Властивості та застосування полімерів

№ п/п	Властивості	Галузі застосування
1.	Водо- і газо­непроникність	Виготовлення пакувальних матеріалів, плівки для теплиць тощо.
2.	Морозостійкість, хімічна стійкість	Виготовлення предметів побутового призначення, водо­гінних труб, деталей апаратів, що працюють в агресив­ному середо­вищі, посуду для перевезення і зберігання лугів і кислот, антикорозійних покриттів.
3.	Електроізоляційні властивості	Виготовлення ізоляційних матеріалів для покриття електрич­ного дроту та кабелів.
4.	Оптичні властивості	Виготовлення плівок для теплиць (на відміну від скла поліетиленова плівка не поглинає потрібні рослинам ультрафіолетові промені).
5.	Механічна міцність	Виготовлення деталей машин.
6.	Пластичність	Виготовлення лінолеуму, штучної шкіри, плащової тканини.
7	Термічна стійкість	Виготовлення електроізоляційних матеріалів, виробів, що експлуатуються при високій температурі.

Полімери на службі охорони медицини. Завдяки виробництву полімерів із широким спектром властивостей, сьогодні по-новому вирішуються питання охорони здоров'я. Хірурги успішно здійснюють заміну уражених ділянок кровоносних судин, бронхів, трахей, стравоходу еластичними і міцними пластмасовими трубками. Штучні кровоносні судини з часом обростають оболонкою з клітин організму, не викликаючи запальних процесів, тому що мають бактерицидну дію. Переломи кісток склеюють синтетичним полімерним клеєм, що є надійним засобом для швидкого виліковування. Спеціальні водорозчинні полімери здатні замінити до третини крові людського організму. Важливу роль в очищенні від різних домішок питної води, медичних препаратів, антибіотиків відіграють синтетичні йонообмінні смоли. Здобутки наукового прогресу наповнюють сьогодні всі сфери життя.

Висновки

Шляхом полімеризації ненасичених вуглеводнів і їх похідних добувають багато цінних синте­тичних матеріалів. Полімери стійкі до дії лугів, кислот, сильних окисників, мають високі механічні характеристики. Полімерні матеріали широко використовуються у техніці та побуті.

Думки великих

Хімія сама створила свій предмет. Ця творча здатність, схожа з мистецтвом, докорінно відрізняє хімію від інших природничих і гуманітарних наук.

М. Бертло

Запишіть до словника

Полімери – продукти реакції полімеризації, органічні матеріали, основу яких складають високо­молекулярні сполуки.

Пластмаси – полімерні матеріали, здатні при термічній переробці набувати задану форму і зберігати її при експлуатації.

Пластифікатори – спеціальні речовини, які додають у полімерну масу для підвищення еластичності матеріалу.

Творці хімії

Валентин Олексійович Каргін (1907-1969), радянської хімік, академік. Народився в Катеринославі (нині Дніпропетровськ).

Досліджував властивості високомолекулярних сполук (ВМС). У Московському університеті заснував першу в країні кафедру ВМС і незмінно її очолював. Розробив методи одержання пластмас, гуми, хімічних волокон, штучного закріплення грунтів. Лауреат 5-ти Державних премій, Герой Соціалістичної праці.

Для допитливих

Полімер високої стійкості.

Полімеризацією тетрафлуоретилену F₂C=CF₂ добувають політетрафлуоретилен, який називають ще тефлоном.

Це полімер, який має високу термічну стійкість (витримує нагрівання до 400 °С) і надзвичайно велику хімічну стійкість. На нього не діють ні концентровані кислоти, ні навіть «царська вода» – шар атомів Флуору надійно захищає карбоновий ланцюг від руйнування (мал. 25). Із тефлону виготовляють деталі приладів у хімічній промисловості, хірургічні протези, антипригарні покриття сковорідок та прасок.

Мал. 25. Моделі молекул тетрафлуоретилену та політетрафлуоретилену

Це – важливо.

Куди дівати використані пластикові пляшки?

Якщо розглянути етикетку на пляшці з-під мінеральних вод чи напоїв, то можна зустріти абревіатуру ПЕТФ, яка вказує, що посуд виготовлений з поліетилентерефталату. Цей полімер міцний, зручний для виготовлення пляшок методом штамповки. Великого розповсюдження сьогодні набули і такі полімери як поліетилен та полівінілхлорид. З них виготовляють різноманітні пакети, плівки, лінолеум, штучну шкіру та ін.

Оскільки полімери не руйнуються сотні років, то для охорони довкілля важливо навчитися утилізувати їх. Перш ніж приступити до їх утилізації, треба провести сортування пластмасових виробів за видом полімеру, бо деякі з них, наприклад полівінілхлорид, утворють отруйні діоксини. Про масову промислову переробку пластмасових відходів у світі поки-що не йдеться, хоча деякі країни поставили за мету переробляти до 50% пластмасових відходів.

