mu_kontrolnaya_vms_dlya_psk3

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
__________________________________________________________
ГОУ ВПО ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра общей и специальной химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для самостоятельной работы и контроля знаний
по теме: «Получение и свойства полимеров»
для студентов специальности «Производство строительных
материалов, конструкций и изделий» по курсу «Химия ВМС»
Тюмень - 2008г.
«Высокомолекулярные соединения», автор: к.х.н., доц. Турнаева Е.А.,
к.х.н., доц. Турнаев В.А. методические указания для самостоятельной работы и контролю знаний, (для специальности «Производство строительных
изделий и конструкций», дневное обучение, 3 курс, 6 семестр) Тюмень:
ТюмГАСУ. 2008. 23 с.
Рецензент: ст. преподаватель Долматова Нина Николаевна
Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры:
протокол № от «___»___________2008 г.
Тираж _________________________________ экземпляров
2
Общие методические указания
Наука является производительной силой общества и без применения
достижений науки, в частности химии высокомолекулярных соединений
(ВМС) невозможно развитие современной промышленности. Знание химии
ВМС необходимо для успешной деятельности инженера – технолога.
Изучение курса химии ВМС складывается из следующих элементов:
посещение лекций, изучение разделов и тем дисциплины по учебникам и
учебным пособиям, выполнение контрольных заданий, выполнение
лабораторного практикума, консультации у преподавателя, сдача зачета.
Один из основных видов учебных занятий студентов – самостоятельная
работа над учебным материалом. Изучать курс рекомендуется по темам,
предварительно ознакомившись с содержанием каждой по программе. При
изучении темы необходимо отмечать трудные для понимания и неясные
места, для последующей консультации у преподавателя. Только
разобравшись с теоретическим материалом, необходимо приступать к
выполнению контрольной работы.
В процессе изучения курса химии ВМС студент должен выполнить три
контрольных работы. Правильно выполненная контрольная работа должна
подтвердить студенту, что уровень усвоения им теоретических знаний по
данной теме соответствует требованиям.
Каждая контрольная работа содержит пятнадцать вариантов заданий.
Номер варианта студента определяется по его порядковому номеру в списке
подгруппы при посещении лабораторного практикума. Контрольная работа,
выполненная не по своему варианту, преподавателем не проверяется и не
засчитывается как сданная.
Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены в отдельной
тетради. Необходимо четко фиксировать номера и условия задач. В конце
каждой работы необходимо дать список используемой литературы с
указанием года издания.
Выполненная контрольная работа сдается преподавателю в
соответствующие сроки: 1 контрольная работа – 5-6 учебная неделя, 2
контрольная работа – 9-10 учебная неделя, 3 контрольная работа – 15-16
учебная неделя.
Если контрольная работа не зачтена, ее следует выполнить повторно с
учетом замечаний преподавателя. Исправления следует делать в конце
тетради, а не в тексте, где сделаны замечания.
3
Теоретическая часть
Полимеры – это высокомолекулярные соединения, молекулы которых
(макромолекулы) состоят их большого числа одинаковых повторяющихся
группировок (элементарных звеньев). Число элементарных звеньев в
молекуле полимера называется степенью полимеризации.
Увеличение молекулярной массы в макромолекулах, связанной с
образованием длинных цепей, обуславливает их особые свойства:
 образец полимера, состоящий из макромолекул разной структуры,
характеризуется, как правило, средней молекулярной массой и средней
степенью полимеризации;
 плохая растворимость; набухание в растворителях, предшествующее
растворению;
 образование пленок и волокон при удалении растворителя, а не
кристаллов;
 три физических состояния – стеклообразное, высокоэластичное,
вязкотекучее;
 невозможность перегонки и перекристаллизации;
 большое разнообразие свойств, обусловленное строением или
введением незначительных количеств добавок.
Полимеры могут быть природными (например, целлюлоза, лигнин,
каучук), искусственными (полученные модификацией природных, например,
карбоксиметилцеллюлоза КМЦ) и синтетическими (полученные синтезом,
например, поливинилхлорид, полистирол).
В зависимости от структуры макромолекул выделяют линейные,
разветвленные и сетчатые полимеры. По отношению к нагреванию
выделяют термопластичные (размягчающиеся при нагревании) и
термореактивные (образующие дополнительные химические связи при
нагревании) полимеры. Если основная цепь макромолекул содержит только
атомы углерода, то полимер называется карбоцепным (например,
полистирол, поливинилхлорид). Полимеры, содержащие в основной цепи
атомы углерода, кислорода, азота, серы, называются гетероцепными
(например, полиамиды, полиэфиры).
