ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Московский государственный университет технологий и управления (образован в 1953 году) Кафедра органической, физической и коллоидной химии Дистанционное обучение Хим.орг. – 5.22.2701.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2701.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2701.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2701.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2703.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2703.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2703.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2703.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2704.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2704.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2704.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2704.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2705.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2705.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2705.зчн.скр . Хим.орг. – 5.22.2705.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2707.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2707.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2707.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2707.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2708.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2708.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2708.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2708.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2710.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2710.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2710.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2710.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.2712.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.2712.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.2712.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.2712.зчн.плн. Хим.орг. – 5.22.0135.очн.плн. Хим.орг. – 5.22.0135.вчр.плн. Хим.орг. – 5.22.0135.зчн.скр. Хим.орг. – 5.22.0135.зчн.плн. А.М. ЕВТУШЕНКО, И.Г. КРАШЕНИННИКОВА И.И. ГРИГОРЬЕВСКАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Учебно-практическое пособие для студентов технологических специальностей всех форм обучения www.msta.ru 5117 Москва - 2005

УДК: 541.18

© Евтушенко А.М., Крашенинникова И.Г. Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2005.

Учебное пособие содержит материал по разделу высокомолекулярных соединений. Указаны способы получения, химические свойства и применение. Для закрепления материала даны тесты.

Пособие предназначено для студентов технологических специальностей 2, 3,4 курса всех форм обучения.

Авторы: Евтушенко Анатолий Михайлович, Крашенинникова Ирина Геннадьевна.

Рецензенты: профессор, д.х.н. каф. «Химии и технологии высокомолекурянных соединений им. академика С.С. Медведева» МГАТХТ им. М.В. Ломоносова Грицкова И.А.

Доцент, к.х.н. каф. «Органическая и биологическая химия» МГАВМиБ им. К.И. Скрябина Царькова М.С.

Редактор:

© Московский государственный университет технологий и управления, 2005

109004, Москва, Земляной вал, 73.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

Кафедра органической, физической и коллоидной химии 1

УДК: 541.18 2

© Евтушенко А.М., Крашенинникова И.Г. Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2005. 2

Учебное пособие содержит материал по разделу высокомолекулярных соединений. Указаны способы получения, химические свойства и применение. Для закрепления материала даны тесты. 2

Пособие предназначено для студентов технологических специальностей 2, 3,4 курса всех форм обучения. 2

Авторы: Евтушенко Анатолий Михайлович, Крашенинникова Ирина Геннадьевна. 2

Рецензенты: профессор, д.х.н. каф. «Химии и технологии высокомолекурянных соединений им. академика С.С. Медведева» МГАТХТ им. М.В. Ломоносова Грицкова И.А. 2

Доцент, к.х.н. каф. «Органическая и биологическая химия» МГАВМиБ им. К.И. Скрябина Царькова М.С. 2

Редактор: 2

© Московский государственный университет технологий и управления, 2005 2

1. ВЫСОКОМОЛЕККУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 4

1.1. ПОНЯТИЕ О ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ 4

1. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 5

1.3. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ 9

СОЕДИНЕНИЙ 9

1.3.1. Понятие о реакциях полимеризации и поликонденсации 9

1.5. Высшие полисахариды 12

1.6. Каучуки и полимеризационные пластики 14

1.7. Полимеры эфиров 16

1.7.1. Высокомолекулярные продукты конденсации 17

1.8. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВМС 22

1.9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВМС С РАСТВОРИТЕЛЕМ 28

1.10. Набухание в технологии пищевых производств 31

1.10.1. СТУДНИ 32

1.11. РАСТВОРЫ ВМС 34

1.12. Применение высокомолекулярных веществ для защиты коллоидных растворов и флокуляции 36

1.13. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС И ВЯЗКОСТЬ ВМС. 38

1.14. тесты 42

2.ПОЛИМЕРЫ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ 46

ПРОМЫШЛЕННОСТИ 46

2.1. Таро-упаковочные материалы. 47

2.2. Уплотнительные пасты. 50

2.3. Консервные лаки и эмали. 51

2.4. Иониты. 51

2.5. Конструкционные материалы и покрытия в пищевом машиностроении. 51

2.6. Тесты 53

Ответы на тесты 1.14. 55

Ответы на тесты 2.6. 56

ТЕСТЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ 56

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57

Учебно-практическое пособие 58

1. Высокомолеккулярные соединения

1.1. Понятие о высокомолекулярных соединениях

Высокомолекулярные соединения и их растворы имеют важное значение в самых различных отраслях промышленно­сти и сельского хозяйства. Особенно велика их роль в жизне­деятельности животных и растений.

Натуральный шелк, хлопковые и многие лубяные волокна, шерсть, кожа, целлюлоза и ряд ее производных (нитроцел­люлоза, ацетилцеллюлоза, вискозный и медноаммиачный шелк, материалы для лаковых покрытий и др.), различные синтетические смолы, пластмассы, натуральные и синтетиче­ские каучуки, каучукоподобные и пленкообразующие матери­алы, синтетические волокна (капрон, анид, нейлон, нитрон, лавсан и др.), органические стекла — вот далеко не полный перечень высокополимеров, применяемых в народном хозяй­стве.

