Qué materiales se llaman polímeros. ¿Qué son los materiales poliméricos de construcción? ¿Dónde se utilizan los polímeros?

Polímero

Polímero- un compuesto de alto peso molecular, una sustancia con un gran peso molecular (de varios miles a varios millones), consta de una gran cantidad de grupos atómicos repetidos de la misma o diferente estructura - unidades constituyentes interconectadas por enlaces químicos o de coordinación en largos cadenas lineales (por ejemplo, celulosa) o ramificadas (por ejemplo, amilopectina), así como estructuras espaciales tridimensionales.

A menudo, en su estructura se puede distinguir un monómero, un fragmento estructural repetido que incluye varios átomos. Los polímeros constan de una gran cantidad de grupos (unidades) repetidos de la misma estructura, como el cloruro de polivinilo (-CH2-CHCl-) n, caucho natural, etc. Compuestos de alto peso molecular, cuyas moléculas contienen varios tipos de grupos repetidos. , se llaman copolímeros.

Un polímero se forma a partir de monómeros como resultado de reacciones de polimerización o policondensación. Los polímeros incluyen numerosos compuestos naturales: proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, caucho y otras sustancias orgánicas. En la mayoría de los casos, el concepto se refiere a compuestos orgánicos sin embargo, también existen muchos polímeros inorgánicos. Una gran cantidad de polímeros se obtienen sintéticamente a partir de los compuestos más simples de elementos de origen natural mediante reacciones de polimerización, policondensación y transformaciones químicas. Los nombres de los polímeros se forman a partir del nombre del monómero con el prefijo. escuela politécnica-: escuela politécnica etileno, escuela politécnica propileno, escuela politécnica Acetato de vinilo...

Debido a sus valiosas propiedades, los polímeros se utilizan en la ingeniería mecánica, la industria textil, la agricultura y la medicina, la construcción de automóviles y barcos, y en la vida cotidiana (textiles y artículos de cuero, vajilla, pegamentos y barnices, joyas y otros artículos). Cauchos, fibras, plásticos, películas y pinturas se fabrican a partir de compuestos de alto peso molecular. Todos los tejidos de los organismos vivos son compuestos de alto peso molecular.

Ciencia de los polímeros

Polímeros sintéticos. Materiales poliméricos artificiales.

El hombre utiliza materiales poliméricos naturales en su vida desde hace mucho tiempo. Se trata de cuero, pieles, lana, seda, algodón, etc., utilizados para la confección de prendas de vestir, diversos aglutinantes (cemento, cal, arcilla), que, con el procesamiento adecuado, forman cuerpos poliméricos tridimensionales, muy utilizados como materiales de construcción. . Sin embargo producción industrial El desarrollo de polímeros de cadena comenzó a principios del siglo XX, aunque las condiciones previas para ello se crearon antes.

Casi de inmediato, la producción industrial de polímeros se desarrolló en dos direcciones: mediante el procesamiento de polímeros orgánicos naturales en materiales poliméricos artificiales y mediante la producción de polímeros sintéticos a partir de compuestos orgánicos de bajo peso molecular.

En el primer caso, la producción a gran escala se basa en la celulosa. El primer material polimérico a partir de celulosa modificada físicamente, el celuloide, se obtuvo a principios del siglo XX. La producción a gran escala de éteres y ésteres de celulosa se estableció antes y después de la Segunda Guerra Mundial y continúa hasta el día de hoy. A partir de ellos se fabrican películas, fibras, pinturas, barnices y espesantes. Cabe señalar que el desarrollo del cine y la fotografía sólo fue posible gracias a la aparición de la película de nitrocelulosa transparente.

La producción de polímeros sintéticos comenzó en 1906, cuando L. Baekeland patentó la llamada resina de baquelita, un producto de condensación de fenol y formaldehído que cuando se calienta se convierte en un polímero tridimensional. Durante décadas se ha utilizado para fabricar carcasas para aparatos eléctricos, baterías, televisores, enchufes, etc., y ahora se utiliza cada vez más como aglutinante y adhesivo.

Clasificación de polímeros.

Según su composición química, todos los polímeros se dividen en orgánicos, organoelementos e inorgánicos.

• Polímeros orgánicos. Formado con la participación de radicales orgánicos (CH3, C6H5, CH2). Se trata de resinas y cauchos.
• Polímeros organoelementos. Contienen radicales orgánicos en la cadena principal. átomos inorgánicos(Si, Ti, Al), combinados con radicales orgánicos. No existen en la naturaleza. Un representante obtenido artificialmente son los compuestos organosilícicos.
• Polímeros inorgánicos. Se basan en óxidos de Si, Al, Mg, Ca, etc. No existe esqueleto de hidrocarburos. Estos incluyen cerámica, mica, amianto.

Cabe señalar que en los materiales técnicos se utilizan a menudo combinaciones de grupos individuales de polímeros. Se trata de materiales compuestos (por ejemplo, fibra de vidrio).

Según la forma de las macromoléculas, los polímeros se dividen en lineales, ramificados, en cinta, espaciales y planos.

Según su composición de fases, los polímeros se dividen en amorfos y cristalinos.

