L'utilisation des polymères dans la vie quotidienne. Types de matériaux polymères

Matériaux polymères- Ce sont des composés chimiques de haut poids moléculaire constitués de nombreux monomères (unités) de petit poids moléculaire de même structure. Souvent, les composants monomères suivants sont utilisés pour la fabrication de polymères : éthylène, chlorure de vinyle, déchlorure de vinyle, acétate de vinyle, propylène, méthacrylate de méthyle, tétrafluoroéthylène, styrène, urée, mélamine, formaldéhyde, phénol. Dans cet article, nous examinerons en détail ce que sont les matériaux polymères, quels sont leurs propriétés chimiques et propriétés physiques, classification et types.

Types de polymères

caractéristique des molécules ce materiel est grand ce qui correspond à la valeur suivante : М>5*103. Les composés avec un niveau inférieur de ce paramètre (M = 500-5000) sont appelés oligomères. Dans les composés de faible poids moléculaire, la masse est inférieure à 500. On distingue les types de matériaux polymères suivants: synthétique et naturel. Ces derniers comprennent le caoutchouc naturel, le mica, la laine, l'amiante, la cellulose, etc. Cependant, la place principale est occupée par les polymères synthétiques, qui sont obtenus à la suite d'un processus de synthèse chimique à partir de composés de faible poids moléculaire. Selon le mode de fabrication des matériaux de haut poids moléculaire, on distingue les polymères, qui sont créés soit par polycondensation, soit par une réaction d'addition.

Polymérisation

Ce processus est une combinaison de composants de faible poids moléculaire en composants de haut poids moléculaire pour obtenir de longues chaînes. Le niveau de polymérisation est le nombre de "mers" dans les molécules d'une composition donnée. Le plus souvent, les matériaux polymères contiennent de mille à dix mille de leurs unités. Les composés couramment utilisés suivants sont obtenus par polymérisation : polyéthylène, polypropylène, chlorure de polyvinyle, polytétrafluoroéthylène, polystyrène, polybutadiène, etc.

polycondensation

Ce procédé est une réaction par étapes, qui consiste en la combinaison soit d'un grand nombre de monomères du même type, soit d'un couple divers groupes(A et B) en polycondensateurs (macromolécules) avec formation simultanée des sous-produits suivants : dioxyde de carbone, chlorure d'hydrogène, ammoniac, eau, etc. La polycondensation produit des silicones, des polysulfones, des polycarbonates, des aminoplastes, des plastiques phénoliques, des polyesters, des polyamides et d'autres matériaux polymères.

Polyaddition

Ce processus est compris comme la formation de polymères à la suite de réactions d'addition multiple de composants monomères qui contiennent des combinaisons de réactions limitantes aux monomères de groupes insaturés (cycles actifs ou doubles liaisons). Contrairement à la polycondensation, la réaction de polyaddition se déroule sans aucun sous-produit. Le processus le plus important Cette technologie est considérée comme durcissant et obtenant des polyuréthanes.

Classification des polymères

Par composition, tous les matériaux polymères sont divisés en inorganiques, organiques et organoéléments. Les premiers (mica, amiante, céramique, etc.) ne contiennent pas de carbone atomique. Ils sont à base d'oxydes d'aluminium, de magnésium, de silicium, etc. polymères organiques constituent la classe la plus étendue, ils contiennent des atomes de carbone, d'hydrogène, d'azote, de soufre, d'halogène et d'oxygène. Les matériaux polymères organo-éléments sont des composés qui, en plus de ceux énumérés, ont des atomes de silicium, d'aluminium, de titane et d'autres éléments qui peuvent se combiner avec des radicaux organiques dans le cadre des chaînes principales. De telles combinaisons ne se produisent pas dans la nature. Ce sont exclusivement des polymères synthétiques. Les représentants caractéristiques de ce groupe sont des composés à base d'organosilicium, dont la chaîne principale est constituée d'atomes d'oxygène et de silicium.

Pour obtenir des polymères aux propriétés requises, la technologie utilise souvent non pas des substances "pures", mais leurs combinaisons avec des composants organiques ou inorganiques. bon exemple servir de polymère Matériaux de construction: métal-plastique, plastique, fibre de verre, béton polymère.

Structure des polymères

La particularité des propriétés de ces matériaux est due à leur structure, qui, à son tour, est divisée en types suivants: linéaire ramifié, linéaire, spatial avec de grands groupes moléculaires et des structures géométriques très spécifiques, ainsi qu'une échelle. Considérons brièvement chacun d'eux.

Les matériaux polymères à structure ramifiée linéairement, en plus de la chaîne principale de molécules, ont des ramifications latérales. Ces polymères comprennent le polypropylène et le polyisobutylène.

Les matériaux à structure linéaire ont de longues chaînes en zigzag ou en spirale. Leurs macromolécules sont principalement caractérisées par des répétitions de sites dans un groupe structurel d'un maillon ou d'une unité chimique de la chaîne. Les polymères à structure linéaire se distinguent par la présence de macromolécules très longues avec une différence significative dans la nature des liaisons le long de la chaîne et entre elles. Cela fait référence aux liaisons intermoléculaires et chimiques. Les macromolécules de tels matériaux sont très flexibles. Et cette propriété est à la base des chaînes polymères, ce qui conduit à des caractéristiques qualitativement nouvelles: une élasticité élevée, ainsi que l'absence de fragilité à l'état durci.