Не меньшее значение имеют высокомолекулярные вещест­ва в производстве продовольственных товаров. Белковые вещества — казеин, желатин, альбумин и другие, а также крахмалистые вещества — основа питания.

К высокомолекулярным органическим соединениям, часто называемым полимерами, в настоящее время относят вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до несколь­ких миллионов. Молекулы соединений с такой большой молекулярной массой состоят из сотен и даже тысяч отдельных атомов, связанных друг с другом силами главных валентно­стей. Каждая молекула высокомолекулярного вещества пред­ставляет собой гигантское образование. Такие огромные молекулы принято называть макромолекулами.

Большая молекулярная масса обусловливает и большие Размеры молекул высокомолекулярных веществ. Так, длина молекул каучука, и целлюлозы достигает 4000—8000 Å (400—800 ммк), поперечные размеры — 3—7,5 Å. Молекулы высо­комолекулярных веществ чаще имеют линейное строение иногда с ответвлениями. В некоторых случаях ответвления связывают между собой ряд молекул, образуя сетчатую, или трехмерную, структуру.

Из-за больших размеров молекул высокомолекулярных ве­ществ диффузия в их растворах идет медленно; макромоле­кулы неспособны проникать через полупроницаемые мембра­ны. Эти свойства, как известно, наиболее характерны для ти­пичных коллоидных систем. Поэтому растворы высокомоле­кулярных веществ ранее относили к коллоидам, и всем таким веществам механически приписывали свойства, присущие кол­лоидным системам. Однако сравнительное изучение типичных коллоидов и растворов высокомолекулярных веществ показа­ло принципиальное различие их свойств.

Как известно, для коллоидных систем обяза­тельно наличие поверхности раздела фаз, агрегативная и тер­модинамическая неустойчивость, необратимость, старение и необходимость третьего компонента (стабилизатора). Степень дисперсности коллоидных частиц определяет величину поверхности раздела на границе дисперсной фазы с дисперси­онной средой. От дисперсности же в значительной степени зависят свойства коллоидных систем. Последние могут быть устойчивыми только тогда, когда в них есть стабилизатор, ко­торый, адсорбируясь на поверхности раздела частица — сре­да, предотвращает их коагуляцию.

В противоположность типичным коллоидным системам растворы высокомолекулярных веществ обладают термоди­намической устойчивостью. Это позволило исследователям предположить возможность образования вокруг их молекул стабилизующих сольватных оболочек растворителей. Само­произвольное образование типичных растворов высокомоле­кулярных веществ подтверждает сродство между растворяемым высокополимером (дисперсная фаза) и растворителем (дисперсионная среда), т. е. лиофильность взятых веществ.

Основываясь на указанных особенностях двух систем, ра­нее разделяли эти системы на лиофобные и лиофильные кол­лоиды. Далее будет показано, что найденные закономер­ности в лиофобных системах оказались непригодными для объяснения процессов растворения высокомолекулярных сое­динений и свойств их растворов.

Каргин и его сотрудники доказали, что растворы высоко­молекулярных соединений должны быть отнесены к истинным (молекулярным), так как они термодинамически устойчивы, обратимы, гомогенны, т. е. однофазные системы. Сами высо­комолекулярные вещества способны самопроизвольно растворяться при соприкосновении с растворителями, а полученные растворы агрегативно устойчивы без введения третьего компонента — стабилизатора.

Благодаря большой молекулярной массе высокомолеку­лярные вещества не летучи и не способны перегоняться. Молекулы их под влиянием механических воздействий или окис­ления сравнительно легко расщепляются, что приводит к зна­чительному изменению свойств полимера. Например, при окислении молекулы каучука с молекулярной массой в 100000 достаточно всего одной молекулы (0,032%) кислорода, чтобы расщепить (деструктировать) молекулу каучука на две с молекулярной массой каждой 50 000. Ниже будет показано, как сильно зависят свойства полимеров от их молекулярной массы.

Из вышеприведенного перечня высокомолекулярных соединений можно видеть, что соединения этого класса облада­ют самыми различными свойствами. Так, натуральные и син­тетические каучуки высокоэластичны (обратимо растягиваются на сотни процентов), а большинство синтетических смол жестки, как стекло. Некоторые высокомолекулярные соединения растворяются в различных растворителях и дают ценнейшие для промышленности растворы в виде лаков, клеев и пленкообразователей, другие же не растворяются ни в чем. Одни обладают кислотостойкостью или диэлектрическими свойствами, у других этого нет и т. д. В настоящее время установлено, что свойства высокомолекулярных веществ зависят от условий их получения, температуры испытания, хи­мического строения, размеров и формы молекул, агрегатного состояния, интенсивности межмолекулярных связей и других факторов.