Синтез полимеров может осуществляться по двум реакциям – процессу
полимеризации и поликонденсации.
Мономер – низкомолекулярное соединение, используемое для синтеза
макромолекул.
Полимеризация – частный случай реакции присоединения. Она
заключается в соединении между собой большого числа мономерных
молекул, содержащих кратные связи или напряженные циклы.
Примеры мономеров: СН2 = СН2 (этилен), С6Н5 – СН = СН2 (стирол),
СН2 = СН (СН3) – СОО – СН3 (метилметакрилат).
Процесс полимеризации протекает без выделения побочных продуктов,
поэтому состав мономера совпадает с составом элементарного звена.
4
n СН2 = СНСl  [- CH2 – CHCl - ]n
Хлорэтен
(хлористый винил)
полихлорвинил
Процесс полимеризации протекает, как правило, по цепному
механизму. Процесс цепной полимеризации включает следующие основные
стадии: образование активных центров, рост цепи, передача цепи, обрыв
цепи.
1) Образование активного центра протекает при взаимодействии инициатора
или катализатора с мономером: М  М*, где М - мономер, М* - частица,
содержащая активный центр (радикал или ион). Инициирование может
протекать и под физическим воздействием, в этом случае выделяют
термическое, радиационное и фото- инициирование.
2) Рост цепи происходит путем присоединения к активным центрам молекул
мономера, активный центр при этом перемещается на присоединившуюся
молекулу: М* + М  ММ*
ММ* + М  МММ*
МММ* + М  ММММ* и т.д.
3) Передача цепи происходит путем переноса активного центра от растущей
полимерной цепи на другую молекулу, например, мономер.
МnМ*  Мn + М*
MnM* + AB  МnМA + B*
4). Обрыв цепи заключается в уничтожении (дезактивации) активных
центров, он может протекать при взаимодействии активного центра с другой
активной частицей или стенкой реактора, молекулой растворителя и т.п.:
М* + Мn М*  Мn+2
Исходя из состава исходных мономеров, процесс полимеризации
подразделяют на гомополимеризацию и сополимеризацию. В процесс
гомополимеризации вступают мономеры одного вида: nM  [-M-]n.
В сополимеризации участвуют мономеры двух и более видов:
 [-M1 – M2-]n
cтатический сополимер
nM1 + mM2   [- M1 -]n – [- M2 -]m
блок - сополимер
 [-M1 – M1 – M1 -]n
M2
M2
M2
M2
M2
M2
привитой сополимер
5
Исходные мономеры и условия синтеза некоторых полимеров
представлены в таблице 1 приложения.
Поликонденсация – процесс присоединения молекул одного или
нескольких типов мономеров. Мономеры должны содержать две или более
функциональные группы (-ОН, -СООН, -NH2, -СОН и др.), способные к
химическому взаимодействию. При поликонденсации происходит отщепление низкомолекулярных продуктов (Н2О, НСl и др.), поэтому элементарное
звено полимера по элементному составу не соответствует исходному
мономеру.
В общем виде этот процесс можно представить следующим образом:
Схема 1
ав
а -А-а + в-В-в  а-А-В-в
а, в – функциональные группы
ав
а-А-В-в + а-А-а  а-А-В-А-а
исходных молекул
ав
а-А-В-А-а + в-В-в  а-А-В-А-В-в и т.д. ав – низкомолекулярный
продукт
или, объединив стадии, получим уравнение:
ав
 а-[AB]n-в , где а-[AB]n-в – полимер.
n а -А-а + n в-В-в n
Пример процесса гетерополиконденсации – синтез полиамидов из диаминов и дикарбоновых кислот.
x H2N – (CH2)6 – NH2 + x HOOC – (CH2)4 – COOH HO 
H O

 H-[-NH – (CH2)6 – NH – CO – (CH2)4 – CO -]-OH
2
2
Исходные мономеры и условия синтеза некоторых полимеров приведены в
таблице 1 Приложения.
Химические превращения полимеров.
Полимеры склонны к различным химическим реакциям, в результате
которых происходит изменение химического строения или степени
полимеризации макромолекул.
Химические реакции высокомолекулярных соединений по природе не
отличаются от реакций классической органической химии, но большие
размеры макромолекул и сложность строения вносят особенности в эти
взаимодействия.
Классификация химических превращений полимеров
1. Реакции, не сопровождающиеся изменением степени полимеризации:
а) полимераналогичные превращения;
б) внутримолекулярные реакции.
2. Реакции, приводящие к изменению степени полимеризации:
6
а) реакции, идущие с увеличением молекулярной массы (реакции сшивания);
б) реакции, идущие с уменьшением молекулярной массы (реакции
деструкции).
