REAKCJE POLIMERYZACJI

Polimeryzacja jest reakcją następującego po sobie łączenia się jednakowych cząsteczek w większe cząsteczki. Jest ona szczególnie charakterystyczna dla związków nienasyconych. Z etylenu na przykład powstaje substancja wielocząsteczkowa- polietylen. Połączenie cząsteczek etylenu następuje w miejscu rozerwania wiązania podwójnego:

CH = CH + CH= CH + CH = CH+ ... -CH -CH - + -CH -CH + -CH -CH -+... -CH -CH -CH- CH- CH- CH- CH-CH-

W skróconej postaci rówanie tej reakcji zapisuję się następująco:

n CH = CH (-CH-CH-) n

Na końcach takich dużych cząsteczek przyłączając się jakiekolwiek wolne atomy albo rodniki (na przykład atomy wodoru z etylenu). Produkt reakcji polimeryzacji nazywa się polimerem (poli- wiele, meros- część), wyjściowa zaś substancja wstępująca w ręakcję polimeryzacji nazywa się monomerem.

Warunki, w których zachodzą reakcje polimeryzacji są bardzo różnorodne. W jednych przypadkach przebiegają one tylko w podwyższonej temperaturze, w innych przypadkach niezbędne są katalizatory i wysokie ciśnienie. Głównym czynnikiem jednak jest budowa cząsteczki monomeru. Reakcji polimeryzacji mogą ulegać związki nienasycone, które zawierają w cząsteczce wiązania podwójne lub potrójne.

Za pomocą reakcji polimeryzacji otrzymuje się wysokocząsteczkowe substancje jak polietylen, policzterofluoroetylen (teflon), polistyren, kauczuki syntetyczne i inne. Mają one ogromne znaczenie gospodarcze.

POLIMERY
nazywane także tworzywami sztucznymi lub plastikami stanowią grupą materiałów organicznych, złożoną ze związków węgla, wodoru i innych pierwiastków niemetalicznych.

• przeważnie organiczne związki wielocząsteczkowe zbudowane z regularnie lub nieregularnie powtarzających się ugrupowań atomów o jednakowej budowie, zwanych merami, połączonych kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi
• wiele polimerów występuje w organizmach żywych; odgrywają one ważną rolę w procesach przemiany materii (np. białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe)
• niektóre z nich mogą być wykorzystywane do celów technicznych, np. cis-1,4-poliizopropen (kauczuk naturalny)
• obecnie produkuje się na dużą skalę polimery syntetyczne, które przetwarza się głównie na tworzywa sztuczne, włókna syntetyczne, gumę, kleje, lakiery
• stanowią ważny surowiec współczesnego przemysłu, wiele z nich odznacza się bowiem m.in. dużą wytrzymałością mechaniczną (dorównującą wytrzymałości stali), lekkością (kilkakrotnie lżejsze od metali), odpornością chemiczną, dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi i elektroizolacyjnymi
• duże znaczenie w medycynie
• zastosowanie w ochronie środowiska (oczyszczanie wód i powietrza)
• najczęściej stosowanymi syntetycznymi polimerami organicznymi są np. polichlorek winylu, polietylen, polipropylen, poliamidy, poliestry, fenoplasty, silikony oraz żywice mocznikowe
• są też znane polimery nieorganiczne, np. polikrzemiany, polifosforany

W skład polimerów wchodzą również dodatki barwników lub pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy (plastyfikatorów), antyutleniaczy i innych. W temperaturze pokojowej polimery są bezpostaciowe lub krystaliczne.

Polimery w zależności od kształtu i budowy makrocząsteczki można podzielić na 4 grupy:
a) liniowe
b) liniowe z rozgałęzieniami
c) z rozgałęzieniami poprzecznymi
d) silnie usieciowione

Łączenie monomerów w makrocząsteczki następuje podczas polireakcji:
• polimeryzacji pomiędzy monomerami tego samego typu, o wiązaniu nienasyconym podwójnym, np. w polietylenie;
• kopolimeryzacji między dwoma lub więcej monomerami, np. w syntetycznych kauczukach (elastomery);
• polikondensacji, czyli gdy w monomerze nie występuje wiązanie nienasycone, a w wyniku reakcji powstaje produkt uboczny (np. woda). Przykładem polikondensacji jest reakcja powstawania bakelitu z fenolu;
• poliaddycji, czyli reakcji pomiędzy monomerami, w których występuje wiązanie nienasycone, podwójne. Proces przebiega stopniowo, często powiązany z przegrupowaniem atomów monomeru, umożliwiającym wzrost łańcucha polimeru. Przy tej reakcji nie wydziela się produkt uboczny.
Właściwości polimerów są zależne od wielkości makrocząstek, tzn. od liczby jednostek monomerycznych zawartych w każdej makrocząstce.
Głównymi sposobami łączenia polimerów są: klejenie, zgrzewanie oraz stosowanie różnych złączek, które często wykonuje się z polimerów.

