Полімери (стр. 1 из 3)

Науковий реферат

Полімери

Зміст

I. Вступ----------------------------------------------------------- 2

II. Теоретична частина----------------------------------------- 3

1.) Що таке полімери?-------------------------------------- 3

2.) Отримання полімерів----------------------------------- 4

3.) Агрегатний стан полімерів---------------------------- 5

4.) Полімерні волокна-------------------------------------- 5

5.) Полімерні рідкі кристали, надміцні волокна------ 9

6.)Анологія полімерного ланцюга Броунівського руху 10

III. Експериментальна частина------------------------------- 12

IV. Висновки----------------------------------------------------- 20

V. Список літератури----------------------------------------- 21

VI. Додатки------------------------------------------------------- 22

Вступ

Полімери мають широке технологічне застосування, починаючи з поліетиленових пакетів, гуми, тканин, паперу. Полімери відіграють важливі ролі і в живій природі: це молекули ДНК, в яких є генетична інформація і під керуванням яких працює жива клітина; молекули білків, шкіри, волосся, нігтів і багато іншого.

Мене ця тема зацікавила тим, що полімери – це надзвичайно цікаві речовини, над якими працюють багато вчених.

Існує багато методів дослідження полімерів, наприклад, вимірювання спектру поглинання полімерної плівки, за допомогою ренгену, та інші.

У цих речовин надзвичайно цікаві фізичні властивості, наприклад, у полімерів при нагріванні виникає анізотопія, тобто вони орієнтуються.

Отже, полімери – це речовини, які часто зустрічаються і в природі, і в житті людини з дуже цікавими фізичними властивостями.

Що таке полімери ?

Полімери – це речовини, що складаються з макромолекул, тобто з довгих ланцюгів окремих мономірних молекул. Структура ланок ланцюгів змінюється від одного полімеру до іншого.

. . . CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 . . .

Хімічна структура поліетилену мал. 1.1 а

Hа мал 1 .1 а схематично показано стуктуру найпростішого полімерного ланцюга макромолекули поліетилену.

Видно,що ця макромолекула складається з груп CH2 (які називаються ланками ланцюга),з’єднаних в ланцюг ковалентними хімічними зв’язками.

Для того, щоб молекула вважалась полімерною,число ланок в ланцюгу N повинно бути велике N >>1.Молекули полімерів такі ,як на мал. 1.1 а ,які не зустрічаються в природі, а синтезуються в хімічній лабораторії або на заводі (такі полімери називаються синтетичними) ,звичайно складаються з десятків тисяч ланок: N = 10 – 10.

Природні полімерні ланцюги можуть бути і довшими.Самими довгими з відомих полімерів є макромолекули ДНК , для них число мономірних лнацюгів в ланцюгу досягає міліарда (N = 10)(Літ 3. ст. 7).Через таку велику довжину ланок молекули полімерів і називають макромолекулами.

Таким чином, головною особливістю макромолекул є ланцюгова побудова, велика довжина та гнучкість, тобто присутність великої кількості конгломерації полімерного ланцюга, пов’язаних зі зміною кутів між окремими сегментами полімерного ланцюга. Та зв’язками між головним полімерним ланцюгом та додатковим мал. 1.1б.

. . . CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 . . .

Хімічна структура полістиролу мал. 1.1б

В результаті гнучкості полімерні ланцюги заплутуються в просторі в неупорядкований клубок (мал. 1.2б).

Конформація заплутаного клубка мал. 1.2б

Якщо мономірні ланки однакові – це гомополімери, якщо ж складаються з різних типів – це гетерополімери, або ж сополімери, наприклад ДНК. Полімерні ланцюги можуть змішуватися у різні способи утворюючи розгалуджені сітки.

Отримання полімерів

Довгі полімерні ланцюги отримують в результаті синтезу з низько- молекулярних з’єднань мономерів.Два осовні способи синтезу – полімеризація та поліконденсація.

При полімеризації відбувається послідовне приєднання мономерів до полімерного ланцюга ,що зростає згідно схеми An + A = An+1.

Для цього необхідно,щоб молекула мономера містила хоча б один подвійний або потрійний зв’язок.Поскільки полімеризація складається просто в перерозподілі валентних зв’язків між молекулами речовини (один подвійний зв’язок перетворюється в два одиничних),вона не супроводжу-ється виділенням побічних продуктів, проходить без зміни елементарного складу(складу атомів, які входять в систему ,що полімеризується).

