Какие вещества относят к полимерам

Полимер

Полимеры – это органические и неорганические вещества, которые подразделяются на различный типы и виды. Что представляют из себя полимеры, и какова их классификация?

Общая характеристика полимеров

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных звеньев, связанных с друг другом химической связью. Полимеры могут быть органическими и неорганическими, аморфными или кристаллическими веществами. В полимерах всегда находится большое количество мономерных звеньев, если это количество слишком мало, то это уже не полимер, а олигомер. Количество звеньев считается достаточным, если при добавлении нового мономерного звена свойства не изменяются.

Рис. 1. Полимер структура.

Вещества, из которых получают полимеры, называются мономерами.

Молекулы полимеров могут иметь линейную, разветвленную или трехмерную структуру. Молекулярный вес обычных полимеров колеблется от 10000 до 1000000.

Реакция полимеризации характерна для многих органических веществ, в которых имеются двойные или тройные связи.

Например: реакция образования полиэтилена:

где n – число молекул мономера, взаимно соединенных в процессе полимеризации, или степень полимеризации.

Полиэтилен получают при высокой температуре и высоком давлении. Полиэтилен химически устойчив, механически прочен и поэтому широко применяется при изготовлении оборудования в различных отраслях промышленности. Он обладает высокими электроизоляционными свойствами, а также используется в качестве упаковки продуктов.

Рис. 2. Вещество полиэтилен.

Структурные звенья – многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов.

Виды полимеров

По своему происхождению полимеры можно разделить на три типа:

природные. Природные или натуральные полимеры можно встретить в природе в естественных условиях. К этой группе относятся, например, янтарь, шелк, каучук, крахмал.

синтетические. Синтетические полимеры получают в лабораторных условиях, синтезирует их человек. К таким полимерам относятся ПВХ, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. эти вещества не имеют ни какого отношения к природе.
искусственные. Искусственные полимеры отличаются от синтетических тем, что они синтезированы хоть и в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. К искусственным полимерам относится целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза.

С точки зрения химической природы полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. Большая часть всех известных полимеров являются органическими. К ним относятся все синтетические полимеры. Основу веществ неорганической природы составляют такие элементы, как S, O, P, H и другие. Такие полимеры не бывают эластичными и не образуют макроцепей. Сюда относятся полисиланы, поликремниевые кислоты, полигерманы. К полимерам с элемнтоорганической природой относится смесь как органических, так и неорганических полимеров. Главная цепь – всегда неорганическая, боковые – органические. Примерами полимеров могут служить полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.

Все полимеры могут находится в разных агрегатных состояниях. Они могут быть жидкостями (смазки, лаки, клеи, краски), эластичными материалами (резина, силикон, поролон), а также твердыми пластмассами (полиэтилен, полипропилен).

Что мы узнали?

Тема «Полимеры» является обязательной для изучения по химии. В данной статье дается определение этому понятию, раскрываются виды и типы полимеров.

Полимеры

Полимеры – это высокомолекулярные химические соединения (ВМС), макромолекулы которых образованы из множества мономерных звеньев. Молекулы полимеров характеризуются огромной молекулярной массой, от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы. Существует несколько вариантов классификации полимеров.

Термопласты и их сокращенные обозначения

АБС – привитой сополимер акрилонитрила, стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком.
АЦ – ацетат целлюлозы.
ЛПЭНП – линейный полиэтилен низкой плотности.
МС – сополимер стирола с метилметакрилатом.
МСН – сополимер стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом.
ПАН – полиакрилонитрил.
ПА – полиамиды.
ПАК – полиамидокислота.
ПАР – полиарилаты.
ПАС – полиалкилсульфон.
ПБТ – полибутилентерефталат.
ПВА – поливинилацетат.
ПВС – поливиниловый спирт.
ПВФ, фторопласт-1 – поливинилфторид.
ПВХ – поливинилхлорид.
ПВДФ, фторопласт-2 – поливинилиденфторид.
ПВДХ – поливинилиденхлорид.
ПИ – полиимиды.
ПК – поликарбонаты.
ПММА – полиметилметакрилат.
ПО – полиолефины.
ПП – полипропилен.
ПС – полистирол.
ППС – пенополистирол.
ПСФ – полисульфон.
ПТП – пентапласт.
ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4, тефлон – политетрафторэтилен
ПТФХЭ, фторопласт-3. фторлон-3– политрифторхлорэтилен.
ПУ – полиуретаны.
ПФ – полиформальдегид.
ПФО – полифениленоксид.
ПЭ – полиэтилен.
ПЭИ – полиэфиримид.
ПЭВП, ПЭНД, ПНД – полиэтилен высокой плотности (низкого давления).
ПЭНП, ПЭВД, ПВД – полиэтилен низкой плотности (высокого давления).
ПЭО – полиэтиленоксид.
ПЭСД – полиэтилен среднего давления.
ПЭТФ – полиэтилентерефталат.
САМ – сополимер стирола с α-метилстиролом.
САН – сополимер стирола с акрилонитрилом.
СТД – сополимер триоксана с диоксоланом.
СФД – сополимер формальдегида с диоксаланом.
ТАЦ – триацетат целлюлозы.
ФН – фенилон.
ХПЭ – хлорированный полиэтилен.
ХСПЭ – хлорсульфированный полиэтилен.

