Полимердің құрылымы (құрылыс ерекшеліктері, изомерия, молекулярлы-массалық сипаттамалары) курстық жұмыс
МАЗМҰНЫ - www.topreferat.com.kz
:
1. Мономер сипаттамасы (құрылысы, физико – химиялық қасиеттері,
басқа мономерлермен салыстырғандағы полимерленуге активтілігі). ........4
2. Полимердің алу механизмі. .............................................................................10
3. Полимердің құрылымы (құрылыс ерекшеліктері, изомерия,
молекулярлы – массалық сипаттамалары). Макромолекулалардың
конфигурациясы мен конформациясы. ..........................................................17
4. Полимердің қасиеттері......................................................................................22
5. Полимердің ескіруі және тұрақтандыруы. .....................................................26
6. Қолданылған әдебиеттер..................................................................................30
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Жұмыс көлемі: 28 бет
Пәні: Химия
-----------------------------------------------------------------------------------
КУРСТЫҚ ЖҰМЫСТЫҢ ҚЫСҚАРТЫЛҒАН МӘТІНІ
Мазмұны:
1. Мономер сипаттамасы (құрылысы, физико – химиялық қасиеттері,
басқа мономерлермен салыстырғандағы полимерленуге активтілігі). ........4
2. Полимердің алу механизмі. .............................................................................10
3. Полимердің құрылымы (құрылыс ерекшеліктері, изомерия,
молекулярлы – массалық сипаттамалары). Макромолекулалардың
конфигурациясы мен конформациясы. ..........................................................17
4. Полимердің қасиеттері......................................................................................22
5. Полимердің ескіруі және тұрақтандыруы. .....................................................26
6. Қолданылған әдебиеттер..................................................................................30
1. Мономер сипаттамасы
Полимер түзетін заттар мономерлер (моно - бір) деп
- N – C – O -
│ ║
H O
Изоционаттардың сумен әрекеттесу салдарынанаминдер түзілсе, спиртпен әрекеттескенде α
R – N = C = O +
Уретанды топқа амидті топ кірген соң полиуретандар өз
- N – C –
│ ║
H O
Әдеттегідей, құрамында ароматты тобы бар мономерлер,
Тығызыдығы, г/см³ ........................................................................................ 1,21 Балқу температурасы, °С..........................................................................
Төзімділік шегі, кгс/см²:
»иілгенде..................................................................................................700-800
»созылғанда..............................................................................................500-600
»сығылғанда ............................................................................................800-850
Соғылу тұтқырлығы, кгс∙см/см²..................................................................... 50
Жылутұрақтылық , °С:
Мартенс бойынша .......................................................................................... 60
Вик бойынша ...............................................................................................150-165
Сужұтымдылық , %:
» 24 сағатта ................................................................................................... 0,1
» 1 аптада .......................................................................................................0,25
Жылу өткізгіштік коэффиценті ккал (м ∙ сағ ∙
Сызықтық доғасы, мин ................................................................................ 2 - 2,5
Құю кезіндегі апшу, % ................................................................................ 1 – 1,2
Полимер түзетін шикізаттар
Шикізат ретінде ди- және триизоционаттар қолданылады.
H2N – R – NH2 + 2COCI2 →
Реакция 0-150°С-де жүргізіледі. Еріткіш ретінде толуол, 0 және
Гексаметилендиизоционатты алу кезінде гексаметилендиаминнен
H2N(CH2)6 NH2 + COCI2 → HCI ∙ H2N(CH2)6
Сонсоң 150°С – де фосгеннің тағы 1 молін
HCI ∙ H2N(CH2)6 NHCOCI + COCI2 → OCN(CH2)NCO
Диаминді карбонатты алу үшін 0- және n-дихлорбензол
Нитротолуолдарды қайта ретке келтіру арқылы гексаметилендиаминге аналогты болып
CH3
│
-- CH2 + COCI2 → --NHCOCI +
│
CH2
2,4-толуилендиизоционатты алу үшін 0- дихлорбензолды 0-1°С-де фосгенмен толықтырылады.
