera pojavila se sredinom 19. stoljeća
Modificirana celuloza - celuloid - za zamjenu
slonove kljove za bilijarske kugle.
Uređaji zvani ekstruderi pojavili su se u 19. veku u
Engleskoj, Americi i Njemačkoj. Koristi se za izolaciju
žice i kablovi sa gumom i gumom.
3

Grana hemijske industrije: “Sintetičke smole i njihova prerada.”

1. TRENUTNO STANJE INDUSTRIJE
PRERADA POLIMERA I KOMPOZITA
Sektor hemijske industrije:
"Sintetičke smole i njihova obrada."
Sirovine
reciklaža:
Generiše maksimum
broj sedišta
Radi kao vozač
razvoj mašinstva
Povećava intenzitet znanja
industrije zemlje
Polimer
Reciklaža
4

5

Preduvjeti za razvoj prerade polimera

Godišnji
tempo
razvoj
industrijski
proizvodnja
Rusija
8,2%
4,7%
3,3%
0,3%
3,2%
5%
Godišnji
tempo
razvoj
obrada
plastike
21,5%
13,1%
7,4%
7,3%
7-7,5%
9-10%
realističan
2010
2011
2012
2013
optimističan
2030
6

7

2. KLASIFIKACIJA POLIMERNIH MATERIJALA
I KOMPOZITI
1. Klasifikacija prema modulu elastičnosti pod uvjetima
operacija
Na sobnoj temperaturi, modul elastičnosti na
rastezanje polimera u visoko elastičnom stanju je vrlo
mala
E~ 0,1 - 10 MPa
Za staklaste polimere - plastike - E 103 MPa
Za djelomično kristalne polimere - plastike
E (αcrist) 10 – 103 MPa
2. Klasifikacija prema temperaturi staklastog prijelaza amorfnih polimera
Tst< Т = 23оС < Тст
elastomer
plastika
8

Polimeri koji u radnim uslovima
su staklaste ili kristalne
stanja i pokazuju elastičnost, koriste se u
kvaliteta građevinskog materijala i su
osnova od plastike i vlakana.
Polimeri koji u radnim uslovima
su u visoko elastičnom fizičkom stanju
i pokazuju velike i reverzibilne deformacije,
koriste se kao elastomeri.
9

10.

10

11.

3. Klasifikacija prema hemijskoj strukturi
11

12.

4. Klasifikacija prema tehnološkim karakteristikama:
Termoplastika - PM, sposobna za ponavljanje
prelazak kada se zagrije u tečno stanje i
skrućivanje pri hlađenju bez značajnog
promjene u strukturi i svojstvima.
Termoset plastike su PM, koji se u početku zagrijavaju
preći u tečno stanje, a zatim stvrdnuti
kao rezultat hemijskih transformacija i nesposobni su za
ponovni prelazak u tečno stanje.
4. KLASIFIKACIJA prema tehnološkim svojstvima (uslovno)
lik):
brizgani (za proizvode sa tankim zidovima, dug
proizvodi),
ekstruzija (film, cijev, lim),
materijali za štampu.
12

13.

5. Klasifikacija prema oblastima primjene - identifikacija grupa
PM koji su slični po svojim glavnim operativnim karakteristikama.
Građevinski materijal – za radove pod kratkotrajnim ili
dugotrajna izloženost statičkim opterećenjima: E > 900 MPa
(PA, PC, PBT, PFO, poliimidi, etroli, ojačani PP, PA, fenolne plastike,
aminoplasti, organosilicijumske kompozicije).
Materijali otporni na udarce - rad pod udarnim opterećenjima: udar
snaga > 20 kJ/m2
(PE, EPDM, SEVA, PP, PVC, PTFE, UPS, PC, ABS, ojačana plastika).
Materijali otporni na toplotu – radna temperatura > 150°C
(PA, PBTF, PET, PFO, PC, aminoplasti, fenoplasti, poliimidi, na bazi gume
fluorne gume, organosilicijumske kompozicije)
Materijali otporni na mraz - radni uslovi< минус 40оС
(PE, EPDM, SEVA, PTFE, PA, PC, guma na bazi NC, izopren, itd.).
PM za elektrotehničke i radiotehničke svrhe – ρv > 1010 Ohm*m, tg δ< 0,02
(PO, PVC, PTFE, PPS, PFO, poliimidi, SFD, nezasićeni PE).
13

14.