Podział tworzyw:
Tworzywa ze względu na właściwości mechaniczne można podzielić na plastomery i elastomery .
Plastomery -to tworzywa w których współczynnik sprężystości wzdłużnej E ma wartość od 1000-1500Mpaa wydłużenie ma wartość 1-200%
Elastomery- charakteryzują się tym że E ma wartość 1-6Mpa natomiast wydłużanie osiąga do 1000 i więcej %
Podział tworzyw ze względu na właściwości cieplno- przetwórcze:
-termoplastyczne (termoplasty)-charakteryzują się tym że w podwyższonej temperaturze są plastyczne natomiast w temperaturze pokojowej i niższej są w stanie stałym przy czym tworzywa te można wielokrotnie przeprowadzać ze stanów plastycznego w stały i odwrotnie.
-utwardzalne- (duroplasty) - w podwyższonej temperaturze są plastyczne ,tworzywo to tylko raz przejdzie w stan ciekły, przejście to może się odbywać pod wpływem dwóch bodźców :temperaturowy(termoutwardzalne )i chemiczny (chemoutwardzalne).

ZASTOSOWANIA TWORZYW SZTUCZNYCH:
· budownictwo
· meblarstwo
· elektronika i elektrotechnika
· medycyna
· transport i komunikacja (opony, zderzaki)
· aparatura i części maszyn
· opakowania
· gospodarstwo domowe
· kosmetyka

WYSTĘPUJĄCE POLIMERY

POLIETYLEN -[-CH2-CH2-]n-

Znany jest już od 1937 roku i dość rozpowszechniony w technice.

Jest substancją białą, konsystencji proszku lub granulatu, przypominającą w dotyku parafinę. Powstaje w procesie polimeryzacji etylenu. Powierzchnia tworzywa daje się łatwo zarysować, lecz jest w odróżnieniu od parafiny zwarta.

Jest tworzywem o doskonałych własnościach dielektrycznych i dużej odporności na działanie kwasów, zasad, soli i większości związków organicznych oraz niskich temperatur (do -50stopniC). Jest niepolarny.

W węglowodorach alifatycznych, aromatycznych i chlorowcopochodnych, polietylen pęcznieje, czemu towarzyszy pogorszenie jego własności fizycznych. Ponadto przewody (rury, kable) z polietylenu, ułożone w ziemi, mogą ulegać zniszczeniu, określanemu potocznie przez analogię do metali - korozję.

Polietylen znajduje zastosowanie w produkcji folii i innych opakowań, do wyrobu rur nadających się zarówno do wody pitnej, jak i do ścieków, jako powłoki kablowe oraz do wyrobu elementów gospodarstwa domowego, za wyjątkiem pojemników lub opakowań do mleka i tłuszczów zwierzęcych. Z polietylenu wytwarza się: folie opakowaniowe, artykuły gospodarstwa domowego, rury, węże, pojemniki i butelki na wodę oraz chemikalia, materiały elektroizolacyjne, kije hokejowe, narty, żagle, liny, kamizelki kuloodporne, zabawki, opakowania, elementy aparatury chemicznej, skrzynki i armatura elektryczna. Włókna na bazie polietylenu należą do najbardziej odpornych mechanicznie włókien chemicznych.

W Polsce jest produkowany tylko polietylen wysokociśnieniowy o nazwach handlowych politen i petrolen.

POLISTYREN

otrzymuje się na drodze polimeryzacji styrenu w podwyższonej temperaturze (około 800 C).

W normalnej temperaturze pokojowej jest to tworzywo twarde i kruche, bez zapachu, bez smaku, fizjologicznie obojętne.

Otrzymuje się go z etylenu i benzenu.

