Полиамиды. Классификация по методу получения

Слайд 2

Определение полимеров

ПОЛИМЕРЫ (от поли... и греч. meros - доля, часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. Термин «полимеры введен Й. Я. Берцелиусом в 1833.

Слайд 3

Классификация

По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (напр., полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации. По форме молекул различают линейные, разветвленные и сетчатые полимеры, по природе - органические, элементоорганические, неорганические полимеры.

Слайд 4

Строение

ПОЛИМЕРЫ - вещества, молекулы которых состоят из большого числа структурно повторяющихся звеньев - мономеров. Молекулярная масса полимеров достигает 10 6, а геометрические размеры молекул могут быть настолько велики, что растворы этих веществ по свойствам приближаются к коллоидным системам.

Слайд 5

По строению макромолекулы подразделяются на линейные, схематически обозначаемые -А-А-А-А-А-, (например, каучук натуральный); разветвленные, имеющие боковые ответвления (например, амилопектин); и сетчатые или сшитые, если соседние макромолекулы соединены поперечными химическими связями (например, отвержденные эпоксидные смолы). Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.

Слайд 6

Реакция полимеризации

Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое. Реакция полимеризации не сопровождается отщеплением каких-либо низкомолекулярных побочных продуктов. При полимеризации полимер и мономер характеризуются одинаковым элементным составом.

Слайд 7

Получение полипропилена

n СН2 = СН → (- СН2 – СН-)n || СН3 СН3 пропилен полипропилен Выражение в скобках называют Структурным звеном, а число n в формуле полимера – степенью полимеризации.

Слайд 8

Реакция поликонденсации

Помимо реакции полимеризации полимеры можно получить поликонденсацией - реакцией, при которой происходит перегруппировка атомов полимеров и выделение из сферы реакции воды или других низкомолекулярных веществ.

Слайд 9

Получение крахмала или целлюлозы

nС6Н12О6 → (- С6Н10О5 -)n + Н2О глюкоза полисахарид

Слайд 10

Классификация

Полимеры линейные и разветвленные образуют класс термопластических полимеров или термопластов, а пространственные - класс термореактивных полимеров или реактопластов.

Слайд 11

Применение

Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы. В технике полимеры нашли широкое применение в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. Полимеры – хорошие электроизоляторы, широко используются в производстве разнообразных по конструкции и назначению электрических конденсаторов, проводов, кабелей, На основе полимеров получены материалы, обладающие полупроводниковыми и магнитными свойствами. Значение биополимеров определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.

Температура плавления 210–260 °С; Нейлон-6,6 разрушается сильными кислотами, но устойчив к щелочам. Он также устойчив к большинству органических растворителей, но может быть растворён в муравьиной кислоте или феноле. Восприимчив к действию ультрафиолета. Если намочить нейлон то он потеряет от 7 до 20%своей прочности Прочность не уменьшается при низких температурах до -40°C Молекулярная масса 8–40 тыс. Плотность 1010–1140 кг/м3 Физические свойства

Нейлон-66 синтезируется поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Для получения полимера с максимальной молекулярной массой, используется соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина (АГ-соль): Синтез найлона-6 (капрона) из капролактама проводится гидролитической полимеризацией капролактама по механизму «раскрытие цикла присоединение»: Химические свойства

Текстильная промышленность- женские чулки, куртки, носки, зонты, свадебные вуали, спортивный инвентарь,ковровые покрытия, веревки, для производства трикотажа, для создания парашютов, бронежилетов, военной формы, спасательных жилетов. Автомобильная промышленность- Колпаки автомобильных колес. Корпус зеркала заднего вида. Кожухи вентиляторов. Подогреватель воды омывателя ветрового стекла. Кожухи подвесных моторов. Бачки радиаторов. Крышки головки блока цилиндров … Приборостроение- Стойки, заклепки, загушки, винты, кнопки, втулки, шайбы. Скобы, хомуты, держатели, стяжки для крепления проводов и кабелей. Медицина- зубное протезирование, для регенерации и замены кости Машиностроение- создания литейных форм Электропромышленность- Полимерные батареи Используется также в 3D печатание Из нейлона делают оправы для очков, рыболовные сети, струны для гитары Применение

Преимущества и недостатки *Отличные противоударные свойства. *Хорошие механические свойства. Эластичность полиамида-6,6 выше, чем у ацетата целлюлозы, он меньше снашивается и на 15% легче его. *Его прозрачность позволяет добиться особого блеска и оригинальных цветовых эффектов. *отличается мягкостью и легкостью *Тенденция к высыханию, вследствие чего материал становится хрупким. *Ограниченные возможности окрашивания в массе. *Чувствительность к воздействию ультрафиолетового излучения (желтеет).