Rasvjeta PM – propusnost svjetlosti > 80%
(blok PS, SAN kopolimeri, poliakrilati, PMMA, transparentni razredi PVC, PC,
filmovi PET i PA, ES, nezasićeni PE)
Otporan na vatru i samogasivi PM - CI > 22% ili oslabljen kada se ukloni
od plamena
(PTFE, poliimidi, PVC i kompozicije sa usporivačima plamena)
PM otporan na zračenje – dugotrajna otpornost na jonizaciju
radijacije
(PTFE, polimidi, fluorne gume, kompozicije na bazi ES i KS).
Hemijski otporan PM - za rad u agresivnim sredinama
(PO, PVC, PTFE, PBT, PET, poliimidi, kompozicije na bazi CS).
Osim toga, grupe otpornih na vodu, benzin, ulje, vremenske uvjete,
PM otporan na tropske, gljive.
14

15.

6. Klasifikacija PM prema skupu radnih parametara
15

16.

7. Klasifikacija PM prema obimu proizvodnje
Plastika velikih razmera: PO, PVC, PS i njegovi kopolimeri, PU,
kompozicije na bazi FPS, nezasićenih PES, aminoaldehidnih smola
– 80% ukupne proizvodnje plastike.
Gume velikog kapaciteta – gume opšte namene: izopren,
butadien, butadien stiren.
Plastika srednje tonaže: PA, etrol, PET, PC, PFO, ES,
furanske smole.
Gume srednje tonaže – hloropren, akrilat,
etilen propilen.
Male plastike i gume – nekoliko% zapremine
proizvodnja.
16

17.

8. Klasifikacija prema sastavu i vrsti makrostrukture
polimerni materijal:
Polimerni materijal (PM) = polimer + ∑ aditivi
Homogena makrostruktura: svi aditivi (stabilizatori,
plastifikatori, boje) su otopljeni u polimeru.
Heterogena makrostruktura - kompozitni materijali:
aditivi su netopivi u polimeru - prisustvo inkluzija
(punila, pigmenti, polimerni aditivi) veličina
više od 100 nm.
Heterogena struktura PM može biti:
17

18.

18

19.

Vrste armiranih konstrukcija
19

20.

3. STVARANJE POLIMERNIH MATERIJALA
POLYMERIC
MATERIJAL
POLYMER
POLYMERIC
MATERIJAL
=
POLIMER + Σ ADITIVI
DODATCI:
1 POLIMERNI MATERIJALI PROTIV STARENJA
2 POBOLJŠANJE PROCESABILNOSTI
3 SMANJITE ZAPALJIVOST
4 SVOJSTVA POVEĆANJA ČVRSTOĆE
5 DAVANJE POSEBNIH SVOJINA
20

21.

1 DODATKI KOJI USPORAJU STARENJE PM
Starenje polimera je složen kompleks hemijskih i
fizički procesi koji se odvijaju pod uticajem okoline
okruženje tokom PM obrade, rada i skladištenja,
što dovodi do nepovratnih ili reverzibilnih promjena
(pogoršanje) svojstava polimera (umjesto izraza "starenje"
Oni koriste izraz „destrukcija“ (ponekad „degradacija“).
Procesi fizičkog starenja su reverzibilni. Nema praznine ili
umrežavanje polimernih lanaca. To su procesi kristalizacije
rekristalizacija ili difuzija otapala u polimer,
izaziva intergranularnu koroziju i dovodi do
pogoršanje mehaničkih svojstava polimernih proizvoda.
21

22.

Hemijski procesi starenja su nepovratni. Oni
dovode do kidanja hemijskih veza, a ponekad i do umrežavanja
makromolekule, promjene u hemijskoj strukturi, smanjenje
ili povećanje molekularne težine polimera.
Hemijski procesi starenja:
Termička destrukcija (termička razgradnja makromolekula putem
lančani mehanizam).
Oksidativna destrukcija (formiranje peroksida
radikali koji iniciraju razgradnju lanca).
U pravilu, TD i OD idu istovremeno - to je
termalno-oksidativno uništavanje.
Starenje ozona (ozon reaguje sa dvostrukom vezom,
međukompleks nastaje i tada se formira
ciklično jedinjenje koje sadrži kiseonik i koje se raspada
na peroksidne radikale)
22

23.

Fotodestrukcija
Fotohemijske transformacije se dešavaju u
polimera pod uticajem UV (180< λ< 400нм) и
vidljivo svjetlo (400< λ < 800нм), если полимер
sadrži hemijske veze ili hromofore
grupe.
Fotodestrukcija na ovom području podliježe
polimere koji sadrže
O, N, dvostruke veze,
aromatična jezgra, nečistoće metalnih jedinjenja
(na primjer, ostaci katalizatora) slučajno progutani
aromatična jedinjenja itd.
23

24.

