Полимерлер туралы жалпы түсінік  

Тақырып: Полимерлер туралы жалпы түсінік  

Жоспары

І. Кіріспе

Полимерлер туралы жалпы түсінік

ІІ. Негізгі бөлім

1. Полимерлену реакциясы

а) Полиэтиленді алу

б) Полиситиролдың алынуы

в) Политетрафторэтилен

2. Полимерлердің қасиеті
3. Полимер түрлері

ІІІ. Қорытынды

                                Кіріспе

     Жоғары молекулалы қосылыстарды қысқаша ЖМҚ деп стандартты атауға немесе «полимерлер» деуге болады. Полимерлер (грек. «поли»-көп, «мерос»-бөлшек) ондаған және жүздеген мың, кейде миллиондаған атомдардан тұратын үлкен молекулалар:

(-СН₂-СН₂-)_п                                    (-С₆Н₁₀О₅-)

Полиэтилен                         крахмал

Полимерлердің молекулалары көп рет қайталанып келіп отыратын бірдей немесе әр түрлі қарапайым молекулалардың  мономерлердің өзара әрекеттесіп  байланысуынан түзіледі.

Барлық үлкен молекулалы қосылыстар немесе полимерлер табиғи және синтетикалық болып бөлінеді.  Табиғи полимерлерге крахмал, целлюлоза, белоктар жатады. Синтетикалық полимерлерге  мономерлерден жасанды  жолмен алынатын  пластмассалар, синтетикалық иониттер, химиялық талшықтар, синтетикалық каучуктар т.б.  жатады. Полимерллер  негізгі тізбектің құрамы жөнінен карботізбекті, гетеротізбекті және элемент – органикалық болып үш топқа бөлінеді:

… — СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ — …

Полиэтилен (карботізбекті)

…- СН₂ – О —  СН₂ –О-  СН₂ – О – СН₂ — …

Полигликольдер (гетеротізбекті)

СН₃         СН₃        СН₃        СН₃                                   

… – О – Si – О – Si – О —  Si – О —  Si — …                                   

СН₃         СН₃        СН₃        СН₃

Полисилан (элементорганикалық қосылыс)

Бірдей молекулалардың ірі молекула болып, бірігіп қосылу процесін полимерлену реакциясы, оның өнімін полимер деп атайды.

Қазіргі кезде полимерлер өндіру қарқынды дамуда. Машина жасау, радио мен электротехника, құрылыс, сонымен қатар кеме, авто, ұшақ, ракета жасау өндірісін, жеңіл өнеркәсіпті, тұрмысты полимерсіз көзге елестету мүмкін емес.  Полимерлердің осындай көп түрлі болуы олардың химиялық құрамына, макромалекулаларында жеке бөліктерінің бір-бірімен қалай байланысқанына және олардың  кеңістіктегі геометриялық орналасуына байланысты.

Полимерлену реакциясы

Полимерлену реакциясы еселі (қос, үш) байланыстардың есебінен немесе тұйық тізбектердің ашылу салдарынан жүзеге асады. Монемерде инициатордың әсерінен тізбекті процесс түрінде жүреді. Инициатор ретінде бос радикалдарға жеңіл айырылатын заттар қолданылады. Радикалдар мономер малекулаларын радикалдық түрге айналдырып, полимерленудің тізбекті реакцияларының  басталуына себепші  болады. Мысалы,  стирол  бензоил  пероксидінің  әсерінен полистиролға  айналады.

Инициатордың (тізбек бастаушы)  түзілуі:

(С₆Н₅СО)₂О₂ →2С₆Н₅— Ċ=О+О  бұдан әрі С₆Н₅— Ċ=О тобын

Х∙  деп белгілейміз.

Тізбектің басталуы:

С₆Н₅— СН=СН₂+ Х∙  →СН – СН₂  — Х∙

|

С₆Н₅

Тізбектің дамуы:

СН-СН₂— Х∙  ^{С6Н5СН=СН2}        СН-СН₂ -СН-СН₂— Х∙  →

|                                          |                |

С₆Н₅                                   С₆Н₅            С₆Н₅

^{С6Н5СН=СН2}     СН-СН₂ -СН-СН₂— СН-СН₂— Х∙

|               |               |

С₆Н₅        С₆Н₅            С₆Н₅

Тізбекті полимерлену қопарылыстың жылдамдығындай жоғары жылдамдықпен өтеді. Оны төменгі температурада жүргізуге де болады. Полимерленудің аралық өнімдері – тұрақсыз бөлшектер, сондықтан тізбектің өсуі мономер түгел жұмсалып біткенше  немесе тізбек үзілгенше жалғасады. Тізбек екі радикал өзара кездескенше, сондай-ақ радикал басқа молекула әсерінен немесе ыдыс қабырғасына соқтығысып жойылған кезде үзіледі.