Voyons maintenant quels sont les matériaux polymères avec structure spatiale. Ces substances forment, lorsque les macromolécules sont combinées entre elles, des liaisons chimiques fortes dans le sens transversal. En conséquence, une structure de maillage est obtenue, qui a une base non uniforme ou spatiale du maillage. Les polymères de ce type ont une résistance à la chaleur et une rigidité supérieures à celles des polymères linéaires. Ces matériaux sont à la base de nombreuses substances structurelles non métalliques.

Les molécules de matériaux polymères à structure en échelle sont constituées d'une paire de chaînes reliées par une liaison chimique. Ceux-ci incluent les polymères organosiliciés, qui se caractérisent par une rigidité accrue, une résistance à la chaleur, en plus, ils n'interagissent pas avec les solvants organiques.

Composition de phase des polymères

Ces matériaux sont des systèmes constitués de régions amorphes et cristallines. Le premier d'entre eux aide à réduire la rigidité, rend le polymère élastique, c'est-à-dire capable de grandes déformations réversibles. La phase cristalline augmente leur résistance, leur dureté, leur module d'élasticité et d'autres paramètres, tout en réduisant la flexibilité moléculaire de la substance. Le rapport du volume de toutes ces zones au volume total est appelé le degré de cristallisation, où le niveau maximum (jusqu'à 80%) contient des polypropylènes, des fluoroplastes, des polyéthylènes haute densité. Les chlorures de polyvinyle, les polyéthylènes basse densité ont un degré de cristallisation plus faible.

Selon le comportement des matériaux polymères lorsqu'ils sont chauffés, ils sont généralement divisés en thermodurcissables et thermoplastiques.

Polymères thermodurcissables

Ces matériaux sont principalement structure linéaire. Lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent, mais à la suite de réactions chimiques qui s'y produisent, la structure se transforme en une structure spatiale et la substance se transforme en solide. À l'avenir, cette qualité est maintenue. Les polymères polymères sont construits sur ce principe, leur chauffage ultérieur ne ramollit pas la substance, mais conduit seulement à sa décomposition. Le mélange thermodurcissable fini ne se dissout ni ne fond, par conséquent, son retraitement est inacceptable. Ce type de matériau comprend le silicone époxy, le phénol-formaldéhyde et d'autres résines.

Polymères thermoplastiques

Ces matériaux, lorsqu'ils sont chauffés, se ramollissent d'abord, puis fondent, puis durcissent lors d'un refroidissement ultérieur. Les polymères thermoplastiques ne subissent pas de modifications chimiques lors de ce traitement. Cela rend le processus complètement réversible. Les substances de ce type ont une structure linéaire ramifiée ou linéaire de macromolécules, entre lesquelles agissent de petites forces et il n'y a absolument aucun liaisons chimiques. Ceux-ci comprennent les polyéthylènes, les polyamides, les polystyrènes, etc. La technologie des matériaux polymères de type thermoplastique prévoit leur fabrication par moulage par injection dans des moules refroidis à l'eau, pressage, extrusion, soufflage et autres méthodes.

Propriétés chimiques

Les polymères peuvent être dans les états suivants : phase solide, liquide, amorphe, cristalline, ainsi qu'une déformation hautement élastique, visqueuse et vitreuse. L'utilisation généralisée des matériaux polymères est due à leur haute résistance à divers milieux agressifs, tels que les acides concentrés et les alcalis. Ils ne sont pas affectés De plus, avec une augmentation de leur poids moléculaire, la solubilité du matériau dans les solvants organiques diminue. Et les polymères à structure spatiale ne sont généralement pas affectés par les liquides mentionnés.

Propriétés physiques

La plupart des polymères sont des diélectriques, de plus, ce sont des matériaux non magnétiques. De tous les matériaux de structure utilisés, seuls ceux-ci ont la conductivité thermique la plus faible et la capacité calorifique la plus élevée, ainsi qu'un retrait thermique (environ vingt fois supérieur à celui du métal). La raison de la perte d'étanchéité de divers assemblages d'étanchéité dans des conditions de basse température est la soi-disant transition vitreuse du caoutchouc, ainsi que la forte différence entre les coefficients de dilatation des métaux et des caoutchoucs à l'état vitrifié.

Propriétés mécaniques

Les matériaux polymères sont différents large éventail caractéristiques mécaniques, qui dépendent fortement de leur structure. En plus de ce paramètre, divers facteurs externes peuvent avoir une grande influence sur les propriétés mécaniques d'une substance. Ceux-ci incluent : la température, la fréquence, la durée ou le taux de chargement, le type d'état de contrainte, la pression, la nature de l'environnement, le traitement thermique, etc. Une caractéristique des propriétés mécaniques des matériaux polymères est leur résistance relativement élevée avec une très faible rigidité (par rapport à aux métaux).

Les polymères sont généralement divisés en solides, dont le module d'élasticité correspond à E = 1-10 GPa (fibres, films, plastiques) et en substances molles hautement élastiques, dont le module d'élasticité est E = 1-10 MPa (caoutchoucs) . Les régularités et le mécanisme de destruction de ceux-ci et des autres sont différents.