Jest materiałem stosunkowo lekkim o dużej stałości wymiarów, co umożliwia stosowanie go w precyzyjnej aparaturze pomiarowej. Cechuje się małą nasiąkliwością wody, dobrymi własnościami dielektrycznymi, niezmiennymi w szerokim zakresie częstotliwości, a także dużą odpornością na działanie większości cieczy, nawet silnie korodujących. Nie odporny jest natomiast na działanie rozpuszczalników organicznych. Pod wpływem światła słonecznego polistyren żółknie i staje się bardziej kruchy.

Jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych, ponieważ obok własności mechanicznych i fizycznych, cechuje go łatwość formowania i niska cena. Służy do wyrobu galanterii technicznej, obudowy różnych urządzeń mechanicznych i wykładzin, a jako tworzyw parowate (styropian) - do opakowań i płyt termoizolacyjnych. Stosowany jest również w przemyśle elektrotechnicznym i radiotechnicznym. Używa się go również do wyrobu rur kwasoodpornych, opakowań oraz przedmiotów gospodarstwa domowego- grzebieni, zabawek i innych.

POLIPROPYLEN -[-CH2-CH(CH3)-]n-

Jest to tworzywo częściowo krystaliczne o własnościach zbliżonych do polietylenu. Otrzymuje się go na skalę przemysłową przez niskociśnieniową polimeryzację propylenu wobec katalizatora.

Rozróżnia się: polipropylen izotaktyczny, który zawiera do 95% fazy krystalicznej, jest lżejszy od wody, wykazuje doskonałą odporność na działanie kwasów, zasad, soli nieorganicznych, polipropylen syndiotaktyczny o własnościach pośrednich, polipropylen ataktyczny - zawierający wyłącznie fazę bezpostaciową, o konsystencji plasteliny;

Polipropylen charakteryzuje się małą ścieralnością i dobrymi własnościami dielektrycznymi. Może być stosowany w temperaturach -35 do + 1300C.

Jest gładki w dotyku, ma większą odporność powierzchni na zarysowania i uszkodzenia, nie ulega korozji naprężeniowej, ma mniejszą gęstość, większą wytrzymałość na rozciąganie i większą odporność termiczną.

Jako wady polipropylenu należałoby wymienić stosunkowo dużą kruchość w temperaturach poniżej 00C i większą niż polietylen, wrażliwość na działanie tlenu.

Polipropylen znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle do wyrobu różnych elementów maszyn poddawanych większym obciążeniom (wałki drukarskie, koła zębate), naczynia i elementy do sterylizacji wrzeniem oraz wyroby wymagające łączenia i współpracy z elementami metalowymi. Z polipropylenu wykonuje się folie, rury, koła zębate, obudowy maszyn, łożyska niskoobrotowe, elementy armatury, wykładziny, pojemniki. Z ciągłych włókien polipropylenu produkowane są sznury i sieci rybackie. Włókna cięte są dodawane do mieszanek z wełną i bawełną w przemyśle tekstylnym. Polipropylenowe mikroporowatewłókna kapilarne służą do ultrafiltracji i rozdziału gazów.

Nazwa handlowa polipropylenu to malen.

POLICHLOREK WINYLU -[-CH2-CHCl-]n-

Polimeryzacja chlorku winylu prowadzi, w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury, do uzyskania tworzywa wielocząsteczkowego o wzorze w temperaturze pokojowej są twarde, mało sprężyste, a przy obniżeniu temperatury stają się kruche.

Wykazuje bardzo dobrą wytrzymałość mechaniczną i dobre własności dielektryczne. Jest odporny na działanie większości rozpuszczalników (rozpuszcza się lub pęcznieje w cykloheksanonie, tetrahydrofuranie, pirydynie, dwusiarczku węgla). Rozkłada się pod wpływem temperatury i światła.
Twardy polichlorek winylu znajduje zastosowanie jako materiał elektroizolacyjny, surowiec do wyrobu płytek podłogowych, płyt gramofonowych, rur, elementów armatury, elementów budowlanych np. framug drzwi i ram okiennych, przedmiotów codziennego użytku, przyborów kreślarskich oraz do impregnacji tkanin i papieru.
Miękki polichlorek winylu jest stosowany jako wykładzina zbiorników, wykładsziny podłogowe i tapicerskie, powłoki ochronne, sztuczne skóry Rurowe membrany z polichlorku winylu służą do ultrafiltracyjnego oczyszczania wody i ścieków (igelit).
Nazwy handlowe: winidur (PVC twardy), polwinit, igelit (PVC miękki)

POLIMETAKRYLAN METYLU (szkło organiczne, -[-CH2-C(CH3)( COOCH3)-]n-)

Jest odporny na działanie czynników atmosferycznych, kwasów, zasad, ozonu, węglowodorów alifatycznych oraz niskich temperatur. Ulega natomiast działaniu węglowodorów aromatycznych, ketonów, estrów. Jest palny, nie jest odporny na wysokie temperatury.

