РОСОБРАЗОВАНИЕ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

Полимеры, пластмассы, методы получения, свойства, применение в машинах  и аппаратах пищевых  производств, старение, экологическая безопасность. 
 
 
 
 

                     Выполнил: студент группы

                     Проверил:  
 
 
 
 
 
 
 
 

2009

    Оглавление:

Введение

1.1. Полимеры

1.2. Получение полимеров

1.3. Свойства полимеров

1.4. Старение  полимеров

2.1. Пластмассы

2.2. Получение пластмасс

2.3. Свойства пластмасс

3. Экологическая безопасность

Вывод  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение:

    Одним их самых распространенных искусственных, отсутствующих в природе и  потому получаемых в процессе химической обработки, материалов являются полимеры, пластмассы, появление которых относится к 20 веку, веку бурного развития новых технологий. Их распространенность, применение обусловлено рядом их специфических свойств, таких как малая плотность при удовлетворительной технологической прочности, высокая химическая коррозионная стойкость, хорошие электроизоляционные свойства и прочее.

    Их  широкое применение в машиностроении, промышленности позволяет экономить  расход дорогих цветных металлов, снижать массу изделий, повышать их долговечность, снизить трудоемкость продукции. Одним из преимуществ является также возможность не разделения процессов изготовления продукции путем совмещения процессов формообразования заготовки и получения готовых деталей. Процесс обработки является высоко автоматизированным, с незначительным уровнем механической доработки.

    1.1. Полимер (от греч. πολύ- — «много» и μέρος — «часть») — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов.), состоит из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок —составных звеньев, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные (например, целлюлоза) или разветвленные (например, амилопектин) цепи, а также пространственные трёхмерные структуры.

К полимерам  относятся многочисленные природные  соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число  полимеров получают синтетическим  путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

      В зависимости от строения основной цепи полимеры делятся на линейные, разветвленные, и пространственные структуры. Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации. 

     Физико-механические свойства линейных  и разветвленных полимеров во  многом связаны с межмолекулярным  взаимодействием за счет сил  побочных валентностей. Так, например, молекулы целлюлозы взаимодействуют между собой по всей длине молекул, и это явление обеспечивает высокую прочность целлюлозных волокон.  А разветвленные молекулы крахмала взаимодействуют лишь отдельными участками, поэтому не способны образовывать прочные волокна. Особенно прочные волокна дают многие синтетические полимеры (полиамиды, полиэфиры, полипропилен и др.), линейные молекулы которых расположены вдоль оси растяжения. Трехмерные структуры могут лишь временно деформироваться при растяжении, если они имеют сравнительно редкую сетку (подобно резине), а при наличии густой пространственной сетки они бывают упругими или хрупкими в зависимости от строения.

      ВМС делятся на две большие группы: гомоцепные, если цепь состоит из одинаковых атомов (в том числе карбоцепные, состоящие только из углеродных атомов), и гетероцепные, когда цепь включает атомы разных элементов. Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы в соответствии с принятыми в химической науке принципами. 

    1.2. Получение полимеров. Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и др. методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Синтетические полимеры получают полимеризацией и поликонденсацией. Карбоцепные полимеры  обычно синтезируют полимеризацией мономеров с одной или несколькими кратными углерод - углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки (например, из циклопропана и его производных). Гетероцепные полимеры получают поликонденсацией, а также полимеризацией мономеров, содержащих кратные связи углерод-элемент (например, С = О, N = С = О) или непрочные гетероциклические группировки (например, в окисях олефинов, лактамах).

    1.3. Свойства полимеров. Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и плёнки; способность к большим, длительно развивающимся обратимым; способность в высокоэластическом состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трёхмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.

    Полимеры  могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах. возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов и др.), тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимеров  менее выражены, чем в кристаллических.

    Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками.

    Полимеры  могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (т. н. сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты; реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь; внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Некоторые свойства полимеров., например растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами.

   1.4  Старение полимеров.

 

        Необратимое изменение свойств полимеров под действием тепла, кислорода, солнечного света, озона, ионизирующих излучений и др. В соответствии с факторами воздействия различают следующие основные виды старения: термическое, термоокислительное, световое, озонное, радиационное. Старение происходит при хранении полимеров и их переработке, а также при хранении и эксплуатации изделий из них. В реальных условиях на полимеры воздействует одновременно несколько факторов, например при атмосферном старении — кислород, свет, озон, влага. Важный фактор, ускоряющий старение, — механические напряжения, развивающиеся в полимерах при их переработке и в некоторых условиях эксплуатации изделий.        

