Ja savienojums starp makromolekulām tiek veikts, izmantojot vājus van der Vālsa spēkus, tos sauc par termoplastiskām, ja caur ķīmiskajām saitēm - par termoreaktīviem. Pie lineārajiem polimēriem pieder, piemēram, celuloze, sazaroti polimēri, piemēram, amilopektīns, un ir polimēri ar sarežģītām telpiskām trīsdimensiju struktūrām.
Polimēra struktūrā var izdalīt monomēra vienību - atkārtotu struktūras fragmentu, kas ietver vairākus atomus. Polimēri sastāv no liela skaita vienas un tās pašas struktūras atkārtotu grupu (vienību), piemēram, polivinilhlorīda (-CH 2 -CHCl-) n, dabiskā kaučuka utt. Augstmolekulārie savienojumi, kuru molekulas satur vairāku veidu atkārtotas grupas sauc par kopolimēriem vai heteropolimēriem.
Polimērs veidojas no monomēriem polimerizācijas vai polikondensācijas reakciju rezultātā. Polimēri ietver daudzus dabiskus savienojumus: olbaltumvielas, nukleīnskābes, polisaharīdus, gumiju un citas organiskas vielas. Vairumā gadījumu šis jēdziens attiecas uz organiskiem savienojumiem, taču ir arī daudz neorganisku polimēru. Liels skaits polimēru tiek iegūti sintētiski, pamatojoties uz vienkāršākajiem dabiskas izcelsmes elementu savienojumiem, izmantojot polimerizācijas reakcijas, polikondensāciju un ķīmiskas pārvērtības. Polimēru nosaukumi tiek veidoti no monomēra nosaukuma ar prefiksu poli-: poli etilēns, poli propilēns, poli vinilacetāts utt.
Enciklopēdisks YouTube
-
1 / 5
Īpašas mehāniskās īpašības
- elastība - spēja izturēt lielas atgriezeniskas deformācijas pie salīdzinoši nelielas slodzes (gumijas);
- zems stiklveida un kristālisku polimēru trauslums (plastmasa, organiskais stikls);
- makromolekulu spēja orientēties virzīta mehāniskā lauka ietekmē (lieto šķiedru un plēvju ražošanā).
Polimēru risinājumu īpašības:
- augsta šķīduma viskozitāte pie zemas polimēra koncentrācijas;
- Polimēra šķīdināšana notiek pietūkuma stadijā.
Īpašas ķīmiskās īpašības:
- spēja krasi mainīt fizikālās un mehāniskās īpašības neliela reaģenta daudzuma ietekmē (gumijas vulkanizācija, ādas miecēšana utt.).
Polimēru īpašās īpašības ir izskaidrojamas ne tikai ar to lielo molekulmasu, bet arī ar to, ka makromolekulām ir ķēdes struktūra un tās ir elastīgas.
Klasifikācija
Pēc ķīmiskā sastāva visi polimēri ir sadalīti organisks, organoelements, neorganisks.
- Organiskie polimēri.
- Organoelementu polimēri. Tie satur neorganiskos atomus (Si, Ti, Al) galvenajā organisko radikāļu ķēdē, kas savienojas ar organiskajiem radikāļiem. Dabā tie neeksistē. Mākslīgi iegūts pārstāvis ir silīcija organiskie savienojumi.
- Neorganiskie polimēri. Tie nesatur C-C saites atkārtotā vienībā, bet spēj saturēt organiskos radikāļus kā sānu aizvietotājus.
Jāatzīmē, ka tehnoloģijā polimērus bieži izmanto kā kompozītmateriālu sastāvdaļas, piemēram, stiklšķiedru. Iespējami kompozītmateriāli, kuru visas sastāvdaļas ir polimēri (ar dažādu sastāvu un īpašībām).
Pamatojoties uz makromolekulu formu, polimērus iedala lineāros, sazarotos (īpašs gadījums ir zvaigznes formas), lentveida, plakanos, ķemmes formas, polimēru tīklos utt.
Polimērus klasificē pēc polaritātes (ietekmē šķīdību dažādos šķidrumos). Polimēru vienību polaritāti nosaka dipolu klātbūtne to sastāvā - molekulas ar izolētu pozitīvo un negatīvo lādiņu sadalījumu. Nepolārās vienībās atomu saišu dipola momenti tiek savstarpēji kompensēti. Tiek saukti polimēri, kuru vienībām ir ievērojama polaritāte hidrofils vai polārais. Polimēri ar nepolārajām vienībām - nepolāri, hidrofobs. Tiek saukti polimēri, kas satur gan polāras, gan nepolāras vienības amfifils. Tiek ierosināts saukt homopolimērus, kuru katra vienība satur gan polāras, gan nepolāras lielas grupas amfifilie homopolimēri.