Остановимся подробнее на втором типе реакций, т. к. он наиболее
часто реализуется при получении или эксплуатации полимерных строительных материалов.
Реакции соединения макромолекул поперечными связями называются
реакциями сшивания или структурированием. Они происходят при действии
на полимер сшивающих агентов или под влиянием тепла, света,
радиационного излучения.
Процессы сшивания широко применяются в промышленности,
например при вулканизации каучуков, отверждении пластмасс, высыхании
лакокрасочных покрытий. Например, отверждение эпоксидных смол:
СН2-СН-Rn-CH- CH2 + Н2N-Rm-NH2 
О
O
 - HN – Rm-NH-CH2-CH – Rn- CH-CH2OH
OH
В процессе эксплуатации изделий из полимерных материалов под
действием окружающей среды происходит их постепенное разрушение (старение) - деструкция. Реакциями деструкции называются реакции, протекающие с разрывом связей основной молекулярной цепи и приводящие к
понижению молекулярной массы полимера без изменения его химического
состава.
Последствиями этих процессов являются изменения физико – химических и физико - механических свойств полимерных материалов (т.е. они
постепенно становятся непригодными к эксплуатации), выделение низкомолекулярных продуктов деструкции, носящие в некоторых случаях
токсичный характер.
Деструкция полимеров может протекать под действием химических
агентов и физического воздействия. В зависимости от природы воздействия
деструкцию классифицируют на химическую (воздействие воды, кислот,
щелочей, спиртов), выделяя окислительную (воздействие кислорода), механическую, тепловую и фотодеструкцию (под влиянием света). Знание механизма и основных закономерностей протекания процессов деструкции полимеров необходимо для регулирования этой реакции (в случае эксплуатации
полимерных строительных материалов - сведение её к минимуму).
Одним из наиболее разрушительных видов деструкции является
окислительная. Пример процесса окислительной деструкции без учета
механизма:
-СН2-СН=СН-СН2-
О2

-СН2-СН=О
7
+ О=СН-СН2-
Окислительная деструкция полимеров (под действием окислительных
агентов) протекает, как правило, по цепному радикальному механизму, как и
многие другие виды деструкции.
Как всякая цепная реакция, окислительная деструкция складывается из
нескольких стадий: инициирования, роста цепи, обрыва цепи. Основные
стадии реакции окисления органических полимеров.
1.Зарождение цепи (инициирование): RH + O2  R  + HO2 
RH + O2 + HR
 2R 
+ H2O2
3. Продолжение цепи:
R  +О2  RО2 
RО2  + RH  ROOH + R 
4. Разветвление цепи:
ROOH  RO  + OH 
ROOH + RH  RO  + R  + H2O
5. Обрыв цепи:
R  + R   R-R
RO2  + R  ROOR
В настоящее время известно большое число методов торможения
процесса окисления (окислительной стабилизации полимеров). Эти методы
включают:
 подбор оптимальных условий переработки;
 добавление к полимеру специальных веществ, стабилизаторов – антиоксидантов или ингибиторов окисления;
 регулирование надмолекулярной структуры полимерного материала;
 дезактивацию примесей, катализирующих реакцию зарождения цепей;
 снижение концентрации кислорода в полимере.
Механические свойства полимеров
Механические свойства определяют степень изменения структуры, размеров, формы тела при воздействии на него механических сил. Все механические свойства полимерных материалов классифицируют на деформационные и прочностные свойства.
Способность к большим обратимым деформациям является характерным свойством полимерных материалов. Это свойство характеризует
внутреннюю реакцию полимера на внешнее воздействие, выражающуюся в
деформации — изменении формы полимерного образца. Деформационные и
прочностные свойства полимеров зависят от размеров и гибкости макромолекул, межмолекулярного взаимодействия, температуры, физического и
фазового состояния полимеров и других факторов.
Для сравнительной оценки гибкости макромолекул различных
полимеров их цепи представляют свободно-сочленёнными, состоящими из
отрезков, называемых статистическими сегментами. Каждый из сегментов
8
включает столько мономерных звеньев, сколько необходимо для того, чтобы
он мог свободно вращаться относительно предыдущего сегмента (см. рис.1).
Рис.1. Полимерная цепь, образованная из статистических сегментов.
Таким образом, статистический сегмент, или как его ещё называют сегмент
Куна (А) является мерой свободы вращения в реальных макромолекулах и,
соответственно, мерой их гибкости. В таблице 2 приложения представлены
величины А некоторых полимеров и число входящих в сегмент мономерных
звеньев.
