Байгалийн полимер - томъёо ба хэрэглээ

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Өнөөдрийн барилгын материал, эм, даавуу, гэр ахуйн эд зүйлс, сав баглаа боодол, хэрэглээний материалын ихэнх нь полимер юм. Энэ бол өвөрмөц шинж чанартай нэгдлүүдийн бүхэл бүтэн бүлэг юм. Тэдгээр нь маш олон боловч үүнээс үл хамааран полимерүүдийн тоо нэмэгдсээр байна. Эцсийн эцэст синтетик химичүүд жил бүр илүү олон шинэ бодисыг олж илрүүлдэг. Үүний зэрэгцээ байгалийн полимер нь бүх цаг үед онцгой ач холбогдолтой байв. Эдгээр гайхалтай молекулууд юу вэ? Тэдний шинж чанар, онцлог нь юу вэ? Бид нийтлэлийн явцад эдгээр асуултад хариулах болно.

Полимер: ерөнхий шинж чанар

Химийн үүднээс авч үзвэл полимер нь асар том молекул жинтэй молекул гэж тооцогддог: хэдэн мянгаас сая нэгж хүртэл. Гэсэн хэдий ч энэ шинж чанараас гадна бодисыг байгалийн болон синтетик полимер гэж яг нарийн ангилж болох өөр хэд хэдэн зүйл байдаг. Энэ нь:

• өөр өөр харилцан үйлчлэлээр холбогдсон мономер нэгжүүдийг байнга давтдаг;
• полимеразын зэрэг (жишээ нь мономеруудын тоо) маш их байх ёстой.өндөр, эс тэгвээс нэгдлийг олигомер гэж үзнэ;
• макромолекулын орон зайн тодорхой чиглэл;
• энэ бүлэгт хамаарах физик, химийн чухал шинж чанаруудын багц.

Ер нь полимер шинж чанартай бодисыг бусдаас ялгахад хялбар байдаг. Үүнийг ойлгохын тулд түүний томъёог харахад л хангалттай. Энгийн жишээ бол өдөр тутмын амьдрал, үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг алдартай полиэтилен юм. Энэ нь ханаагүй нүүрсустөрөгчийн этилен эсвэл этилен ордог полимержих урвалын бүтээгдэхүүн юм. Урвалыг ерөнхий хэлбэрээр дараах байдлаар бичнэ:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , хаана n нь молекулуудын полимержих зэрэг бөгөөд түүний найрлагад хэдэн мономер нэгж агуулагдаж байгааг харуулдаг.

Мөн жишээ болгон хүн бүрийн сайн мэддэг байгалийн полимерийг дурдаж болно, энэ нь цардуул юм. Үүнээс гадна амилопектин, целлюлоз, тахианы уураг болон бусад олон бодисууд энэ бүлгийн нэгдлүүдэд хамаарна.

Макромолекул үүсгэх урвал нь хоёр төрлийн байна:

• полимержилт;
• поликонденсац.

Ялгаа нь хоёр дахь тохиолдолд харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүн нь бага молекул жинтэй байдаг. Полимерийн бүтэц нь өөр байж болох бөгөөд энэ нь түүнийг үүсгэдэг атомуудаас хамаарна. Шугаман хэлбэрүүд ихэвчлэн олддог боловч маш нарийн төвөгтэй гурван хэмжээст торон байдаг.

Хэрэв бид мономерын нэгжүүдийг хамтад нь байлгадаг хүч ба харилцан үйлчлэлийн талаар ярих юм бол хэд хэдэн үндсэн зүйлийг ялгаж чадна:

• Ван Дер Ваальсхүч чадал;
• химийн холбоо (ковалентын, ион);
• электростатик харилцан үйлчлэл.

Бүх полимер нь тэс өөр шинж чанар, үүсэх арга, өөр өөр үүрэг гүйцэтгэдэг тул нэг ангилалд нэгтгэх боломжгүй. Тэдний шинж чанар нь бас ялгаатай. Тиймээс энэ бүлгийн бүх төлөөлөгчдийг өөр өөр ангилалд хуваах боломжийг олгодог ангилал байдаг. Энэ нь хэд хэдэн тэмдэгт дээр үндэслэсэн байж магадгүй.

Полимерын ангилал

Хэрэв бид молекулуудын чанарын найрлагыг үндэс болгон авч үзвэл авч үзэж буй бүх бодисыг гурван бүлэгт хувааж болно.