Название этого материала - состоит из двух слов: N.Y. (Нью-Йорк) и Lon (Лондон). Впервые произведен 28 февраля 1935 года Уоллисом Каразесом в Дюпонте. Нейлон первое синтетическое волокно, которое было сделано полностью из угля, воды и воздуха. Известные производители- «Honeywell Nylon Inc», «Invista», «Wellman Inc»,«Dupont» Зубные щётки из нейлона - это как напильник, который стирает эмаль и портит десны и не только. Это интересно

1 из 10

Презентация на тему: Полимеры Применение

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

ПолимерыНеорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер - это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются. Как правило, полимеры - вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов

№ слайда 3

Описание слайда:

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей - реактопласты. К линейным полимерам относится, например, целлюлоза, к разветвлённым, например, амилопектин, есть полимеры со сложными пространственными трёхмерными структурами.Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей - реактопласты. К линейным полимерам относится, например, целлюлоза, к разветвлённым, например, амилопектин, есть полимеры со сложными пространственными трёхмерными структурами.В строении полимера можно выделить мономерное звено - повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, например поливинилхлорид (-СН2-CHCl-)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

№ слайда 4

Описание слайда:

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и т. п.Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и т. п.

№ слайда 5

Описание слайда:

ОсобенностиОсобые механические свойстваэластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).Особенности растворов полимеров:высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;растворение полимера происходит через стадию набухания.Особые химические свойства:способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

№ слайда 6

Описание слайда:

КлассификацияПо химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.Органические полимеры.Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель - кремнийорганические соединения.

№ слайда 7

Описание слайда:

Полимеры подразделяютПолимеры подразделяютпо полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полярность звеньев полимера определяется наличием в их составе диполей - молекул с разобщённым распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных звеньях дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются. Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными. Полимеры с неполярными звеньями - неполярными, гидрофобными. Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными. Гомополимеры, каждое звено которых содержит как полярные, так и неполярные крупные группы, предложено называть амфифильными гомополимерами.

№ слайда 8

Описание слайда:

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле

№ слайда 9

Описание слайда:

ПрименениеМатериалы, получаемые на основе полимеров1. На основе полимеров получают волокна путем продавливания растворов или расплавов через фильеры с последующим затвердеванием это полиамиды, полиакрилонитрилы и др.2. Полимерные пленки получают продавливанием через фильеры с щелевидными отверстиями или нанесением на движущую ленту. Их используют как электроизоляционный и упаковочный материал, основы магнитных лент. 3. Лаки растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях.4. Клеи, композиции способные соединять различные материалы вследствие образования прочных связей между их поверхностями клеевой прослойкой.5. Пластмассы6. Композиты композиционные материалы полимерная основа, армированная наполнителем.

№ слайда 10

Описание слайда:

Области применения полимеров Области применения полимеров 1. Полиэтилен устойчив к агрессивной среде, влагонепроницаем, является диэлектриком. Из него изготавливают трубы, электротехнические изделия, детали радиоаппаратуры, изоляционные пленки, оболочки кабелей телефонных и силовых линий.2. Полипропилен механически прочен, стоек к изгибам, истиранию, эластичен. Применяют для изготовления труб, пленок, аккумуляторных баков и др.3. Полистирол устойчив к действию кислот. Механически прочен, является диэлектриком Используется как электроизоляционный и конструкционный материал в электротехнике, радиотехнике.4. Поливинилхлорид трудногорюч, механически прочен, электроизоляционный материал.5. Политетрафторэтилен фторопласт диэлектрик не растворяется в органических растворителях. Обладает высокими диэлектрическими свойствами в широком диапазоне температур (от -270 до 260ºС). Применяется также как антифрикционный и гидрофобный материал.6. Полиметилметакрилат плексиглас - применяется в электротехнике как конструкционный материал.7. Полиамид – обладает высокой прочностью, износостойкостью, высокими диэлектрическими свойствами. 8. Синтетические каучуки (эластомеры).9. Фенолформальдегидные смолы основа клеев, лаков, пластмасс.