Физические состояния полимеров
В зависимости от строения и внешних условий полимеры могут
находиться в аморфном или кристаллическом состояниях.

Аморфное состояние
полимера характеризуется отсутствием
упорядоченности в расположении макромолекул.

Кристаллическое состояние полимеров значительно отличается от
упорядоченного кристаллического состояния низкомолекулярных веществ. Для
кристаллических полимеров характерна лишь частичная упорядоченность
макромолекул, т.к. процессу кристаллизации препятствует длинноцепное
строение макромолекул.
Под кристалличностью полимеров понимают упорядоченное
расположение некоторых отдельных участков цепных макромолекул.
Одна и та же макромолекула может проходить через кристаллические и
аморфные участки.
В кристаллическом полимере всегда имеются аморфные области и
можно говорить лишь о степени его кристалличности. Степень
кристалличности может меняться у одного и того же полимера в зависимости
от внешних условий. Например, при растяжении полимерного образца
происходит взаимная ориентация макромолекул, способствующая их
упорядоченному параллельному расположению, и кристалличность полимера
возрастает. Это свойство полимеров используется при вытяжке волокон для
придания им повышенной прочности.
Фибриллярная структура
кристаллических областей характерна для жесткоцепных, а складчатая - для
гибкоцепных полимеров (см. рис.2).
9
Рисунок 2. Структура кристаллических областей полимеров
Для аморфных полимеров в зависимости от температуры (и величины
механического напряжения) возможны три физических (деформационных)
состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Практическое применение полимеров определяется тем, в каком из этих состояний
находится данный полимер при температуре его использования.
 Для стеклообразных полимеров характерны относительно небольшие
упругие (обратимые) деформации (1-10%). Причем полимерные стекла
отличаются повышенной прочностью от низкомолекулярных стеклообразных
тел, которые разрушаются при деформировании уже на 0,1-1%. Полимеры в
стеклообразном состоянии применяются в производстве пластмасс.
 Высокоэластические полимеры способны обратимо деформироваться на
сотни процентов. В высокоэластическом состоянии в условиях эксплуатации
находятся все каучуки. Это состояние характерно лишь для полимеров.
 В вязкотекучем состоянии полимер ведет себя как очень вязкая жидкость,
которая под действием силы проявляет необратимую деформацию (деформацию течения). Это состояние реализуется обычно при повышенных температурах и используется для переработки полимеров в изделия.
10
Температура перехода полимера из высокоэластичного состояния в
стеклообразное называется температурой стеклования. Переход из высокоэластичного состояния в вязкотекучее происходит при температуре
текучести.
Электрические свойства
Поведение полимеров в электрическом поле характеризуется электропроводимостью. Большинство полимеров являются диэлектриками, т.е.
характеризуются большим сопротивлением и малой проводимостью при
подаче напряжения. Для многих полимерных материалов характерно явление
статической электризации – накопления и сохранения электрического заряда
в процессе получения, переработки и эксплуатации.
Полупроводниками называют полимеры, имеющие электрическую
проводимость 10-3 – 10-9 См/м. К ним относятся полимеры с сопряженными
двойными связями, полимерные комплексы с переносом заряда, а также
диэлектрики, наполненные токопроводящим наполнителем.
Растворы полимеров
Растворы полимеров - термодинамически устойчивые однородные
молекулярно-дисперсные смеси полимеров и низкомолекулярных жидкостей.
Растворы полимеров имеют специфические особенности, отличающие
их от растворов низкомолекулярных веществ и обусловленные разницей в
размерах молекул полимера и растворителя. К особенностям относятся
явление набухания, высокая вязкость даже разбавленных растворов.
В разбавленных растворах полимеров макромолекулы отделены друг
от друга, что позволяет получить количественную информацию о молекулярной массе и молекулярно-массовом распределении растворённого полимера, размерах, форме и жёсткости макромолекул. Усиление межмолекулярного взаимодействия с повышением концентрации приводит в растворах полимеров к появлению трёхмерной сетки связей, вплоть до застудневания, а также к формированию ассоциатов различной формы, которые могут
приближаться по своим размерам к коллоидным частицам. Растворы полимеров несут отдельные свойства истинных и коллоидных растворов.
Растворимость полимеров зависит от химического строения их цепей,
природы растворителя и температуры.
Растворы полимеров широко применяют при получении волокон и
плёнок, клеев, лаков, красок и др. изделий из полимерных материалов.
Введение в полимер малых количеств растворителя (пластификатора)
используют в технологии полимеров для снижения температур стеклования и
текучести, а также для понижения вязкости расплава.