Полимерлену реакциясы радикалдық механизммен басқа иондық механизммен де жүреді. Бұл кезде белсенді бөлшектер қызыметін оң иондар  (катионды полимерлену) немесе теріс иондар (анионды полимерлену) атқарады.

Табиғи және әр түрлі синтездік каучуктардың макромолекулалары өте иілгіш, әрі серпімді болады. Олар молекуласында екі қос байланысы бар мономерлерден алынады. Оған мысал ретінде бутадиен -1,4 (дивинилді) полимерлеу арқылы синтездік каучук  алуды қарастырайық. Реакция нәтижесінде ұзын, иілгіш, серпімді тізбектер алынады. Бутадиенді каучук полимері тізбегінің  құрылысы этиленнің қатты полимерінен өзгеше болады. Бутадиен каучук полимері тізбегінің құрылысы этиленнің қатты полимерінен өзгеше болады. Бутадиен полимерленгенде, көміртек атомдары арасында әлі де қолданылмаған қос байланыстар, яғни әрбір құрылымдық буында бір-бірінен  қос байланыс қалады:

пН₂С= СН-СН= СН₂→[ -Н₂С= СН-СН= СН₂-]_п

Бұл қалдық қос байланыстар әрі қарай маңызды практикалық мәні бар реакцияларды жүргізу үшін өте қажет. Егер осындай каучукты күкірт қатысында өңдесе, онда каучуктағы қос байланыстар есебінен күкірт каучуктың макромолекулалары арасында көпіршелер түзіп, көлденеңінен «тігілген» полимер алынады. Бұл прцесс, яғни шикі каучуктан берік және серпімді резеңке алу вулканизация (вулкандау) деп аталады:

|

S

|

…-Н₂С= СН-СН= СН₂-…                …-Н₂С= СН-СН= СН₂-…

|

+mS→                  S

|

…-Н₂С= СН-СН= СН₂-…                  …-Н₂С= СН-СН= СН₂-…

|

S

Полимерлену реакциясы радикалды немесе иондық механизммен тізбекті процесс түрінде жүреді, ал поликонденсациялану реакциясы сатыланып жүреді және кіші молекулалы қосылыс бөледі.

Полиэтиленді алу

Полиэтилен –этилен полимері

Полиэтиленді этиленнің полимерленуі арқылы алады.

пСН₂=СН₂→[ -СН₂-СН₂-]_п

   Этиленді жоғары қысымда 150-250МПа және 150-250⁰С-да немесе кәдімгі атмосфералы қысымда және катализатор  ретінде триэтилалюминий қатысында полимерлеу арқылы полиэтилен алынады.

  Полиситиролдың алынуы

  Полиситирол – стирол полимері

  Полиситиролды стиролдың  полимерленуі арқылы алады.

пСН₂=СН- С₆Н₅→[ -СН₂— СН (С₆Н₅)- ] _п

Полиситирол шыны тәрізді мөлдір, қатты зат. Полиситиролдың электроизоляциялық қасиеті бар. Одан электромедициналық аппараттар жасайды.

Политетрафторэтилен

  [CF₂-CF₂-]

Тетрафторэтиленнің радикалдық полимеризациялануы арқылы алынады:

  П CF₂=CF₂ → [-CF₂-CF₂-]_п

Құрамында фтор болғандықтан ол қышқыл мен сілтіге және басқа да химиялықреактивтерге өте төзімді зат. Ол тіпті қайнаған сұйықтық патшасындада өзгермейді. Сондықтан ол химия, машина жасау өнеркәсібінде, машина бөлшектерін жасауға, тамақ өнеркәсібінде , одан тефлон деп аталатын мықты төзімді  талшықтар жасайды. Тефлонды жүрек клапандарын протездеу үшін және медициналық аппараттардың маңызды бөлікткрінде қолданылады.

Адам денесі көп жағдайда тефлонға кері әсер бергендіктен, одан жасанды адам мүшелері жасалады.

Полимерлердің қасиеті

Полимерлердің қаситтері қаситтері тұрақты болмайды, дегенмен маңызды сипаттаушы қаситтеріне орташа молекулалық массасы, температураға әсері, беріктігі, еріткіштерге әсері, беріктігі, еріткіштерге әсері, электроөткізгіштігі жатады.

Полимерлер механикалық берік келеді, әсіресе кеңістік құрылымды полимерлер ерекше берік болады. Беріктік қасиет полимерлердің тармақталу дәрежесі мен типіне байланысты.

Полимерлердің электр өткізгіштігі, әдетте өте нашар. Олардың электрлік қасиетіне оған электр өрісін бергенде көрсететін қасиеттері жатады.