Radijacijsko uništavanje. Vode za jonizujuće zračenje
do formiranja elektrona i pozitivno nabijenog polimera
čestice koje se raspadaju u radikale.
Hidrolitička destrukcija. Procesni mehanizam
hidrolitički, brzina razaranja je određena brzinom
difuzija hidrolitičkog medija (voda, rastvori kiselina,
baze, soli).
Mehaničko uništenje. Formiranje radikala pod uticajem
mehaničke sile s naknadnom transformacijom u zraku u
hidroperoksidi.
Biorazgradnja. Interakcija s bakterijama, gljivicama i
hidrolitičkom enzimskom razgradnjom
polimer.
24

25.

25

26.

26

27.

STABILIZATORI (termički i svjetlosni stabilizatori, antioksidansi,
antirad, antiozonati, fungicidi).
Termalni stabilizatori (ili inhibitori):
a) prekinuti lance reakcijom sa peroksidnim radikalima
(fenoli, aromatični amini, aminofenoli, hidroksilamini,
aromatični polinuklearni ugljovodonici).
b) prekinuti lance reakcijom sa alkil (R*) radikalima
(kinoni, nitroksilni radikali, molekuli joda).
c) uništavaju hidroperokside, posebno u reakcijama
autooksidacija (sulfidi, disulfidi, fosforni estri
kiselina).
27

28.

Stabilizatori svetlosti:
a) supstance koje reflektuju kvante svetlosti - (tehničke
ugljenik (čađ)),
b) apsorbirajući kvante svjetlosti (2-hidroksibenzofenon),
c) gasitelji pobuđenih stanja (2-(2`-hidroksifenil)-benzotiazol).
Antioksidansi su tvari koje djeluju u interakciji
peroksidi i hidroksidi (primarni antioksidansi -
otežani fenoli, sekundarni fenoli - fosfiti, tioesteri).
Aditivi protiv zračenja (anti-rads) pružaju otpornost na gama zračenje i druge vrste
zračenje tokom sterilizacije.
Antimikrobni aditivi, abiotički aditivi,
biocidi. Povećava otpornost na djelovanje bakterija
(baktericidi), gljivice i plijesan (fungicidi), obraštanje u vodi
(algicidi)
28

29.

29

30.

30

31.

Potrebe za antioksidansima:
efikasna zaštita polimera tokom procesa
prerada u proizvode; od spoljnih uticaja
tokom rada;
gubici stabilizatora tokom obrade bi trebali
biti minimalan;
prilično visok MW (preko 700 g/mol);
sposobnost difuzije u talini polimera;
kompatibilnost, rastvorljivost u čvrstim materijama
polimer;
niska volatilnost i otpornost na migraciju u
okruženje;
specijalni stabilizatori za proizvode
medicinske svrhe, igračke, ambalaža
31
prehrambeni proizvodi

Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije

savezna državna autonomna obrazovna ustanova

visoko stručno obrazovanje

„NACIONALNO ISTRAŽIVANJE

TOMSKI POLITEHNIČKI UNIVERZITET"

Institut za prirodne resurse

Smjer obuke (specijalnost) Hemijska tehnologija

Katedra za hemijsku tehnologiju goriva i hemijsku kibernetiku

Abstract

Naslov sažetka:

“ Prirodni polimeri, polimeri oko nas”

u disciplini "Uvod u inženjerstvo"

Završili studenti gr. 2D42 Nikonova Nyurguyaana

Prokopchuk Kristina

Dayanova Regina

Sažetak prihvaćen:

Moises O. E.

(Potpis)

2014

(datum verifikacije izvještaja)

Tomsk 2014

1.Uvod………………………………………………………………………………………………………..2

2. Pojam polimera i klasifikacija ……………………………………………………………….3

3.Pulpa…………………………………………………………………………………………………………………3

4. Škrob…………………………………………………………………………………………………………………………5

5. Glutin……………………………………………………………………………………………………………………………………..6

6.Kazein…………………………………………………………………………………………………………………………6

7. Guma…………………………………………………………………………………………………………………………………………….7

8. Guma……………………………………………………………………………………………………………………………7

9. Sintetički polimeri…………………………………………………………………………...9

10.Svojstva i najvažnije karakteristike…………………………………………………………10

11. Hemijske reakcije……………………………………………………………………………………….11

12.Prijem………………………………………………………………………………………………………………12

13.Polimeri u poljoprivredi……………………………………………………………..12

14.Polimeri u industriji………………………………………………………………………….14

Uvod

Termin „polimerizam“ je u nauku uveo I. Berzelius 1833. godine kako bi označio posebnu vrstu izomerizma, u kojoj tvari (polimeri) istog sastava imaju različite molekularne težine, na primjer, etilen i butilen, kisik i ozon. Ovaj sadržaj pojma nije odgovarao modernim idejama o polimerima. “Pravi” sintetički polimeri u to vrijeme još nisu bili poznati.