Реакции поликонденсации, приводящие к получению полиамидов взаимодействие диаминов с дикарбоновыми
кислотами,
диэфиров дикарбоновых кислот с
диаминами
дихлорангидридов дикарбоновых кислот с
диаминами
динитрилов кислот с альдегидами
дикарбоновых кислот с диизоцианатами

Свойства полиамидов

Полиамиды - твёрдые роговидные полимеры с высокой
температурой плавления (например, 2180 С у капрона, 2640
С у найлона).
хорошие механические свойства, стоики к истиранию и
отличаются высокой разрывной прочностью (700-750
кгс/см2).
Полиамиды регулярного строения очень стойки к
действию обычных растворителей. Только сильно
полярные соединения, такие, как фенол, крезолы,
муравьиная кислота, растворяют полиамиды такого
типа. Смешанные полиамиды растворяются при
нагревании в низших алифатических спиртах
(метиловом, этиловом) в смеси с небольшими
количествами воды (от 10 до 20%).

Промышленные полиамиды нерастворимы в органических растворителях, растворимы в органических кислотах (серной, уксусной),

При нагревании на воздухе в полиамидах протекает термоокислительная деструкция. Влага и УФ, действующие одновременно, резко

Свойства полиамидов зависят от молекулярной массы и строения исходных веществ

Водопоглощение полиамидов

Марки полиамидов обозначают цифрами. Первая цифра – число атомов углерода в исходном диамине, вторая – в кислоте

Поликондесация диаминов и дикарбоновых кислот протекает как равновесный процесс

n H2N–R–NH2+ n HOOC– R1- COOH
↔
H-(-HN–R–NH-CО–R1-CО-)OH
+Н2О

Выход и молекулярная масса полиамида зависят

от полноты и скорости удаления воды,
эквимолярности соотношения
компонентов
отсутствия монофункциональных
соединений
избыток одного из компонентов может
вызывать гидролитические реакции,
ацидолиз, аминолиз и привести к резкому
снижению молекулярной масс

В гексаметиленадипинате (соль АГ) гексаметилендиамин и адипиновая кислота сочетаются строго в эквимолярном соотношении

H2N–(СН2)6–NH2 + HOOC– (СН2)4-COOH →
n H3N+–(СН2)6–N+H3 –-O C (O)– (СН2)4-C (O)O-

При нагревании соли АГ в расплаве происходит её поликонденсация с образованием полиамида

n H3N+–(СН2)6–N+H3 –-OC(O)–(СН2)4-C (O)O-
→
Н(-НN-(СН2)6NНСО(СН2)4-СО-)n-ОН + (n-1)Н2О
найлон 66

СЫРЬЁ

Гексаметилендиамин (СН2)6 (NН2)2 Т кип=9092С. (при 1,86 кПа), Тпл= 39С
Адипиновая кислота HOOC– (СН2)4-COOH
белый кристалический порошок, растворим
в горячей воде, спирте. Тпл=151С
Себациновая кислота HOOC– (СН2)8-COOH
белый криствллический порошок Тпл=134

Ароматические диамины из-за слабой основности не дают солей с дикарбоновыми кислотами. Поэтому проведение реакции в расплаве не

Получение полиамидов на границе раздела фаз

-Сl-C+-R-C+-Cl-
+H N–R –NH
2
1
2
Сl-C-R-CCl -НСl Сl-C-R-C
H2N-R1-N+H2
H2N–R1–NH

Преимущества реакции на границе раздела фаз

Нет необходимость соблюдать строгую
эквимолярность исходных веществ – реакция
протекает на поверхности раздела фаз, поэтому
эквимолярность регулируется поверхностью
раздела.
Получается полимер с очень высокой степенью
полимеризации.
Реакция протекает с высокой скоростью в течение
нескольких минут до полного завершения.
Можно использовать всё многообразие диаминов и
дикарбоновых кислот, независимо от их
устойчивости к повышенным температурам.

Фенилон

Ароматический полиамид
получаемый из хлорангидрида
изофталевой кислоты и
метафенилендиамина.
На основе фенилона получают
термостойкое волокно.

