Полімери

Склад і будова поліетилену. Молекули етилену здатні вступати в реакцію сполучення між собою, утворюючи довші ланцюги з високими значеннями молекулярних мас. У результаті реакції утворюється так званий полімер.

Процес послідовного сполучення молекул називається низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної називається полімеризацією (від грец. полі – численний, багато, і мерос – частина).

Унаслідок полімеризації етилену утворюється полімер

СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + ...

СН2 - СН2 - + - СН2 - СН2 - + - СН2 - СН2 - СН2 - + ...

СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 -...

Або у скороченому вигляді:

nСН2 + СН2 (- СН2 - СН2 -)n

Етилен Поліетилен

Реакція відбувається за підвищених тиску і температури та за наявності каталізатора.

Вихідні низькомолекулярні речовини називаються мономерами (від грец. моно – один) . Етилен – мономер у реакції полімеризації.

У структурі полімеру можна визначити фрагменти, що повторюються по всій довжині ланцюга, у поліетилені це групи - СН2 - СН2 -. Такі групи атомів, що повторюються і становлять основу хімічної будови полімерного ланцюга, називаються мономер ними ланками.

Число n, що показує, скільки молекул мономера сполучається, утворюючи полімери, називається ступенем полімеризації.

Мономерна ланка

nСН2 + СН2 (- СН2 - СН2 -)n

Етилен Поліетилен

Ступінь полімеризації

У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру.

Властивості поліетилену. На дотик поліетилен ніби масний, нагадує твердий парафін. Причина цього – подібність складу й хімічної будови цих речовин: парафін належить до вищих вуглеводів (С18- С35), у його структурі, як і в структурі поліетилену, повторюються групи - СН2 -.

Поліетилен у масі – тверда речовина білого кольору, але легко забарвлюється в різні кольори, не тоне у воді. Плавиться у межах 102-105оС або 125 - 137 оС, залежно від способу добування полімеру.

Процес плавлення полімерів має свої особливості, зумовлені взаємодією між молекулами, що мають значну довжину. У процесі нагрівання в розплавлений стан переходять насамперед коротші молекули, потім – довші, звідси широкий інтервал температур плавлення, а не точка плавлення, як у низькомолекулярних речовин.

У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після тверднення полімеру. Така властивість називається термопластичністю.

Поліетилен - доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім’яти, але важко розірвати. Поліетилен не проводить електричного струму. Він стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину перманганату калію і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою.

Щоб надавати полімеру потрібних експлуатаційних властивостей, тобто перетворити його на пластмасу, матеріал, з якого можна виготовляти різні вироби, в полімерну масу добавляють спеціальні речовини. Наприклад, завдяки пластифікаторами твердий полімер перетворюється на еластичний матеріал. Щоб зробити пластичну масу поруватою, до неї додають речовини, в результаті розкладання яких виділяються гази; таким чином виготовляють пінопласти. Для підвищення термо-, світло- і хімічної стійкості добавляють проти окисники *(антиоксиданти), для забарвлення – пігменти, щоб запобігти наелектризованості – антистатики; у пластмаси вводять також наповнювачі – кварц, крейду, волокна тощо. Завдяки різним добавкам з того самого полімеру можна виробляти різні за властивостями матеріали, а з них виготовляти різні вироби, наприклад деталі конструкцій і взуття.

Пластмаси належать до найважливіших сучасних матеріалів, що застосовуються в техніці, сільському господарстві, побуті. Це зумовлено тим, що вони мають властивості, завдяки яким їх використання є економічно вигідним. До них належать: низька густина (легкість), хімічна стійкість, низька теплопровідність, легкість забарвлювання, високі оптичні якості, а також можливість змінювати ці властивості в широких межах через зміну структури полімерів.

Величезні достоїнства пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхіності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси – високій продуктивності виробництва.

Експлуатаційні недоліки пластмас пов’язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, наприклад, обмежується його низькою температурою плавлення.

З якими недоліками пластмасових виробів ви зустрічалися у процесі їх використання? Наведіть приклади.

Дуже близький за властивостями до поліетилену поліпропілен. Фрагмент ланцюга цього полімеру можна представити такою структурною формулою:

(- СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 -)n

CH3 CH3 CH3

За фрагментом молекули поліпропілену визначте мономер, мономерну ланку полімеру, напишіть структурні формули.

З поліпропілену виготовляють деталі машин, труби, плівку, риболовні сітки, побутові вироби, волокна. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.

Якщо в молекулі етилену замінити один атом Гідрогену на атом Хлору, матимемо хлорвініл СН2 = СН ( за назвою радикала вінілу СН2 = СН - ). З

Cl

хлорвінілу добувають полімер поліхлорвініл: (- СН2 - СН-)n .

Cl

Пластмаси, вироблені на основі поліхлорвінілу, використовують газо- та водогінні труби, технічні волокна. Ці матеріали стійкі проти дії кислот, лугів, легко забарвлюються, разом з тим важко загоряються і мають здатність до само гасіння.

Які властивості, на вашу думку, зумовлюють використання поліхлорвінілу для виготовлення лінолеуму?

Унікальні властивості має полімерний матеріал тефлон, який добувають з тетрафторетилену: ( - СF2 - СF2 -)n/

За особливу хімічну стійкість його назвали “органічною платиною”. Він не розчиняється ні в “царській воді” (суміш нітратної та хлоридної кислоти), ні в органічних розчинниках, стійкий проти холоду й нагрівання, неотруйний, світлостійкий. Завдяки цим властивостям з поліетрафторетилену виготовляють деталі машин і приладів, апаратів, що працюють у