1. Органик - эдгээр нь нүүрстөрөгч, устөрөгч, хүхэр, хүчилтөрөгч, фосфор, азотын атомуудыг агуулдаг. Энэ нь биоген шинж чанартай элементүүд юм. Олон жишээ бий: полиэтилен, поливинил хлорид, полипропилен, наалдамхай, нейлон, байгалийн полимер - уураг, нуклейн хүчил гэх мэт.
2. Elementalorganic - зарим гадны органик бус болон биоген бус элементүүдийг агуулсан. Ихэнхдээ энэ нь цахиур, хөнгөн цагаан эсвэл титан юм. Ийм макромолекулуудын жишээ: органик шил, шилэн полимер, нийлмэл материал.
3. Органик бус - гинж нь нүүрстөрөгч биш цахиурын атом дээр суурилдаг. Радикалууд нь хажуугийн мөчрүүдийн нэг хэсэг байж болно. Тэд саяхан буюу 20-р зууны дунд үед нээгдсэн. Анагаах ухаан, барилга, инженерчлэл болон бусад салбарт ашигладаг. Жишээ нь: силикон, циннабар.

Хэрэв та полимерүүдийг гарал үүслээр нь салгавал болногурвыг нь сонго.

1. Байгалийн полимер, тэдгээрийн хэрэглээ нь эрт дээр үеэс өргөн тархсан. Эдгээр нь ийм макромолекулууд бөгөөд үүнийг бүтээхийн тулд хүн ямар ч хүчин чармайлт гаргаагүй болно. Эдгээр нь байгалийн урвалын бүтээгдэхүүн юм. Жишээ нь: торго, ноос, уураг, нуклейн хүчил, цардуул, целлюлоз, арьс шир, хөвөн гэх мэт.
2. Хиймэл. Эдгээр нь хүний бүтээсэн макромолекулууд боловч байгалийн аналог дээр үндэслэсэн байдаг. Энэ нь аль хэдийн байгаа байгалийн полимерийн шинж чанарыг зүгээр л сайжруулж, өөрчилдөг. Жишээ нь: хиймэл резин, резин.
3. Синтетик - эдгээр нь бүтээхэд зөвхөн хүн оролцдог полимерууд юм. Тэдний хувьд байгалийн аналог байдаггүй. Эрдэмтэд техникийн шинж чанарыг сайжруулсан шинэ материалыг нэгтгэх аргыг боловсруулж байна. Ингэж янз бүрийн төрлийн синтетик полимер нэгдлүүд үүсдэг. Жишээ нь: полиэтилен, полипропилен, наалдамхай, ацетат эслэг гэх мэт.

Бодисыг бүлэг болгон хуваахад үндэслэсэн бас нэг онцлог бий. Эдгээр нь реактив ба дулааны тогтвортой байдал юм. Энэ параметрийн хоёр ангилал байдаг:

• термопластик;
• термосет.

Хамгийн эртний, чухал, онцгой үнэ цэнэтэй нь байгалийн полимер хэвээр байна. Түүний шинж чанарууд нь өвөрмөц юм. Тиймээс бид макромолекулуудын энэ тодорхой ангиллыг цаашид авч үзэх болно.

Ямар бодис нь байгалийн полимер вэ?

Энэ асуултад хариулахын тулд эхлээд эргэн тойрноо харцгаая. Биднийг юу хүрээлж байна вэ?Бидний эргэн тойронд хооллож, амьсгалж, үржиж, цэцэглэж, үр жимс, үр гаргадаг амьд организмууд. Тэд молекулын үүднээс юуг төлөөлдөг вэ? Эдгээр нь дараах төрлийн холболтууд юм:

• уураг;
• нуклейн хүчил;
• полисахарид.

Тиймээс эдгээр нэгдлүүд нь байгалийн полимер юм. Тиймээс бидний эргэн тойронд амьдрал зөвхөн эдгээр молекулууд оршдогтой холбоотой юм. Эрт дээр үеэс хүмүүс шавар, барилгын хольц, зуурмаг ашиглан гэр орноо бэхжүүлж, бий болгож, ноосоор утас нэхэж, хөвөн, торго, ноос, амьтны арьсаар хувцас урлаж ирсэн. Байгалийн органик полимерүүд хүний үүсэх, хөгжлийн бүхий л үе шатанд дагалдаж байсан бөгөөд өнөөгийн бидний олж байгаа үр дүнд хүрэхэд олон талаар тусалсан.