Тому важливою для нас залишається вимога не розкидати відходи побутової хімії на узбіччях доріг, автострад, залізниць, стихійних звалищах, а доносити їх в спеціально відведені місця. Це доступно і просто та не потребує фінансових затрат.

Це – цікаво

Як з’явилась перша пластмаса. На початку ХХ ст. молодий бельгійський хімік Л. Бакеланд, який працював у США, зацікавився в’язкою рідиною, що утворилась внаслідок реакції між давно відомими речовинами – фенолом та формальдегідом. Одного разу, нагріваючи цю суміш під тиском, він одержав тверду і прозору речовину, яка витримувала високу температуру, була дуже стійкою до дії хімічних речовин та механічного зносу, не боялась вологи і на довершення всього виявилась чудовим ізолятором електричного струму. Новий матеріал на його честь назвали бакелітом. Бакеліт став першим продуктом нової галузі промисловості – індустрії пластичних мас.

Органічне скло

Поліакрилати – пластмаси, які виробляють на основі полімерів похідних акрилової (пропенової) кислоти СН₂=СН–СООН. Особливого поширення набули прозорі, склоподібні матеріали – поліметилметакрилати. Вони в десятки разів міцніші за звичайне скло. Із поліакрилатів виготовляють скло, запобіжне та годинникове скло. Їх можна добути і у вигляді порошку, з якого виробляють зубні протези або використовують для нарощування нігтів.

Перевір себе

1. Що називають реакцією полімеризації? У чому полягає механізм утворення полімерів?

2. Чому полімер не має певної температури плавлення? Які особливості поняття «відносна молекулярна маса» для полімерів і низькомолекулярних речовин?

3. Що таке пластмаси? Які особливості цих полімерів?

4. Пластмаси мають властивості: а) горючість; б) негорючість; в) розчинність; г) термо­пластичність; д) електропровідність; е) хімічну стійкість; є) електроізоляційну здатність.

5. Назви галузі застосування пластмас в залежності від їхніх властивостей.

Поміркуй

1. Як визначити ступінь полімеризації етилену, якщо середня молекулярна маса полімеру становить, наприклад, 280000?

2. Як пояснити, що етилен знебарвлює бромну воду, а поліетилен – ні?

3. Полімеризацією хлоретилену СНCl=CH₂, який називають також вінілхлоридом, одержують полівінілхлорид, із якого виробляють водогінні труби, плівки, шпалери тощо. Напиши схему реакції полімеризації. Зазнач структурну ланку полімеру. Яка масова частка Хлору в даному полімері?

4. Напої і їжу часто зберігають у пластмасовому посуді. Чи не зашкодить це здоров’ю? Чи можна їсти із пластмасового посуду?

Подискутуйте

1. Порівняйте різні види пластмас. Обговоріть їхні переваги і недоліки, перспективи їх використання у майбутньому. Чи стане, на ваш погляд, ХХІ століття епохою полімерів?

2. Через високу хімічну стійкість полімерних матеріалів виникає проблема утилізації полімерних виробів, що відпрацювали. Запропонуйте кілька способів утилізації полімерних відходів, доведіть їхню перевагу.

Природний каучук. Каучуки – це еластичні матеріали, з яких виготовляють гуму. Індіанці, корінні жителі Південної Америки, отримували натуральний каучук із соку дерева гевеї – головного каучуконоса. З розрізів на деревині витікає молочний сік, який висихає на повітрі й темніє, його називають латексом. З латексу бразильської гевеї (мал. 26) і виділяють натуральний каучук.

Багато сотень років тому індіанці навчилися просочувати смолою гевеї одяг і той набував властивості не промокати. Із деревної смоли робили також взуття, пляшки та різний посуд. Європейці познайомилися із цим матеріалом у XVI столітті після плавання Колумба.

Натуральний, або природний, каучук за хімічним складом є високомолекулярним ненасиченим вуглеводнем складу (С₅Н₈)_n, де n становить від 1000 до 3000. Він є похідним дієнових вуглеводнів, які містять у карбоновому ланцюгу два подвійних зв’язки. Натуральний каучук – полімер 2-метил-1,3-бутадієну, або ізопрену (назви дієнових вуглеводнів утворюють від назв насичених вуглеводнів, у яких останню букву замінюють закінченням – дієн; цифрами вказують місцезнаходження подвійних зв’язків у ланцюгу):

1 2 3 4

nСН₂=С–СН=СН₂ → (–СН₂–С=СН–СН₂–)_n

| |

CН₃ CН₃

2-метил-1,3-бутадієн (ізопрен) поліізопрен (натуральний каучук)

Макромолекули натурального каучуку побудовані лінійно, хоч і скручені в спіралі або клубки, які легко «розтягуються». Якщо розтягування припинити, то внаслідок внутрішнього теплового руху окремих ланок макромолекули повертаються до початкового стану. Цим пояснюється еластичність каучуку.