Već u prvoj polovini 19. vijeka navodno je pripremljen veći broj polimera. Međutim, kemičari su tada obično pokušavali suzbiti polimerizaciju i polikondenzaciju, što je dovelo do „smoljenja“ proizvoda glavne kemijske reakcije, odnosno do stvaranja polimera (polimere se još uvijek često nazivaju „smole“). Prvi spomeni sintetičkih polimera datiraju iz 1838. (poliviniliden hlorid) i 1839. (polistiren),

Hemija polimera nastala je tek u vezi sa stvaranjem teorije hemijske strukture od strane A.M. A.M. Butlerov je proučavao odnos između strukture i relativne stabilnosti molekula, koji se manifestuje u reakcijama polimerizacije. Nauka o polimerima dobila je svoj dalji razvoj uglavnom zahvaljujući intenzivnoj potrazi za metodama sinteze kaučuka, u čemu su učestvovali vodeći naučnici mnogih zemalja (G. Buscharda, W. Tilden, njemački naučnik K. Harries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev i drugi). 30-ih godina dokazano je postojanje slobodnih radikala i mehanizama jonske polimerizacije. Radovi W. Carothersa odigrali su veliku ulogu u razvoju ideja o polikondenzaciji.

Od početka 20-ih godina 20. stoljeća razvijaju se i teorijske ideje o strukturi polimera. U početku se pretpostavljalo da su biopolimeri kao što su celuloza, škrob, guma, proteini, kao i neki njima slični sintetički polimeri. svojstva (na primjer, poliizopren), sastoje se od malih molekula koji imaju neobičnu sposobnost povezivanja u otopini u komplekse koloidne prirode zbog nekovalentnih veza (teorija „malih blokova“). Autor fundamentalno novog koncepta polimera kao supstanci koje se sastoje od makromolekula, čestica neobično velike molekulske mase, bio je G. Staudinger. Pobjeda ideja ovog naučnika natjerala nas je da polimere smatramo kvalitativno novim predmetom proučavanja u hemiji i fizici.

Koncept i klasifikacija polimera

Polimeri- hemijska jedinjenja velike molekularne težine (od nekoliko hiljada do mnogo miliona), čiji se molekuli (makromolekuli) sastoje od velikog broja ponavljajućih grupa (monomernih jedinica). Atomi koji čine makromolekule povezani su jedni s drugima silama glavnih i (ili) koordinacijskih valencija.

Klasifikacija.

Prema porijeklu, polimeri se dijele na:

prirodni (biopolimeri), na primjer proteini, nukleinske kiseline, prirodne smole

sintetičke, na primjer polietilenske, polipropilenske, fenol-formaldehidne smole.

Prirodni polimeri koji se koriste u štampi su: polisaharidi (celulozni skrob, gume), smreka, glutin, kazein, albumin), polidieni (guma).

Celuloza

Celuloza, ili vlakna (od latinske riječi "cellulula" - ćelija), rasprostranjena je u prirodi. Celuloza je jaka vlaknasta tvar organskog porijekla koja čini potporno tkivo svih biljaka (biljne ćelije).

Fizička svojstva celuloze

Celulozna vlakna odlikuju se svojom bjelinom, fleksibilnošću, čvrstoćom, elastičnošću, tj. sposobnost reverzibilne deformacije bez razaranja čak i pod visokim mehaničkim naprezanjem, netopivost u vodi i organskim rastvaračima i netopivost.

Celuloza može izdržati zagrijavanje do 150° bez uništenja; na višim temperaturama uočava se depolimerizacija celuloze i s tim povezan gubitak čvrstoće, a na 270° i više počinje termička razgradnja oslobađanjem produkata raspadanja: octene kiseline, metil alkohola, ketona, a ostatak su katran i ugalj.

Struktura celuloznih vlakana.

Svako biljno vlakno, na primjer pamuk, lan, drvo, itd., je jedna ćelija, čija se ljuska uglavnom sastoji od celuloze. Unutar vlakna se nalazi kanal - kapilar, dostupan za prodiranje zraka i vlage. Tehnička celulozna vlakna imaju prosječnu dužinu od 2,5-3 mm (smreka, bor, breza, topola) i 20-25 mm (lan, pamuk, konoplja) prečnika 25 mikrona.