Los polímeros amorfos son monofásicos y se construyen a partir de moléculas en cadena reunidas en paquetes. Los paquetes pueden moverse en relación con otros elementos.

Los polímeros cristalinos se forman cuando sus macromoléculas son suficientemente flexibles y forman una estructura.

Según la polaridad, los polímeros se dividen en polares y no polares. La polaridad está determinada por la presencia en su composición de dipolos, moléculas con una distribución aislada de cargas positivas y negativas. En los polímeros apolares, los momentos dipolares de los enlaces atómicos están mutuamente compensados.

Con respecto al calor, los polímeros se dividen en termoplásticos y termoestables.

Polímeros orgánicos naturales

Los polímeros orgánicos naturales se forman en organismos vegetales y animales. Los más importantes son los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos, de los que se componen en gran medida los organismos de las plantas y los animales y que garantizan el funcionamiento mismo de la vida en la Tierra. Se cree que la etapa decisiva en el surgimiento de la vida en la Tierra fue la formación de moléculas más complejas (de alto peso molecular) a partir de moléculas orgánicas simples.

Características de los polímeros.

Propiedades mecánicas especiales:

• elasticidad: la capacidad de sufrir deformaciones reversibles elevadas bajo una carga relativamente pequeña (gomas);
• baja fragilidad de polímeros vítreos y cristalinos (plásticos, vidrio orgánico);
• la capacidad de las macromoléculas para orientarse bajo la influencia de un campo mecánico dirigido (utilizado en la fabricación de fibras y películas).

Características de las soluciones poliméricas:

• alta viscosidad de la solución a baja concentración de polímero;
• La disolución del polímero se produce a través de la etapa de hinchamiento.

Propiedades químicas especiales:

• la capacidad de cambiar drásticamente sus propiedades físicas y mecánicas bajo la influencia de pequeñas cantidades de un reactivo (vulcanización de caucho, curtido de cuero, etc.).

Las propiedades especiales de los polímeros se explican no solo por su alto peso molecular, sino también por el hecho de que las macromoléculas tienen una estructura de cadena y tienen una característica única. naturaleza inanimada propiedad - flexibilidad.

El desarrollo de tecnologías modernas ha llevado a la aparición de materiales que tienen propiedades de rendimiento excepcionales. Los materiales poliméricos pueden tener un peso molecular de varios miles a varios millones. Las principales cualidades de dichos materiales determinan su amplia distribución. Cada año, los polímeros representan un número cada vez mayor de productos. Por eso consideraremos sus características con más detalle.

Propiedades de los polímeros

El uso de polímeros es muy extenso. Está conectado con cualidades especiales, que tiene el material en cuestión. Hoy en día, los materiales poliméricos se encuentran en la mayoría Varias áreas, están presentes en casi todos los hogares. El proceso de producción de materiales poliméricos se mejora constantemente, se cambia la composición, por lo que adquiere nuevas cualidades operativas.

Las propiedades físicas de los polímeros se pueden caracterizar de la siguiente manera:

1. Bajo coeficiente de conductividad térmica. Es por eso que algunos polímeros se pueden utilizar como aislante a la hora de realizar algún trabajo.
2. El alto TCLE se debe a la movilidad relativamente alta de los bonos y turno permanente coeficiente de deformación.
3. A pesar del alto TCLE, los materiales poliméricos son ideales para pulverizar. EN Últimamente A menudo puede encontrarse una situación en la que se aplica un polímero a una superficie en forma de una capa delgada para impartir propiedades anticorrosión al metal y otros materiales. Tecnologías modernas La aplicación permite obtener una fina película protectora.
4. La gravedad específica puede variar en un rango bastante amplio dependiendo de las características de la composición particular.
5. La resistencia a la tracción bastante alta se debe en parte a una mayor ductilidad. Por supuesto, el indicador es significativamente inferior al de los metales o aleaciones.
6. La resistencia de los polímeros es relativamente baja. Para aumentar el valor de la resistencia al impacto, se agregan varios componentes adicionales a la composición, lo que da como resultado tipos especiales de polímeros.
7. Vale la pena considerar la baja temperatura de funcionamiento. Los materiales poliméricos no soportan bien el calor. Es por eso que muchas versiones pueden funcionar a temperaturas que no superen los 80 grados centígrados. Si excede el umbral de temperatura recomendado, existe la posibilidad de que un calentamiento fuerte provoque un aumento en la plasticidad del material polimérico. Una plasticidad demasiado alta provoca una disminución de la resistencia y un cambio en otras propiedades físicas.
8. La resistividad puede variar en un rango bastante amplio. Un ejemplo de tales polímeros es el PVC sólido, que tiene 10 17 ohmios x cm.
9. Muchos materiales poliméricos tienen una mayor inflamabilidad. Este punto determina que los polímeros no se puedan utilizar en algunas industrias. Además composición química determina que al quemarse pueden liberar sustancias tóxicas o humo acre.
10. Cuando se utiliza una tecnología de producción especial, la superficie puede tener un coeficiente de fricción reducido contra el acero. Gracias a esto, el revestimiento dura mucho más y no aparecen defectos en él.
11. El coeficiente de expansión lineal varía de 70 a 200 · 10 -6 por grado Celsius.