Attiecībā uz apkuri polimērus iedala termoplastisks Un termoreaktīvo. Termoplastisks polimēri (polietilēns, polipropilēns, polistirols) karsējot kļūst mīkstāki, vienmērīgi kūst un atdziestot sacietē. Šis process ir atgriezenisks. Termoreaktīvs Sildot, polimēri tiek pakļauti neatgriezeniskai ķīmiskai iznīcināšanai bez kušanas. Termoreaktīvo polimēru molekulām ir nelineāra struktūra, kas iegūta, šķērssavienojot (piemēram, vulkanizējot) ķēdes polimēra molekulas. Termoreaktīvo polimēru elastības īpašības ir augstākas nekā termoplastiem, taču termoreaktīvajiem polimēriem praktiski nav plūstamības, kā rezultātā tiem ir mazāks lūzuma spriegums.
Dabiskie organiskie polimēri veidojas augu un dzīvnieku organismos. No tiem svarīgākie ir polisaharīdi, olbaltumvielas un nukleīnskābes, kas lielā mērā veido augu un dzīvnieku ķermeņus un nodrošina pašu dzīvības darbību uz Zemes. Tiek uzskatīts, ka dzīvības rašanās uz Zemes izšķirošais posms bija sarežģītāku, lielmolekulāru molekulu veidošanās no vienkāršām organiskām molekulām (sk. Ķīmiskā evolūcija).
Veidi
Sintētiskie polimēri. Mākslīgie polimēru materiāli
Cilvēks jau ilgu laiku savā dzīvē izmanto dabiskos polimēru materiālus. Tās ir apģērbu ražošanā izmantotās āda, kažokādas, vilna, zīds, kokvilna u.c., dažādas saistvielas (cements, kaļķis, māls), kas ar atbilstošu apstrādi veido telpiskus polimēru ķermeņus, ko plaši izmanto kā būvmateriālus. . Tomēr ķēžu polimēru rūpnieciskā ražošana sākās 20. gadsimta sākumā, lai gan priekšnoteikumi tam parādījās agrāk.
Gandrīz uzreiz polimēru rūpnieciskā ražošana attīstījās divos virzienos - dabiskos organiskos polimērus pārstrādājot mākslīgos polimēru materiālos un sintētiskos polimērus ražojot no organiskiem mazmolekulāriem savienojumiem.
Pirmajā gadījumā liela mēroga ražošanas pamatā ir celuloze. Pirmais polimērmateriāls no fizikāli modificētas celulozes – celuloīds – tika iegūts 19. gadsimta vidū. Celulozes ēteru un esteru liela mēroga ražošana tika izveidota pirms un pēc Otrā pasaules kara un turpinās līdz mūsdienām. Uz to pamata ražo plēves, šķiedras, krāsas un lakas, kā arī biezinātājus. Jāpiebilst, ka kino un fotogrāfijas attīstība bija iespējama tikai pateicoties caurspīdīgai nitrocelulozes plēvei.
Sintētisko polimēru ražošana sākās 1906. gadā, kad Leo Beiklands patentēja tā sauktos bakelīta sveķus – fenola un formaldehīda kondensācijas produktu, kas karsējot pārvēršas par trīsdimensiju polimēru. Gadu desmitiem no tā ir izgatavota elektroierīču, akumulatoru, televizoru, kontaktligzdu utt. korpusi, un tagad to biežāk izmanto kā saistvielu un līmi.
Pateicoties Henrija Forda pūlēm, pirms Pirmā pasaules kara sākās strauja automobiļu rūpniecības attīstība, vispirms uz dabiskā, pēc tam arī sintētiskā kaučuka bāzes. Pēdējā ražošana tika apgūta Otrā pasaules kara priekšvakarā Padomju Savienībā, Anglijā, Vācijā un ASV. Šajos gados tika apgūta polistirola un polivinilhlorīda, kas ir lieliski elektroizolācijas materiāli, kā arī polimetilmetakrilāta rūpnieciskā ražošana - bez organiskā stikla, ko sauc par “plexiglass”, kara gados masveida lidmašīnu ražošana nebūtu iespējama.
