Тема 1.Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси, синтетичні каучуки, гума, штучні й синтетичні.

В реакцію сполучення молекули етилену можуть вступати не тільки із іншими речовинами, а і сполучатися між собою, утворюючи одну велику молекулу – макромолекулу. Ця реакція відбувається за певних умов (нагрівання, тиску, каталізатора).

Розглянемо як відбувається цей процес:

Якщо етилен нагріти до 150—200°С і піддати високому тиску, його молекули почнуть сполучатися одна з одною у великі молекули. Сполучення молекул відбувається за рахунок розриву в кожній з них подвійних зв'язків з утворенням одинарних й вивільненням двох одиниць валентності. Молекули поліетилену мають лінійну структуру. На кінцях полімерних молекул, зрозуміло, вільними валентності не залишаються, як це показано на схемі. Вони насичуються приєднанням до кінців молекул вільних атомів або радикалів, що утворюються при руйнуванні молекул етилену.

CH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 +…..→ —CH2—CH2— + —CH2—CH2— +

+ —CH2—CH2—….→ —CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2— …

Реакція полімеризації – це реакція сполучення однакових молекул в одну макромолекулу. Цю реакцію можна записати і у скороченому вигляді

nCH2=CH2 → [ —CH2—CH2— ]n

мономер структурна ланка

З грецької «polys-» - численний, великий, більший за норму. Тому полімери зовсім небезпідставно називають велетнями органічного світу. Адже, порівняно з іншими органічними сполуками, їхня молекулярна маса величезна - від десятків тисяч до мільйонів. Молекули полімерів побудовані з численних елементарних структурних ланок – залишків молекул низькомолекулярних сполук. Такі низькомолекулярні сполуки називають мономерами - від грецького «mono-» - один. Утворення полімеру шляхом послідовного сполучення молекул мономера називають полімеризацією. Поліетилен може бути виготовлений, як за температури високого так і низького тиску. Поліетилен низького тиску має більш впорядковану структуру.

Розглянемо полімеризацію на прикладі етилену:

CH2 = CH2 + CH2 = CH2 + ... + − CH2 − CH2 − CH2 − CH2 − ... → nCH2 = CH2

t° , P, k→ (− CH2 −CH2 −)n

CH2 = CH2 — мономер, вихідна речовина — вуглеводень, з якого синтезується полімер.

(− CH2 −CH2 −)n — полімер — молекула, що утворюється в результаті полімеризації.

(− CH2 −CH2 −) — елементарна ланка — повторювана частина молекули полімеру.

n — ступінь полімеризації — кількість елементарних ланок у молекулі полімеру, що дорівнює числу молекул мономеру. Склад поліпропілену, полівінілхлориду та інших полімерів.

Поліпропілен: (-СН2-СНСН3-), не поступається поліетилену за водо- і хімічною стійкістю, перевершує його за теплостійкістю (до 150°С) і механічними властивостями. Його недоліками є низька морозостійкість (–10...20)°С та інтенсивне старіння. З поліпропілену виготовляють деякі конструкційні деталі автомобілів, мотоциклів, корпуси насосів, труби для транспортування агресивних середовищ, плівки, ємності. Вироби з поліетилену і поліпропілену легко зварюються і піддаються механічній обробці. Полівінілхлорид: (-СН2-СНС1-) — полярний, аморфний полімер вінілхлориду. Завдяки високому вмісту хлору він не горить. При 130...170°.С відбувається розкладання полівінілхлориду, що супроводжується виділенням хлористого водню, що викликає корозію металевої арматури. Пластичні маси на основі полівінілхлориду випускають у вигляді: – твердих матеріалів, що не містять пластифікаторів, — вініпласт - має високу хімічну стійкість. Його застосовують для виготовлення різних деталей хімічного устаткування, труб, деталей вентиляційних і теплообмінних установок, муфт, елементів насосів, вентиляторів, захисних покрить на металах, а також як електроізоляційний матеріал у низьковольтній електротехніці. – м'яких, утримуючі пластифікатори — пластикат - знаходить широке застосування для виготовлення труб, конвеєрних стрічок, друкованих валиків, різних лінолеумів, плиток, гідроізоляційних і декоративних плівок, а також в електротехнічній промисловості для ізоляції й оболонок проводів і кабелю. Хлоруванням полівінілхлориду (вміст С1 60...80%) одержують перхлорвінил — матеріал, легкорозчинний в органічних розчинниках, який використовують для виготовлення фарб. Полістирол: [-(С6Н5)СН-СН2-]Л — синтетичний полімер; тверда склоподібна речовина (прозорий аморфний полімер стиролу); діелектрик, хімічно стійкий (абсолютно стійкий до води), нерозчинений в розчинниках; має гарні технологічні властивості. Для полістиролу характерна висока прозорість (пропускає до 90% променів видимої частини спектра). Основні недоліки полістиролу — його крихкість і погана стійкість до дії ряду органічних розчинників, низька (до 80°С) теплостійкість, схильність до старіння. З полістиролу виготовляють в основному пінопласти — пінополістирол (для звуко- і теплоізоляції), а також деталі машин і приладів (ручки, корпуса й ін.), ємності і судини для хімікатів, лицювальні плитки, плівки й ін. Ударомічний полістирол (УМС) одержують сополімеризацією стиролу з каучуком і застосовують для виготовлення деталей (корпусів) у електро- і радіотехнічної промисловості, різних судин, акумуляторних баків, щілинних фільтрів в авто- і літакобудуванні. Поліаміди (капрон, нейлон та ін.): — полярні пластмаси на основі полімеру, що кристалізується, утримуючої групи C, NH і CН2; тверді рогоподібні або прозорі склоподібні речовини. Вони мають високу температуру плавлення; характеризуються великою міцністю, високими теплостійкістю, зносостійкістю, стійкістю в оліях, бензині, лугах, низьким коефіцієнтом тертя і здатністю погашати вібрації. Недоліки поліамідів — схильність до старіння і деяка гігроскопічність. Поліаміди знаходять широке застосування в машинобудуванні, електротехніці, медицині для виготовлення підшипників, втулок, зубчастих передач, кулачків, затисків, клапанів, прокладок, антифрикційних і декоративних покрить та ін.