Презентация к уроку химии "полимеры". Преимущества реакции на границе раздела фаз

1 слайд

2 слайд

Определение полимеров ПОЛИМЕРЫ (от поли... и греч. meros - доля, часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. Термин «полимеры введен Й. Я. Берцелиусом в 1833.

3 слайд

Классификация По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (напр., полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации. По форме молекул различают линейные, разветвленные и сетчатые полимеры, по природе - органические, элементоорганические, неорганические полимеры.

4 слайд

Строение ПОЛИМЕРЫ - вещества, молекулы которых состоят из большого числа структурно повторяющихся звеньев - мономеров. Молекулярная масса полимеров достигает 106, а геометрические размеры молекул могут быть настолько велики, что растворы этих веществ по свойствам приближаются к коллоидным системам.

5 слайд

Строение По строению макромолекулы подразделяются на линейные, схематически обозначаемые -А-А-А-А-А-, (например, каучук натуральный); разветвленные, имеющие боковые ответвления (например, амилопектин); и сетчатые или сшитые, если соседние макромолекулы соединены поперечными химическими связями (например, отвержденные эпоксидные смолы). Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.

6 слайд

Реакция полимеризации Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое. Реакция полимеризации не сопровождается отщеплением каких-либо низкомолекулярных побочных продуктов. При полимеризации полимер и мономер характеризуются одинаковым элементным составом.

7 слайд

Получение полипропилена n СН2 = СН → (- СН2 – СН-)n | | СН3 СН3 пропилен полипропилен Выражение в скобках называют Структурным звеном, а число n в формуле полимера – степенью полимеризации.

8 слайд

Реакция сополимеризации Образование полимера из разных веществ непредельного характера, например, бутадиенстирольного каучука. nСН2=СН-СН=СН2 + nСН2=СН → (-СН2-СН=СН-СН2- СН2-СН-)n ǀ ǀ C6H5 C6H5

9 слайд

Реакция поликонденсации Помимо реакции полимеризации полимеры можно получить поликонденсацией - реакцией, при которой происходит перегруппировка атомов полимеров и выделение из сферы реакции воды или других низкомолекулярных веществ.

10 слайд

Получение крахмала или целлюлозы nС6Н12О6 → (- С6Н10О5 -)n + Н2О глюкоза полисахарид

11 слайд

Классификация Полимеры линейные и разветвленные образуют класс термопластических полимеров или термопластов, а пространственные - класс термореактивных полимеров или реактопластов.

12 слайд

Применение Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы. В технике полимеры нашли широкое применение в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов.

13 слайд

Полимеры – хорошие электроизоляторы, широко используются в производстве разнообразных по конструкции и назначению электрических конденсаторов, проводов, кабелей, На основе полимеров получены материалы, обладающие полупроводниковыми и магнитными свойствами. Значение биополимеров определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.

Реакции поликонденсации, приводящие к получению полиамидов взаимодействие диаминов с дикарбоновыми
кислотами,
диэфиров дикарбоновых кислот с
диаминами
дихлорангидридов дикарбоновых кислот с
диаминами
динитрилов кислот с альдегидами
дикарбоновых кислот с диизоцианатами

Свойства полиамидов

Полиамиды - твёрдые роговидные полимеры с высокой
температурой плавления (например, 2180 С у капрона, 2640
С у найлона).
хорошие механические свойства, стоики к истиранию и
отличаются высокой разрывной прочностью (700-750
кгс/см2).
Полиамиды регулярного строения очень стойки к
действию обычных растворителей. Только сильно
полярные соединения, такие, как фенол, крезолы,
муравьиная кислота, растворяют полиамиды такого
типа. Смешанные полиамиды растворяются при
нагревании в низших алифатических спиртах
(метиловом, этиловом) в смеси с небольшими
количествами воды (от 10 до 20%).

Промышленные полиамиды нерастворимы в органических растворителях, растворимы в органических кислотах (серной, уксусной),

При нагревании на воздухе в полиамидах протекает термоокислительная деструкция. Влага и УФ, действующие одновременно, резко

Свойства полиамидов зависят от молекулярной массы и строения исходных веществ

Водопоглощение полиамидов

Марки полиамидов обозначают цифрами. Первая цифра – число атомов углерода в исходном диамине, вторая – в кислоте

Поликондесация диаминов и дикарбоновых кислот протекает как равновесный процесс

n H2N–R–NH2+ n HOOC– R1- COOH
↔
H-(-HN–R–NH-CО–R1-CО-)OH
+Н2О

Выход и молекулярная масса полиамида зависят

от полноты и скорости удаления воды,
эквимолярности соотношения
компонентов
отсутствия монофункциональных
соединений
избыток одного из компонентов может
вызывать гидролитические реакции,
ацидолиз, аминолиз и привести к резкому
снижению молекулярной масс