Pēc kara atsākās pirmskara aizsāktā poliamīda šķiedras un audumu (neilona, neilona) ražošana. 20. gadsimta 50. gados tika izstrādāta poliestera šķiedra un apgūta audumu ražošana uz tās bāzes ar nosaukumu lavsan jeb polietilēntereftalāts. Polipropilēns un nitrons - mākslīgā vilna, kas izgatavota no poliakrilnitrila - noslēdz to sintētisko šķiedru sarakstu, kuras mūsdienu cilvēki izmanto apģērbam un rūpnieciskām darbībām. Pirmajā gadījumā šīs šķiedras ļoti bieži kombinē ar dabīgām šķiedrām no celulozes vai olbaltumvielām (kokvilna, vilna, zīds). Epohāls notikums polimēru pasaulē bija 20. gadsimta 50. gadu vidū atklātais Ziegler-Natta katalizators un straujā rūpnieciskā attīstība, kā rezultātā parādījās polimēru materiāli, kuru pamatā ir poliolefīni un, galvenais, polipropilēns un zems -blīvuma polietilēns (pirms tam polietilēna ražošana tika apgūta pie spiediena 1000 atm.), kā arī stereoregulārie polimēri, kas spēj kristalizēties. Tad masveida ražošanā tika ieviesti poliuretāni - visizplatītākie hermētiķi,
Terminu “polimērisms” zinātnē ieviesa J. Bērzeliuss 1833. gadā, lai apzīmētu īpašu izomērijas veidu, kurā vienāda sastāva vielām (polimēriem) ir atšķirīga molekulmasa, piemēram, etilēnam un butilēnam, skābeklim un ozonam. Tādējādi termina saturs neatbilda mūsdienu priekšstatiem par polimēriem. “Īstie” sintētiskie polimēri tajā laikā vēl nebija zināmi.
Acīmredzot 19. gadsimta pirmajā pusē tika iegūti vairāki polimēri. Tomēr ķīmiķi tad parasti mēģināja nomākt polimerizāciju un polikondensāciju, kas noveda pie galvenās ķīmiskās reakcijas produktu “sveķošanās”, t.i., faktiski pie polimēru veidošanās (līdz šim polimērus bieži sauca par “sveķiem”). Pirmie sintētisko polimēru pieminējumi ir datēti ar 1838. () un 1839. gadu (polistirols).
Polimēru ķīmija radās tikai saistībā ar A. M. Butlerova radīto ķīmiskās struktūras teoriju (1860. gadu sākums). A. M. Butlerovs pētīja attiecības starp molekulu struktūru un relatīvo stabilitāti, kas izpaužas polimerizācijas reakcijās. A.M. Butlerovs ierosināja uzskatīt nepiesātināto savienojumu spēju polimerizēties kā kritēriju to reaktivitātei. Šeit rodas klasiskie A. E. Favorska, V. N. Ipatijeva un S. V. Ļebedeva darbi polimerizācijas un izomerizācijas procesu jomā. No V. V. Markovņikova un pēc tam N. D. Zelinska pētījumiem par naftas ogļūdeņražiem pavedieni stiepjas līdz mūsdienu darbam pie visu veidu monomēru sintēzes no naftas izejvielām.
Te gan jāpiebilst, ka polimēru rūpnieciskā ražošana jau no paša sākuma attīstījās divos virzienos: dabiskos polimērus pārstrādājot mākslīgos polimēru materiālos un sintētiskos polimērus ražojot no organiskiem mazmolekulāriem savienojumiem. Pirmajā gadījumā lielapjoma ražošana ir balstīta uz celulozi, pirmais materiāls no fiziski modificētas celulozes, celofāns, tika iegūts 1908. gadā.
Zinātne par polimēru sintezēšanu no monomēriem izrādījās daudz plašāka parādība zinātnieku uzdevumu ziņā.
Neskatoties uz to, ka Bēkelands 20. gadsimta sākumā izgudroja metodi fenola-formaldehīda sveķu ražošanai, nebija izpratnes par polimerizācijas procesu. Tikai 1922. gadā vācu ķīmiķis Hermans Štaudingers izvirzīja makromolekulas definīciju - garu atomu struktūru, kas savienota ar kovalentām saitēm. Viņš bija pirmais, kurš noteica saistību starp polimēra molekulmasu un tā šķīduma viskozitāti. Pēc tam amerikāņu ķīmiķis Hermans Marks pētīja šķīdumā esošo makromolekulu formu un izmēru.
Pēc tam 1920.-1930. Pateicoties N. N. Semenova progresīvajam darbam ķēdes reakciju jomā, tika atklāta dziļa polimerizācijas mehānisma līdzība ar ķēdes reakcijām, kuras pētīja N. N. Semenovs.