Реактопласты и их сокращенные обозначения

БФ – фенолоформальдегидный олигомер, совмещенный с поливинилбутиралем.
КС – кремнийогранические смолы.
МАС – меламиноальдегидные смолы.
НПС – ненасыщенные полиэфирные смолы.
ПИ – полиимиды.
ПЭЭК – полиэфирэфиркетон.
ПУ – полиуретаны.
ППУ – пенополиуретаны.
ФС – фурановые смолы.
ФФС – фенолформальдегидные смолы.
ЭС – эпоксидные смолы.

Эластомеры и их сокращенные обозначения

БК – статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
ДСТ-30 – термоэластопласт с 30% блоков стирола.
СКД – цис-полибутадиеновый.
СКДЛ – цис-полиизобутиленовый (литиевый катализатор).
СКИ – цис-полиизопреновый.
СКМС-30 – бутадиен-метилстирольный.
СКН-18, СКН-26 – бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой кислоты в макромолекуле (в %) и т.д.
СКС-30, СКМС-30 – бутадиен-стирольный, бутадиен-метилстирольный с 30% стирола в молекуле.
СКС-30А – бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации.
СКТВ – метилвинилсилоксановый [до 1% (мол.) винилового мономера]
СКЭП – сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
СКЭПТ – сополимер этилена, пропилена и 1-2% несопряженного диена.
СКУ – полиуретановый.
ТЭП – термоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола.

Применение полимеров

Сложно переоценить значение полимеров с точки зрения их практического применения. В современном мире практически не найдется ни одной сферы жизни человека и общества, науки и бизнеса где не применялся бы хотя бы один вид полимеров.

Наиболее активное применение полимерные материалы получили в производстве автомобилей, машин и оборудования; в авиационной и аэрокосмической индустриях; в индустрии разработки и создания медицинских аппаратов и инвентаря. Остановимся на некоторых из направлений практического использования полимерных материалов более подробно.

Применение полимеров в автомобильной индустрии

Надежность работы современного автомобиля, долговечность и комфорт его эксплуатации, а также (что важно) безопасность передвижения могут быть обеспечены только при условии применения полимерных материалов — пластмасс, резин, лаков и красок и прочее.

Из пластмасс изготовляют кузова и кабины автомобилей и их отдельные крупногабаритные детали, разнообразные малогабаритные детали конструкционного и декоративного назначения, теплоизоляционные и звукоизоляционные детали и др.

К важнейшим и наиболее материалоемким резиновым изделиям для автомобилестроения относятся шины. Большое значение в этой отрасли промышленности имеют также многочисленные резино-технические изделия, от качества которых во многом зависит надежность работы автомобиля.

Лакокрасочные материалы применяемые для грунтования и окончательной отделки металлических поверхностей, должны образовывать покрытия, которые надежно защищают металл от коррозии (см. Защитные лакокрасочные покрытия), обладают высокой твердостью, эластичностью, ударопрочностью, термо- и износостойкостью.

Применение полимеров в авиастроении

Еще одним масштабным направлением практического применения широкой гаммы полимерных материалов является индустрия разработки, производства и эксплуатации летательных аппаратов.

Целесообразность применения полимеров в указанном направлении обусловлено их легкостью, вариабельностью состава и строения и следовательно, широким диапазоном технических свойств. Тенденция к расширению границ применения полимерных материалов характерна также и для производства ракет и космических аппаратов.

Основные полимеры и сегменты использования:

Реактопласты;
Термопласты;
Пенопласты и сотопласты;
Резина;
Герметики и клеи;
Лакокрасочные материалы.

Развернутую информацию на предмет использования полимеров по указанным сегментам в авиастроении вы найдете в основной статье, ссылка на которую указана в начале абзаца.

Применение полимеров в машиностроении

Пожалуй одним из ключевых направлений использования полимеров и материалов на их основе является машиностроение. Так например потребление пластических масс в этой отрасли уже становится соизмеримым (в единицах объема) с потреблением стали. Непрерывно, отмечают аналитики, возрастает также применение лакокрасочных материалов, синтетических волокон, клеев, резины и прощих веществ ии материалов на полимерной основе.

Целесообразность применения полимеров в машиностроении определяется, прежде всего, возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин: уменьшается масса, повышаются долговечность, надежность и прочие существенные свойства.

Применение полимеров в медицине

Благодаря широкой гамме свойств и физико-химических характеристик получаемых изделий полимеры и материалы на их основе получили огромное применение в медицине.