Les matériaux polymères se caractérisent par une anisotropie prononcée des propriétés, ainsi qu'une diminution de la résistance, le développement du fluage dans des conditions de chargement à long terme. Parallèlement à cela, ils ont une résistance assez élevée à la fatigue. Comparés aux métaux, ils diffèrent par une dépendance plus nette des propriétés mécaniques à la température. L'une des principales caractéristiques des matériaux polymères est la déformabilité (pliabilité). Selon ce paramètre, dans une large gamme de températures, il est d'usage d'évaluer leurs principales propriétés opérationnelles et technologiques.

Matériaux de revêtement de sol en polymère

Considérons maintenant l'une des options application pratique polymères, révélant toute la gamme de ces matériaux. Ces substances se retrouvent application large dans le bâtiment et travaux de réparation et de finition notamment en revêtement de sol. L'énorme popularité s'explique par les caractéristiques des substances en question : elles sont résistantes à l'abrasion, ont une faible conductivité thermique, ont peu d'absorption d'eau, sont assez solides et dures, et ont des qualités de peinture et de vernis élevées. La production de matériaux polymères peut être conditionnellement divisée en trois groupes: linoléums (roulés), produits de carrelage et mélanges pour sols sans joints. Examinons maintenant brièvement chacun d'eux.

Les linoléums sont fabriqués à partir de différents types charges et polymères. Ils peuvent également inclure des plastifiants, des adjuvants de fabrication et des pigments. Selon le type de matériau polymère, on distingue le polyester (glyphthalique), le chlorure de polyvinyle, le caoutchouc, la colloxyline et d'autres revêtements. De plus, selon la structure, ils sont divisés en sans base et avec une base d'isolation phonique et thermique, monocouche et multicouche, avec une surface lisse, molletonnée et ondulée, ainsi qu'une et plusieurs couleurs.

Les matériaux pour les sols sans joints sont les plus pratiques et les plus hygiéniques en fonctionnement, ils ont une résistance élevée. Ces mélanges sont généralement divisés en ciment polymère, béton polymère et acétate de polyvinyle.

Il est étonnant de voir la diversité des objets qui nous entourent et des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués. Auparavant, vers les XVe-XVIe siècles, les métaux et le bois étaient les principaux matériaux, un peu plus tard le verre, et presque toujours la porcelaine et la faïence. Mais le siècle d'aujourd'hui est le temps des polymères, dont nous parlerons plus loin.

Le concept de polymères

Polymère. Ce que c'est? Vous pouvez répondre de différents points de vue. D'une part, ce matériel moderne utilisé pour la fabrication de nombreux articles ménagers et techniques.

D'autre part, on peut dire qu'il s'agit d'une substance synthétique spécialement synthétisée obtenue avec des propriétés prédéterminées pour une utilisation dans un large éventail de spécialisations.

Chacune de ces définitions est correcte, seule la première du point de vue du ménage et la seconde - du point de vue du produit chimique. Une autre définition chimique est le suivant. Les polymères sont des composés basés sur de courtes sections de la chaîne d'une molécule - les monomères. Ils sont répétés plusieurs fois, formant une macrochaîne polymère. Les monomères peuvent être des composés organiques et inorganiques.

Par conséquent, la question est: "polymère - qu'est-ce que c'est?" - nécessite une réponse détaillée et la prise en compte de toutes les propriétés et domaines d'application de ces substances.

Types de polymères

Il existe de nombreuses classifications des polymères selon signes divers(nature chimique, résistance à la chaleur, structure en chaîne, etc.). Dans le tableau ci-dessous, nous passons brièvement en revue les principaux types de polymères.

Classification des polymères

Principe	Sortes	Définition	Exemples
Par origine (origine)	Naturel (naturel)	Ceux trouvés dans vivo, dans la nature. Créé par la nature.	ADN, ARN, protéines, amidon, ambre, soie, cellulose, caoutchouc naturel
	Synthétique	Obtenus en laboratoire par l'homme, ne sont pas liés à la nature.	PVC, polyéthylène, polypropylène, polyuréthane et autres
	artificiel	Créé par l'homme en laboratoire, mais basé sur	Celluloïd, acétate de cellulose, nitrocellulose
Du point de vue de la nature chimique	nature organique	La plupart des polymères connus. Basé sur le monomère de la matière organique (constitué d'atomes de C, il est possible d'inclure des atomes de N, S, O, P et autres).	Tous les polymères synthétiques
	nature inorganique	La base est composée d'éléments tels que Si, Ge, O, P, S, H et autres. Propriétés des polymères : ils ne sont pas élastiques, ils ne forment pas de macrochaînes.	Polysilanes, polydichlorophosphazène, polygermanes, acides polysiliciques
	nature de l'organoélément	Mélange de polymères organiques et inorganiques. La chaîne principale est inorganique, les chaînes latérales sont organiques.	Polysiloxanes, polycarboxylates, polyorganocyclophosphazènes.
Différence de chaîne principale	Homochaîne	La chaîne principale est soit du carbone, soit du silicium.	Polysilanes, polystyrène, polyéthylène et autres.
	hétérochaîne	Le cadre principal est composé de différents atomes.	Des exemples de polymères sont les polyamides, les protéines, l'éthylène glycol.

On distingue également les polymères de structure linéaire, réseau et ramifiée. La base de polymères leur permet d'être thermoplastiques ou thermodurcissables. Ils ont également des différences dans leur capacité à se déformer dans des conditions normales.

Propriétés physiques des matériaux polymères

Deux principaux état d'agrégation, caractéristique des polymères, sont :

• amorphe;
• cristalline.