      Причина старения — химические  превращения макромолекул, приводящие  к их деструкции и к образованию разветвленных или трёхмерных структур («сшиванию»). Механизмы старения различны; например, деструкция при термоокислительном старении связана с цепной реакцией окисления полимера, сопровождающейся образованием гидроперекисей и их распадом. Скорость старения зависит от чувствительности полимера к воздействию перечисленных факторов, от интенсивности последних, а также от со става полимерного материала. В наибольшей степени старению подвержены карбоцепные полимеры, содержащие в макромолекулах ненасыщенные связи, в частности некоторые каучуки (натуральный, синтетический изопреновый и др.). Следствия старения — ухудшение механических характеристик полимеров, появление трещин на поверхности и их разрастание (иногда полное разрушение), изменение окраски и др. Стойкость полимеров к старению во многих случаях определяет сроки их хранения, а иногда и службы изделий. Эффективный способ защиты полимеров от старения — стабилизация. 
 
 
 
 
 

2.1. Пластмассы (пластические массы, пластики)-материалы на основе полимеров. Большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.

   Эти вещества  состоят в основном из углерода (C), водорода (H), кислорода (O) и азота (N). Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, от 10 000 до 500 000 и более; для сравнения, кислород (O₂) имеет молекулярную массу 32. Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов. 

   Некоторые  органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами.

  Хотя модифицированные  природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легко доступные побочные продукты угольной и нефтяной промышленности или производства удобрений.

   Первым  термопластом, нашедшим широкое  применение, был целлулоид—искусственный  полимер, полученный путем переработки природного—целлюлозы. 

                

    2.2.Получение пластмасс. Изготавливаются они из высокополимерных материалов. Содержат в своем составе полимеры. В зависимости от природы содержащихся полимеров и характера их перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние пластмассы делят на термопласты и реактопласты. Помимо полимера могут содержать твердые или газообразные наполнители и различные модифицирующие добавки, улучшающие технологию и эксплуатации свойства, снижающие стоимость и изменяющие внешний вид изделий. В зависимости от природы твердого наполнителя различают асбопластики, боропластики, графитопласты, металлополимеры, органопластики, стеклопластики, углепластики. Прочие же, содержащие твердые наполнители в виде дисперсных частиц различной формы (например, сферической, игольчатой, волокнистой, пластинчатой, чешуйчатой) и размеров, распределенных в полимерной матрице (связующем), называют дисперсно-наполненными. Содержащие наполнители волокнистого типа в виде ткани, бумаги, жгута, ленты, нити и других материалов, образующие прочную непрерывную фазу в полимерной матрице, называют армированными. Пластические массы, содержащие в качестве наполнителя газ или полые органические либо неорганические частицы, относят к пенопластам, которые также могут быть дисперсно-наполненными или армированными.

      2.3. Свойства пластмасс.                

      С точки зрения химического  поведения полимер похож на мономер (или мономеры), из которого (или которых) он получен. Углеводороды этилен H₂C=CH₂, пропилен H₂C=CH–CH₃ и стирол H₂C=CH–C₆H₅ претерпевают присоединительную полимеризацию, образуя полиэтилен, полипропилен и полистирол со следующими структурами 

      Эти полимеры ведут себя как углеводороды. Они, например, растворимы в углеводородах, не смачиваются водой, не реагируют с кислотами и основаниями, горят, подобно углеводородам, могут хлорироваться, бромироваться и - в случае полистирола - нитроваться и сульфироваться

                                

Физические  свойства полимера, напротив, зависят не только от характера мономера, но в большей степени от среднего количества мономерных звеньев в цепи и от того, как цепи расположены в конечной макромолекуле.

Все синтетические  и используемые в промышленности природные полимеры содержат цепи с различным числом мономерных единиц. Это число называют степенью полимеризации (СП) и обычно пользуются его средним значением, поскольку цепи не одинаковы по длине. Средняя длина цепи и СП может быть определена экспериментально несколькими методами (например, осмометрией - измерением осмотического давления различных растворов; вискозиметрией - измерением вязкости; оптическими методами - измерением светорассеяния различными растворами; ультрацентрифугированием, при котором вещества разделяются по их плотности). СП особенно важна при определении механических свойств полимера, поскольку при прочих равных условиях более длинные цепи налагаются друг на друга более эффективно и порождают большие силы сцепления. Можно сказать, что заметная механическая прочность наблюдается уже при СП 50–100, достигая максимума при СП выше 1000.