Изоционаттардың басқа типтерінің алынуы ароматты ди-
Толуол
Кристалдау
нитролдау
0-нитротолуол
нитролдау
динитротолуол (65/35-
2,4 және 2,6
изомерлерінің
қоспасы)
динитротолуол (80/20-2,4- және 2,6-
қайта ретке келтіру
фосгенирлеу
қайта ретке келтіру
Толуилен диизоционат
изомер қоспасы)
Толуилен диизоционат (65/35- 2,4- және 2,6- изомер қоспасы)
Аталған диизоционаттардан басқа полиуретандарды синтездеуге
Диизоционаттардың қайнау температуралары
Аталуы Қысымның мм рт.ст. Қайнау температурасы
м- Фенилендиизоционат
n- Фенилендиизоционат
1-хлор-2,4-Фенилендиизоционат
2,4-Толуилендиизоционат
2,4-Толуилендиизоционат
Толуилендиизоционат 60/40(60% және 2,4- және 40% 2,6)
4,4'-Метилен – бис – (Фенилендиизоционат)
4,4'-Метилен – бис –
(2 - Фенилендиизоционат)
15
10
10
10
6
10
3
3,5
108
107-109
128-129
120
101-103
118-120
180-182
200-202
және димеризацияланған толуилендиизоционат (III)
O
║
O = C = N
│
CH3 --
C
║
O
III
Ди- және триизоционаттар физиологиялық әсер ете алатын
Изоционаттардың сумен байланысынан қосқышқылды көміртегі бөлініп
RNCO + H2O → RNH2 + CO2
RNH2 + RNCO → RNCONHR
немесе
2RNCO + H2O → RNCONHR + CO2
Изоционаттар спиртпен әрекеттесе отырып уретандер түзеді:
RNCO + R1OH → RNHCOOR1 + 20 ккал/моль
Қышқылдар изоционаттармен, көміртегінің қосқышқылымен әрекет
RNO + R1 COOH → RNHCOR1 + CO2
Фенолдармен реакция кері әсер етеді – жоғары температурада
RNCO + C6H5 ↔ RNHCOOC6 H5
Қышқылдар мен үштік аминдер барлық реакциялардың
R2NH > RNH2 > NH3 > ArNH2 >
Осылайша судың болғанына қарамастан мочевиндер пайда болады,
Ертеректе айтылғандай изоционаттар мен сулар атомындағы
Жоғарыда айтылып өткен диизоционаттарды активтілігінеқарай келесідей сатыға бөлуге
Полиуретанның синтезделуіне арналған шикізат ретінде гидроксильді қосылыстардың түрлі
Полиоксипропилендиол – аяқтағыш гидроксил тобы бар жай полиэфир:
CH3 CH3
│
HOCHCH2OH + B‾ ↔ HOCH2O‾ + BH
CH3
│
HOCHCH2O‾ + H2C – CH → HOCHCH2OCH2CHO‾
O
CH3
│
НOCHCH2O(CH2CHO)n – CH2CHO‾ + BH→
CH3
│
НOCHCH2O(CH2CHO)n – CH2CHOH + B‾
Мұндағы B‾ – гидроксил немесе алеоголят ион
Полиуретан өндірісінде төменгі молекулалы гликольдердің ішінде – бутиленгликоль
С — СН2ОН
|||
С — СН2ОН
2. Полимерді алу механизмі
Полимер – бұл аты айтып тұрғандай молекулалары (поли
Мономер молекулаларының М біртіндеп өсуші макромолекуланың активті орталығына
Иондық полимерлену процестері тізбекті реакциялар механизмі бойынша жүреді,
Өсуші тізбектің соңғы атомындағы заряд белгісіне байланысты полимерленуді
Иондық полимерленудің активтену энергиясы радикалдыға қарағанда төмен, сондықтан
α – олефиндерді, диендерді және басқа да
Иондық – координациялық полимерлену Ni, Co, Ru, Rh,
Иондық – координациялық полимерленуде мономер молекуласы мен өтпелі
Сөйтіп, осындай жүйелерде нағыз катализаторлар өтпелі металдардың немесе
Мономердің өсуші макромолекулаға координациялық комплекстер көмегімен қосылу процесі
Циглер – Натта катализаторлары
Титанның тетрахлоридінің TiCl4 үшэтилалюминиймен Al(C2H5)3 әрекеттескендегі түзілетін комплекс
Кеңістікте реттеу процесіне комплекс құрамына енетін айнымалы валентті
Полимерлену процесінің алдында Ті атомында мономер молекуласы координацияланады
Регенерацияланған төрт мүшелі цикл құрамында титан мен алюминий
Қос байланыста электрондық тығыздығы жоғары мономерлер осы катализаторлар
Полиуретандар полиизоционаттар мен полиспирттер байланысынан туындаған өнім болып
R- N = C = O