11
Контрольная работа №1.
«Основные понятия химии высокомолекулярных соединений. Процессы
получения полимеров»
Вариант 1.
1. Дайте понятие средней молекулярной массе полимера. Сравните массу
полимера и низкомолекулярного вещества. Как влияeт на физикохимические свойства высокомолекулярных веществ средняя
молекулярная масса образца.
2. Напишите уравнение реакции полимеризации (с учетом механизма)
акрилонитрила в присутствии гидропероксида кумила.
Вариант 2.
1. Дайте понятие молекулярно-массовому распределения (ММР) в
полимере. Нарисуйте график ММР образца. Как влияют на физикохимические свойства высокомолекулярных веществ молекулярномассовое распределение в образце.
2. Напишите уравнение реакции полимеризации (с учетом механизма)
хлоропрена в присутствии пероксида бензоила.
Вариант 3.
1. Как влияют на физико-химические свойства высокомолекулярных
веществ форма молекулы и ее гибкость.
2. Напишите уравнение реакции полимеризации (с учетом механизма)
стирола. Рассмотрите все возможные способы обрыва цепи при
полимеризации стирола в присутствии бензохинона.
Вариант 4.
1. Рассчитайте среднечисловое значение молекулярной массы для
образца, состоящего из 2N молекул с m=2, N молекул с m=5, 5N
молекул с m=7, N молекул с m=8 и 4N молекул с m=10.
2. Напишите уравнение реакции полимеризации (с учетом механизма)
винилацетата. Напишите уравнения реакций передачи цепи при полимеризации винилацетата на следующие растворители: гексан, бензол,
изопропилбензол, пропанол, йодистый бутил, н-бутилмеркаптан.
Вариант 5.
1. Рассчитайте среднемассовое значение молекулярной массы для
образца, состоящего из 2N молекул с m=2, N молекул с m=5, 5N
молекул с m=7, N молекул с m=8 и 4N молекул с m=10.
N – некоторое число, показывающее соотношение частиц в образце.
2. Какую природу имеет активный центр при полимеризации виниловых
мономеров в присутствии инициирующей смеси Fe+2 + Н2О2?
12
а) катион, б) анион, в) свободный радикал, г) полимеризация не
инициируется.
Вариант 6.
1. Дайте определение органическим, неорганическим, элементоорганическим, сополимерам, гомо- и гетероцепным полимерам. Приведите
примеры.
2. Какие преимущества имеет ионно-координационная полимеризация
перед другими методами полимеризации? Каковы особенности
структуры полимеров, получаемых этим методом?
Вариант 7.
1. Дайте определение надмолекулярной структуре полимеров. Приведите
примеры элементов надмолекулярной структуры полимеров. Имеет ли
она зависимость от молекулярной массы, химического строения
макромолекулы, молекулярно-массового распределения, конфигурации
и конформации макромолекул?
2. Сравните метод полимеризации и поликонденсации. Приведите
примеры.
Вариант 8.
1. Приведите примеры надмолекулярной структуры в аморфных и
кристаллических полимеров. Какие свойства полимеров значительно
изменяются при увеличении уровня кристалличности полимеров.
2. Каким способом можно получить стереорегулярный полимер? Какие
катализаторы используются при этом? Приведите схему получения
стереорегулярного полибутадиена.
Вариант 9.
1. Дайте определения конфигурации повторяющегося составного звена и
конфигурации ближнего и дальнего порядка. Приведите примеры. Что
такое структурная регулярность и стереорегулярность?
2. Сравните равновесную и неравновесную поликонденсацию. В каком
случае полимер образуется с более высокой молекулярной массой и
почему?
Вариант 10.
1. Гибкость цепи полимера.
При нагревании полимер превращается сначала в разветвленный, а
затем в пространственный. Каким образом при этом будет изменяться
его гибкость?
2. Какие имеются приемы повышения молекулярной массы полимера при
реакции поликонденсации?
13
Вариант 11.
1. Дайте понятие мономера и элементарного звена. Сравните строение
мономеров, вступающих в реакцию полимеризации и поликонденсации. Проиллюстрируйте на примерах. Как могут соотноситься
мономер и элементарное звено?
2. Способы проведения полимеризации (полимеризация в массе, в растворе, эмульсионная и суспензионная полимеризация, полимеризация в
твердой фазе.)
Вариант 12.
1. Основные отличия полимеров от олигомеров и низкомолекулярных
соединений.
2. Виды инициирования при реализации радикальной полимеризации.
Примеры. Сравните возможности их использования в технологиях
получения полимеров.
Вариант 13.
1. Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров и сополимеров. Примеры.
2. Способы проведения процесса поликонденсации (в расплаве, на
поверхности раздела фаз, в растворе, в твердой фазе).
Вариант 14.
1. Степень полимеризации. Способы регулирования степени полимеризации.
2. Скорость процесса полимеризации. Влияние различных факторов на
скорость полимеризации.
Вариант 15.
1. Методы исследования структуры полимеров.
2. Скорость процесса поликонденсации. Влияние различных факторов на
скорость поликонденсации.
14
Контрольная работа №2.
«Физикохимия полимеров»
Вариант 1.
1. Особенности химических реакций полимеров. Сравнение с реакциями
низкомолекулярных соединений.
2. Физические и фазовые состояния полимеров. Фазовые переходы.
Влияет ли химическое строение, молекулярная масса и конфигурация
молекул на характер термомеханической кривой.
Вариант 2
1. Внутримолекулярные превращения. Классификация, специфика,
примеры.
2. Характеристика стеклообразного состояния. Температура стеклования.
Физические свойства полимера в стеклообразном состоянии.
Вариант 3.
1. Полимераналогичные превращения. Классификация, специфика,
примеры.
2. Характеристика высокоэластичного состояния. Высокоэластическая
деформация.
Релаксационная
природа
высокоэластичности.
Ползучесть полимеров.
Вариант 4.
1. Реакции сшивания. Классификация, специфика, примеры.
2. Характеристика высокоэластичного состояния. Температура текучести.
Реологические свойства полимеров в текучем состоянии.
Вариант 5.
1. Вулканизация каучуков. Механизм. Вулканизирующие агенты.
Управление процессом вулканизации.
2. Аморфная и кристаллическая структура полимеров. Механизм
кристаллизации. Степень кристалличности. Влияние структуры
полимера и напряжения на процесс кристаллизации.
Вариант 6.
1. Процесс отверждения. Механизм. Отвердители. Точка гелеобразования. Период жизнеспособности.
2. Электрические свойства полимеров. Полимерные диэлектрики.
Полиэлектролиты. Электрические дипольные моменты полимеров.
Вариант 7.
1. Реакции сшивания. Получение блок-сополимеров и привитых
сополимеров. Механизмы процессов сополимеризации.
15
2.
Ионообменные
высокомолекулярные
Полимерные сорбенты.
соединения
(иониты).
Вариант 8.
1. Реакции, приводящие к уменьшению степени полимеризации и
молекулярной массы. Классификация. Механизмы процессов.
Примеры.
2. Растворы полимеров. Природа растворов высокомолекулярных соединений. Кинетика и термодинамика растворения. Концентрированные
растворы полимеров, структурообразование.
Вариант 9.
1. Химическая деструкция. Классификация. Химические агенты. Катализаторы процессов. Примеры. Понятие химической стойкости
полимера.
2. Системы полимер – низкомолекулярная жидкость. Пластификация.
Пластификаторы.
Вариант 10.
1. Физическая деструкция. Типы воздействий, вызывающие физическую
деструкцию. Классификация. Механизм процесса деструкции.
Примеры.
2. Растворы полимеров. Набухание. Факторы, определяющие растворение и набухание. Стойкость полимерных материалов к
растворителям.
Вариант 11.
1. Термоокислительная деструкция. Механизм процесса. Устойчивость
полимера к деструкции. Продукты деструкции.
2. Деформационные свойства и механическая прочность полимеров.
Связь
структуры
полимеров
и
механической
прочности.
Деформационные свойства стеклообразных и кристаллических
полимеров.
Вариант 12.
1. Старение и стабилизация полимеров. Специальные добавки в
полимерные материалы (стабилизаторы, ингибиторы, антиоксиданты,
антиозонанты, УФ-сорберы, антирады).
2. Теплофизические
свойства
высокомолекулярных
соединений.
Теплоемкость полимеров. Теплопроводность. Тепловое расширение.
Вариант 13.
1. В чем различия и в чем сходство между полимераналогичными
превращениями и внутримолекулярными реакциями? Приведите
примеры реакций каждого типа.
16
2. Ползучесть полимерных материалов.
Вариант 14.
1. Как влияет структура полимера на его химическую активность? Какие
группы в полимере характеризуются повышенной реакционной
способностью?
2. Смеси полимеров. Структура смеси полимеров. Физические свойства
смесей полимеров. Методы оценки совместимости полимеров в
растворе.
Вариант 15.
1. Каков механизм действия света на полимеры? Какие полимеры
наиболее подвержены действию света и почему? Способы защиты
полимерного материала от действия света.