Chacun est caractérisé par son propre ensemble de propriétés et a une importance valeur pratique. Par exemple, si un polymère existe à l'état amorphe, il peut s'agir à la fois d'un liquide visqueux, d'une substance vitreuse et d'un composé hautement élastique (caoutchoucs). Il trouve une large application dans les industries chimiques, la construction, l'ingénierie, la fabrication de biens industriels.

L'état cristallin des polymères est plutôt conditionnel. En fait, cet état est entrecoupé de sections amorphes de la chaîne et, en général, toute la molécule s'avère très pratique pour obtenir des fibres élastiques, mais en même temps très résistantes et dures.

Les points de fusion des polymères sont différents. De nombreux amorphes fondent à température ambiante, et certains cristallins synthétiques peuvent supporter des températures assez élevées (plexiglas, fibre de verre, polyuréthane, polypropylène).

Les polymères peuvent être teints dans la plupart couleurs différentes, Pas de limites. En raison de leur structure, ils sont capables d'absorber la peinture et d'acquérir les nuances les plus brillantes et les plus inhabituelles.

Propriétés chimiques des polymères

Les propriétés chimiques des polymères diffèrent de celles des substances de faible poids moléculaire. Cela s'explique par la taille de la molécule, la présence de divers groupes fonctionnels dans sa composition et la réserve totale d'énergie d'activation.

De manière générale, il existe plusieurs grands types de réactions caractéristiques des polymères :

1. Réactions à déterminer par le groupe fonctionnel. C'est-à-dire que si le polymère contient un groupe OH, caractéristique des alcools, alors les réactions dans lesquelles ils entreront seront identiques à celles d'oxydation, de réduction, de déshydrogénation, etc.).
2. Interaction avec les NMS (composés de bas poids moléculaire).
3. Réactions des polymères entre eux avec formation de réseaux réticulés de macromolécules (réseaux de polymères, ramifiés).
4. Réactions entre groupes fonctionnels au sein d'une macromolécule de polymère.
5. Désintégration d'une macromolécule en monomères (destruction de chaîne).

Toutes les réactions ci-dessus ont en pratique grande importance pour obtenir des polymères aux propriétés prédéterminées et respectueuses de l'homme. La chimie des polymères permet de créer des matériaux résistants à la chaleur, aux acides et aux alcalis, qui présentent en même temps une élasticité et une stabilité suffisantes.

L'utilisation des polymères au quotidien

L'utilisation de ces composés est omniprésente. Peu de secteurs de l'industrie peuvent être rappelés, économie nationale, la science et la technologie, qui n'auraient pas besoin d'un polymère. Qu'est-ce que c'est - l'économie des polymères et leur utilisation généralisée, et à quoi se limite-t-elle ?

1. Industrie chimique (production de plastiques, de tanins, synthèse des composés organiques les plus importants).
2. Ingénierie mécanique, construction aéronautique, raffineries de pétrole.
3. Médecine et pharmacologie.
4. Obtention de colorants et pesticides et herbicides, insecticides agricoles.
5. Industrie de la construction (acier allié, structures d'isolation phonique et thermique, matériaux de construction).
6. Fabrication de jouets, de vaisselle, de tuyaux, de fenêtres, d'articles ménagers et d'ustensiles de ménage.

La chimie des polymères permet d'obtenir de plus en plus de matériaux nouveaux, complètement universels dans leurs propriétés, qui n'ont d'égal ni parmi les métaux, ni parmi le bois ou le verre.

Exemples de produits en matériaux polymères

Avant de nommer des produits spécifiques à base de polymères (il est impossible de tous les énumérer, leur diversité est trop grande), il faut d'abord comprendre ce que donne un polymère. Le matériel obtenu auprès de la Marine servira de base aux futurs produits.

Les principaux matériaux fabriqués à partir de polymères sont :

• plastiques;
• polypropylènes;
• les polyuréthanes;
• polystyrènes;
• polyacrylates;
• résines phénol-formaldéhyde;
• résines époxydes;
• caprons;
• viscose;
• nylons;
• adhésifs;
• films;
• tanins et autres.

Ceci est juste une petite liste de la variété qui offre chimie moderne. Eh bien, ici, il devient déjà clair quels objets et produits sont faits de polymères - presque tous les articles ménagers, médicaments et autres domaines ( fenêtres en plastique, tuyaux, vaisselle, outils, meubles, jouets, films, etc.).

Polymères dans diverses branches de la science et de la technologie

Nous avons déjà abordé la question des domaines d'utilisation des polymères. Des exemples montrant leur importance dans la science et la technologie peuvent être donnés comme suit :

• revêtements antistatiques;
• écrans électromagnétiques;
• cas de presque tous les appareils ménagers;
• transistors;
• LED et ainsi de suite.

Il n'y a pas de limites à l'imagination sur l'utilisation des matériaux polymères dans le monde moderne.

Fabrication de polymères

Polymère. Ce que c'est? C'est pratiquement tout ce qui nous entoure. Où sont-ils produits ?

1. Industrie pétrochimique (raffinage du pétrole).
2. Installations spéciales pour la production de matériaux polymères et de produits à partir de ceux-ci.

Ce sont les bases principales sur la base desquelles les matériaux polymères sont obtenus (synthétisés).

Détails Publié: 25 décembre 2013

Le terme polymère est largement utilisé à notre époque dans les industries du plastique et des composites, assez souvent le mot « polymère » est utilisé pour désigner les plastiques. En fait, le terme "polymère" signifie beaucoup, beaucoup plus.