В гексаметиленадипинате (соль АГ) гексаметилендиамин и адипиновая кислота сочетаются строго в эквимолярном соотношении

H2N–(СН2)6–NH2 + HOOC– (СН2)4-COOH →
n H3N+–(СН2)6–N+H3 –-O C (O)– (СН2)4-C (O)O-

При нагревании соли АГ в расплаве происходит её поликонденсация с образованием полиамида

n H3N+–(СН2)6–N+H3 –-OC(O)–(СН2)4-C (O)O-
→
Н(-НN-(СН2)6NНСО(СН2)4-СО-)n-ОН + (n-1)Н2О
найлон 66

СЫРЬЁ

Гексаметилендиамин (СН2)6 (NН2)2 Т кип=9092С. (при 1,86 кПа), Тпл= 39С
Адипиновая кислота HOOC– (СН2)4-COOH
белый кристалический порошок, растворим
в горячей воде, спирте. Тпл=151С
Себациновая кислота HOOC– (СН2)8-COOH
белый криствллический порошок Тпл=134

Ароматические диамины из-за слабой основности не дают солей с дикарбоновыми кислотами. Поэтому проведение реакции в расплаве не

Получение полиамидов на границе раздела фаз

-Сl-C+-R-C+-Cl-
+H N–R –NH
2
1
2
Сl-C-R-CCl -НСl Сl-C-R-C
H2N-R1-N+H2
H2N–R1–NH

Преимущества реакции на границе раздела фаз

Нет необходимость соблюдать строгую
эквимолярность исходных веществ – реакция
протекает на поверхности раздела фаз, поэтому
эквимолярность регулируется поверхностью
раздела.
Получается полимер с очень высокой степенью
полимеризации.
Реакция протекает с высокой скоростью в течение
нескольких минут до полного завершения.
Можно использовать всё многообразие диаминов и
дикарбоновых кислот, независимо от их
устойчивости к повышенным температурам.

Фенилон

Ароматический полиамид
получаемый из хлорангидрида
изофталевой кислоты и
метафенилендиамина.
На основе фенилона получают
термостойкое волокно.

Получение полиамидов из гетероциклических соединений по реакции полимеризации

R А ↔ –R–А–
+ Н2О ↔ N+H3-(СН2)nCOO- →
С(О)
(СН2)n
NН
→Н(-НN-R-CO-)nОН

СЫРЬЁ

Капролактам – лактам ε – аминокапроновой
кислоты
Белое кристаллическое вещество в виде
порошка или оплавленных кусочков Т пл=70С.
Хорошо растворим в воде и в органических
растворителях. Гигроскопичен, хранят в
закрытой таре. Применяется для получения
полиамида – капрона:
n капролактам+Н2О →Н(-НN-R-CO-)5ОН

капрон

ПА 6 (найлон 6, капрон) – гидролитическая полимеризация
капролактама в присутствии воды и соли АГ. Белый,
рогоподобный, аморфно – кристаллический. Устойчив к
действию бензина, нефти, растворителей, воды Тхр. – до-30С,
Тпластичности=160С. Высокие физико – механические свойства,
диэлектрические свойства, износостойкость. Нетоксичен и
физиологически инертен – используется для протезирования.
Недостаток – высокое водопоглощение (до10%, в атмосфере –
до 3%), что ухудшает свойства материала.
ПА-6 – конструкционный материал общетехнического
назначения в авиационой промышленности, медицине,
электротехнике (изоляция). Выпускается в виде гранул.
Плёночной ПА-6

Аминокислоты с числом метиленовых групп СH2 больше, чем у аминокапроновой кислоты (более 5), не образуют циклических соединений

(лактамов), и поликонденсация
их имеет общий вид:

Представители полиамидов, получаемых из аминокислот

энант
Н-[-NH-(СН2) 6-СО-]n-ОН
пеларгон
H-[-NН-(СН2) 8-СО-] n-ОН
ундекан
Н-[-NH-(СН 2) 10-СО-] n-ОН
(полиамид-11)

ПА-6 блочный (капролит, найлон 6)

Полимеризация в автоклаве при 200С и
атмосферном давлении, катализаторы
физико – механических свой блочного ПА-6
превосходят ПА-6, синтезируемого
гидролитической полимеризацией.
Изготовление габаритных толстостенных
изделей путём механической обработки
блоков. Перерабатывается фрезерованием,
сверлением,точением. Ответственные детали
в самолётостроении и машиностроении.
Выпускается в виде блоков