Celulozna biljna vlakna imaju fibrilarnu strukturu. Vlakna su nitovi, elementarni rolo prozori - paketi molekula celuloze međusobno čvrsto povezani vodoničnim vezama, dužine 50 µm i prečnika 0,1-0,4 µm. Najvjerovatnije, celuloza formira uređeni sistem niti - fibrila, čvršće smještenih oko unutrašnjeg kanala (kapilara) vlakna i labavije u njegovim vanjskim slojevima. U prostorima između fibrila nalaze se miceluloze i lignin, a njihov sadržaj raste od unutrašnjih slojeva ćelijske strukture do vanjskih. Međućelijski prostori celuloze ispunjeni su pretežno ligninom.

Glavni izvor celuloze je drvo... Drvo je unutrašnji dio drveća, koji leži ispod kore i čini glavno biljno tkivo od kojeg se formira stablo.

Živa ćelija rastućeg drveta ima celuloznu ljusku (zidove), unutrašnju šupljinu ispunjenu protoplazmom i jezgro. Živa ćelija je sposobna da raste i formira nove drvene formacije u sloju kambija, ispod kore, iz godine u godinu u rastućem drvetu.

Žive ćelije se vremenom podvrgavaju lignifikaciji, što na kraju dovodi do njihove potpune smrti, odnosno lignifikacije. Lignifikacija ćelije nastaje uglavnom kao rezultat pojave lignina u njoj. Drvo se sastoji od 90-95% takvih mrtvih ćelija - vlakana, lišenih protoplazme i jezgra, ali sposobnih za diobu, s unutrašnjom šupljinom ispunjenom zrakom i vodom.

Hemijska struktura i svojstva celuloze. Celuloza je prirodni polisaharidni polimer koji pripada klasi ugljikohidrata. Džinovski molekul (makromolekula) celuloze izgrađen je od strukturnih jedinica koje se ponavljaju - ostataka β-glukoze (O6H10O5)p. Broj n, ili koeficijent polimerizacije, pokazuje koliko se puta strukturna jedinica - ostatak β-glukoze - ponavlja u makromolekuli celuloze, te stoga karakterizira dužinu molekulskog lanca (dužinu molekula) i unaprijed određuje njegovu molekulsku težinu.

Koeficijent polimerizacije celuloze različitog porijekla je različit. Dakle, za drvnu celulozu je 3000, za pamuk - 12 000, za lan - 36 000 (otprilike). Ovo objašnjava veliku čvrstoću pamučnih i lanenih vlakana u odnosu na drvena celulozna vlakna.

Alkalna celuloza se dobija tretiranjem celuloze rastvorom natrijum hidroksida. U ovom slučaju, atomi vodika alkoholnih hidroksila su djelomično ili potpuno zamijenjeni atomima natrija. Alkalnu celulozu, bez gubitka svoje vlaknaste strukture, karakteriše povećana hemijska aktivnost, koja se koristi u proizvodnji celuloznih etera, na primer karboksimetilceluloze.

Karboksimetilceluloza (CMC) je etar celuloze i glikolne kiseline. Industrijska metoda za proizvodnju karboksimetilceluloze zasniva se na interakciji alkalne celuloze sa monohloroctenom kiselinom.

Hemiceluloze su križ između celuloze i škroba. Oni su takođe polisaharidi. Molekuli hemiceluloze su građeni od ostataka monosaharida: manoza (heksoza) i ksiloza (pentoza). Hemiceluloze nemaju vlaknastu strukturu. Oni služe kao rezervni nutrijent za biljke i štite ih od infekcija. Hemiceluloze bubre u vodi i relativno se lako hidroliziraju čak i vrlo razrijeđenim kiselinama, rastvaraju se u 18,5% lužine. Hemiceluloze nisu štetne nečistoće celuloze koja se koristi za izradu papira. Naprotiv, drvena celuloza sa visokim sadržajem hemiceluloze lako se melje, a papir napravljen od nje ima povećanu čvrstoću (posebno površina), budući da su hemiceluloze vrlo dobro prirodno sredstvo za kvašenje.

Lignin je hemijski nestabilna tvar: pod utjecajem svjetlosti, vlage, kisika, zraka i topline lignin se uništava, zbog čega biljna vlakna gube snagu i potamne. Lignin se, za razliku od celuloze, otapa u razrijeđenim kiselinama i alkalijama. Metode za proizvodnju celuloze od drveta, slame, trske i drugih biljnih tkiva zasnivaju se na ovoj osobini lignina. Struktura lignina je vrlo složena i još nije dovoljno proučena; Poznato je da je lignin prirodni polimer čija je strukturna jedinica ostatak vrlo reaktivnog aromatičnog alkohola - β-hidroksikoniferila.