Les spécialistes de NPP Simplex LLC ont décidé de dire en détail ce que sont les polymères :
Un polymère est une substance composition chimique molécules reliées par de longues chaînes répétitives. De ce fait, tous les matériaux fabriqués à partir de polymères ont propriétés uniques et peuvent être adaptés en fonction de leur objectif.
Les polymères sont à la fois d'origine artificielle et naturelle. Le plus commun dans la nature est le caoutchouc naturel, qui est extrêmement utile et utilisé par l'humanité depuis plusieurs milliers d'années. Le caoutchouc (caoutchouc) a une excellente élasticité. Ceci est le résultat du fait que les chaînes moléculaires d'une molécule sont extrêmement longues. Absolument tous les types de polymères ont des propriétés d'élasticité accrue, cependant, parallèlement à ces propriétés, ils peuvent également démontrer une large gamme de propriétés supplémentaires. propriétés utiles. Selon le but, les polymères peuvent être finement synthétisés pour maximiser la commodité et le bénéfice de leurs propriétés spécifiques.

Les principales propriétés physiques des polymères :

• résistance aux chocs
• Rigidité
• Transparence
• La flexibilité
• Élasticité

  Les chimistes en ont depuis longtemps remarqué un caractéristique intéressante associés aux polymères : si vous regardez la chaîne polymère au microscope, vous pouvez voir que la structure visuelle et les propriétés physiques de la molécule de la chaîne imiteront les propriétés physiques réelles du polymère.

  Par exemple, si la chaîne polymère est constituée de monomères étroitement torsadés entre des filaments et difficiles à séparer, alors très probablement ce polymère sera solide et résilient. Ou, si la chaîne polymère présente une élasticité au niveau moléculaire, il est probable que le polymère aura également des propriétés flexibles.

  Recyclage des polymères
  La plupart des produits polymères peuvent être modifiés et déformés sous l'influence de températures élevées, cependant, au niveau moléculaire, le polymère lui-même peut ne pas changer et il sera possible de créer un nouveau produit à partir de celui-ci. Par exemple, vous pouvez faire fondre des récipients et des bouteilles en plastique, puis fabriquer des récipients en plastique ou des pièces de voiture à partir de ces polymères.

  Exemples de polymères
  Voici une liste des polymères les plus couramment utilisés aujourd'hui, ainsi que leurs principales utilisations :

  • Polypropylène (PP) – Production de tapis, contenants alimentaires, flacons.
  • Néoprène - Combinaisons
  • Polychlorure de vinyle) (PVC) - Fabrication de canalisations, carton ondulé
  • Polyéthylène basse densité (LDPE) - Sacs d'épicerie
  • Polyéthylène haute densité (PEHD) - Conteneurs pour détergents, bouteilles, jouets
  • Polystyrène (PS) - Jouets, mousses, meubles sans cadre
  • Polytétrafluoroéthylène (PTFE, PTFE) - poêles à frire antiadhésives, isolation électrique
  • Polyméthacrylate de méthyle (PMMA, plexiglas, plexiglas) – ophtalmologie, production baignoires en acrylique, technologie d'éclairage
  • (PVA) - Peintures, adhésifs

  

En 1833, J. Berzelius a inventé le terme "polymeria", qu'il a appelé l'un des types d'isomérie. Ces substances (polymères) doivent avoir la même composition mais un poids moléculaire différent, comme l'éthylène et le butylène. La conclusion de J. Berzelius ne correspond pas à la compréhension moderne du terme "polymère", car les vrais polymères (synthétiques) n'étaient pas encore connus à cette époque. Les premières références aux polymères synthétiques remontent à 1838 (polychlorure de vinylidène) et 1839 (polystyrène).

La chimie des polymères n'est apparue qu'après la création par A. M. Butlerov de la théorie de la structure chimique des composés organiques et a reçu la poursuite du développement grâce à la recherche intensive de moyens de synthétiser le caoutchouc (G. Bushard, W. Tilden, K Garries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev). Depuis le début des années 20 du 20e siècle, des idées théoriques sur la structure des polymères ont commencé à se développer.

DÉFINITION

Polymères — composants chimiques de poids moléculaire élevé (de plusieurs milliers à plusieurs millions), dont les molécules (macromolécules) sont constituées d'un grand nombre de groupes répétitifs (unités monomères).

Classification des polymères

La classification des polymères est basée sur trois caractéristiques : leur origine, leur nature chimique et les différences dans la chaîne principale.

Du point de vue de l'origine, tous les polymères sont divisés en naturels (naturels), qui comprennent les acides nucléiques, les protéines, la cellulose, le caoutchouc naturel, l'ambre; synthétiques (obtenus en laboratoire par synthèse et n'ayant pas d'analogues naturels), qui comprennent le polyuréthane, le fluorure de polyvinylidène, les résines phénol-formaldéhyde, etc.; artificiel (obtenu en laboratoire par synthèse, mais à base de polymères naturels) - nitrocellulose, etc.

Sur la base de la nature chimique, les polymères sont divisés en polymères organiques (basés sur le monomère - matière organique- tous les polymères synthétiques), de nature inorganique (à base de Si, Ge, S et d'autres éléments inorganiques - polysilanes, acides polysiliciques) et organique (mélange de polymères organiques et inorganiques - polysloxanes).