Główne zastosowania PMMA wynikają z jego przezroczystości i odporności na starzenie w warunkach
atmosferycznych. Te właściwości, w połączeniu z dużą wytrzymałości mechaniczną i sztywnością sprawiają, że jest chętnie stosowany jako materiał do wykonywania kloszy świateł sygnalizacyjnych, soczewek, szyb okiennych, lotniczych i samochodowych, urządzeń sanitarnych, naczyń stołowych, sztucznej biżuterii i in. wyrobów codziennego użytku. Odpowiednio barwiony znajduje zastosowanie w protetyce dentystycznej.

Nazwy handlowe: metapleks, pleksiglas.

POLIAMID

przyjęto nazywać związki wielocząsteczkowe, które zawierają w makrocząsteczce ugrupowania amidowe -CO - NH -.

Do monomerów poliamidowych zalicza się zatem związki, które zawierają w cząsteczce, lub tworzą, grupy amidowe w wyniku reakcji z innymi związkami.

Poliamidy zaliczane są do typowych polimerów krystalicznych. Cechuje je dobra wytrzymałość na rozciąganie, wysoki moduł sprężystości, twardość, odporność na ścieranie itp. Poliamidy wytwarza się z pochodnych węgla, gazu ziemnego lub ropy naftowej.

Poliamidy w najróżniejszych postaciach znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Niełamliwe artykuły codziennego użytku, artykuły techniczne, którym stawiane są wysokie wymagania wytrzymałościowe, włókna, lekkie tkaniny stanowią najbardziej wyróżniający się zakres zastosowań tych polimerów.

Poliamidy mogą zaabsorbować do kilku procent wody.
Ulegają działaniu kwasów, stężonych zasad, utleniaczy. Z poliamidów wytwarzane są koła zębate, armatura wodociągowa, galanteria, folie i włókna, a także powłoki fluidalne na metale. Poliamid 6,6 znany pod nazwą nylon i poliamid 6 są stosowane zwykle w postaci włókien tekstylnych. Do wytwarzania pojedynczych włókien ciągłych służących np. do wyrobu szczotek, sprzętu sportowego, nici hirurgicznych stosuje sie poliamidy 6, 10 i 11. Poliamid 4,6, który jest produktem polikondensacji tetrametylenodiaminy z kwasem adypinowym, służy do produkcji części silników elektrycznych narażonych na działanie wysokich temperatur, natomiast z poliamidu

PA 4 (produktu polimeryzacji 2-pirolidonu) produkowane są ręczniki, ubiory sportowe,konfekcja, dywany. Nazwy handlowe tworzywa poliamidowego probukowanego w Polsce
(poliamidu 6): tarnamit, tarlon, stilamit, itamit.

Natomiast nazwy włókien: polana (włókna cięte), stilon (włókna ciągłe).

Włókna poliamidowe są produkowane na świecie pod nazwami handlowymi: perlon, enant, dederon (Niemcy), kapron (Rosja), nylon (USA), rilsan (Francja), helion, lilion, ortalion (Włochy), nomex, kevlar (włókna z poliamidów aromatycznych produkowane w USA).

KAUCZUK SYNTETYCZNY

Metodą Lebiediewa otrzymuje się w wyniku polimeryzacji węglowodoru nienasyconego butadienu (dwuwinylu), którego cząsteczka zawiera dwa wiązania podwójne.

POLIWEGLANY

otrzymuje się z trującego fosgenu i dianu.

Są one tworzywami termoplastycznymi o bardzo wysokiej temperaturze mięknięcia (około 1700C). Z powodu bardzo słabej zdolności do krystalizacji polimeru czyste produkty z poliwęglanu są bezbarwne i przejrzyste. Polimer może być przetwarzany z roztworu jak również, biorąc pod uwagę jego termoplastyczny charakter, na zwykłych maszynach stosowanych do przerobu tworzyw sztucznych. Z poliwęglanów można produkować włókna, folie, rury, wyroby drążone i inne. Uwzględniając dużą odporność na ciepło, jak również bardzo dobre własności mechaniczne i dielektryczne, stosuje się poliwęglany w przemyśle elektronicznym, w medycynie i do produkcji części maszyn i urządzeń, którym stawiane są duże wymagania techniczne, jak również na przedmioty codziennego użytku

POLIMERY WYSTĘPUJĄCE W PRZYRODZIE

KAUCZUK NATURALNY Kauczuk naturalny, produkt koagulacji lateksu (mleczka kauczukowego) z uprawnego drzewa Hevea brasiliensis.