Teško je zamisliti današnji život bez polimera - složenih sintetičkih supstanci koje su postale rasprostranjene u različitim područjima ljudske djelatnosti. Polimeri su visokomolekularna jedinjenja prirodnog ili sintetičkog porekla, koja se sastoje od monomera povezanih hemijskim vezama. Monomer je ponavljajuća jedinica lanca koja sadrži roditeljski molekul.

Organska jedinjenja visoke molekularne težine

Zahvaljujući svojim jedinstvenim svojstvima, visokomolekularna jedinjenja uspješno zamjenjuju prirodne materijale kao što su drvo, metal, kamen u različitim sferama života, osvajajući nova područja primjene. Za sistematizaciju tako velike grupe supstanci usvojena je klasifikacija polimera prema različitim kriterijumima. To uključuje sastav, način pripreme, prostornu konfiguraciju i tako dalje.

Klasifikacija polimera prema njihovom hemijskom sastavu dijeli ih u tri grupe:

• Organske supstance visoke molekularne težine.
• Organoelementna jedinjenja.
• Neorganska jedinjenja visoke molekularne težine.

Najveću grupu predstavljaju organski spirale - smole, gume, biljna ulja, odnosno proizvodi životinjskog, ali i biljnog porijekla. Makromolekule ovih tvari u glavnom lancu, zajedno s atomima ugljika, sadrže atome kisika, dušika i drugih elemenata.

Njihova svojstva:

• imaju sposobnost preokretanja deformacije, odnosno elastičnosti pod malim opterećenjima;
• pri niskim koncentracijama mogu formirati viskozne otopine;
• mijenjati fizičko-mehaničke karakteristike pod utjecajem minimalne količine reagensa;
• pod mehaničkim djelovanjem moguća je usmjerena orijentacija njihovih makromolekula.

Organoelementna jedinjenja

IUD sa organskim elementima, čije makromolekule uključuju, pored atoma neorganskih elemenata - silicija, titana, aluminijuma - i organske ugljikovodične radikale, stvorene su umjetno i ne postoje u prirodi. Klasifikacija polimera ih, pak, dijeli u tri grupe.

• Prva grupa su supstance u kojima se glavni lanac sastoji od atoma nekih elemenata okruženih organskim radikalima.
• Druga grupa uključuje tvari s glavnim lancem koji sadrži naizmjenične atome ugljika i elemente kao što su sumpor, dušik i drugi.
• Treća grupa uključuje supstance sa glavnim organskim lancima okružene različitim grupama organoelemenata.

Primjer su organosilicijumska jedinjenja, posebno silikon, koji ima visoku otpornost na habanje.

Neorganska visokomolekularna jedinjenja u glavnom lancu sadrže okside silicijuma i metala - magnezijuma, aluminijuma ili kalcijuma. Oni nemaju bočne organske atomske grupe. Veze u glavnim lancima su kovalentne i jonsko-kovalentne, što određuje njihovu visoku čvrstoću i otpornost na toplotu. To uključuje azbest, keramiku, silikatno staklo, kvarc.

IUD s ugljičnim i heterolančanim lancima

Klasifikacija polimera prema hemijskom sastavu glavnog polimernog lanca uključuje podelu ovih supstanci u dve velike grupe.

• Ugljični lanac, u kojem se glavni lanac BMC makromolekule sastoji samo od atoma ugljika.
• Heterolanac, u kojem se u glavnom lancu nalaze i drugi atomi uz atome ugljika koji daju tvari dodatna svojstva.

Svaka od ovih velikih grupa sastoji se od sljedećih podgrupa, koje se razlikuju po strukturi lanca, broju supstituenata, njihovom sastavu i broju bočnih grana:

• spojevi sa zasićenim vezama u lancima, čiji su primjeri polietilen ili polipropilen;
• polimeri s nezasićenim vezama u glavnom lancu, na primjer polibutadien;
• halogenom supstituisana visokomolekularna jedinjenja – teflon;
• polimerni alkoholi, čiji je primjer polivinil alkohol;
• IUD dobiveni na bazi derivata alkohola, na primjer - polivinil acetat;
• spojevi izvedeni iz aldehida i ketona, kao što je poliakrolein;

• polimeri dobiveni od karboksilnih kiselina, čiji je predstavnik poliakrilna kiselina;
• supstance izvedene iz nitrila (PAN);
• tvari visoke molekularne težine izvedene iz aromatičnih ugljikovodika, na primjer polistiren.