ПА-66

ПА-66 линейный полярный, аморфно – кристаллический
полимер, белый рогоподобный. Устойчив к
растворителям, бензину, нефти. ПА-66 по сравнению с
другими алифатическими полиамидами имеет самую
высокую прочность, жёсткость, абразивную
устойчивость, теплостойкость.
Конструкционный материал в машиностроении,
автомобилестроении, химической промышленности По
отношению к органическим и нерганическим средам
аналогичен ПА-6 и 66. Менее гигроскопичен, чем ПА-66.
Прочность, жёсткость, абразивостойкость ПА-610
несколько ниже, чем у ПА-66, однако стабильность этих
свойств выше у ПА-610 из-за меньшего водопоглощения
в условиях эксплуатации

ПА-610

конструкционный материал в
машиностроении, автомобильно, химической
промышленности, а также для производства
химических волокон и плёнок. Температура
эксплуатации изделий –от –60 до 170С.
Стоимость ПА-610 выше из-за высокой
стоимости себациновой кислоты. Выпускается
в виде гранул, перерабатывается литьём под
давлением, прессованием, экструзией.

Свойства полиамидов

Физико-механические свойства полиамидов
определяются количеством водородных связей на
единицу длины макромолекулы, которая
увеличивается в ряду ПА-12, ПА-610, ПА-6, ПА-66.
Увеличение линейной плотности водородных связей
в макромолекуле увеличивает температуру
плавления и стеклования материала, улучшает
теплостойкость и прочностные характеристики,
но вместе с тем увеличивается водопоглощение,
уменьшается стабильность свойств и размеров
материалов, ухудшаются диэлектрические
характеристики.

Применение

Полиамиды относятся к конструкционным
(инженерным) полимерным материалам. В
отличие от полимеров общего назначения,
конструкционные полимеры характеризуются
повышенной прочностью и термостойкостью,
и, соответственно, дороже бытовых
полимерных материалов. Они используются
при создании изделий, требующих
долговечности, износостойкости, пониженной
горючести и способных выдерживать
циклические нагрузки.

На российском рынке представлены следующие основные типы полиамидов: полиамид 6, полиамид 66, полиамид 610, полиамид 12,

полиамид 11. Наиболее широко в
мире и в России представлена
группа полиамидов ПА-6

Материал к уроку химии в 11 классе

УМК О.С. Габриеляна

ПОЛИМЕРЫ (от поли... и греч. meros - доля, часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов.

Термин «полимеры введен Й. Я. Берцелиусом в 1833.

По происхождению полимеры делят на природные , или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (напр., полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации. По форме молекул различают линейные, разветвленные и сетчатые полимеры, по природе - органические, элементоорганические, неорганические полимеры.

По строению макромолекулы подразделяются на линейные , схематически обозначаемые -А-А-А-А-А-, (например, каучук натуральный); разветвленные , имеющие боковые ответвления (например, амилопектин); и сетчатые или сшитые, если соседние макромолекулы соединены поперечными химическими связями (например, отвержденные эпоксидные смолы). Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.

Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией . В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое. Реакция полимеризации не сопровождается отщеплением каких-либо низкомолекулярных побочных продуктов. При полимеризации полимер и мономер характеризуются одинаковым элементным составом.

n СН 2 = СН → (- СН 2 – СН-) n

пропилен полипропилен

Выражение в скобках называют Структурным звеном, а число n в формуле полимера – степенью полимеризации.

Помимо реакции полимеризации полимеры можно получить поликонденсацией - реакцией, при которой происходит перегруппировка атомов полимеров и выделение из сферы реакции воды или других низкомолекулярных веществ.

n С 6 Н 12 О 6 → (- С 6 Н 10 О 5 -) n + Н 2 О

глюкоза полисахарид

Полимеры линейные и разветвленные образуют класс термопластических полимеров или термопластов, а пространственные - класс термореактивных полимеров или реактопластов.

Полиамиды (ПА) Полиамидами называются полимеры, содержащие амидную группу в основной цепи макромолекул Широкое применение нашли полиамиды: ПА-6, ПА-610 и смешанный полиамид ПА-54. Цифры 6, 10 и др. в условном обозначении полиамидов указывают на количество атомов углерода в составе исходных мономеров. Другие названия полиамидов – найлон, капрон, Chemlon, перлон, зайтел и др.

Внешние признаки полиамидов. Это твердые, рогоподобные вещества от белого до светло-кремового цвета. В ходе переработки и эксплуатации немного темнеют. В тонком слое прозрачные. При горении имеют запах жженого рога или горелых растений. Немного тяжелее воды.

