Полистирол
1 Министерство образования Российской Федерации и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Алтайский Государственный Технический Университет им. И.И. Ползунова” Реферат. По дисциплине «органическая химия» на тему: «Полистирол (поливинилбензол)» Выполнила студентка гр. ПКМ-71: Бархатова Л. Н. Проверила старший преподаватель кафедры ФиТКМ: Арсентьева С.Н. Подпись: Барнаул 2008г. Содержание Введение, общая характеристика и классификация полимеров 1. Историческая справка 2. Описание полистирола 3. Основные свойства 3.1. Физические свойства 3.2. Химические свойства 4. Получение 5. Надмолекулярная структура, конформация, конфигурация 6. Способы отверждения 7. Применение в промышленности Заключение Список литературы Введение Общая характеристика и классификация полимеров Полимером называется органическое вещество, длинные молеку-лы которого построены из одинаковых многократно повторяю-щихся звеньев - мономеров. Размер молекулы полимера определяется степенью полимери-зации n, т.е. числом звеньев в цепи. Если n= от 10 до 20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием n увеличива-ется вязкость, вещество становится воскообразным, наконец, при n=1000 образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 104, и тогда длина молекул достига-ет микрометров. Молекулярная масса полимера равна произве-дению молекулярной массы мономера и степени полимеризации. Обычно она находится в пределах от 103 до 3?105. Столь большая длина молекул препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморф-ной до частично кристаллической. Доля кристалличности в зна-чительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укла-дываются цепи, тем более кристалличным полимер становится. Кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной [1]. Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зави-сящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристалли-ческие имеют точку плавления. По происхождению полимеры делятся на три группы: синтетические полимеры (искусственные), природные органические и природные неорганические полимеры. Синтетические полимеры получаются путем ступенчатой или цепной полимеризации низкомолекулярных полимеров. Природные неорганические полимеры - это например расплав магмы, оксид кремния. Природные органические полимеры образуются в результате жизнедеятельности рас-тений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс. Обычно природные полимеры подвергаются операциям выде-ления очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки явля-ются искусственные полимеры. Примерами являются натураль-ный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляю-щий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности. Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются неза-менимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной про-мышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических поли-меров - материалов, полученных синтезом из низкомолекуляр-ных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие хими-ческой технологии высокомолекулярных веществ - неотъемлемая и существенная часть современной НТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветв-ленные, сетчатые и пространственные. Молекулы линейных поли-меров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рисунок 1). Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «ли-нейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более ха-рактерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность. Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под дей-ствием реагентов. Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем ли-нейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров. |
| | Рисунок 1 - Схематическая диаграмма вязкости термопластичных полимеров в зависимости от температуры: Т1 - температура перехода из стеклообразного в высоко эластичное состояние, Т2 - температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние | | |
Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изме-нению как механических, так и химических свойств. Обычная ре-зина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-ноль, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и рабо-тоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционноспособные группы, то при нагревании они соединяются множеством поперечных прочных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяю-щие свойства материала, который приобретает прочность и вы-сокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вслед-ствие большой реакционной способности молекул, проявляющей-ся при повышении температуры, такие полимеры называют тер-мореактивными. Нетрудно представить, что их молекулы активны не только по отношению друг к другу, но и к поверхностям ино-родных тел. Поэтому термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, обладают высокой адгезионной способностью даже при низких температурах, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующего в композици-онных материалах. Термопластичные полимеры получают по реакции полимери-зации, протекающей по схеме (рисунок 2). |
| | | | Рисунок 2 - Реакции образования полимеров: а) - полимеризация, б) - поликонденсация | | |
При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естествен-ных условиях невозможен, и все природные полимеры образова-лись иным путем. Современная химия создала новый инстру-мент -- реакцию полимеризации, и благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализует-ся лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде. Реакционноспособные молекулы термореактивных полимеров могут образоваться более простым и естественным путем - посте-пенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т. д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют ре-акцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара) (рисунок 2). Именно эта реакция реализуется в природе; она мо-жет быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет ши-рокие возможности изготовлять различные изделия на нехимиче-ских предприятиях, в том числе на радиозаводах [1]. Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици-ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи. 1. Историческая справка Промышленность ластмасс зародилась на рубеже XX века. Легко полимеризующийся стирол и его стеклообразный твердый полимер сразу же привлекли внимание. Основы химии и техноло-гии производства полистирола заложили Остромысленский и Штау-дингер. Последний предложил цепной механизм образования макромолекул полистирола. Первый патент на получение полистирола (способом термической спонтанной полимеризации в массе) был взят в Германии в 1911г. Там же в 1920 г. началось промышленное производство полимера. В 1936г. уже производилось 6000 т/год. За пределами Германии рост производства полистирола долгое время сдерживался высокой ценой на мономер. Стимулом к бурному развитию послужило создание в США во время второй мировой войны крупнотоннажного производства бутадиен-стирольного каучука что, естественно, привело к снижению цен на стирол. После Войны производство полистирола и сополимеров стирола, содержащих более 50 процентов стирола по составу (в отличие от бутадиен-стирольного каучука, где стирола около 30 процентов), развивалось самостоятельно. Разработка таких эффективных продуктов; как пенополистирол, ударопрочные полимеры стирола, АБС-пластики, позволила полистирольным пластикам в целом занять третье место в мировом производстве пластмасс после полиэтилена и поливинилхлорида. В СССР производство полистирола развернулось в послевоенные годы. Как и в других странах, основу производства составляют процессы свободнорадикальной полимеризации в блоке (массе), суспензии и эмульсии [2]. В настоящее время производятся практически все основные типы сополимеров стирола, включая сополимеры с ?-метилстиролом, метилметакрилатом, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и др. 2. Описание полистирола Полистирол - термопластичный аморфный полимер с формулой [-СН2-С(С6Н5)Н-]n Структурная формула: Полистирол - прозрачное стеклообразное вещество, молекулярная масса 30-500 тыс., плотность 1,06 г/см3 (20 °С), температура стеклования 93°С. Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном то, скорее всего полистирол [8]. Это твердое, упругое, бесцветное вещество. Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жесткий, аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, низкую термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами и весьма низкой прочностью при ударе. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80°C). При контакте с жирами выделяет мономер стирола. Для улучшения свойств полистирола его модифицируют различными сополимерами и подвергают сшиванию. Полистирол - дешёвый крупнотоннажный термопласт; характеризуется высокой твёрдостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматически и хлорированных алифатических углеводородах. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Так, повышения теплостойкости и прочности при растяжении (на ~ 60 процентов) достигают сополимеризацией стирола с акрилонитрилом или a-метилстиролом, повышения прочности и ударной вязкости (от 5-10 до 50-100 кДж/м2) - получением привитых сополимеров стирола с 5-10% каучука, например бутадиенового (ударопрочный полистирол), а также тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (т. н. АБС-пластик). Заменой акрилонитрила на метилметакрилат синтезируют прозрачные тройные сополимеры [5]. 3. Основные свойства 3.1. Физические свойства Стирол горюч и взрывоопасен. Пределы взрывоопасности в смеси с воздухом при комнатной температуре от 1,1 до 6,1 объемн. %. Допу-стимая концентрация паров в воздухе не выше 0,5 мг/м система-тическое вдыхание паров стирола в концентрации выше допустимой приводит к хроническому заболеванию печени.
Страницы: 1, 2, 3
|