Виникають істотні питання:при яких умовах починається процес росту ланцюга і коли цей прцес закінчується? Виявляється ,що сама по собі реакція полімеризації не буде проходити.Необхідно витратити енергію для створення із мономера активного центра(ініциатора полімеризації). Таким активним центром може бути вільний радикал або іон. Створення активних центрів може прходити під впливом теплової енергії,світла,радіактивного опромінення, при введенні в систему ініциаторів – речовин,які

легко створюють вільні радикали(наприклад перекис водню).Після створення активного центру ,реакція полімеризації проходить самотійно.

Агрегатний стан полімерів

Полімер може бути в одному із чотирьох станів: частково – кристалічному, склоподібному, високоеластичному та в’язкорідкому.

В якому саме – це залежить від сили і характеру взаємодії ланок.

Всі чотири можливих стани полімерних речовин дуже важливі з погляду практики.

Гуми використовуються в високоеластичному стані.А пластмаси – це полімерні речовини ,які в період формування виробів знаходяться в в’язкорідкому або високоеластичному стані, а під час експлуатації в склоподібному або частково – кристалічному стані.Існує ще один клас полімерних речовин – волокна.Для нас він не меньш важливий хоча б тому , що з волокон виготовляють майже весь одяг для людини. ( літ.1 ст.26)

Полімерні волокна

Що ж це таке і якому агрегатному стану відповідають полімерні волокна?

Фізичний стан ,в якому мають знаходитись полімерні волокна при їх використанні,визначабться їх практичним призначенням. Ясно ,що волокна повинні бути досить міцними і не повинні помітно розтягуватись під дією звичайних продольних напружень,які виникабть в волокні при його експлуатації.Це зразу виключає з розгляду для волокон високоеластичний та в’язкорідкий стани.Що стосується двох інших станів полімерів,то волокна можуть бути як частково – кристалічними (целюлозні волокна, найлон, лавсан) так і склоподібними (нітрон ,орлон).Проте структура волокон в цих станах має важливу особливість.

Якщо б полімерні ланцюги в частково – кристалічних волокнах були розташовані ,як показано на мал 2.1 в ,а в склоподібних волокнах - як показано на мал 2.1 а ,то такі волокна були б дуже низької якості. Їх міцність була б невелика ,деформованість ,навпаки,була б значною.

мал 2.1 а структура полімерної рідини

мал 2.1 в структура часково – кристалічного полімерного тіла

Дослідження структури частково – кристалічних природних волокон показали ,що кристали в них розміщені не хаотично ,як на мал 2.1 в ,а в більшості випадків параллельно осі волокна (мал 2.3а).

мал 2.3а структура орінтованих часково – кристалічних полімернх тіл

Точно таку ж переважну орієнтацію полімерних ланок вздовж осі волокна намагаються створити і в хімічних волокнах – як в частково – кристалічних, так і в тих ,що знаходяться в аморфному стані(мал 2.3б).

в них переважно орієнтовані вздвж осі волокна.Чим вище степінь анізотропії,тим вище модуль Юнга для поздовжних деформацій і тим міцнішим буде волокно. В воло

(наприклад із бавовни та шерсті) про формування такої сруктури попіклувалась сама природа. Дійсно ці частково – кристалічні волоспочатку сильно анізотропні ,як на мал 2.3а. А як же хімічні волокна? Виникають питання

забезпечити необхідну степінь анізотропії ? Для цього переводять полімерякого хочуть приготувати волокно в в’язко - рідкий стан.Проте отриманне таким чином волокно не є достатньо орієнтованним.Його структура відповідвє мал 2.1 а та 2.1 в. Щоб отримати структури мал 2.3а та мал 2.3б , до твердого волокна застосовують витяжку при те

яка перевищує температуру аморфних областей. На мал. 2.4 показана характерна залежність ро

відносного видовження волокна ▲l / l для волокон з частково – криса-лічних полімерів. При малих зна

(оборотні: після зняття навантаження волокно повертається до попередньстану).Проте ,коли напруження ,збільшуючись ,досягає значення σ0 (мал.2.4) ,деформація починає збільшуватись без зміни прикладеної нанавіть при її невеликому зменьшенні. На волокні утворюється так наз. „шийк

весь зразок (мал.2.5). Таким чином ,волокно може розтягнутись в декілька разів. Деформації ,які виникають в волокні після утворення „шийки” є незворотні. σ

мал. 2.4 Залежність напруги

від віносної деформації▲l / l для неорінтованого частково – кристалічного волокна.

З молекулярної точки зору утворення „шийки”(мал.2. 5. ) значить, що навантаження, прикладене до волокна, є настільки сильним, що руйнується частково-кристалічна структура з ізотропною орієнтацією кристалів, мал.