Polimery i ich pochodne

POLIMERY I ICH POCHODNE

Polimery dawniej zwane były plastomerami, są to w większości związki chemiczne zbudowane z wielu identycznych molekuł (monomerów) połączonych w długie łańcuchy. Większość polimerów jest dziełem człowieka, ale istnieją też polimery naturalne. Takim jest na przykład celuloza – związek powszechnie występujący w tkankach roślinnych, główny składnik drewna. Większość polimerów to związki organiczne, czyli bazujące na węglu i wodorze, jednak znane są także polimery nieorganiczne, np. azbest. Pierwszym całkowicie syntetycznym polimerem jest tworzywo zwane bakelitem, wyprodukowane w 1908 roku przez Belga Leo Baekelanda.

Struktura i powstawanie polimerów
Pierwsze tworzywa sztuczne cieszyły się niemałym powodzeniem. Lecz dalszy postęp był ściśle uzależniony od dokładnego poznania budowy i przebiegu procesu powstawaniu tworzyw sztucznych.
Polimer powstaje, gdy pojedyncze cząsteczki danego związku chemicznego, zwane monomerami, łączą się razem w długie łańcuchy. Przekształcanie monomerów w polimer może następować pod wpływem temperatury, ciśnienia albo pobudzania mechanicznego. W pewnych wypadkach do tego, aby nastąpiła polimeryzacja, niezbędna jest obecność katalizatora, czyli substancji umożliwiającej reakcję, lecz nie biorącej w niej bezpośredniego udziału. Niektóre z polimerów są utworzone przez monomery więcej niż jednego rodzaju.. Nazywa się je kopolimerami.
Rodzaje polimeryzacji:
Bezpośrednia – w procesie polimeryzacji strąceniowej monomer jest najpierw rozpuszczany w rozpuszczalniku. W wyniku polimeryzacji powstaje związek nierozpuszczalny, który wytrąca się z roztworu jako osad. Polimeryzacja rozpuszczalnikowa z kolei wytwarza polimer rozpuszczalny, który powstaje w roztworze. Podczas polimeryzacji w zawiesinie monomer ma postać maleńkich kropelek (zawiesiny) znajdujących się w wodzie. Z kolei przy procesie polimeryzacji emulsyjnej dodaje się specjalny detergent zwany emulgatorem, który pomaga rozprowadzić monomery w rozpuszczalniku. Żadnego rozpuszczalnika nie używa się natomiast przy polimeryzacji w masie. Obecne są wtedy tylko monomer i niezbędne katalizatory. W procesach polimeryzacji bezpośrednie wytwarza się materiały, takie jak polietylen i polistyren (polimeryzacja w masie), polipropylen (polimeryzacja strąceniowa) czy polichlorek winylu (polimeryzacja w zawiesinie lub emulsyjna).
Kondensacja – jest to proces znacznie bardziej złożony od polimeryzacji bezpośredniej. Dwa monomery, z których każdy posiada więcej niż jedną grupę aktywną chemicznie, łączą się ze sobą, a podczas tego procesu powstaje produkt uboczny w postaci mniejszej cząstki, np. wody. W ten sposób produkuje się między innymi nylony. Kwas mineralny reaguje w tym procesie z aminami, czyli związkami pochodzącymi od amoniaku. Również bakelit jest produktem tego rodzaju polimeryzacji.

Zbliżona do polimeryzacji kondensacyjnej jest polimeryzacja przez przebudowę. Różnica między tymi procesami polega na tym, że w tym drugim podczas łączenia monomerów ze sobą nie powstają żadne produkty uboczne. Nazwa tego procesu pochodzi stąd, że podczas reakcji pomiędzy monomerami następuje zmiana konfiguracji atomów w ich cząsteczkach oraz zmiana charakteru wiązań łączących atomy ze sobą, tak aby mógł zostać łańcuch polimerowy. Przykładowym produktem tego rodzaju polimeryzacji może być poliuretan.

Rodzaje polimerów
Syntetyczne tworzywa sztuczne można podzielić na trzy grupy:
Polimery termoplastyczne – miękną pod wpływem podwyższonej temperatury. Dzieje się tak dlatego, że łańcuchy polimerowe mogą poruszać się względem siebie, a efekt ten staje się coraz wyraźniejszy wraz ze wzrostem temperatury. Przykładem może być polistyren lub polichlorek winylu (PVC)
Polimery termoutwardzalne – występują tu wiązania porzeczne pomiędzy poszczególnymi łańcuchami polimerowymi, uniemożliwiając ich przesuwanie się względem siebie. Dlatego takie materiały nie stają się plastyczne w wyższych temperaturach. Do tego typu polimerów zaliczyć można bakelit i żywice epoksydowe.
Elastomery – tworzywa o dobrych właściwościach sprężystych. W skład tej grupy wchodzą wszystkie związki gumopodobne, w tym guma oraz sztuczny i naturalny kauczuk. Podczas ich produkcji powstaje ściśle określona ilość wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami molekuł. W rezultacie powstają materiały elastyczne, które można mocno rozciągać, używając stosunkowo niewielkich sił i które powracają do pierwotnego kształtu po ustąpieniu siły rozciągającej.
Do najczęściej spotykanych tworzyw sztucznych należą między innymi:
Polietylen – „tłusty” w dotyku, giętki, bezbarwny lub mlecznobiały, topliwy w temperaturze około 60oC, palny, produkt polimeryzacji etylenu, odporny na działanie niskich temperatur, stężonych kwasów i zasad oraz większości rozpuszczalników organicznych, z wyjątkiem tłuszczów i węglowodorów. Stosuje się go do wyrobu folii opakowaniowych, artykułów gospodarstwa domowego, pojemników, butelek zabawek, rur, powłok kablowych, itp. Nazwa handlowa – politen i petrolen.
Polipropylen – jest tworzywem otrzymywanym poprzez polimeryzację propenu. Jest to biało żółtawa, przejrzysta masa, twarda, o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych i dielektrycznych, odporna na działanie czynników chemicznych. Polipropylen jest palny, ma dość dobrą odporność cieplną (do ok. 130oC). Ma zastosowanie w produkcji elementów, osłon i obudów maszyn, wykładzin, opakowań, pojemników na chemikalia, rur, folii, włókien, itp. Nazwa handlowa – malen.
Polistyren – produkt polimeryzacji styrenu, bezbarwne, przezroczyste ciało stałe, kruche, odporne na działanie kwasów (z wyjątkiem kwasu azotowego HNO3), zasad, alkoholi, olejów, rozpuszcza się w węglowodorach aromatycznych, ma dobre właściwości dielektryczne, małą odporność cieplną, jest palny. Zastosowanie: do wyrobu materiałów elektroizolacyjnych, części samochodów, rowerów, lodówek, naczyń, pojemników, zabawek, galanterii. Z polistyrenu można otrzymać styropian – doskonały, lekki materiał izolacyjny. Nazwy handlowe – owispol, styropol.
Polichlorek winylu – produkt polimeryzacji chlorku winylu (chloroetenu). Czysty PVC jest twardy, niepalny, odporny na działanie rozcieńczonych kwasów i zasad, alkoholi, benzyny, rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach organicznych, ma dobre właściwości dielektryczne, małą odporność cieplną, ulega rozkładowi pod wpływem ciepła i światła. Znajduje zastosowanie w produkcji rur, armatury sanitarnej, elementów budowlanych, przyborów kreślarskich, opakowań, uszczelek, wykładzin podłogowych i tapicerskich, powłok ochronnych, folii ubraniowych i galanteryjnych, sztucznej skóry, cewników, drenów. Nazwy handlowe – winidur, polwinit, igelit, pianowin.
Nylony (poliamidy) – bezbarwne lub kremowe, włóknotwórcze, elastyczne, wytrzymałe mechanicznie, odporne na działanie czynników chemicznych, oprócz kwasów, stężonych zasad i utleniaczy. Są stosowane do wyrobu włókien, folii, artykułów gospodarstwa domowego, części maszyn, powłok elektroizolacyjnych.


Kauczuk syntetyczny – główny składnik gumy. Stosuje się go w przemyśle samochodowym, do produkcji węży, ubrania gumowego, obuwia
Teflon (politetrafluoroetylen) – cechuje go wyjątkowa odporność chemiczna i cieplna, doskonałe właściwości ślizgowe, dobre właściwości mechaniczne i dielektryczne, niepalność. Zastosowanie: do wyrobu urządzeń i aparatury chemicznej, w elektronice i elektrotechnice, w przemyśle maszynowym, samochodowym, papierniczym, włókienniczym, artykułów gospodarstwa domowego, itp.
Szkło organiczne (metakrylan metylu) – bezbarwna masa o doskonałej przezroczystości, ale łatwo ulegająca zarysowaniu, krucha, o dobrych właściwościach mechanicznych i dielektrycznych, odporna na działanie rozcieńczonych kwasów i zasad, benzyny, olejów i tłuszczów, rozpuszczalna w większości rozpuszczalników organicznych, palna, ma niewielką odporność cieplną. Szkło organiczne stosuje się do wyrobu nietłukących szyb, soczewek, reflektorów, artykułów gospodarstwa domowego, urządzeń sanitarnych, sztucznej biżuterii, itp. Nazwy handlowe – metapleks, pleksiglas.
Polioctan winylu – jest to polimer miękki, żywicowaty lub kruchy, palny, wrażliwy na działanie stężonych kwasów i zasad oraz wielu rozpuszczalników organicznych. Wykazuje dużą przyczepność do wielu materiałów. Stosowany do wyrobu klejów, jako spoiwo farb emulsyjnych, szpachlówek. Nazwa handlowa – winacet.




Literatura:
1. „Świat wiedzy”
2. „Słownik szkolny – chemia” J. Sobczak, K.M. Pazdro, Z. Dobkowska
3. „Chemia dla gimnazjum” część 3 J. Kulawik, T. Kulawik, M. Litwin
m@ster:P:P:P