Il existe des polymères homochaînes et hétérochaînes. Dans le premier cas, la chaîne principale est constituée d'atomes de carbone ou de silicium (polysilanes, polystyrène), dans le second - d'un squelette de divers atomes (polyamides, protéines).

Propriétés physiques des polymères

Les polymères sont caractérisés par deux états d'agrégation - cristallin et amorphe et propriétés particulières - élasticité (déformations réversibles sous une faible charge - caoutchouc), faible fragilité (plastiques), orientation sous l'action d'un champ mécanique dirigé, viscosité élevée et dissolution du polymère se produit par son gonflement.

Préparation des polymères

Les réactions de polymérisation sont des réactions en chaîne, qui sont l'addition séquentielle de molécules de composés insaturés les unes aux autres avec la formation d'un produit de haut poids moléculaire - un polymère (Fig. 1).

Riz. un. Régime général production de polymères

Ainsi, par exemple, le polyéthylène est obtenu par polymérisation de l'éthylène. Le poids moléculaire d'une molécule atteint 1 million.

n CH 2 \u003d CH 2 \u003d - (-CH 2 -CH 2 -) -

Propriétés chimiques des polymères

Tout d'abord, les polymères seront caractérisés par des réactions caractéristiques du groupe fonctionnel présent dans la composition du polymère. Par exemple, si le polymère contient un groupe hydroxo caractéristique de la classe des alcools, alors le polymère participera à des réactions comme les alcools.

Deuxièmement, l'interaction avec des composés de faible poids moléculaire, l'interaction des polymères entre eux avec la formation de polymères en réseau ou ramifiés, les réactions entre les groupes fonctionnels qui composent le même polymère, ainsi que la décomposition du polymère en monomères (destruction de chaîne).

Application de polymères

La production de polymères a trouvé une large application dans divers domaines de la vie humaine - l'industrie chimique (production de plastiques), la construction de machines et d'avions, les entreprises de raffinage du pétrole, la médecine et la pharmacologie, agriculture(production d'herbicides, d'insecticides, de pesticides), industrie de la construction (isolation phonique et thermique), production de jouets, fenêtres, tuyaux, articles ménagers.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 1

Exercer	Le polystyrène est très soluble dans les solvants organiques non polaires : benzène, toluène, xylène, tétrachlorure de carbone. Calculer fraction massique(%) de polystyrène dans une solution obtenue en dissolvant 25 g de polystyrène dans du benzène pesant 85 g. (22,73%).
Solution	Nous écrivons la formule pour trouver la fraction massique: Trouver la masse de la solution de benzène : solution m (C 6 H 6) \u003d m (C 6 H 6) / (/ 100%)

Le terme "matériaux polymères" est générique. Il combine trois grands groupes de plastiques synthétiques, à savoir : les polymères ; plastiques et leur variété morphologique - polymères matériaux composites(PKM) ou, comme on les appelle aussi, les plastiques renforcés. La chose commune aux groupes énumérés est que leur partie obligatoire est le composant polymère, qui détermine la principale déformation thermique et les propriétés technologiques du matériau. Le composant polymère est une substance organique de haut poids moléculaire obtenue à la suite d'une réaction chimique entre les molécules des substances initiales de bas poids moléculaire - les monomères.

Polymères il est d'usage d'appeler des substances de haut poids moléculaire (homopolymères) avec des additifs qui y sont introduits, à savoir des stabilisants, des inhibiteurs, des plastifiants, des lubrifiants, des antirads, etc. Physiquement, les polymères sont des matériaux homophases, ils conservent toutes les caractéristiques physiques et chimiques inhérentes aux homopolymères.

plastiques dits matériaux composites à base de polymères contenant des charges dispersées ou à fibres courtes, des pigments et d'autres composants en vrac. Les charges ne forment pas une phase continue. Ils (milieu de dispersion) sont situés dans la matrice polymère (milieu de dispersion). Physiquement, les plastiques sont des matériaux hétérophasés avec des macropropriétés physiques isotropes (les mêmes dans toutes les directions).
Les plastiques peuvent être divisés en deux groupes principaux - thermoplastiques et thermodurcissables. Les thermoplastiques sont ceux qui, une fois façonnés, peuvent être fondus et moulés à nouveau ; thermodurcissable, moulé une fois, ne fond plus et ne peut plus prendre une autre forme sous l'influence de la température et de la pression. Presque tous les plastiques utilisés dans les emballages sont thermoplastiques, par exemple le polyéthylène et le polypropylène, le polystyrène, le polychlorure de vinyle, le polyéthylène téréphtalate, le nylon (nylon), le polycarbonate, l'acétate de polyvinyle, l'alcool polyvinylique et autres.
Les plastiques peuvent également être classés en fonction de la méthode utilisée pour les polymériser en polymères produits par le mécanisme de polyaddition ou de polycondensation. Les polymères de polyaddition sont produits par un mécanisme qui implique soit des radicaux libres soit des ions, par lequel de petites molécules sont rapidement ajoutées à la chaîne en croissance sans formation de molécules d'accompagnement. Les polymères de polycondensation sont produits en faisant réagir les groupes fonctionnels dans les molécules les uns avec les autres de sorte qu'une longue chaîne polymère est formée étape par étape, et généralement un polymère de faible poids moléculaire est formé. produit connexe, par exemple de l'eau, lors de chaque étape de la réaction. La plupart des polymères d'emballage, y compris les polyoléfines, le chlorure de polyvinyle et le polystyrène, sont des polymères obtenus par le mécanisme de polyaddition (polymérisation).