Al considerar las características de los polímeros comunes, no se olvide de las siguientes cualidades:

1. Bien propiedades dielectricas Permitir el uso de material polimérico sin riesgo de descarga eléctrica. Es por eso que los polímeros se utilizan a menudo para crear herramientas y equipos diseñados para funcionar con electricidad.
2. Los polímeros lineales pueden restaurar su forma original después de una exposición prolongada al estrés. Un ejemplo es el efecto de una carga transversal que dobla una pieza, pero luego de desaparecer la forma no se mantiene.
3. Una cualidad importante de todos los polímeros es un cambio significativo en el rendimiento cuando se introduce una pequeña cantidad de impurezas.
4. Hoy en día, los materiales poliméricos se encuentran en una amplia variedad de estados de agregación. Los ejemplos incluyen pegamento, lubricante, sellador, pintura y algunos materiales poliméricos sólidos. Los plásticos duros se han generalizado y se utilizan en la producción de una amplia variedad de equipos. Como se señaló anteriormente, la sustancia tiene una alta elasticidad, por lo que se obtuvieron silicona, caucho, gomaespuma y otros materiales poliméricos similares.

Vale la pena considerar el hecho de que la composición química de los materiales poliméricos puede diferir significativamente. GOST presenta el procedimiento. evaluación cualitativa, que se basa en puntos.

Los materiales poliméricos se utilizan ampliamente en la industria porque tienen una mayor resistencia a los reactivos inorgánicos. Por eso se utilizan en la producción de tanques para agua limpia o reactivos de alta pureza.

Toda la información anterior determina que los polímeros se han generalizado enormemente en una amplia variedad de industrias. Sin embargo, no debemos olvidar que existen varias docenas de tipos principales de materiales poliméricos, todos ellos con sus propias cualidades específicas. Por eso conviene considerar en detalle la clasificación de los materiales poliméricos.

Clasificación de polímeros.

hay bastante un gran número de Indicadores mediante los cuales se pueden clasificar los materiales poliméricos sintéticos. Al mismo tiempo, la clasificación también afecta a las cualidades operativas básicas. Por eso consideraremos los tipos de materiales poliméricos con más detalle.

La clasificación se realiza según el estado de agregación:

1. Sólido. Casi todas las personas están familiarizadas con los polímeros, ya que se utilizan en la fabricación de estuches. electrodomésticos y otros artículos del hogar. Otro nombre para este material es plástico. En forma sólida, el material polimérico tiene una resistencia y ductilidad bastante altas.
2. Materiales elásticos. La alta elasticidad de la estructura se utiliza en la producción de caucho, gomaespuma, silicona y otros materiales similares. La mayoría se encuentran en la construcción como aislamiento, lo que también se asocia con cualidades de rendimiento básicas.
3. Líquidos. A base de polímeros se produce una cantidad bastante grande de diversas sustancias líquidas, la mayoría de las cuales también son aplicables en la construcción. Los ejemplos incluyen pinturas, barnices, selladores y mucho más.

Polímeros líquidos - pinturas
Polímeros elásticos - revestimiento de caucho

Los diferentes tipos de materiales poliméricos tienen diferentes cualidades de rendimiento. Por eso conviene tener en cuenta sus características. Hay polímeros disponibles comercialmente que son líquidos antes de combinarse, pero se vuelven sólidos después de reaccionar.

Clasificación de polímeros por origen:

1. Sustancias artificiales caracterizadas por un alto peso molecular.
2. Biopolímeros, también llamados naturales.
3. Sintético.

Los materiales poliméricos de origen sintético se han generalizado, ya que al mezclar los más varias sustancias se logra un rendimiento excepcional. Hoy en día, los polímeros artificiales se encuentran en casi todos los hogares.

La clasificación de los materiales sintéticos también se realiza según las características de la red molecular:

1. Lineal.
2. Ramificado.
3. Espacial.

La clasificación también se realiza según la naturaleza del heteroátomo:

1. La cadena principal puede incluir un átomo de oxígeno. Esta estructura de cadena permite obtener poliésteres y poliésteres y peróxidos.
2. BMC, que se caracterizan por la presencia de un átomo de azufre en la cadena principal. Gracias a esta estructura se obtienen politioéteres.
3. También se pueden encontrar compuestos que contienen átomos de fósforo en la cadena principal.
4. La cadena principal puede incluir átomos de oxígeno y nitrógeno. El ejemplo más común de tal estructura son los poliuretanos.
5. Poliaminas y poliamidas – representantes destacados Materiales poliméricos que tienen átomos de nitrógeno en su cadena principal.

Además, hay dos grandes grupos materiales poliméricos:

1. Cadena de carbono: una variante que tiene una cadena principal de la macromolécula BMC con un átomo de carbono.
2. Heterocadena: una estructura que, además del átomo de carbono, también tiene átomos de otras sustancias.