Полимерлердің жылу өткізгіштігі нашар. Жылуөткізгіштік  дегеніміз-жылудың полимердің жылырақ бөлігінен суығырақ жеріне тасымалдауынан температураның теңесу процесі.

Әдетте кіші молекулалы заттар белгілі балқу, қату температурасымен және басқа да константаларымен сипатталады.Сызықтық құрылысты бір полимерді қыздырайық. Ең алдымен ол полимер жұмсарадыжәне әрі қарай темп.көтерген жағдайда ғана біртіндеп балқи бастайды, сөйтіп тұтқыр сұйықтыққа айналады. Полимерді айдау мақсатында оны қыздыруды жалғастырамыз. Полимердің айдалмай химиялықайырылуға түсетінін айқындаймыз. Кеңістік құрылымдағы полимерлер қыздырған кезде тұтқыр сұйықтық күйге де айналмай айырылады.

Көптеген полимерлер нашар еритіндігімен сипатталады. Сызықтық құрылымды заттар қандай да болмасын еріткіштерде қиын да болса тұтқыр ерітінді түзе ериді. Кеңістік полимерлер мүлдем ерімейді. Бұлардың кейбіреулері мысалы, резина тек қана існеді. Сонымен, үлкен молекулалы қосылыстардың механикалық беріктігі молекулааралық күштерінің көп болуымен түсіндіріледі.

Полимер түрлері

Полимерлер жалпы қасиетіне, жасалатын зат түрлеріне және өндіру әдісіне қарай: пластмассалар, эластомерлер, талшықтар, қабыршақтар деп бөлінеді.

1.Конструкциялық пластиктер.Оларды көбіне пластмассалар деп атайды. Басқа полимерлерден айырмашылығы мынадай: пластиктер – бөліне беріктігі 50-200кг/см² болатын қатты заттар.

2. Эластомерлер. Оған каучук және резеңке жатады. Эластомерлерге атына сәйкес жоғары иілімділік, созылғыштық тән, деформациялығы қайтымды.

3.Талшықтар мен жіптер. Бұларға осы талшықтардар тоқылған маталар жатады. Талшықты материалдың беріктігі, иілімділігі, қаттылығы және тығыздығы да анизотропиялық болады.

4.Қабыршақтар, лактар,бояулар және басқа қорғағыш, әсемдегіш жабындар. Бұл заттарда қасиеттердің анизотропиялығы өте айқын байқалады. Лак, бояу материалдарының олар жабатын негізбен берік байланысында – адгезияның да маңызы зор.

Қорытынды

Қазіргі кезде адамзат  ғарыштық биіктер мен өте терең бұрғылау ұңғымаларын бағындыра отырып, күрделі электронды есептегіш машиналардың микроскопиялық тетіктерінен  бастап,  үлкен каналдар  мен су қоймаларының гидрооқшаулағыштарын жасауға дейінгі барлық  жағдайда полимер бұйымдарымен жұмыс істейді.

Біздің уақытымызды полимерлер ғасыры деп атайды. Табиғи және жасанды полимерлер ерте заманнан адамзат өміріне маңызды орын алды, қазірде алуда. Бұл жерде ешқандай асыра айтушылық жоқ, олар біздің күнделікті өмірімізде кеңінен қолданылуда. Полимерлер – арзан шикізаттың бірі болып табылады.

Полимер бұйымдарының бұрын байқалмаған қасиеттері анықталып, өндіріске енгізілуде. Сондықтан полимер бұйымдары адамзат игілігіне айналып, техникалық өнердің, ғылымның жаңа қырынан дамуна өзіндік үлесін қосуда.

ХХ ғасырда полимерлер әлемді өзгертті. Полимерлер физика – механикалық , химиялық қаситтерге ие. Полимерлердің осы қасиеттері нақты практикалық мақсатта қолданылады. Медицинада және фармацияда полимерлік материалдар протездер, шприцтер, ампулалар, пленкалар, клей, дәрі – дәрмек қаптағыш, мазь және суппозиториилер жасауға қолданылады. Қазіргі кездегі  жинақталған тәжірибеге сүйенсек жоғарымолекулалы  қосылыстар аумағында осы қасиеттермен полимерлер жасауға болады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Утелбаева А. Химия-4. «Органикалық химия. Көмірсутектер және синтез жолдары». Алматы 2007, 411б.
2. Утелбаева А. Химия-5. «Органикалық химия.Гетерофункциялды қосылыстар». Алматы 2007, 450б.
3. Степаненко «Органическая химия»
4. В.Л.Белобородов, С.Э.Зурябян, А.П.Лузин, Н.А.Тюкавкина «Органическая химия. Основной курс» І том.
5. Ә.Темірболатова,Н.Нұрахметов «Химия» 2007.

269-281б