Głównym składnikiem jest węglowodór nienasycony o budowie łańcuchowej, cis-1,4-poliizopren, (C5H8)n, gdzie n>10 000. Brunatne, plastyczne ciało stałe. Poddawany wulkanizacji daje gumę lub ebonit.

Główne zastosowanie znajduje przy wyrobie klejów i gumy. Ebonit stosowany jest głownie na skrzynki akumulatorów samochodowych.

CELULOZA, błonnik, (C6H10O5)n,
nadaje sztywność i kształt roślinom, w niemal czystej postaci występuje w bawełnie, włóknach lnu, juty i konopi. W ilości ponad 50% stanowi masę drewna.
Ma kolor biały, jest odporna chemicznie i mechanicznie.
Stosowana jest do produkcji tkanin, papieru, włókien sztucznych (acetyloceluloza, jedwab octanowy, jedwab wiskozowy, nitroceluloza), lakierów, celuloidu, celofanu, fibry, materiałów wybuchowych (bawełna strzelnicza). Celulozę modyfikuje się na skalę przemysłową przez acetylwanie- otrzymuje się tworzywo do wyrobu błon rentgenowskich i filmowych. Tworzywo to rozpuszcza się w wodzie dając roztwory o dużej lepkości przy bardzo małych stężeniach. Z tego powodu stosuje się je powszechnie jako zagęszczacz farb lateksowych, klejów i kosmetyków oraz do powlekania tabletek farmaceutycznych.

SKROBIA, (C6H10O5)n (n>300), krochmal, polisacharyd zbudowany z reszt glukozy połączonych glukozydowo.
Skrobia jest białą, bezpostaciową substancją, pozbawioną smaku, nierozpuszczalną w zimnej
wodzie i alkoholu. Skrobia stanowi materiał zapasowy roślin, występuje głównie w nasionach.
Powstaje w plastydach. W zależności od gatunku ziarna skrobia mają różną postać, ich średnica może wynosić od 3 do 100 milimikronów.
Skrobia jako materiał zapasowy gromadzona jest w owocach (np. chlebowca), nasionach (np.
ziarniakach zbóż), oraz w organach spichrzowych, takich jak kłącza (taro), bulwy korzeniowe
(batat, maniok), bulwy pędowe (ziemniak). Skrobia występuje też w rdzeniu i promieniach
rdzeniowych łodyg i pni roślin drzewiastych, np. w postaci mączki zwanej sago uzyskiwanej z pni sagowców i niektórych palm.
Jako składnik pożywienia (mąka) jest źródłem glukozy, która zostaje uwolniona ze skrobi poprzez produkty pośrednie - dekstryny i maltozę.
Poza przemysłem spożywczym skrobia znajduje również zastosowanie w przemyśle
włókienniczym, kosmetycznym, farmaceutycznym, spirytusowym, również do produkcji klejów i papieru.

ZASTOSOWANIE POLIMERÓW W MEDYCYNIE

W ciągu ostatnich 60 lat duży postęp w medycynie był częściowo związany ze stosowaniem
nowych urządzeń i aparatów medycznych. Urządzenia te muszą pracować w ciągłym kontakcie z krwią lub z żywą tkanką. Do zastosowania z powodzeniem w urządzeniu medycznym polimer musi być odporny na odrzucenie przez organizm chorego i na degradację. Ciało ludzkie jest środowiskiem jednocześnie wrogim i wrażliwym, a więc materiały do zastosowań medycznych powinny być starannie dobierane.

POLIMERY

RODZAJE I ZASTOSOWANIE

Aśka Dobroczyńska

Kl. II m

Bibliografia:

• G.P. Chomczenko „Chemia dla kandydatów na wyższe uczelnie”

• Włodzimierz Szlezyngier „Tworzywa sztuczne” Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej

• Strony internetowe

• Szkolna multimedialna encyklopedia chemii

• Słownik chemiczny

• Izabella Hyla „Tworzywa sztuczne”

---