Simplemente existe una gran cantidad de variedades de polímeros de cadenas de carbono:

1. Compuestos de alto peso molecular llamados teflón.
2. Alcoholes poliméricos.
3. Estructuras con cadenas principales saturadas.
4. Cadenas con enlaces básicos saturados, que están representados por polietileno y polipropileno. Cabe señalar que hoy en día estos tipos de polímeros se han generalizado mucho, se utilizan en la producción de materiales de construcción y otras cosas.
5. DIU, que se obtienen del procesamiento de alcoholes.
6. Sustancias obtenidas del procesamiento del ácido carboxílico.
7. Sustancias derivadas de los nitrilos.
8. Materiales que se obtuvieron a base de hidrocarburos aromáticos. El representante más común de este grupo es el poliestireno. Es muy utilizado debido a sus altas cualidades aislantes. Hoy en día, el poliestireno se utiliza para aislar locales residenciales y no residenciales. Vehículo y otros equipos.

Toda la información anterior determina que existe una gran cantidad de variedades de materiales poliméricos. Este punto también determina su amplia distribución y aplicación en casi todas las industrias y áreas de la actividad humana.

Aplicación de polímeros

La economía moderna y la vida de las personas simplemente no pueden prescindir de los materiales poliméricos. Esto se debe al hecho de que tienen un costo relativamente bajo; si es necesario, las características básicas de rendimiento se pueden cambiar para adaptarse a tareas específicas.

Aplicación de materiales poliméricos.

Al considerar el uso de polímeros, se debe prestar atención a los siguientes puntos:

1. La producción activa comenzó a principios del siglo XX. Inicialmente, la tecnología de producción implicaba el procesamiento de materias primas de bajo peso molecular y celulosa. Como resultado de su procesamiento aparecieron pinturas y películas.
2. Los polímeros modernos han influido en el desarrollo de todas las industrias. En la época del desarrollo del cine, la llegada de las películas transparentes permitió rodar las primeras películas.
3. EN mundo moderno Los materiales poliméricos considerados se utilizan en casi todas las industrias. Un ejemplo es el uso de polímeros en la producción de juguetes, equipos, medicamentos, telas, materiales de construcción y mucho más. Además, pasan a formar parte de otros materiales para cambiar sus cualidades operativas básicas; se utilizan en el procesamiento de cuero natural o caucho. Mediante el uso de plástico, los fabricantes pudieron reducir el coste de los ordenadores y dispositivos móviles y hacerlos más ligeros y finos. Si comparamos metal y polímeros, la diferencia de costo puede ser simplemente enorme.
4. Las mejoras en la tecnología de producción de materiales poliméricos han llevado a la aparición de compuestos más modernos, que se utilizan en la ingeniería mecánica y muchas otras industrias.
5. El uso de polímeros también está asociado al espacio. Se puede dar un ejemplo de la creación tanto de aviones como de varios satélites. Una reducción significativa de la masa permite superar la gravedad a un coste menor. Además, los polímeros son bien conocidos por su capacidad para resistir influencias ambientales como cambios de temperatura y humedad.

Inicialmente, en la producción de polímeros se utilizaban sustancias de baja calidad y bajo peso molecular como materia prima. Por eso tenían una gran cantidad de deficiencias. Sin embargo, la mejora de las tecnologías de producción ha llevado al hecho de que hoy en día los polímeros son muy seguros de usar y no emiten sustancias nocivas V ambiente. Por lo tanto, comenzaron a utilizarse cada vez más en la fabricación de cosas utilizadas en la vida cotidiana.

En conclusión, observamos que el área considerada está en constante evolución, por lo que comenzaron a aparecer los materiales compuestos. Son mucho más caros que los polímeros, pero al mismo tiempo tienen propiedades físicas, químicas y mecánicas excepcionales. En un futuro próximo, los materiales poliméricos seguirán utilizándose activamente en diversos campos, ya que todavía no existe ninguna alternativa para sustituirlos.

Es sorprendente la variedad de objetos que nos rodean y los materiales con los que están hechos. Anteriormente, alrededor de los siglos XV-XVI, los materiales principales eran los metales y la madera, un poco más tarde el vidrio y casi siempre la porcelana y la loza. Pero el siglo actual es el tiempo de los polímeros, algo que se analizará más adelante.

Concepto de polímeros

Polímero. ¿Lo que es? Puedes responder desde diferentes puntos de vista. Por un lado, esto materiales modernos, utilizado para fabricar muchos artículos domésticos y técnicos.

Por otro lado, podemos decir que se trata de una sustancia sintética especialmente sintetizada y obtenida con propiedades predeterminadas para su uso en una amplia especialización.

Cada una de estas definiciones es correcta, solo la primera desde el punto de vista doméstico y la segunda desde el punto de vista químico. Otra definición química es la siguiente. Los polímeros son compuestos basados ​​​​en secciones cortas de una cadena molecular: los monómeros. Se repiten muchas veces formando una macrocadena polimérica. Los monómeros pueden ser compuestos tanto orgánicos como inorgánicos.

Por lo tanto, surge la pregunta: "polímero: ¿qué es?" - requiere una respuesta detallada y una consideración de todas las propiedades y áreas de aplicación de estas sustancias.

Tipos de polímeros

Existen muchas clasificaciones de polímeros según diversos criterios (naturaleza química, resistencia al calor, estructura de la cadena, etc.). En la siguiente tabla consideramos brevemente los principales tipos de polímeros.