2. Газопроницаемость полимеров. Диффузия газов в полимерах. Факторы,
влияющие на проницаемость полимеров.
Контрольная работа №3
«Характеристика полимеров, используемых в
строительстве»
Для каждого типа полимеров подробно описать исходные
мономеры, тип реакции синтеза, механизм реакции и возможности
управления процессом, возможные побочные процессы, разновидности
получаемых полимеров и их характеристика (физические свойства,
химическая устойчивость). Маркировка промышленных материалов,
данного полимера. Направление использования марок полимера в
производстве строительных материалов.
Вариант 1. Полипропилен.
Вариант 2. Поливинилхлорид.
Вариант 3. Полиэтилен.
Вариант 4. Акрилаты. Полиметилметакрилат. Полиакриламид.
Вариант 5. Полистирол.
Вариант 6. Полиуретан.
Вариант 7. Полисилоксан, полисилан.
17
Вариант 8. Поликарбонат.
Вариант 9. Полиизобутилен.
Вариант 10. Фенолформальдегидные смолы.
Вариант 11. Эпоксидные смолы.
Вариант 12. Производные целлюлозы. Метилцеллюлоза.
Вариант 13. Мочевино-формальдегидные смолы.
Вариант 14. Полибутадиен. Полизопрен.
Вариант 15. Полиэфиры.
Литература
1. А.И. Артеменко Органическая химия. М.: Высшая школа. 1998 г. 430 с.
2. Ю.Д. Семчиков, С.Ф. Жильцов, В.Н. Кашаева. Введение в химию полимеров. М.: Высшая школа. 2001 г. 251 с.
3. Основы химии и физики полимеров. П/ред. В.Н. Кулезнева. М.: Высшая
школа. 1977 г. 431 с.
4. И.И.Тугов, Г.И. Кострыкина Химия и физика полимеров. М.: Химия. 1989
г. 432 с.
5. А.А. Стрепихеев, В.А. Деревицкая Основы химии высокомолекулярных
соединений. М.: Химия. 1976 г. 437 с.
6. Реакции в полимерных системах. П/ред. Иванчева С.С. Л.: Химия. 1987 г.
304 с.
7. Ю.А. Шляпников, С.Г. Кирюшин, А.П.Марьин Антиокислительная
стабилизация полимеров. М.: Химия. 1986 г. 256 с.
8. Н.И. Басов, В.А. Любартович, С.А. Любартович Контроль качества полимерных материалов М.:Химия 1986 г. 158 с.
9. Практикум по высокомолекулярным соединениям. П/ред. В.А. Кабанова.
М.: Химия. 1985 г. 223 с.
10. Е.Н. Зильберман, Р.А. Наволокина. Примеры и задачи по химии ВМС, М.:
Высш. шк. 1984 г.
11. Практикум по химии и физике полимеров. П/ред. В.Ф. Куренкова. М.:
Химия. 1990 г. 304 с.
12. Энциклопедия полимеров в 3-х томах, 1972, 1974, 1977.
18
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1. Исходные мономеры и условия синтеза некоторых полимеров.
Название полимера и
его элементарное звено.
Полиэтилен
Название и формула
исходного мономера.
Карбоцепные полимеры.
Этилен
 CH 2  CH 2 
CH 2  CH 2
(полиэтилен высокого
давления и полиэтилен
низкого давления)
Полипропилен
 СН 3  
 СН 2  СН
Полиизобутилен
 CH2  C (CH3 )2
Полибутадиен (1,4транс-)
 CH 2  CH  CH  CH 2 
Пропилен
СН 3  СН  СН 2
Изобутилен
CH 2  C (CH 3 ) 2
Бутадиен-1,3 (дивинил)
CH 2  CH  CH  CH 2
Условия синтеза
полимера.
Радикальная полимеризация при высоком
давлении (при 300
0
C ) или ионная полимеризация при небольшом давлении в
присутствии катализаторов.
Полимеризация
в
растворе в присутствии катализаторов.
Ионная полимериизация в растворе в
присутствии катализаторов.
Радикальная полимеризация в присутствии
пероксидных
инициаторов
( ROOH , ROOR / ).
Полистирол
 CH 2  CH (C6 H 5 ) 
Полиизопрен (1,4транс-)
 CH 2  C  CH  CH 2 
Стирол (винилбензол)
CH 2  CH  C6 H 5
Изопрен
CH 2  C  CH  CH 2
|
CH 3
|
CH 3
Поливинилхлорид
Винилхлорид
 CH 2  CHCl 
CH 2  CHCl
Политетрафторэтилен
Тетрафторэтилен
 CF2  CF2 
CF2  CF2
19
Радикальная полимеризация блочным или
эмульсионным методом в присутствии
пероксидных
инициаторов.