Основные свойства. Полиамиды – частично кристаллические термопластичные полимеры невысокой молекулярной массы – 8 000 – 25 000. Имеют плотность 1140 - 1170 кг/м 3 и температуру плавления Тm = 215 -290ºС. Отличительные свойства полиамидов – высокая твердость, прочность на изгиб, износоустойчивость, т. е. высокая стойкость к истиранию, устойчивость к действию воды, масел и растворителей, хорошая совместимость с металлами. Большая часть свойств объясняется наличием амидных групп, которые связаны между собой с помощью водородных связей. Ряд свойств полиамидов зависит от их кристаллического устройства, в частности от содержания воды. Полиамиды взаимодействуют с окружающей средой обратимо впитывая влагу, при этом вода собирается в аморфных областях полиамида. Так, например в окружении воздуха, полиамид 6 принимает примерно 2, 5 -3, 5% воды, а полиамид 610 около 0, 5%. Влагопоглощение полиамидов напрямую влияет на их долговечность.

Получение Полиамиды получают поликонденсацией амидов многоосновных кислот с альдегидами, поликонденсацией высших аминокислот или диаминов с дикарбоновыми кислотами, конденсацией капролактама и солей диаминов дикарбоновых кислот и др. Соединение двух аминокислот. Множественная реакция образует длинные цепочки белков

Альдегиды Общая структура α-аминокислот, составляющих белки (кроме пролина). Составные части молекулы аминокислоты - аминогруппа NH 2, карбоксильна группа COOH, радикал (различается у всех α-аминокислот), αатом углерода (в центре).

Применение полиамидов. Благодаря этому полиамиды применяют для производства трущихся деталей (шестерни, подшипники), крепежной фурнитуры (мебельные стяжки, петли, дюбели, полкодержатели, опоры и колесики для мебели небольших размеров) и металлопластовой фурнитуры (мебельные ручки), а также при изготовлении нагруженных деталей офисных кресел. Полиамиды используют для производства износостойких, эластичных волокон, из которых изготовляют прочные ткани для обивки мебели, сетки для стульев, качалок и кресел. На основе полиамидов выпускают клеевые нити, искусственную кожу, меха и ковры.

Клеевые нити применяют для соединения листов натурального шпона "встык". Отдельные листы шпона закрепляют клеевыми нитями швом "зигзаг" Лист шпона Вершины "зигзага", в которых клеевая нить расплавляется и после охлаждения остывает, затвердевает и скрепляет листы шпона.

В машиностроении полиамиды наиболее часто применяются как конструкционный материал и могут быть армированы следующими компонентами: стекловолокно тальк графит масло дисульфид молибдена Полиамид также может быть использован как антикоррозийный материал для защиты металлов и для защиты бетона. В медицинской промышленности полиамидные волокна используются для изготовления протезов, хирургических нитей, искусственных кровеносных сосудов. В текстильной промышленности из полиамида изготавливают нити, ткани. В народном хозяйстве полиамид часто используется в качестве пленки, клеёв. В пищевой промышленности из полиамида производят различные оболочки для колбасных изделий.

Капрон (поли-ε-капроамид, найлон-6, полиамид 6)- синтетическое полиамидное волокно, получаемое из поли-εкапроамида - продукта полимеризации капролактама. Капролактам получают в ходе Бекмановской перегруппировки: Впервые поликапролактам как полимер для формования полиамидного волокна (под названием перлон) был синтезирован в 1938 г. в Германии Паулем Шлаком, работавшим в компании I. G. Farben

Свойства и применение Капрона Капрон или капроновое волокно - бело-прозрачное, очень прочное вещество. Эластичность капрона намного выше шелка. Прочность капрона зависит от технологии и тщательности производства. Капроновая нить диаметром 0, 1 миллиметра выдерживает 0, 55 килограммов. За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капрон вырабатывается нескольких сортов; хрустальнопрозрачный капрон более прочен, чем непрозрачный с мутножелтоватым или молочным оттенком. Наряду с высокой прочностью капроновые волокна характеризуются устойчивостью к истиранию, действию многократной деформации (изгибов).

Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна есть и недостатки. Оно малоустойчиво к действию кислот - макромолекулы капрона подвергаются гидролизу по месту амидных связей. Сравнительно невелика и теплостойкость капрона. При нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление. Из капрона изготовляют канаты, рыболовные сети, леску, гитарные струны, фильтровальные материалы, кордную ткань, а также штапельные ткани, чулки и другие бытовые товары. Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, широко используются в быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов. Из кордной ткани делают каркасы авто- и авиапокрышек. Будучи термопластичной, капроновая смола используется и в качестве пластмассы для изготовления деталей машин и механизмов - зубчатых колес, втулок, подшипников и т. п. , отличающихся большой прочностью и износостойкостью.