También existen polímeros de estructura lineal, en red y ramificada. La base de los polímeros les permite ser termoplásticos o termoestables. También se diferencian por su capacidad para deformarse en condiciones normales.

Propiedades físicas de los materiales poliméricos.

Los dos principales estados de agregación característicos de los polímeros son:

• amorfo;
• cristalino.

Cada uno se caracteriza por su propio conjunto de propiedades y tiene un importante significado práctico. Por ejemplo, si un polímero existe en un estado amorfo, significa que puede ser un líquido viscoso, una sustancia similar al vidrio o un compuesto altamente elástico (cauchos). Se utiliza ampliamente en las industrias químicas, la construcción, la ingeniería y la producción de bienes industriales.

El estado cristalino de los polímeros es bastante condicional. De hecho este estado intercalados con secciones amorfas de la cadena, y en general toda la molécula resulta muy conveniente para obtener fibras elásticas, pero al mismo tiempo de alta resistencia y duras.

Los puntos de fusión de los polímeros son diferentes. Muchos amorfos se funden a temperatura ambiente y algunos cristalinos sintéticos pueden soportar bastante altas temperaturas(plexiglás, fibra de vidrio, poliuretano, polipropileno).

Los polímeros se pueden colorear en la mayoría Colores diferentes, sin limites. Gracias a su estructura, son capaces de absorber pintura y adquirir los tonos más brillantes e inusuales.

Propiedades químicas de los polímeros.

Las propiedades químicas de los polímeros difieren de las de las sustancias de bajo peso molecular. Esto se explica por el tamaño de la molécula, la presencia de varios grupos funcionales en su composición y la reserva total de energía de activación.

En general, se pueden distinguir varios tipos principales de reacciones características de los polímeros:

1. Reacciones que vendrán determinadas por el grupo funcional. Es decir, si el polímero contiene un grupo OH, característico de los alcoholes, entonces las reacciones en las que entrarán serán idénticas a las de oxidación, reducción, deshidrogenación, etc.).
2. Interacción con NMC (compuestos de bajo peso molecular).
3. Reacciones de polímeros entre sí para formar redes entrecruzadas de macromoléculas (polímeros en red, ramificados).
4. Reacciones entre grupos funcionales dentro de una macromolécula polimérica.
5. Desintegración de una macromolécula en monómeros (destrucción de cadena).

Todas las reacciones anteriores ocurren en la práctica. gran importancia obtener polímeros con propiedades predeterminadas y convenientes para el ser humano. La química de los polímeros permite crear materiales resistentes al calor, a los ácidos y a los álcalis, que además tienen suficiente elasticidad y estabilidad.

Uso de polímeros en la vida cotidiana.

El uso de estos compuestos está muy extendido. Hay pocas áreas de la industria, la economía nacional, la ciencia y la tecnología que no requieran polímeros. ¿Qué es esto: el cultivo de polímeros y su uso generalizado, y en qué termina?

1. Industria química (producción de plásticos, taninos, síntesis de compuestos orgánicos esenciales).
2. Ingeniería mecánica, fabricación de aviones, refinerías de petróleo.
3. Medicina y farmacología.
4. Obtención de colorantes y pesticidas y herbicidas, insecticidas agrícolas.
5. Industria de la construcción (aleaciones de acero, estructuras de aislamiento acústico y térmico, Materiales de construcción).
6. Fabricación de juguetes, platos, tuberías, ventanas, artículos para el hogar y utensilios para el hogar.

La química de los polímeros permite obtener cada vez más materiales nuevos, completamente universales en propiedades, que no tienen igual entre los metales, la madera o el vidrio.

Ejemplos de productos fabricados con materiales poliméricos.

Antes de nombrar productos concretos elaborados a partir de polímeros (es imposible enumerarlos todos, hay demasiada variedad), primero hay que entender qué aporta el polímero. El material que se obtenga de la Armada será la base de futuros productos.

Los principales materiales fabricados a partir de polímeros son:

• plástica;
• polipropilenos;
• poliuretanos;
• poliestirenos;
• poliacrilatos;
• resinas de fenol-formaldehído;
• resina epoxica;
• medias de nailon;
• viscosa;
• medias de nailon;
• adhesivos;
• Película (s;
• taninos y otros.

Esta es sólo una pequeña lista de la diversidad que ofrece la química moderna. Bueno, aquí ya queda claro qué objetos y productos están hechos de polímeros: casi cualquier artículo para el hogar, medicamentos y otras áreas ( ventanas de plastico, pipas, platos, herramientas, muebles, juguetes, películas, etc.).

Polímeros en diversas ramas de la ciencia y la tecnología.

Ya hemos abordado la cuestión de en qué ámbitos se utilizan los polímeros. Los ejemplos que muestran su importancia en la ciencia y la tecnología incluyen los siguientes:

• revestimientos antiestáticos;
• pantallas electromagnéticas;
• carcasas de casi todos los electrodomésticos;
• transistores;
• LED, etc.

No hay límites para la imaginación en cuanto al uso de materiales poliméricos en el mundo moderno.