Podjela prema prirodi heteroatoma

Klasifikacija polimera takođe može zavisiti od prirode heteroatoma i uključuje nekoliko grupa:

• sa atomima kiseonika u glavnom lancu - poliesteri i poliesteri i peroksidi;
• spojevi koji sadrže atome dušika u glavnom lancu - poliamini i poliamidi;
• tvari s kisikom i atomima dušika u glavnom lancu, primjer za to su poliuretani;
• VMC sa atomima sumpora u glavnom lancu - politioeteri i politetrasulfidi;
• jedinjenja koja imaju atome fosfora u glavnom lancu.

Prirodni polimeri

Trenutno je prihvaćena i klasifikacija polimera prema porijeklu i hemijskoj prirodi, koja ih dijeli na sljedeći način:

• Prirodni, nazivaju se i biopolimeri.
• Umjetne tvari visoke molekularne težine.
• Sintetička jedinjenja.

Prirodne spirale čine osnovu života na Zemlji. Najvažniji od njih su proteini - "građevinski blokovi" živih organizama, čiji su monomeri aminokiseline. Proteini su uključeni u sve biohemijske reakcije organizma bez njih, nemoguće je funkcionisanje imunog sistema, procesi zgrušavanja krvi, formiranje koštanog i mišićnog tkiva, konverzija energije i još mnogo toga. Bez nukleinskih kiselina pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija je nemoguće.

Polisaharidi su ugljovodonici visoke molekularne težine koji zajedno sa proteinima učestvuju u metabolizmu. Klasifikacija polimera prema poreklu omogućava nam da prirodne visokomolekularne supstance svrstamo u posebnu grupu.

Umjetni i sintetički polimeri

Umjetni polimeri se dobivaju od prirodnih raznim metodama kemijske modifikacije kako bi im se dala potrebna svojstva. Primjer je celuloza, od koje se dobivaju mnoge plastike. Klasifikacija polimera prema poreklu karakteriše ih kao veštačke supstance. Sintetičke spirale se proizvode hemijski upotrebom reakcija polimerizacije ili polikondenzacije. Njihova svojstva, a samim tim i obim primjene, zavise od dužine makromolekule, odnosno od molekulske mase. Što je veći, jači je dobijeni materijal. Klasifikacija polimera prema porijeklu je vrlo zgodna. Primjeri to potvrđuju.

Linearne makromolekule

Svaka klasifikacija polimera je prilično proizvoljna i svaki ima svoje nedostatke, jer ne može odražavati sve karakteristike date grupe tvari. Ipak, pomaže da se nekako sistematiziraju. Klasifikacija polimera prema obliku makromolekula ih predstavlja u tri grupe:

• linearno;
• razgranat;
• prostorne, koje se još nazivaju i mrežama.

Dugi, zakrivljeni ili spiralni lanci linearnih spiralnih spirala daju supstancama neka jedinstvena svojstva:

• zbog pojave međumolekularnih veza formiraju jaka vlakna;
• sposobni su za velike i dugotrajne, ali u isto vrijeme reverzibilne deformacije;
• važno svojstvo je njihova fleksibilnost;
• Kada se rastvore, ove supstance formiraju rastvore visokog viskoziteta.

Razgranate makromolekule

Razgranati polimeri također imaju linearnu strukturu, ali s mnogo bočnih grana, kraćih od glavne. Istovremeno, njihova svojstva se mijenjaju:

• rastvorljivost supstanci sa razgranatom strukturom je veća od one linearne, prema tome, formiraju rastvore nižeg viskoziteta;
• kako se dužina bočnih lanaca povećava, međumolekularne sile postaju slabije, što dovodi do povećanja mekoće i elastičnosti materijala;
• što je veći stepen grananja, to se fizička svojstva takve supstance više približavaju onima običnih niskomolekularnih jedinjenja.

Trodimenzionalne makromolekule

Mrežasti visokomolekularni spojevi su ravni (stepenišni i parketni) i trodimenzionalni. Plosnati materijali uključuju prirodnu gumu i grafit. U prostornim polimerima postoje poprečne veze - "mostovi" između lanaca, formirajući jednu veliku trodimenzionalnu makromolekulu izvanredne tvrdoće.

Primjer bi bio dijamant ili keratin. Mrežna visokomolekularna jedinjenja osnova su gume, nekih vrsta plastike, kao i ljepila i lakova.