Хүмүүсийн амьдралыг аль болох тав тухтай байлгахын тулд байгаль өөрөө бүхнийг өгсөн. Цаг хугацаа өнгөрөхөд резинийг олж илрүүлж, түүний гайхалтай шинж чанаруудыг тодруулав. Хүн цардуулыг хүнсний зориулалтаар, целлюлозыг техникийн зориулалтаар ашиглаж сурсан. Гавар нь мөн эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан байгалийн полимер юм. Давирхай, уураг, нуклейн хүчил зэрэг нь авч үзэж буй нэгдлүүдийн жишээ юм.

Байгалийн полимерийн бүтэц

Энэ төрлийн бодисын бүх төлөөлөгчид ижил бүтэцтэй байдаггүй. Тиймээс байгалийн болон синтетик полимерууд ихээхэн ялгаатай байж болно. Тэдний молекулууд нь энергийн үүднээс оршин тогтнох нь хамгийн ашигтай бөгөөд тохиромжтой байхаар чиглэгддэг. Үүний зэрэгцээ байгалийн олон зүйлүүд хавдаж, бүтэц нь үйл явцын явцад өөрчлөгддөг. Гинжин хэлхээний хэд хэдэн хамгийн түгээмэл хувилбарууд байдаг:

• шугаман;
• салбарласан;
• од хэлбэртэй;
• хавтгай;
• тор;
• соронзон хальс;
• сам хэлбэртэй.

Макромолекулуудын хиймэл ба синтетик төлөөлөгчид маш том масстай, асар олон тооны атомтай байдаг. Тэдгээрийг тусгайлан тодорхойлсон шинж чанаруудаар бүтээдэг. Тиймээс тэдний бүтцийг анх хүн төлөвлөж байсан. Байгалийн полимерууд нь ихэвчлэн шугаман эсвэл торлог бүтэцтэй байдаг.

Байгалийн макромолекулуудын жишээ

Байгалийн болон хиймэл полимерүүд хоорондоо маш ойрхон байдаг. Эцсийн эцэст, эхнийх нь хоёр дахь нь бий болох үндэс суурь болдог. Ийм өөрчлөлтийн олон жишээ бий. Тэдгээрийн заримыг энд оруулав.

1. Энгийн сүүн цагаан хуванцар нь целлюлозыг байгалийн гавар нэмэн азотын хүчлээр боловсруулан гаргаж авсан бүтээгдэхүүн юм. Полимержих урвалын үр дүнд үүссэн полимер хатуурч, хүссэн бүтээгдэхүүн болж хувирдаг. Мөн хуванцаржуулагч - гавар нь халаахад зөөлөрч, хэлбэрээ өөрчлөх чадвартай болгодог.
2. Ацетат торго, зэс-аммиакийн эслэг, вискоз зэрэг нь целлюлозоос гаргаж авсан утас, утаснуудын жишээ юм. Байгалийн хөвөн, маалинган даавуугаар хийсэн даавуу нь тийм ч бат бөх биш, гялалздаггүй, үрчлээстэй байдаг. Гэхдээ тэдгээрийн хиймэл аналогууд нь эдгээр дутагдалтай талуудаас ангид бөгөөд энэ нь тэдний хэрэглээг маш сонирхолтой болгодог.
3. Хиймэл чулуу, барилгын материал, хольц, арьс орлуулагч ньМөн байгалийн гаралтай түүхий эдээс гаргаж авсан полимерүүдийн жишээг үзнэ үү.

Байгалийн полимер болох бодисыг жинхэнэ хэлбэрээр нь ашиглаж болно. Ийм олон жишээ бий:

• росин;
• хав;
• цардуул;
• амилопектин;
• целлюлоз;
• үслэг;
• ноос;
• cotton;
• торго;
• цемент;
• шавар;
• шохой;
• уураг;
• нуклейн хүчил гэх мэт.

Мэдээжийн хэрэг, бидний авч үзэж буй нэгдлүүдийн ангилал нь маш олон, практик ач холбогдолтой бөгөөд хүмүүсийн хувьд чухал ач холбогдолтой юм. Одоо одоо маш их эрэлт хэрэгцээтэй байгаа байгалийн полимерүүдийн хэд хэдэн төлөөлөгчийг нарийвчлан авч үзье.