Producción de polímeros

Polímero. ¿Lo que es? Esto es prácticamente todo lo que nos rodea. ¿Dónde se fabrican?

1. Industria petroquímica (refinación de petróleo).
2. Plantas especiales para la producción de materiales poliméricos y productos elaborados a partir de ellos.

Estas son las bases principales a partir de las cuales se obtienen (sintetizan) los materiales poliméricos.

La mayoría de los materiales de construcción, medicamentos, telas, artículos para el hogar, embalajes y consumibles modernos son polímeros. Este es un grupo completo de compuestos que tienen características. características. Hay muchos de ellos, pero a pesar de ello, la cantidad de polímeros sigue creciendo. Después de todo, los químicos sintéticos descubren cada año más sustancias nuevas. Al mismo tiempo, fue el polímero natural el que tuvo especial importancia en todo momento. ¿Cuáles son estas asombrosas moléculas? ¿Cuáles son sus propiedades y cuáles son sus características? Responderemos a estas preguntas durante el artículo.

Polímeros: características generales

Desde el punto de vista de la química, se considera que un polímero es una molécula con una enorme peso molecular: desde varios miles hasta millones de unidades. Sin embargo, además de esta característica, existen varias más por las que las sustancias se pueden clasificar específicamente en polímeros naturales y sintéticos. Este:

• unidades monoméricas que se repiten constantemente y que están conectadas a través de diversas interacciones;
• el grado de polimerización (es decir, el número de monómeros) debe ser muy alto, de lo contrario el compuesto se considerará un oligómero;
• cierto Orientación espacial macromoléculas;
• un conjunto de importantes propiedades fisicoquímicas características únicamente de este grupo.

En general, una sustancia de naturaleza polimérica es bastante fácil de distinguir de otras. Sólo hay que mirar su fórmula para entenderlo. Un ejemplo típico es el conocido polietileno, muy utilizado en la vida cotidiana y en la industria. Es un producto en el que entra eteno o etileno. Reacción en vista general está escrito de la siguiente manera:

nCH 2 =CH 2 → (-CH-CH-) n, donde n es el grado de polimerización de las moléculas, indicando cuántas unidades monoméricas se incluyen en su composición.

Además, como ejemplo, podemos citar un polímero natural muy conocido por todos: el almidón. Además, a este grupo de compuestos pertenecen la amilopectina, la celulosa, la proteína de pollo y muchas otras sustancias.

Las reacciones que pueden dar lugar a la formación de macromoléculas son de dos tipos:

• polimerización;
• policondensación

La diferencia es que en el segundo caso los productos de reacción son de bajo peso molecular. La estructura de un polímero puede ser diferente, depende de los átomos que lo forman. Las formas lineales son comunes, pero también hay formas de malla tridimensionales que son muy complejas.

Si hablamos de las fuerzas e interacciones que mantienen unidas las unidades de monómero, podemos identificar varias de las principales:

• Las fuerzas de van der Waals;
• enlaces químicos (covalentes, iónicos);
• Interacción electronostática.

No todos los polímeros se pueden combinar en una categoría, ya que tienen naturalezas, métodos de formación completamente diferentes y realizan diferentes funciones. Sus propiedades también difieren. Por tanto, existe una clasificación que permite dividir a todos los representantes de este grupo de sustancias en diferentes categorías. Puede deberse a varios signos.

Clasificación de polímeros.

Si tomamos como base la composición cualitativa de las moléculas, entonces todas las sustancias consideradas se pueden dividir en tres grupos.

1. Orgánicos son aquellos que contienen átomos de carbono, hidrógeno, azufre, oxígeno, fósforo y nitrógeno. Es decir, aquellos elementos que son biogénicos. Hay muchos ejemplos: polietileno, cloruro de polivinilo, polipropileno, viscosa, nailon, polímero natural - proteína, ácidos nucleicos etcétera.
2. Los elementos orgánicos son aquellos que contienen algún elemento extraño, inorgánico o inorgánico, generalmente silicio, aluminio o titanio. Ejemplos de tales macromoléculas: polímeros de vidrio, materiales compuestos.
3. Inorgánico: la cadena se basa en átomos de silicio, no en carbono. Los radicales también pueden formar parte de ramas laterales. Fueron descubiertos hace poco, a mediados del siglo XX. Utilizado en medicina, construcción, tecnología y otras industrias. Ejemplos: silicona, cinabrio.

Si dividimos los polímeros por origen, podemos distinguir tres grupos.

1. Polímeros naturales, cuyo uso se ha generalizado desde la antigüedad. Se trata de macromoléculas para las que el hombre no hizo ningún esfuerzo por crearlas. Son productos de reacciones de la propia naturaleza. Ejemplos: seda, lana, proteínas, ácidos nucleicos, almidón, celulosa, cuero, algodón y otros.
2. Artificial. Se trata de macromoléculas creadas por humanos, pero basadas en análogos naturales. Es decir, las propiedades de un polímero natural existente simplemente se mejoran y cambian. Ejemplos: artificial
3. Los polímeros sintéticos son aquellos en los que sólo interviene el ser humano en su creación. No existen análogos naturales para ellos. Los científicos están desarrollando métodos para sintetizar nuevos materiales que habrían mejorado características técnicas. Así nacen compuestos poliméricos sintéticos de diversa índole. Ejemplos: polietileno, polipropileno, viscosa, etc.

