Раздел 1. Высокомолекулярные соединения (8 часов)

Тема 1. Полимерные материалы

Цели, задачи:

На фактическом уровне получения знаний:

1. Классификация и номенклатура высокомолекулярных соединений;

2. Методы получения полимеров;

3. Физико-химические свойства полимеров;

4. Старение и методы защиты полимерных материалов;

5. Применение полимеров.

На операционном уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Составлять уравнения реакций получения синтетических полимеров (реакции полимеризации, сополимеризации, поликонденсации);

2. Рассчитывать изменение энтальпии реакции полимеризации по величинам энергий связи.

На аналитическом уровне получения знаний:

Обучить студента делать выводы о:

1. Способе классификации полимеров по строению основной цепи и форме макромолекул;

2. Влиянии стереорегулярности структуры на тепловые и механические свойства полимера;

3. Связи фазовых состояний полимера с его механической прочностью;

4. Электрических свойствах полимеров.

Фактический материал:

I. Полимерные вещества классифицируются по следующим признакам:

а) происхождению: синтетические, природные, модифицированные;

б) форме макромолекул: линейные, разветвленные, сетчатые;

в) составу и строению основной цепи: карбоцепные, гетероцепные, элементорганические, неорганические;

г) отношению к нагреву: термопластичные, термореактивные.

1 Для обозначения синтетических полимеров используются тривиальные названия (капрон, нейлон и т.д.) и систематические названия, которые образуются из приставки поли- и названия мономера, входящего в элементарное звено макромолекулы: полиэтилен, полибутадиен, поливиниловый спирт и т.д.

II. Полимерные вещества получают методами полимеризации, поликонденсации и полимераналогичными превращениями (модификация полимеров).

III. Химические свойства полимеров зависят от их состава, молекулярной массы и структуры. Для полимеров характерны реакции взаимодействия функциональных групп, деструкции и структурирования (сшивания).

Механические свойства полимеров определяются элементным составом, молекулярной массой, структурой и физическим состоянием макромолекул. Большинство полимеров обычно находятся в аморфном состоянии. Для таких полимеров характерны три физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее. Однако, некоторые полимеры могут иметь и кристаллическую структуру.

Большинство полимеров относятся к диэлектрикам, диэлектрические свойства которых лежат в широких пределах и зависят от состава и структуры макромолекул. Полярные функциональные группы и примеси ухудшают диэлектрические свойства полимера. Некоторые полимеры обладают полупроводниковыми свойствами. Как прасило, это полимеры с системой сопряженных двойных связей.

IV. Высокомолекулярные синтетические органические и элементоорганические соединения служат основой для производства многих материалов: каучуков, волокон, пластмассы, пленок, лаков, красок и т. д..

V. Классификация процессов, протекающих при старении полимеров:

а) деструкция – процесс, протекающий с разрывом химической связи в цепи, приводящий к уменьшению молекулярной массы и ухудшению физико-химических свойств полимера;

б) структурирование – процесс образования новых связей, приводящий к изменению структуры и молекулярной массы полимера.

Для защиты полимера от старения используются следующие средства: (стабилизаторы, химические модификаторы, защитные покрытия) и методы: (структурная модификация, снижение концентрации агрессивных веществ внешней среде).

Выводы по теме:

1. Высокомолекулярные соединения служат основой для производства материалов различного назначения.

2. Физико-химические и механические свойства полимеров зависят от ряда факторов: молекулярной массы, структуры, формы, фазового состояния и т.д.

3. Старение полимерных материалов связано с изменением их строения и состава.

Вопросы для самоподготовки:

1. Привести схемы реакций полимеризации этилена и ацетилена. Сравнить электрические свойства полученных полимеров.

2. Написать уравнение реакции полимеризации пропилена. Привести изотактическую и атактическую структуры полимера. Сравнить их возможные фазовые состояния и механическую прочность.

3. Составить схему реакции полимеризации метилметакрилата. Охарактеризовать свойства продукта и указать области его применения.

4. Указать различие свойств между каучуком и резиной, полученной на его основе.

5. Составить схему реакции поликонденсации фенола и формальдегида. Предложить метод получения термореактивного полимера.

6. Определить понятие «олигомер» и указать области использования олигомеров.

7. Вычислить изменение энтальпии реакции полимеризации пропена по величинам энергий связей.

Список литературы: