Курсовая работа: Формирование основных понятий о высокомолекулярных веществах в курсе средней школы с экологической составляющей
Буква n показывает, сколько молекул мономера взаимно соединилось в процессе полимеризации; её называют степенью полимеризации , а многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов – структурными звеньями . Например, структурные звенья полиэтилена и полипропилена такие:
и 
Характерно, чтостепень полимеризации не является величиной постоянной. Так, при полимеризации этилена могут образоваться макромолекулы, у которых число n колеблется от 300 до 100 000. Поэтому обычно указываемая для данного полимера относительная молекулярная масса является его средней молекулярной массой.
Рассмотрим два представителя полимеров – полиэтилен и полипропилен . Они относятся к так называемым линейным полимером, хотя фактически имеют зигзагообразное строение. Их молекулы сильно изогнуты в различных направлениях , иногда даже свернуты в клубки.
В процессе полимеризации, например, пропилена, может образоваться полимер со стереонерегулярной структурой:
Стереонерегулярной эта структура называется потому, что радикалы –CH3 в ней размещены хаотически – по одну и другую стороны цепи. Обычно в процессе полимеризации образуются полимеры со стереонерегулярной структурой [1].
Получение. Еще недавно полиэтилен ( — CH2 — CH2 — )n получали под высоким давлением при повышенной температуре. Реализация такого производственного процесса была весьма сложной. В последнее время полимеризацию проводят при атмосферном давлении и комнатной температуре в присутствии триэтилалюминия и хлорида титана.
Синтезированный таким путем полиэтилен плавится при более высокой температуре и обладает большей механической прочностью, так как имеет большую молекулярную массу и меньше ответвлений. Подобным образом получают полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат и некоторые другие полимеры.
Физические свойства. Полиэтилен значительно легче воды, его плотность примерно 0,92 г/см3 . Он эластичен, в тонком слое бесцветный, прозрачный, на ощупь несколько жирный, напоминающий парафин. Если кусочек полиэтилена нагреть, то уже при температуре 110 °С он становится мягким и легко изменяет форму, но при очень сильном нагревании полиэтилен разлагается. При охлаждении полиэтилен затвердевает и сохраняет приданную ему форму.
Свойство тел изменить форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения называют термопастичностью .
Полипропилен отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления (плавится при температуре 160 – 180°С) и большей механической прочностью.
Химические свойства. Полиэтилен и полипропилен обладают свойствами предельных углеводородов. При обычных условиях эти полимеры не реагируют ни с серной кислотой, ни со щелочами. (Концентрированная азотная кислота разрушает полиэтилен, особенно при нагревании.) Они не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия даже при нагревании.
Применения. Полиэтилен и полипропилен химически устойчивы, механически прочны, поэтому их широко применяют при изготовлении оборудования в различных отраслях промышленности (аппараты, трубы, сосуды и т. д.). Они обладают высокими электроизоляционными свойствами. Полиэтилен и полипропилен в тонком слое хорошо пропускают ультрафиолетовые лучи. Пленки из этих материалов используются вместо стекла в парниках и теплицах. Их применяют также для упаковки разных продуктов [1] .
Но у Хомченко [3] то, что изложено про многие синтетические высокомолекулярные вещества, отличается от [1], и мы рассмотрим некоторые эти вещества:
Поливинилхлорид- продукт полимеризации хлористого винила CH2 =CHCl. Этот полимер обладает ценными свойствами: он не горюч, легко окрашивается. Широко применяется для изоляции проводов и кабелей.
Тефлон - продукт полимеризации тетрафторэтилена CF2 =CF2 . Это самое инертное органическое вещество, обладает высокой морозо- и теплоустойчивостью. [3]
Полимеры, получаемые в реакциях поликонденсации.
Строение молекул. Реакция поликонденсации – процесс образования высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных, которые сопровождается выделением простых низкомолекулярных продуктов (H2 O, NH3 , HCl и др.) [3, 5]. Рассмотрим, как при реакции поликонденсации образуются фенолформальдегидные смолы. Известно, что в молекуле фенола в положениях 2, 4 и 6 атомы водорода весьма подвижны, а для альдегидов характерны реакции присоединения, обусловленные наличием в них p-связи. В связи с этим реакцию фенола с формальдегидом можно отразить так:
Это промежуточное соединение затем реагируют с другими молекулами фенола:
Далее образовавшийся продукт реагируют с другими молекулами метаналя, а затем – с молекулами фенола и т. д. В результате этих реакций получаются высокомолекулярное вещество – фенолформальдегидная смола и побочный продукт – вода.
При повышенной температуре и давлении между разветвленными молекулами полимера происходит химическое взаимодействие и образуется полимер с пространственной структурой. Такой материал теряет термопластичность и становится более прочными.
Полимеры, которые при повышенной температуре не размягчаются и не плавятся в отличие от термопластичных полимеров, называются термореактивными .
Применение. Изфенолформальдегидного полимера (смолы), добавляя различные наполнители (древесная мука, хлопчатобумажная ткань, стеклянное волокно, различные красители и т. д.), получают фенолформальдегидные пластмассы, которые сокращенно называют фенолпластами [1, 3] .
Еще в [3] изложено, что фенопласты- важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности . Из них изготовляются большое количество изделий широкого потребления, электроизоляционные материалы и строительные детали [3] .
1.2.2 Синтетические каучуки
В России нет природных источников получения натурального каучука, поэтому необходимо было получить его синтетическим путем [2].
Под руководством академика С. В. Лебедева впервые в мире был разработан метод промышленного производства синтетического каучука из 1,3-бутадиена (1932 г.). Его получали из этилового спирта. В настоящее время для получения синтетических каучуков в основном используются углеводороды, содержащиеся в нефтяных газах и продуктах переработки нефти.