Полимер - что это такое? Производство полимеров
Удивительно, насколько разнообразны окружающие нас предметы и материалы, из которых они изготовлены. Раньше, примерно в XV-XVI веках, основными материалами были металлы и дерево, чуть позже стекло, почти во все времена фарфор и фаянс. А вот сегодняшний век - это время полимеров, о которых и пойдет речь дальше.
Понятие о полимерах
Полимер. Что это такое? Ответить можно с разных точек зрения. С одной стороны, это современный материал, используемый для изготовления множества бытовых и технических предметов.
С другой стороны, можно сказать, это специально синтезированное синтетическое вещество, получаемое с заранее заданными свойствами для использования в широкой специализации.
Каждое из этих определений верное, только первое с точки зрения бытовой, а второе - с точки зрения химической. Еще одним химическим определением является следующее. Полимеры - это макромолекулярные соединения, в основе которых лежат короткие участки цепи молекулы - мономеры. Они многократно повторяются, формируя макроцепь полимера. Мономерами могут быть как органические, так и неорганические соединения.
Поэтому вопрос: "полимер - что это такое?" - требует развернутого ответа и рассмотрения по всем свойствам и областям применения этих веществ.
Виды полимеров
Существует множество классификаций полимеров по различным признакам (химической природе, термостойкости, строению цепи и так далее). В ниже приведенной таблице коротко рассмотрим основные виды полимеров.
| Принцип | Виды | Определение | Примеры |
| По происхождению (возникновению) | Природные (натуральные) | Те, что встречаются в естественных условиях, в природе. Созданы природой. | ДНК, РНК, белки, крахмал, янтарь, шелк, целлюлоза, каучук натуральный |
| Синтетические | Получены в лабораторных условиях человеком, не имеют отношения к природе. | ПВХ, полиэтилен, фенолформальдегидные смолы, полипропилен, полиуретан и другие | |
| Искусственные | Созданы человеком в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. | Целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза | |
| С точки зрения химической природы | Органической природы | Большая часть всех известных полимеров. В основе мономер органического вещества (состоит из атомов С, возможно включение атомов N, S, O, P и других). | Все синтетические полимеры |
| Неорганической природы | Основу составляют такие элементы, как Si, Ge, O, P, S, H и другие. Свойства полимеров: не бывают эластичными, не образуют макроцепей. | Полисиланы, полидихлорфосфазен, полигерманы, поликремниевые кислоты | |
| Элементоорганической природы | Смесь органических и неорганических полимеров. Главная цепь - неорганика, боковые - органика. | Полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены. | |
| Различие главной цепочки | Гомоцепные | Главная цепь представлена либо углеродом, либо кремнием. | Полисиланы, полистирол, полиэтилен и другие. |
| Гетероцепные | Основной остов из разных атомов. | Полимеры примеры - полиамиды, белки, этиленгликоль. |
Также различают полимеры линейного, сетчатого и разветвленного строения. Основа полимеров позволяет быть им термопластичными или термореактивными. Также они имеют различия по способности к деформации при обычных условиях.
Физические свойства полимерных материалов
Основные два агрегатных состояния, характерные для полимеров, это:
- аморфное;
- кристаллическое.
Каждое характеризуется своим набором свойств и имеет важное практическое значение. Например, если полимер существует в аморфном состоянии, значит, он может быть и вязкотекущей жидкостью, и стеклоподобным веществом и высокоэластичным соединением (каучуки). Это находит широкое применение в химических отраслях промышленности, строительстве, технике, производстве промышленных товаров.
Кристаллическое состояние полимеры имеют достаточно условное. На самом деле данное состояние перемежается с аморфными участками цепи, и в целом вся молекула получается очень удобной для получения эластичных, но в тоже время высокопрочных и твердых волокон.
Температуры плавления для полимеров различны. Многие аморфные плавятся при комнатной температуре, а некоторые синтетические кристаллические выдерживают довольно высокие температуры (оргстекло, стекловолокно, полиуретан, полипропилен).