Termoplasti i termoreaktivni materijali

Klasifikacija polimera prema porijeklu iu odnosu na zagrijavanje ima za cilj karakterizirati ponašanje ovih tvari pri promjenama temperature. U zavisnosti od procesa koji se dešavaju tokom zagrevanja, dobijaju se različiti rezultati. Ako međumolekularna interakcija oslabi i kinetička energija molekula se poveća, tada se tvar omekšava, pretvarajući se u viskozno stanje. Kada se temperatura smanji, vraća se u svoje normalno stanje - njegova hemijska priroda ostaje nepromijenjena. Takve tvari nazivaju se termoplastični polimeri, na primjer polietilen.

Druga grupa jedinjenja naziva se termoreaktivna. Mehanizam procesa koji se u njima odvijaju prilikom zagrijavanja je potpuno drugačiji. Ako postoje dvostruke veze ili funkcionalne grupe, one međusobno djeluju, mijenjajući kemijsku prirodu tvari. Ne može povratiti svoj prvobitni oblik kada se ohladi. Primjer su razne smole.

Metoda polimerizacije

Druga klasifikacija polimera zasniva se na načinu proizvodnje. Postoje sljedeći načini za primanje spirale:

• Polimerizacija, koja se može odvijati korištenjem mehanizma ionske reakcije i mehanizma slobodnih radikala.
• Polikondenzacija.

Polimerizacija je proces formiranja makromolekula uzastopnim povezivanjem monomernih jedinica. Obično su to tvari male molekularne težine s višestrukim vezama i cikličkim grupama. Tokom reakcije, dvostruka veza ili veza u cikličnoj grupi se prekida, a između ovih monomera nastaju nove. Ako reakcija uključuje monomere istog tipa, to se naziva homopolimerizacija. Kada se koriste različite vrste monomera, dolazi do reakcije kopolimerizacije.

Reakcija polimerizacije je lančana reakcija koja se može odvijati spontano, ali se aktivne tvari koriste za njeno ubrzanje. Sa mehanizmom slobodnih radikala, proces se odvija u nekoliko faza:

• Inicijacija. U ovoj fazi, putem svetlosti, toplote, hemijskog ili nekog drugog uticaja, u sistemu se formiraju aktivne grupe - radikali.
• Povećanje dužine lanca. Ovu fazu karakterizira dodavanje daljnjih monomera radikalima kako bi se formirali novi radikali.
• Prekid lanca nastaje kada aktivne grupe u interakciji formiraju neaktivne makromolekule.

Nemoguće je kontrolisati trenutak prekida lanca, pa stoga rezultirajuće makromolekule imaju različite molekularne težine.

Princip rada ionskog mehanizma reakcije polimerizacije je isti kao i kod slobodnih radikala. Ali ovdje kationi i anioni djeluju kao aktivni centri, pa se pravi razlika između kationske i anjonske polimerizacije. U industriji radikalnom polimerizacijom nastaju najvažniji polimeri: polietilen, polistiren i mnogi drugi. Jonska polimerizacija se koristi u proizvodnji sintetičkih kaučuka.

Polikondenzacija

Proces stvaranja visokomolekularnog spoja sa odvajanjem nekih niskomolekularnih supstanci kao nusproizvoda je polikondenzacija, koja se razlikuje od polimerizacije po tome što elementarni sastav rezultirajuće makromolekule ne odgovara sastavu početnih tvari. učestvuje u reakciji. Oni mogu uključivati ​​samo spojeve s funkcionalnim grupama, koje u interakciji odcjepljuju molekul jednostavne tvari i stvaraju novu vezu. Polikondenzacija bifunkcionalnih spojeva proizvodi linearne polimere. Kada polifunkcionalni spojevi sudjeluju u reakciji, formiraju se BMC s razgranatom ili čak prostornom strukturom. Supstance male molekularne težine nastale tokom reakcije takođe stupaju u interakciju sa međuproizvodima, uzrokujući prekid lanca. Stoga ih je bolje ukloniti iz zone reakcije.

Određeni polimeri se ne mogu dobiti poznatim metodama polimerizacije ili polikondenzacije, jer ne postoje potrebni početni monomeri koji bi mogli sudjelovati u njima. U ovom slučaju, sinteza polimera se provodi uz sudjelovanje visokomolekularnih spojeva koji sadrže funkcionalne grupe koje su sposobne međusobno reagirati.

Svakim danom klasifikacija polimera postaje sve složenija, jer se pojavljuju sve više i više novih vrsta ovih nevjerovatnih tvari s unaprijed određenim svojstvima, a ljudi više ne mogu zamisliti svoj život bez njih. Međutim, javlja se još jedan problem, ne manje važan - mogućnost njihovog lakog i jeftinog zbrinjavanja. Rješavanje ovog problema je veoma važno za postojanje planete.