Полиамид-66 Найло н (найлон-66, полиамид 66 - найлон, nylon; найлон-6, полиамид 6 - капрон) - синтетический полиамид, используемый преимущественно в производстве волокон. Существуют два изомерных вида нейлона: полигексаметиленадипинамид (анид, найлон-66) и поли-ε-капроамид (капрон, найлон-6). Структура найлона

Нейлон-66 синтезируется поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Для обеспечения стехиометрического отношения реагентов 1: 1, необходимого для получения полимера с максимальной молекулярной массой, используется соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (АГ-соль):

Адипи новая кислота (гександиовая кислота) НООС(СН 2)4 СООН - двухосновная предельная карбоновая кислота. Гексаметилендиамин NH 2(CH 2)6 NH 2 -

В кристаллических участках макромолекулы нейлонов имеют конформацию плоского зигзага с образованием с соседними молекулами водородных связей между атомами кислорода карбонила и атомами водорода соседних амидных групп. Вследствие этого нейлоны обладают более высокими, по сравнению с полиэфирами и полиалкенами физико-механическими свойствами, более высокой степенью кристалличности (40 -60%) и температурами стеклования и плавления. При повышении степени кристалличности нейлонов их прочностные характеристики улучшаются, такое повышение кристалличности происходит и при холодной вытяжке волокна на 400600%, происходящая при этом ориентация макромолекул в направлении вытяжки ведет к повышению кристалличности и упрочнению волокна в 4 -6 раз. Нейлоны при нагревании на воздухе подвергаются термоокислительной деструкции, ведущей к снижению прочностных характеристик: при выдерживании на воздухе при температурах 100 -120°C предел прочности на растяжение снижается в 5 -10 раз. Деструкция ускоряется под воздействием ультрафиолетового излучения.

Синтез 66 -монополимера (нейлон) впервые был проведён 28 февраля 1935 года У. Карозерсом, главным химиком исследовательской лаборатории американской компании Du. Pont. Широкой общественности об этом было объявлено 27 октября 1938 года. Существует версия, что слово «нейло н» произошло от названий городов Нью -Йорк и Лондон (NYLON = New York + London). Также встречается мнение, что это слово - аббревиатура от New York Lab of Organic Nitrocompounds, однако достоверных сведений об этом нет. В словаре Вебстера сообщается, что это искусственно придуманное слово. В этимологическом словаре Дугласа Харпера указано, что название создано компанией Du. Pont из случайно выбранного родового слога nyl- и окончания on, часто употребляемого в названиях волокон (например, капрон), исходно взятого из английского слова «cotton» («хлопок»).

Получение капрона Для получения капрона используются некоторые производные аминокислот, например капролактам (продукт внутримолекулярного взаимодействия карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6- аминогексановой кислоты). Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом: O H 2 N –CH 2 –(CH 2) 4 –C + H –N –CH 2 –(CH 2) 4 –C + … OH OH O H O H 2 N –(CH 2) 5 –C –N –(CH 2) 5 –C – … + nH 2 O

Физические и химические свойства Физические особенности: полимер представляет собой смолу – эластичный, термопластичный, износостойкий прозрачный материал; легко окрашивается красками для тканей; благодаря наличию многочисленных водородных связей между амидными группами соседних макромолекул обладает высокой прочностью; Химические особенности: при сильном нагревании плавится. При горении образует твердый блестящий шарик темного цвета, распространяя неприятный запах; В реакциях на продукты разложения образуются соединения, содержащие аминогруппы, которые окрашивают красную лакмусовую бумажку в синий цвет; Растворяется только в концентрированной HNO 3, H 2 SO 4 и в расплавленном феноле. Розовый капрон

Виды материалов на основе капрона и их применение Пропуская под давлением расплав капрона через фильеры с мельчайшими отверстиями, получают волокна, превосходящие по прочности натуральные. Из низ делают кордную ткань, с помощью которой изготавливают каркасы для авто- и авиапокрышек, рыболовные сети, капроновые нити (колготки, чулки, гольфы). Капроновые ткани устойчивы к истиранию и не мнутся при деформациях. Однако они разрушаются кислотами и не выдерживают высоких температур, поэтому их нельзя гладить горячим утюгом. Также из капрона получают капроновую смолу, из которой делают пластмассы. Она используется для изготовления различных деталей машин, шестерней, вкладышей для подшипников, которые обладают исключительно большой прочностью и износоустойчивостью. Трос буксировочный (авиац. капрон) Капрон 70%