La réaction de polymérisation est l'addition séquentielle de molécules de composés insaturés les unes aux autres avec la formation d'un produit de poids moléculaire élevé - un polymère. Les molécules d'alcène qui subissent une polymérisation sont appelées monomères. Le nombre d'unités élémentaires se répétant dans une macromolécule est appelé degré de polymérisation (noté n). Selon le degré de polymérisation, un seul et même monomère peut être utilisé pour obtenir des substances avec diverses propriétés. Ainsi, le polyéthylène à chaîne courte (n = 20) est un liquide aux propriétés lubrifiantes. Le polyéthylène avec une longueur de chaîne de 1500-2000 maillons est une matière plastique dure mais flexible à partir de laquelle il est possible d'obtenir des films, de fabriquer des bouteilles et autres ustensiles, des tuyaux élastiques, etc. Enfin, le polyéthylène avec une longueur cible de 5-6 mille maillons est une substance solide à partir de laquelle des produits coulés, des tuyaux rigides, des filetages solides peuvent être préparés.

Si un petit nombre de molécules participent à la réaction de polymérisation, des substances de faible poids moléculaire se forment, par exemple des dimères, des trimères, etc. Les conditions d'apparition des réactions de polymérisation sont très différentes. Dans certains cas, des catalyseurs et une haute pression sont nécessaires. Mais le facteur principal est la structure de la molécule de monomère. Les composés insaturés (insaturés) entrent dans la réaction de polymérisation en raison de la rupture de liaisons multiples.

La polymérisation est une réaction en chaîne, et pour qu'elle démarre, il est nécessaire d'activer les molécules de monomères à l'aide de soi-disant initiateurs. De tels initiateurs de réaction peuvent être des radicaux libres ou des ions (cations, anions). Selon la nature de l'amorceur, on distingue les mécanismes de polymérisation radicalaire, cationique ou anionique.

Les propriétés chimiques et physiques des plastiques sont déterminées par leur composition chimique, leur poids moléculaire moyen et leur distribution de poids moléculaire, l'historique de traitement (et d'utilisation) et la présence d'additifs.

Matériaux composites polymères sont un type de plastique. Ils diffèrent en ce qu'ils utilisent des charges non dispersées, mais renforçantes, c'est-à-dire renforçantes (fibres, tissus, rubans, feutre, monocristaux), qui forment une phase continue indépendante dans le PCM. Des variétés distinctes de ces PCM sont appelées plastiques stratifiés. Cette morphologie permet d'obtenir des plastiques à très hautes caractéristiques de résistance à la déformation, à la fatigue, électrophysiques, acoustiques et autres qui répondent aux exigences modernes les plus élevées.

Les formules structurales des polymères s'écrivent brièvement comme suit : la formule de l'unité élémentaire est entre parenthèses et la lettre n est placée en bas à droite. Par exemple, la formule structurale du polyéthylène est (-CH 2 -CH 2 -) n. Il est facile de conclure que le nom du polymère est composé du nom du monomère et du préfixe poly-, par exemple polyéthylène, chlorure de polyvinyle, polystyrène, etc.

Les polymères hydrocarbonés les plus courants sont le polyéthylène et le polypropylène.

Le polyéthylène est obtenu par polymérisation de l'éthylène. Le polypropylène est obtenu par polymérisation stéréospécifique du propylène (propène).
La polymérisation stéréospécifique est le processus d'obtention d'un polymère avec une structure spatiale strictement ordonnée.

De nombreux autres composés sont capables de polymérisation - dérivés d'éthylène ayant la formule générale CH 2 \u003d CH-X, où X sont divers atomes ou groupes d'atomes.

Types de polymères

Les polyoléfines sont une classe de polymères de même nature chimique (formule chimique -(CH 2) - n) avec une structure spatiale diversifiée de chaînes moléculaires, notamment le polyéthylène et le polypropylène. Soit dit en passant, tous les glucides, par exemple, gaz naturel, le sucre, la paraffine et le bois ont une structure chimique similaire. Au total, 150 millions de tonnes de polymères sont produites annuellement dans le monde, et les polyoléfines représentent environ 60 % de cette quantité. À l'avenir, les polyoléfines nous entoureront beaucoup plus qu'aujourd'hui, il est donc utile de les examiner de plus près.
Le complexe de propriétés des polyoléfines, notamment la résistance aux ultraviolets, aux oxydants, à la déchirure, au perçage, au retrait thermique et à la déchirure, varie dans une très large gamme en fonction du degré d'étirement orientationnel des molécules lors du processus d'obtention de matériaux et produits polymères.
En particulier, il convient de souligner que les polyoléfines sont écologiquement plus propres que la plupart des matériaux utilisés par l'homme. La production, le transport et la transformation du verre, du bois et du papier, du béton et du métal consomment beaucoup d'énergie, dont la production pollue inévitablement environnement. L'élimination des matériaux traditionnels libère également des substances nocives et gaspille de l'énergie. Les polyoléfines sont produites et éliminées sans émission produits dangereux et avec une consommation d'énergie minimale, et lors de la combustion de polyoléfines, un grand nombre de chaleur pure avec des sous-produits sous forme de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone.

Polyéthylène
Environ 60 % de tous les plastiques utilisés pour les emballages sont du polyéthylène, qui est si largement utilisé principalement en raison de son faible coût, mais aussi en raison de ses excellentes propriétés pour de nombreuses applications.