Применение полимерных материалов с целью изготовления изделий и техники медицинского назначения позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и прочее.

Особое внимание следует уделить вопросу применения полимерных материалов в фармакологии. Роль данной категории материалов в фармакологическом аспекте, пока относительно невелика. В лечебной практике их используют мало. К веществам, вводимым в организм, тем более к таким, которые должны в растворенном виде попасть в кровь, лимфу, межклеточные и клеточные полости и могут достигнуть любой части тела, любого его рецептора, предъявляются, естественно, очень жесткие требования.

Также отдельно следует остановиться и на вопросе практического использования полимерных материалов в таком медицинском сегменте, как – хирургия. Учитывая свойства получаемых изделий полимерные материалы получили активное применение сразу в нескольких сегментах современной хирургии:

Восстановительная хирургия;
Сердечно-сосудистая хирургия;
Хирургия внутренних органов и тканей;
Травматология и ортопедия;
Применение полимеров в функциональных узлах хирургических аппаратов.

В заключении отметим, что полимеры в медицинском аспекте применяются также в вопросе создания кровезаменителей и плазмозаменителей.

Применение полимеров в пищевой промышленности

Пожалуй самым известным для массового потребителя является вопрос использования полимеров для нужд пищевой промышленности.

Следует отметить, что полимеры в пищевой промышленности должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания. Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химическиеи токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий.

К числу наиболее крупных потребителей полимерных материалов в пищевой промышленности выступают “пищевое машиностроение” и производство тары и упаковки для хранения и транспортировки продуктов питания. При этом, в последнем случае, полимеры могут выступать и как основной материал (например, пластиковые бутылки), так и в качестве вспомогательных элементов и добавок, призванных (например) уберечь металлический контейнер от коррозии.

Применение полимеров в судостроении

Благодаря использованию полимерных материалов значительно улучшаются технические и эксплуатационные характеристики судов, повышаются их надежность и долговечность, сокращается продолжительность и снижается трудоемкость постройки.

Современная судостроительная промышленность — один из крупнейших потребителей синтетических полимерных материалов, причем области их применения очень разнообразны, а перспективы использования практически неограниченны. Полимеры применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций, в производстве деталей судовых механизмов, приборов и аппаратуры, для окраски судов, отделки помещений и их тепло-, звуко- и виброизоляции, а также прочие полезные свойства.

Полимеры

Полимеры — это как органические, так и неорганические, кристаллические и аморфные вещества, которые состоят из «мономерных звеньев», соединенных между собой либо координационными, либо химическими связями, образуя длинные макромолекулы.

Полимер представляет собой высокомолекулярное соединение, в нем количество мономерных звеньев (степень полимеризации) является достаточно большим. Как правило, количество звеньев считается достаточным для отнесения молекулы к полимерам, когда добавление нового мономерного звена не ведет к изменению молекулярных свойств. Молекулярная масса полимеров может быть от нескольких тыс. до нескольких млн.

В строении полимера выделяют мономерные звенья — повторяющиеся структурные фрагменты, которые включают в себя несколько атомов. В состав полимера входит большое количество повторяющихся звеньев одинакового строения. Высокомолекулярные соединения, в состав молекул которых входит несколько типов повторяющихся группировок, называются гитерополимерами или сополимерами.

Для образования полимера из мономеров нужна реакция поликонденсации или полимеризации. Многие природные соединения относятся к полимерам: нуклеиновые кислоты, белки, каучук, полисахариды и прочие органические вещества.

Существует также немало неорганических полимеров. Большая их часть получается синтетическим путем благодаря простейшим соединениям природных элементов и реакциям полимеризации или поликонденсации, а также и химическим превращениям. Для образования названий полимеров перед названием мономера ставят приставку поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и пр.

Основные механические свойства полимеров:
небольшая хрупкость кристаллических и стеклообразных полимеров (органического стекла, пластмасс);
хорошая эластичность — способность к серьезным обратимым деформациям при совсем небольшой нагрузке (каучук);
макромолекулы способны к ориентации под воздействием направленного на них механического поля (данное свойство используется при изготовлении пленок и волокон).

Основные химические свойства полимеров:
способность кардинально менять свои физико-механические характеристики под воздействием небольшого количества реагента (дубление кож, вулканизация каучука и пр.).
Главные свойства полимеров можно объяснить не только их большой молекулярной массой, а также тем, что макромолекулы отличаются гибкостью и имеют цепное строение.

Наука о полимерах

Начало формирования науки о полимерах как самостоятельной области знаний приходится на первые годы Второй мировой войны, а закончилось это формирование 50-х годах XX века, когда была оценена важность полимеров для развития жизнедеятельности биологических объектов и технического прогресса. Данная наука напрямую связана с физикой, химией и служит одной из базовых основ молекулярной биологии, ее объектами изучения являются биополимеры.