Получение полиамидов из гетероциклических соединений по реакции полимеризации

R А ↔ –R–А–
+ Н2О ↔ N+H3-(СН2)nCOO- →
С(О)
(СН2)n
NН
→Н(-НN-R-CO-)nОН

СЫРЬЁ

Капролактам – лактам ε – аминокапроновой
кислоты
Белое кристаллическое вещество в виде
порошка или оплавленных кусочков Т пл=70С.
Хорошо растворим в воде и в органических
растворителях. Гигроскопичен, хранят в
закрытой таре. Применяется для получения
полиамида – капрона:
n капролактам+Н2О →Н(-НN-R-CO-)5ОН

капрон

ПА 6 (найлон 6, капрон) – гидролитическая полимеризация
капролактама в присутствии воды и соли АГ. Белый,
рогоподобный, аморфно – кристаллический. Устойчив к
действию бензина, нефти, растворителей, воды Тхр. – до-30С,
Тпластичности=160С. Высокие физико – механические свойства,
диэлектрические свойства, износостойкость. Нетоксичен и
физиологически инертен – используется для протезирования.
Недостаток – высокое водопоглощение (до10%, в атмосфере –
до 3%), что ухудшает свойства материала.
ПА-6 – конструкционный материал общетехнического
назначения в авиационой промышленности, медицине,
электротехнике (изоляция). Выпускается в виде гранул.
Плёночной ПА-6

Аминокислоты с числом метиленовых групп СH2 больше, чем у аминокапроновой кислоты (более 5), не образуют циклических соединений

(лактамов), и поликонденсация
их имеет общий вид:

Представители полиамидов, получаемых из аминокислот

энант
Н-[-NH-(СН2) 6-СО-]n-ОН
пеларгон
H-[-NН-(СН2) 8-СО-] n-ОН
ундекан
Н-[-NH-(СН 2) 10-СО-] n-ОН
(полиамид-11)

ПА-6 блочный (капролит, найлон 6)

Полимеризация в автоклаве при 200С и
атмосферном давлении, катализаторы
физико – механических свой блочного ПА-6
превосходят ПА-6, синтезируемого
гидролитической полимеризацией.
Изготовление габаритных толстостенных
изделей путём механической обработки
блоков. Перерабатывается фрезерованием,
сверлением,точением. Ответственные детали
в самолётостроении и машиностроении.
Выпускается в виде блоков

ПА-66

ПА-66 линейный полярный, аморфно – кристаллический
полимер, белый рогоподобный. Устойчив к
растворителям, бензину, нефти. ПА-66 по сравнению с
другими алифатическими полиамидами имеет самую
высокую прочность, жёсткость, абразивную
устойчивость, теплостойкость.
Конструкционный материал в машиностроении,
автомобилестроении, химической промышленности По
отношению к органическим и нерганическим средам
аналогичен ПА-6 и 66. Менее гигроскопичен, чем ПА-66.
Прочность, жёсткость, абразивостойкость ПА-610
несколько ниже, чем у ПА-66, однако стабильность этих
свойств выше у ПА-610 из-за меньшего водопоглощения
в условиях эксплуатации

ПА-610

конструкционный материал в
машиностроении, автомобильно, химической
промышленности, а также для производства
химических волокон и плёнок. Температура
эксплуатации изделий –от –60 до 170С.
Стоимость ПА-610 выше из-за высокой
стоимости себациновой кислоты. Выпускается
в виде гранул, перерабатывается литьём под
давлением, прессованием, экструзией.

Свойства полиамидов

Физико-механические свойства полиамидов
определяются количеством водородных связей на
единицу длины макромолекулы, которая
увеличивается в ряду ПА-12, ПА-610, ПА-6, ПА-66.
Увеличение линейной плотности водородных связей
в макромолекуле увеличивает температуру
плавления и стеклования материала, улучшает
теплостойкость и прочностные характеристики,
но вместе с тем увеличивается водопоглощение,
уменьшается стабильность свойств и размеров
материалов, ухудшаются диэлектрические
характеристики.

Применение

Полиамиды относятся к конструкционным
(инженерным) полимерным материалам. В
отличие от полимеров общего назначения,
конструкционные полимеры характеризуются
повышенной прочностью и термостойкостью,
и, соответственно, дороже бытовых
полимерных материалов. Они используются
при создании изделий, требующих
долговечности, износостойкости, пониженной
горючести и способных выдерживать
циклические нагрузки.