Hay otra característica que subyace a la división de las sustancias consideradas en grupos. Estos son la reactividad y la estabilidad térmica. Hay dos categorías para este parámetro:

• termoplástico;
• termoestable.

El más antiguo, importante y especialmente valioso sigue siendo el polímero natural. Sus propiedades son únicas. Por lo tanto, consideraremos más a fondo esta categoría de macromoléculas.

¿Qué sustancia es un polímero natural?

Para responder a esta pregunta, primero miremos a nuestro alrededor. ¿Qué nos rodea? Organismos vivos que nos rodean que comen, respiran, se reproducen, florecen y producen frutos y semillas. ¿Qué son desde el punto de vista molecular? Se trata de conexiones como:

• proteínas;
• ácidos nucleicos;
• polisacáridos.

Entonces, cada uno de los compuestos anteriores es un polímero natural. Así, resulta que la vida a nuestro alrededor existe sólo gracias a la presencia de estas moléculas. Desde la antigüedad, la gente ha utilizado arcilla, mezclas de construcción y morteros para fortalecer y crear viviendas, tejer hilos de lana y utilizar algodón, seda, lana y pieles de animales para crear ropa. Los polímeros orgánicos naturales acompañaron al hombre en todas las etapas de su formación y desarrollo y lo ayudaron en gran medida a lograr los resultados que tenemos hoy.

La propia naturaleza hizo todo lo posible para que la vida de las personas fuera lo más cómoda posible. Con el tiempo, se descubrió el caucho y se descubrieron sus notables propiedades. El hombre aprendió a utilizar el almidón con fines alimentarios y la celulosa con fines técnicos. El alcanfor, conocido también desde la antigüedad, es un polímero natural. Resinas, proteínas y ácidos nucleicos son ejemplos de compuestos considerados.

Estructura de polímeros naturales.

No todos los representantes de esta clase Las sustancias tienen la misma estructura. Por tanto, los polímeros naturales y sintéticos pueden diferir significativamente. Sus moléculas están orientadas de tal manera que existen de la forma más ventajosa y cómoda posible desde el punto de vista energético. Al mismo tiempo, muchos vistas naturales son capaces de hincharse y su estructura cambia en el proceso. Existen varias variantes más comunes de la estructura de la cadena:

• lineal;
• ramificado;
• en forma de estrella;
• departamento;
• malla;
• cinta;
• en forma de peine.

Los representantes artificiales y sintéticos de macromoléculas tienen muy gran masa, una gran cantidad de átomos. Se crean con propiedades especialmente especificadas. Por tanto, su estructura fue inicialmente planificada por el hombre. Los polímeros naturales suelen tener una estructura lineal o de red.

Ejemplos de macromoléculas naturales.

Los polímeros naturales y artificiales están muy cerca unos de otros. Después de todo, los primeros se convierten en la base para la creación de los segundos. Hay muchos ejemplos de tales transformaciones. Enumeremos algunos de ellos.

1. El plástico convencional de color blanco lechoso es un producto que se obtiene tratando la celulosa con ácido nítrico con la adición de alcanfor natural. La reacción de polimerización hace que el polímero resultante se solidifique formando el producto deseado. Y el plastificante, el alcanfor, lo hace capaz de ablandarse cuando se calienta y cambiar de forma.
2. Acetato de seda, fibra de cobre y amoníaco, viscosa: todos estos son ejemplos de hilos y fibras que se obtienen a partir de celulosa. Las telas hechas de algodón y lino naturales no son tan duraderas, no brillan y se arrugan fácilmente. Pero los análogos artificiales no tienen estas desventajas, lo que hace que su uso sea muy atractivo.
3. Piedras artificiales, materiales de construcción, mezclas y sucedáneos del cuero también son ejemplos de polímeros obtenidos a partir de materias primas naturales.

La sustancia, que es un polímero natural, se puede utilizar en su forma original. También hay muchos ejemplos de este tipo:

• colofonia;
• ámbar;
• almidón;
• amilopectina;
• celulosa;
• lana;
• algodón;
• seda;
• cemento;
• arcilla;
• cal;
• proteínas;
• ácidos nucleicos, etc.

Es obvio que la clase de compuestos que estamos considerando es muy numerosa, prácticamente importante y significativa para las personas. Ahora echemos un vistazo más de cerca a varios representantes de polímeros naturales que tienen una gran demanda en la actualidad.

Seda y lana

La fórmula del polímero de seda natural es compleja, pues su composición química se expresa mediante los siguientes componentes:

• fibroina;
• sericina;
• ceras;
• grasas.

La proteína principal, la fibroína, contiene varios tipos de aminoácidos. Si imaginas su cadena polipeptídica, se verá así: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n. Y esto es sólo una parte. Si imaginamos que una molécula de proteína sericina igualmente compleja está unida a esta estructura con la ayuda de las fuerzas de Van Der Waals, y juntas se mezclan en una sola conformación con cera y grasas, entonces está claro por qué es difícil representar la fórmula. de seda natural.