Polyéthylène haute densité (HDPE - basse pression) a le plus structure simple de tous les plastiques, il est composé d'unités répétitives d'éthylène :
-(CH 2 -CH 2) - n polyéthylène haute densité.

Polyéthylène basse densité (LDPE - haute pression) a le même formule chimique, mais diffère en ce que sa structure est ramifiée :
-(CH 2 -CHR) - n polyéthylène basse densité,
où R peut être -H, -(CH 2) n , -CH 3 , ou une ramification secondaire plus complexe.

Le polyéthylène, en raison de sa structure chimique simple, se plie facilement en un réseau cristallin et a donc tendance à haut degré cristallinité. La ramification de la chaîne interfère avec cette capacité à cristalliser, ce qui entraîne moins de molécules par unité de volume, et donc une densité plus faible.

LDPE - polyéthylène haute pression. Plastique, légèrement mat, cireux au toucher, transformé par extrusion en film tubulaire soufflé ou en film plat à travers une filière plate et un rouleau refroidi. Le film LDPE est résistant à la tension et à la compression, résistant aux chocs et aux déchirures, résistant aux basses températures. A une caractéristique - jolie basse température ramollissement (environ 100 degrés Celsius).

HDPE - polyéthylène basse pression. Le film HDPE est résistant, durable, moins cireux au toucher que les films LDPE. Obtenu par extrusion manchon soufflé ou extrusion manchon plat. La température de ramollissement de 121°C permet une stérilisation à la vapeur. La résistance au gel de ces films est la même que celle des films HDPE. La résistance à l'étirement et à la compression est élevée et la résistance aux chocs et à la déchirure est inférieure à celle des films LDPE. Les films en PEHD sont une excellente barrière à l'humidité. Résistant aux graisses, huiles.
Le sac T-shirt « bruissant » dans lequel vous emballez vos achats est en HDPE.
Il existe deux principaux types de PEHD. Le type "plus ancien", produit pour la première fois dans les années 1930, polymérise à des températures et des pressions élevées, des conditions suffisamment énergiques pour permettre un taux appréciable de réactions en chaîne qui se traduisent par des ramifications à chaîne longue et courte. . Ce type de HDPE est parfois appelé polyéthylène haute pression (LDPE, HD-HDPE, en raison de la haute pression) s'il est nécessaire de le distinguer du polyéthylène basse pression linéaire, le type "plus jeune" de LDPE.

À température ambiante le polyéthylène est un matériau assez mou et flexible. Il conserve bien cette flexibilité dans des conditions froides, il est donc applicable dans l'emballage de surgelés produits alimentaires. Cependant, lorsque températures élevées, comme 100°C, il devient trop mou pour certaines applications. Le HDPE a une fragilité et un point de ramollissement plus élevés que le LDPE, mais n'est toujours pas un récipient de remplissage à chaud approprié.

Environ 30 % de tous les plastiques utilisés pour les emballages sont du PEHD. C'est le plastique de bouteille le plus largement utilisé, en raison de son faible coût, de sa facilité de moulage et de son excellent qualités opérationnelles, pour de nombreuses applications. Dans sa forme naturelle, le HDPE a un aspect blanc laiteux et translucide et ne convient donc pas aux applications où une transparence exceptionnelle est requise.

Un inconvénient de l'utilisation du HDPE dans certaines des applications est sa tendance à la fissuration sous contrainte, définie comme la défaillance d'un récipient en plastique dans des conditions à la fois de contrainte et de contact avec le produit, qui à elle seule n'entraîne pas de défaillance. La fissuration sous contrainte environnementale dans le polyéthylène est liée à la cristallinité du polymère.

Le LDPE est le polymère d'emballage le plus largement utilisé, représentant environ un tiers de tous les plastiques d'emballage. En raison de sa faible cristallinité, il s'agit d'un matériau plus souple et plus flexible que le HDPE. En raison de son faible coût, c'est le matériau de choix pour les sacs et les sacs. Le LDPE a une meilleure clarté que le HDPE, mais n'a toujours pas la clarté cristalline qui est souhaitable pour certaines applications d'emballage.

Polypropylène
Il a une excellente transparence (avec un refroidissement rapide lors de la mise en forme), haute température résistance à la fonte, aux produits chimiques et à l'eau. Le PP laisse passer la vapeur d'eau, ce qui le rend indispensable pour les emballages alimentaires "respirants" (pain, aromates, épicerie), ainsi que dans la construction pour l'isolation hydro-vent. Le PP est sensible à l'oxygène et aux oxydants. Il est traité par extrusion soufflée ou à travers une filière plate avec versement sur un tambour ou refroidissement au bain-marie. Il a une bonne transparence et brillance, une résistance chimique élevée, en particulier aux huiles et aux graisses, ne se fissure pas sous l'influence de l'environnement.

PVC
Dans sa forme pure, il est rarement utilisé en raison de sa fragilité et de son inélasticité. Peu coûteux. Il peut être transformé en un film par extrusion soufflée ou extrusion à fente plate. La masse fondue est très visqueuse. Le PVC est thermiquement instable et corrosif. En cas de surchauffe et de combustion, il libère un composé chloré hautement toxique - la dioxine. Répandu dans les années 60 et 70. Il est remplacé par du polypropylène plus respectueux de l'environnement.