Синтетичний каучук. Зростаючі потреби промисловості зумовили необхідність розробки методів добування синтетичного каучуку. Синтетичні каучуки – це високомолекулярні сполуки, які одержують полімеризацією дієнових вуглеводнів.

Бутадієновий каучук був першим синтетичним каучуком, метод синтезу якого запропонував у 1927 р. радянський хімік С. В. Лебедєв. Бутадієн полімеризували за наявності каталізатора – металічного натрію, а необхідний 1,3-бутадієн одержували з етанолу шляхом одночасної дегідратації та дегідрогенізації за температури 400…500 ^○С над каталізатором – Al₂O₃ та ZnO:

2С₂Н₅ОН → СН₂=СН–СН=СН₂ + 2Н₂О + Н₂

етанол 1,3-бутадієн

nСН₂=СН–СН=СН₂ → (–СН₂–СН=СН–СН₂ –)_n

полібутадієн

Пізніше встановили, що вигідніше добувати бутадієн із бутану, що утворюється в результаті переробки нафти.

Перші зразки синтетичних бутадієнових каучуків поступалися перед натуральними як за еластичністю, так і за зносостійкістю. Тепер освоєно виробництво бутадієнових каучуків впорядкованішої структури; їх назвали дивініловими. Синтетичні дивінілові каучуки за властивостями близькі до натурального, а за стійкістю проти стирання навіть перевершують його.

Сьогодні промисловість випускає кілька видів каучуків. Із каучуку та продуктів його переробки виготовляють шини і камери для літаків, автомобілів і велосипедів. Їх використовують для електроізоляції, виробництва промислових товарів та медичних приладів.

Гума. Використання сирого каучуку досить обмежене через невисокі експлуатаційні власти­вості. Він липкий, недостатньо міцний, при низьких температурах стає крихким. Для поліпшення якості натуральних і синтетичних каучуків їх перетворюють на гуму. Гума – це вулканізований каучук. Суть вулканізації полягає в насиченні каучуку сіркою при нагріванні. Атоми Сульфуру приєднуються до ниткоподібних макромолекул каучуку на місці подвійних зв’язків. Один із зв’язків при цьому розривається і сюди приєднуються атоми Сульфуру, які наче зшивають макромолекули одна з одною (мал. 27) . Внаслідок вулканізації липкий і неміцний каучук перетворюється на пружну і еластичну гуму. Гума (мал. 27, 28) міцніша за каучук і стійкіша до змін температури.

Висновки

Каучук та гума широко використовуються в авто-, авіа-, машинобудуванні, в електротехніці, медицині, побуті. Виробництво синтетичного каучуку і гуми щорічно зростає.

Для допитливих

Силікони. Що це?

Ви чули, напевне, про так звану Силіконову долину в США – своєрідний символ сучасного науково-технічного прогресу. Що ж являють собою силікони?

Поліорганосилоксани, або силікони, це синтетичні полімерні матеріали, основний ланцюг яких містить почергово атоми Силіцію та Оксигену, а органічні замісники складають бокові групи:

R R

| |

… – Si – О – Si – О – …

| |

R R

Ці своєрідні гібриди кремнезему і органічного полімеру, як і передбачав один із творців таких матеріалів академік К.А. Андріанов, поєднують високу термічну та хімічну стійкість кремнезему (кварцу) і еластичність каучуку. Силікон зберігає еластичність в дуже широкому інтервалі температур – від -60⁰ С до +200⁰ С. Порівняно з гумою, силікони набагато стійкіші і до дії органічних розчинників, масел, ультрафіолетового випромінювання.

Якщо молекулярна маса силіконового полімеру не дуже велика, то він перебуває у рідкому стані, і використовується як мастило, що може працювати і в Антарктиці і в розігрітій печі. Виробництво силіконів щорічно зростає.

Це – цікаво

Як винайшли гуму

У 1839 році американський винахідник Ч. Гудьїр розробив спосіб вулканізації каучуку. Допоміг цьому випадок… Одного разу винахідник упустив на гарячу плиту пластину каучуку, обсипану сіркою. Він дуже здивувався, коли побачив, що пластина не зіпсувалася, а, навпаки, стала пружною та еластичною. Ч. Гудьїр здогадався, що зміни в каучуку викликані присутністю сірки. Під дією сірки при помірному нагріванні каучук набуває високої міцності, твердості, стає менш чутливим до температурних змін.