Hasta la fecha, la mayoría de este producto abastece a China, porque en su inmensidad hay hábitat hábitat del principal productor - gusano de seda. Anteriormente, desde los tiempos más antiguos, seda natural fue muy apreciado. Sólo los nobles y ricos podían permitirse ropa hecha con él. Hoy en día, muchas características de este tejido dejan mucho que desear. Por ejemplo, se magnetiza fuertemente y se arruga; además, pierde su brillo y se vuelve opaco cuando se expone al sol. Por tanto, los derivados artificiales a base de él son más habituales.

La lana también es un polímero natural, ya que es un producto de desecho de la piel y las glándulas sebáceas de los animales. A partir de este producto proteico se confeccionan prendas de punto que, como la seda, son un material valioso.

Almidón

El almidón polimérico natural es un producto de desecho de las plantas. Lo producen mediante el proceso de fotosíntesis y lo acumulan en partes diferentes cuerpos. Su composición química:

• amilopectina;
• amilosa;
• alfa glucosa.

La estructura espacial del almidón es muy ramificada y desordenada. Gracias a la amilopectina que contiene, puede hincharse en agua y convertirse en una denominada pasta. Éste se utiliza en ingeniería e industria. La medicina, la industria alimentaria y la producción de adhesivos para papel pintado también son campos de aplicación de esta sustancia.

Entre las plantas que contienen cantidad máxima almidón, podemos distinguir:

• maíz;
• papa;
• trigo;
• mandioca;
• avena;
• alforfón;
• plátanos;
• sorgo.

A partir de este biopolímero se hornea pan, se elaboran pastas, se cocinan gelatinas, gachas y otros productos alimenticios.

Celulosa

Desde un punto de vista químico, esta sustancia es un polímero cuya composición se expresa mediante la fórmula (C 6 H 5 O 5) n. La unidad monomérica de la cadena es la beta-glucosa. Los principales lugares donde se encuentra la celulosa son las paredes celulares de las plantas. Por eso la madera es una valiosa fuente de este compuesto.

La celulosa es un polímero natural que tiene una estructura espacial lineal. Se utiliza para producir los siguientes tipos de productos:

• productos de pulpa y papel;
• piel sintética;
• distintos tipos de fibras artificiales;
• algodón;
• plástica;
• pólvora sin humo;
• películas y así sucesivamente.

Es obvio que su importancia industrial es grande. Para que este compuesto pueda utilizarse en la producción, primero debe extraerse de las plantas. Esto se hace mediante la cocción prolongada de la madera en dispositivos especiales. El procesamiento posterior, así como los reactivos utilizados para la digestión, varían. Hay varias maneras:

• sulfito;
• nitrato;
• soda;
• sulfato.

Después de este tratamiento, el producto aún contiene impurezas. Se basa en lignina y hemicelulosa. Para deshacerse de ellos, la masa se trata con cloro o álcali.

No existen catalizadores biológicos en el cuerpo humano que puedan descomponer este complejo biopolímero. Sin embargo, algunos animales (herbívoros) se han adaptado a esto. Ciertas bacterias se instalan en su estómago y hacen esto por ellos. A cambio, los microorganismos reciben energía para la vida y un hábitat. Esta forma de simbiosis es sumamente beneficiosa para ambas partes.

Goma

Es un polímero natural con valiosos importancia economica. Fue descrito por primera vez por Robert Cook, quien lo descubrió en uno de sus viajes. La cosa fue así. Habiendo desembarcado en una isla donde vivían nativos desconocidos para él, fue recibido hospitalariamente. Su atención fue atraída por los niños locales que jugaban con un objeto inusual. Este cuerpo esférico se impulsó desde el suelo y saltó alto, luego regresó.

Tras preguntar a la población local de qué estaba hecho este juguete, Cook supo que así se solidifica la savia de uno de los árboles, la hevea. Mucho más tarde se supo que se trata de caucho biopolímero.

Se conoce la naturaleza química de este compuesto: es el isopreno el que ha sufrido una polimerización natural. Fórmula de caucho (C 5 H 8) n. Sus propiedades, por las que es tan valorado, son las siguientes:

• elasticidad;
• resistencia al desgaste;
• aislamiento electrico;
• impermeable.

Sin embargo, también existen desventajas. Con el frío se vuelve quebradizo y quebradizo, y con el calor se vuelve pegajoso y viscoso. Por eso era necesario sintetizar análogos de una base artificial o sintética. Hoy en día, los cauchos se utilizan ampliamente con fines técnicos e industriales. Los productos más importantes a base de ellos:

• goma;
• ébano.

Ámbar

Es un polímero natural, ya que su estructura es una resina, su forma fósil. La estructura espacial es un polímero amorfo de estructura. Es muy inflamable y puede encenderse con la llama de una cerilla. Tiene propiedades luminiscentes. Esta es una cualidad muy importante y valiosa que se utiliza en joyería. Las joyas a base de ámbar son muy hermosas y muy solicitadas.

Además, este biopolímero también se utiliza con fines médicos. También se fabrican revestimientos de papel de lija y barniz para diversas superficies.