Торго, ноос

Байгалийн торгоны полимерийн томъёо нь нарийн төвөгтэй, учир нь түүний химийн найрлага нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр илэрхийлэгддэг:

• фиброин;
• серицин;
• лав;
• өөх тос.

Гол уураг нь өөрөө фиброин нь хэд хэдэн төрлийн амин хүчлийг агуулдаг. Хэрэв та түүний полипептидийн гинжийг төсөөлвөл энэ нь иймэрхүү харагдах болно: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Энэ бол зөвхөн нэг хэсэг юм. Хэрэв бид ван дер-Ваалсын хүчний тусламжтайгаар ижил төстэй нарийн төвөгтэй серицин уургийн молекулыг энэ бүтцэд холбож, тэдгээрийг лав, өөх тостой нэг конформацид хольсон гэж төсөөлвөл яагаад томьёог дүрслэн харуулахад хэцүү байгаа нь ойлгомжтой болно. байгалийн торго.

Өнөөдрийн хувьдӨнөөдөр энэ бүтээгдэхүүний ихэнх хэсгийг Хятад улс нийлүүлдэг, учир нь түүний задгай талбайд гол үйлдвэрлэгч болох торго хорхойн амьдрах орчин байдаг. Өмнө нь хамгийн эртний үеэс эхлэн байгалийн торго маш их үнэлэгддэг байв. Үүнээс зөвхөн язгууртан, баян хүмүүс л хувцас авах боломжтой байв. Өнөөдөр энэ даавууны олон шинж чанар нь хүссэн зүйлээ үлдээж байна. Жишээлбэл, энэ нь маш их соронзлогддог, үрчлээстэй байдаг бөгөөд үүнээс гадна нарны туяанд өртөхөөс болж гялбаа алдаж, бүдгэрдэг. Тиймээс түүнд суурилсан хиймэл деривативууд илүү их ашиглагдаж байна.

Ноос нь мөн амьтны арьс, тосны булчирхайн хаягдал бүтээгдэхүүн учраас байгалийн полимер юм. Энэхүү уургийн бүтээгдэхүүн дээр үндэслэн сүлжмэл эдлэл хийдэг бөгөөд энэ нь торго шиг үнэ цэнэтэй материал юм.

цардуул

Байгалийн полимер цардуул нь ургамлын хаягдал бүтээгдэхүүн юм. Тэд үүнийг фотосинтезийн үйл явцын үр дүнд бий болгож, биеийн янз бүрийн хэсэгт хуримтлагддаг. Түүний химийн найрлага:

• амилопектин;
• амилоз;
• альфа-глюкоз.

Цардуулын орон зайн бүтэц нь маш салаалсан, эмх замбараагүй байдаг. Найрлагад орсон амилопектины ачаар энэ нь усанд хавдаж, зуурмаг гэж нэрлэгддэг бодис болж хувирдаг. Энэхүү коллоид уусмалыг инженерчлэл, үйлдвэрлэлд ашигладаг. Анагаах ухаан, хүнсний үйлдвэр, ханын цаасны наалдамхай үйлдвэрлэл зэрэг нь энэ бодисыг ашиглах салбар юм.

Хамгийн их хэмжээний цардуул агуулсан ургамлуудаас бид дараахь зүйлийг ялгаж чадна:

• эрдэнэ шиш;
• төмс;
• будаа;
• буудай;
• кассава;
• овъёос;
• Сагаган;
• банана;
• соргум.

Энэ биополимер дээр үндэслэн талх жигнэж, гоймон хийж, киссель, үр тариа болон бусад хүнсний бүтээгдэхүүнийг чанаж хийдэг.

Целлюлоз

Химийн үүднээс авч үзвэл энэ бодис нь полимер бөгөөд найрлагыг нь (C₆H_{5 томъёогоор илэрхийлдэг. O} 5_{) . Гинжин дэх мономер холбоос нь бета-глюкоз юм. Целлюлозын гол хэсгүүд нь ургамлын эсийн хана юм. Тийм ч учраас мод нь энэ нэгдлийн үнэ цэнэтэй эх үүсвэр юм.}

Целлюлоз нь шугаман орон зайн бүтэцтэй байгалийн полимер юм. Энэ нь дараах төрлийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хэрэглэгддэг:

• целлюлоз, цаасан бүтээгдэхүүн;
• хиймэл үслэг;
• өөр өөр төрлийн хиймэл утас;
• cotton;
• хуванцар;
• утаагүй нунтаг;
• кино тууз гэх мэт.