Егер диизоционаттар мен екі атомды спиртті әрекеттестірсек, реакция
Диизоционаттар мен гликольдердің әсерінен полиуретандар түзіледі:
n OCN – R – NCO + n
Отызыншы жылдары Байердің Германияда бастаған жұмыстары 1940 ж
Полиуретандарды өндіруге қолданылатын гидроксил қосылыстар ретінде 3 типті
Полиуретандар түзілуінің заңдылықтары құрамында изоционатты топшалардан тұратын заттар
Ди- және триизоционаттар гликольдермен су бөлмей әрекеттеседі, сондықтанда
Гликоли мен диизоционаттар қатар қатысуы арқылы сызықтық жоғары
Үштік аминдер қосылған соң реакция жылдамдығы бөлме температурасында
Полиуретанның түзілуі жылу бөле жүреді. Әсіресе пенопласт өндіру
Түрлі кликольдердің қоспаларының біртекті диизоционаттармен немесе түрлі диизоционаттардың
Торлы құрылымдағы полиуретандар диизоционаттардың екіден көп гидроксил тобынан
Гексаметилендиизоциоанттан және 1,4-бутандиолдан қоспаның қайнау кезінде ерітінділердің (хлорбензол
Полиуретанның түзілу процесі массада да, еріткіштер ортасында да
Егер мономер 2-ден көп функционалдықпен әрекеттессе желдетілген немесе
Сатылы (немесе миграциялық) полимерлену өзінің заңдылықтары мен түзілетін
HO – R – OH + O =
O
║
→ HO – R – O – C
O
║
HO – R – OH HO –
O
║
O = C = N – R –
т.с.с. келесі құрылымдағы полимер түзілгенге дейін
HO – R – O – ( C
║
O
3. Полимердің құрылымы
Полимер – бұл аты айтып тұрғандай молекулалары (поли
Полимер құрылысын суреттеуге болатын атомдар тобы құрамдық
Полимер құрылымы деп, оны құрайтын барлық элементтерінің кеңістікте
Макромолекуланың химиялық құрылысының сипаттамасы оның қайталанатын құрамды буындарының
Органикалық полимерлердің басты тізбегінің құрамында көміртек сондай-ақ оттегі,
Полиуретан гетеротізбекті болып табылатын, соның ішінде негізгі тізбегі
… C – NH – [CH2]X – NH
║
O
Байланыстың полюстілігіне байланысты полюсті жен полюссіз полимерлерге бөлінеді.
Төмен молекулалы заттар үшін молекулалық масса М осы
Жалпы алғанда барлық химиялық заттар үшін конфигурация
Конфигурациялық изомерияның тағы да кең тараған бір түрі
А
R – C* – R´
В
Мұндағы: R, R´ - көміртек атомының С* асимметриялығын
Полиуретан полиамидтермен ұқсас. Біреуін ғана қарастырайық, 4,6 –
Конфигурациясы – бір звено:
O
║
C – N – CH2 – CH2 –
│
H
Буындардың қосылу конфигурациясы (жақын тәртіп). Жақын конфигурациялық тәртіпті
Егер СН2 = CH – CH3 типті мономерде
Егер келесі буыны алдынғысына сол изомерлік формада жалғанатын
H.................R
H.................H
H.................R
H.................H
H.................R
H.................H
H.................R
а)
а) изотактикалық; б) синдиотактикалық;
Бұған нақты мысалдар келтірейік. Полипропилен үшін жоғарыда аталған
Изотактикалық
Синдиотактикалық
Атактикалық
Макромолекула конформациясы – бұл, сыртқы күштермен жылулық қозғалыстың
Макромолекулалардың конформациясы:
а – статистикалық мумақ; б – спираль; в
д – қатпарлы; е – иінді білік.
Макромолекуланың өлшемдері оның ұзындығы l және диаметрімен d
Молекулалық массаға сипаттама берер болсақ. Әлдеқайда жоғары қосылыстар
3400
М = ---------- + м
g
мұндағы g-қосылыс мөлшері, мол.%; м-қосылған заттың молекулалық массасы.
Диизоционат пен ерітінделерін қосқан кезде реакция бөлме температурасында
Бірінші этапта тізбектің өсу реакциясы шыққан заттардың бір-бірімен
Полиуретанның молекулалық салмағына реакция температурасы қатты әсер етеді.
Полиуретанның молекулалық салмағы ерітіндінің табиғатына емес, мөлшеріне байланысты.