Окрашиваться полимеры могут в самые разные цвета, без ограничений. Благодаря своей структуре они способны поглощать краску и приобретать самые яркие и необычные оттенки.
Химические свойства полимеров
Химические свойства полимеров отличаются от таковых у низкомолекулярных веществ. Это объясняется размером молекулы, наличием различных функциональных группировок в ее составе, общим запасом энергии активации.
В целом можно выделить несколько основных типов реакций, характерных для полимеров:
- Реакции, которые будут определяться функциональной группой. То есть если в состав полимера входит группа ОН, характерная для спиртов, значит, и реакции, в которые они будут вступать, будут идентичны таковым у спиртов (дегидратация, окисление, восстановление, дегидрирование и так далее).
- Взаимодействие с НМС (низкомолекулярными соединениями).
- Реакции полимеров между собой с образованием сшитых сетей макромолекул (сетчатые полимеры, разветвленные).
- Реакции между функциональными группировками в пределах одной макромолекулы полимера.
- Распад макромолекулы на мономеры (деструкция цепи).
Все перечисленные реакции имеют в практике большое значение для получения полимеров с заранее заданными и удобными человеку свойствами. Химия полимеров позволяет создавать термоустойчивые, кислотно и щелочеупорные материалы, обладающие при этом достаточной эластичностью и стабильностью.
Применение полимеров в быту
Применение этих соединений повсеместно. Мало можно вспомнить областей промышленности, народного хозяйства, науки и техники, в которых не нужен был бы полимер. Что это такое - полимерное хозяйство и повсеместное применение, и чем оно исчерпывается?
- Химическая промышленность (производство пластмасс, дубильных веществ, синтез важнейших органических соединений).
- Машиностроение, авиастроение, нефтеперерабатывающие предприятия.
- Медицина и фармакология.
- Получение красителей и взрывчатых веществ, пестицидов и гербицидов, инсектицидов сельского хозяйства.
- Строительная промышленность (легирование сталей, конструкции звуко- и теплоизоляции, строительные материалы).
- Изготовление игрушек, посуды, труб, окон, предметов быта и домашней утвари.
Химия полимеров позволяет получать все новые и новые, совершенно универсальные по свойствам материалы, равных которым нет ни среди металлов, ни среди дерева или стекла.
Примеры изделий из полимерных материалов
Прежде чем называть конкретные изделия из полимеров (их невозможно перечислить все, слишком большое их многообразие), для начала нужно разобраться, что дает полимер. Материал, который получают из ВМС, и будет основой для будущих изделий.
Основными материалами, изготовленными из полимеров, являются:
- пластмассы;
- полипропилены;
- полиуретаны;
- полистиролы;
- полиакрилаты;
- фенолформальдегидные смолы;
- эпоксидные смолы;
- капроны;
- вискозы;
- нейлоны;
- полиэфирные волокна;
- клеи;
- пленки;
- дубильные вещества и прочие.
Это только небольшой список из того многообразия, что предлагает современная химия. Ну а здесь уже становится понятным, какие предметы и изделия изготавливаются из полимеров - практически любые предметы быта, медицины и прочих областей (пластиковые окна, трубы, посуда, инструменты, мебель, игрушки, пленки и прочее).
Полимеры в различных отраслях науки и техники
Мы уже затрагивали вопрос о том, в каких областях применяются полимеры. Примеры, показывающие их значение в науке и технике, можно привести следующие:
- применение резины;
- антистатические покрытия;
- электромагнитные экраны;
- корпусы практически всей бытовой техники;
- транзисторы;
- светодиоды и так далее.
Нет никаких ограничений фантазии по применению полимерных материалов в современном мире.
Производство полимеров
Полимер. Что это такое? Это практически все, что нас окружает. Где же они производятся?
- Нефтехимическая (нефтеперерабатывающая) промышленность.
- Специальные заводы по производству полимерных материалов и изделий из них.
Это основные базы, на основе которых получают (синтезируют) полимерные материалы.