Үйлдвэрлэлийн ач холбогдол нь мэдээжийн хэрэг. Тухайн нэгдлийг үйлдвэрлэлд ашиглахын тулд эхлээд ургамлаас гаргаж авах ёстой. Энэ нь модыг тусгай төхөөрөмжид удаан хугацаагаар бэлтгэх замаар хийгддэг. Цаашдын боловсруулалт, түүнчлэн хоол боловсруулахад ашигладаг урвалжууд нь өөр өөр байдаг. Хэд хэдэн арга бий:

• сульфит;
• нитрат;
• натри;
• сульфат.

Энэхүү эмчилгээний дараа бүтээгдэхүүнд агуулагдах хэвээр байнахольц. Энэ нь лигнин ба гемицеллюлоз дээр суурилдаг. Тэднээс салахын тулд массыг хлор эсвэл шүлтээр эмчилнэ.

Хүний биед энэ цогц биополимерийг задлах тийм биологийн катализатор байдаггүй. Гэсэн хэдий ч зарим амьтад (өвсөн тэжээлтэн) үүнд дасан зохицсон байдаг. Тэдний ходоодонд тодорхой бактери байдаг бөгөөд энэ нь тэдний төлөө ажилладаг. Үүний хариуд бичил биетүүд амьдрал, амьдрах орчны эрчим хүчийг авдаг. Симбиозын энэ хэлбэр нь хоёр тал хоёуланд нь маш ашигтай.

Резин

Энэ бол эдийн засгийн хувьд үнэ цэнэтэй байгалийн полимер юм. Үүнийг анх Роберт Күк тайлбарласан бөгөөд тэрээр аяллынхаа нэгэнд үүнийг олж мэдсэн. Ийм зүйл болсон. Түүнийг үл таних уугуул иргэд амьдардаг арал дээр газардсаны дараа тэд зочломтгойгоор хүлээн авав. Орон нутгийн хүүхдүүд ер бусын зүйлээр тоглож байсан нь түүний анхаарлыг татжээ. Энэ бөмбөрцөг хэлбэртэй бие шалнаас хөөрч, өндөрт үсэрч, буцаж ирэв.

Нутгийн хүн амаас энэ тоглоомыг юугаар хийсэн талаар асуухад Кук модны нэг болох гевеагийн шүүс ингэж хатуурдаг болохыг мэдсэн. Хожим нь энэ нь резинэн биополимер болохыг олж мэдсэн.

Энэ нэгдлийн химийн шинж чанар нь мэдэгдэж байгаа - энэ нь байгалийн полимержилтэнд орсон изопрен юм. Резинэн томъёо нь (С₅Н₈) . Үүнийг маш их үнэлдэг шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна:

• уян хатан чанар;
• элэгдэлд тэсвэртэй;
• цахилгаан тусгаарлагч;
• усанд тэсвэртэй.

Гэхдээ сул талууд бас бий. Хүйтэнд энэ нь хэврэг, хэврэг болж, халуунд наалдамхай, наалдамхай болдог. Тийм ч учраас хиймэл эсвэл синтетик суурийн аналогийг нэгтгэх шаардлагатай болсон. Өнөөдөр резинийг техникийн болон үйлдвэрлэлийн зориулалтаар өргөнөөр ашиглаж байна. Тэдгээр дээр суурилсан хамгийн чухал бүтээгдэхүүнүүд:

• резин;
• эбонит.

Хув

Энэ бол байгалийн полимер, учир нь бүтэц нь давирхай, чулуужсан хэлбэр юм. Орон зайн бүтэц нь хүрээний аморф полимер юм. Энэ нь маш шатамхай бөгөөд шүдэнзний дөлөөр гал авалцаж болно. Энэ нь гэрэлтэх шинж чанартай байдаг. Энэ бол үнэт эдлэлд хэрэглэгддэг маш чухал бөгөөд үнэ цэнэтэй чанар юм. Хув дээр суурилсан үнэт эдлэл нь маш үзэсгэлэнтэй бөгөөд эрэлт хэрэгцээтэй байдаг.

Үүнээс гадна энэ биополимерийг эмнэлгийн зориулалтаар ч ашигладаг. Мөн зүлгүүр, янз бүрийн гадаргууг лакаар бүрэх зориулалттай.