4. Полимердің қасиеттері
Полимерлер бұйымдарын пайдалану кезінде олар әртүрлі сыртқы өрістердің
Механикалық қасиет механикалық күш әсер еткенде дененің құрлысының,
Дененің деформациясы деп – температура, сыртқы механикалық
Беріктік деп – механикалық кернеу әсерінен материалдың бұзылуна
Теориялық беріктік деп – бұл абсолютті температура, біртекті
Полимердің жылу физикалық қасиеттері дегеніміз полимерде пайда болатын
Бұл жылу сыйымдылық - 1 к-ге лайық
Cv = (dH/dT)p; Cp = Cv + (
Мұндағы: н-энтальпия, и – ішкі энергия; V –
Температураны теңестіруге әкеп тірейтін дененің барынша қызған
Жылуөткізгіштік температураға, полимердің физикалық және фазалық жағдайына, сондай-ақ
Температура өткізгіштік қарапайым температуралық жағдайдағы жылу тасқынының әсерінен
a = λ/(ρ cp) [м2/с]
λ – жылу өткізгіштік коэффициенті; ρ – материалдың
тепе – теңдік жағдайында қатты денелер ең аз
α = (1/v) (dV/dT)p
желілік кеңеюдің термиялық коэффиценті:
β = (1/ l) (dl/dT)p
жылусыйымдылығы бар көлемді кеңеюінің термиялық коэффициенті
γ – константа, Ht – изотермиялық қысылу, кт
Электр өрісінде полимер әрекеті оның электрлік қасиеттерімен
Диэлектрлік шығын электр тогы өткенде диэлектрик көлем
Полимерлердің фазалық және физикалық күйлері.
Төменгі молекулалық қосылыстар 3 агрегаттық күйде болады:
Полимерлердің өңдеуге қажетті жағдайды дұрыс таңдау үшін
Т = Е * ε
Т – кернеу; ε – салыстырмалы диформация; Е
Газ тәрізді агрегаттық күй молекуланың алға басқан үдемелі
Полимер 2 агрегаттық күйде өмір сүреді: қатты және
Полимер молекуласының реттілік дәрежесі бойынша полимер 2 фазалық
Полиуретанның қасиеттері өте кең ауқымды алады (табиғи немесе
Полиуретанды көпіршік (пеноплст), каучук (уретанды каучук), желім (полиуретанды
Полимер макромолекулалары конденсацияланған жағдайда сутегі
Фазалық және физикалық күйлерге қарай өңдеу кезінде кезінде
Пластмассалар – сызықты немесе тармақталған полимер. Олар
Эластомерлер – құрамы сызықты немесе тармақталған
Талшықтар – құрамы сызықты полимерлер тұтқыр аққыштық
5. Полимерлердің ескіруі және тұрақтануы
Полимерлердің әртүрлі реакцияларын қарастыру, яғни олардың
Нақты жағдайларда полимерлік материалдар мен олардан
Тұрақтандырудың негізгі тәсілі – полимерге ескіруді баяулататын арнайы
Тұрақтандырғыш арқылы бұзылуды баяулатуға қолданылатын тұрақтандырғыштар антиоксиданттар деп
ROO* + InH ROOH + In
ROO* + In RH + I
ROO* + In* ROOIn
ROO* + In* ROOIn
1n – In Іn – In
Өнеркәсіпте кеңінен қолданылатың антиоксиданттардың
Бұл типтегі иргибиторлар кинетикалық қисықтағы
антиоксиданттар қатысуымен 1400 С полипропиленнің тотығуының кинетикалық қисықтары
полимердің тотығуының индукциялық кезеңі ұзақтығының (мин)
Осы температурада оттегінің сіңірілу қисығында индукциялық
Іс жүзінде синергизм, яғни бірінші және екінші топтардың
Мысалы, полипропиленді тұрақтандыруға арналған дилаурилтиодипропионат (превентивті әрекетті антиоксидант)
Полимерлерді тотықтырғанда антиоксиданттардың әрекет ету мысалдарын қарастырамыз. Фенолдар
InH + O2 In* + HO2*
Ингибитордың оптималды концентрациясынан кейінгі
HO2* + RH R* + H2O2
Одан басқа, антиоксидантпен тізбекүзілгенде түзілетін
Әдетте фенолды антиоксиданттарда фенол молекуласының құрамында орто- және
Полимерлерді тұрақтандырудың болашағы бар бағыты антиоксиданттар ретінде кәдімгі
Қолданылған әдебиеттер:
Тасанбаева Н.Е., Мамытова Г.Ж., Сақыбаева С.Ә. «Полимерлердің химиясы
М.А.Асаубек «Полимер құрылымы» Алматы 1999 – 33б.
А.А.Николаев «Синтетические полимеры и пластические массы» Издательство «Химия»
М.Ю.Кацнельсон, Т.А.Балаев «Пластические массы»
Л.А.Цветков «Органикалық химия» 11- сынып оқулығы
Н.И.Кольцов, В.А.Ефимов «Химия» Москва 2000ж
28