Стереоспецифическая полимеризация в
растворе в присутствии пероксидных
инициаторов.
Суспензионная или
эмульсионная полимеризация в присутствии пероксидных инициаторов.
Эмульсионная полимеризация в присут-
Полихлоропен
 CH 2  C  CH  CH 2
|
Cl
Поливиниловый спирт
Хлоропрен
(2-хлорбутадиен-1,3)
CH 2  C(Cl )  CH  CH 2
 CH 2  CH (OH ) 
Винилолацетат
CH 2  CH  OCOCH 3
Поливинилацетат
Винилацетат
 CH 2  CH (OCOCH 3 )
CH 2  CH  OCOCH 3
Полиметилметакрилат
Метилметакрилат
 CH 2 C (CH 3 )(COOCH 3 ) 
CH 3  C (CH 3 )COOCH 3
Полиакрилонитрил
Акрилонитрил
 CH 2  CH (CN ) 
CH 2  CH  CN
Фенолоформальдегидн
ые олигомеры
Фенол C6 H 5 OH
Формальдегид CH 2 O
Полиформальдегид
Гетероцепные полимеры.
Формальдегид
 CH 2  O 
CH 2 O
Карбамидформальдегид
ные олигомеры
Карбамид
 NH  CONH  CH 2  O 
O  C (NH 2 ) 2
Формальдегид CH 2 O
Поли-  - капроамид
Капролактам
20
ствии пероксидных
инициаторов.
Полимеризация
в
присутствии
пероксидных инициаторов.
Кислотный или щелочной
гидролиз
поливинилацетата.
Радикальная полимеризация при нагревании в присутствии
пероксидных инициаторов.
То же.
Эмульсионная радикальная
полимеризация в присутствии
пероксидных
инициаторов.
Поликонденсация
при нагревании в
присутствии кислот
или оснований.
Полимеризация абсолютно сухого CH 2 O
в безводной среде в
присутствии третичных аминов.
Поликонденсация
при нагревании в
присутствии кислот
или оснований.
Полимеризация
в
(полиамид-6, капрон)
 NH  (CH 2 ) 5  CO 
CH 2  CH 2  CH 2
CO
|
присутствии
(активатор)
воды
CH 2  CH 2  NH
Полигексаметиленадип
амид (анид; полиамид6,6)
 NH  (CH 2 ) 6  HN
|
Адипиновая кислота
HOOC (CH 2 ) 4 COOH ,
Гексаметилендиамин
H 2 N  (CH 2 ) 6  NH 2
 CO  (CH 2 ) 4  CO
Полиорганосилоксаны
Силандиолы
 Si( R) 2  O 
HO  Si( R) 2  OH
Поликонденсация с
использованием кислых и дегидратирующих катализаторов.
Поликонденсация
при нагревании.
(R-ароматические и
алифатические
радикалы).
Поликарбонаты
-O-R-O-CO(здесь R=
Фосген
COCl 2 двухатомные
фенолы, например
дифенилолпропан.
Эпоксидные олигомеры
Эпихлоргидрин
CH2CH  CH2
CH 2  CH  CH 2 Cl
\ /
O
 OROCH 2CH (OH )CH 2 n
\
Поликонденсация
при 20-25 0 C в присутствии катализаторов
четвертичных
аммониевых оснований.
Поликонденсация
щелочной среде.
в
/
O
дифенилолпропан
 OROCH 2 CH  CH 2
\ /
O
(R- см.Поликарбонаты)
Полиэтилентерефталат
 OCC 6 H 4 COO(CH 2 ) 2 O 
Диметиловый эфир терефталевой кислоты
Этиленгликоль
HO  CH 2  CH 2  OH
21
Поликонденсация
при 280 0 C (до получения
расплава
заданной вязкости).
Таблица 2. Статистический сегмент некоторых полимеров.
Полимер
Формула
Величина
сегмента А
Число мономерных
звеньев в сегменте
Полидиметилсилоксан
14,0
4,9
Полипропилен
21,7
8,6
Полистирол
20,0
7,9
Поливинилхлорид
29,6
11,7
Поливинилнафталин
38,7
17,4
Тринитроцеллюлоза
200
30
22
СОДЕРЖАНИЕ
2.
Общие методические указания
Теоретическая часть.
3
4
3.
4.
5.
6.
5.
Контрольная работа № 1
Контрольная работа № 2
Контрольная работа № 3
Рекомендуемая литература.
Приложение
12
15
17
18
19
1.
23