30. gados tika pierādīta brīvo radikāļu (G. Staudinger un citi) un jonu (F. Vitmors un citi) polimerizācijas mehānismu esamība.
PSRS 30. gadu vidū. S.S. Medvedevs formulēja polimerizācijas “uzsākšanas” jēdzienu peroksīda savienojumu sadalīšanās rezultātā, veidojot radikālus. Viņš arī kvantitatīvi novērtēja ķēdes pārneses reakcijas kā procesus, kas regulē molekulmasu. Brīvo radikāļu polimerizācijas mehānismu pētījumi tika veikti līdz 1950. gadiem.
Liela loma ideju izstrādē par polikondensāciju bija W. Carothers darbam, kurš augstmolekulāro savienojumu ķīmijā ieviesa monomēra funkcionalitātes, lineārās un trīsdimensiju polikondensācijas jēdzienus. 1931. gadā viņš kopā ar J.A.Newland sintezēja hloroprēna gumiju (neoprēnu) un 1937.gadā izstrādāja poliamīda ražošanas metodi neilona tipa šķiedru formēšanai.
20. gadsimta 30. gados Attīstījās arī polimēru struktūras doktrīna, A. P. Aleksandrovs to pirmo reizi izstrādāja 30. gados. idejas par polimēru ķermeņu deformācijas relaksācijas raksturu; V.A.Kargins to uzstādīja 30.gadu beigās. polimēru šķīdumu termodinamiskās atgriezeniskuma faktu un formulēja ideju sistēmu par amorfo lielmolekulāro savienojumu trim fizikālajiem stāvokļiem.
Pirms Otrā pasaules kara attīstītākās valstis apguva SC, polistirola, polivinilhlorīda un polimetilmetakrilāta rūpniecisko ražošanu.
20. gadsimta 40. gados Amerikāņu fizikālķīmiķis Florijs sniedza nozīmīgu ieguldījumu polimēru šķīdumu teorijā un makromolekulu statistiskajā mehānikā; Florijs radīja metodes makromolekulu struktūras un īpašību noteikšanai, veicot viskozitātes, sedimentācijas un difūzijas mērījumus.
Laikposms polimēru ķīmijā bija K. Cīglera atklājums 1950. gados. metālu kompleksu katalizatori, kā rezultātā parādījās polimēri uz poliolefīnu bāzes: polietilēns un polipropilēns, kurus sāka ražot atmosfēras spiedienā. Pēc tam poliuretāni (jo īpaši putuplasts), kā arī polisiloksāni tika ieviesti masveida ražošanā.
1960.-1970. gados. Tika iegūti unikāli polimēri - aromātiskie poliamīdi, poliimīdi, poliētera ketoni, kas satur aromātiskus gredzenus savā struktūrā un raksturojas ar milzīgu izturību un karstumizturību. Jo īpaši 1960. gados. Kargins V.A. un Kabanovs V.A. lika pamatus jaunam polimēru veidošanās veidam - kompleksi-radikālai polimerizācijai. Tie parādīja, ka nepiesātināto monomēru aktivitāti radikālās polimerizācijas reakcijās var ievērojami palielināt, saistot tos kompleksos ar neorganiskiem sāļiem. Tādā veidā tika iegūti neaktīvo monomēru polimēri: piridīns, hinolīns utt.
Cilvēks pirmā iepazīšanās ar gumiju notika 15. gadsimtā. Par aptuveni. Haiti H. Kolumbs un viņa pavadoņi redzēja pamatiedzīvotāju rituālās spēles ar bumbiņām, kas izgatavotas no elastīgiem koku sveķiem. Saskaņā ar Charles Marie de la Condamine piezīmēm, kas publicētas 1735. gadā, eiropieši uzzināja, ka koku, no kura tiek iegūta gumija, Peru indiāņu valodā sauc par "Heve". Nogriežot koka mizu, izdalās sula, ko spāņu valodā sauc par lateksu. Lateksu izmantoja audumu impregnēšanai.
19. gadsimta sākumā sākās gumijas pētījumi. 1823. gadā anglis Karls Makintošs organizēja ūdensizturīgu gumijotu audumu un uz tiem balstītu lietusmēteļu ražošanu. Anglis Tomass Henkoks atklāja gumijas plastifikācijas fenomenu 1826. gadā. Tad plastificētajā gumijā sāka ieviest dažādas piedevas un radās pildīto gumijas savienojumu tehnoloģija. 1839. gadā amerikānis Čārlzs Gudjērs atklāja metodi nelipīgas, izturīgas gumijas iegūšanai, karsējot gumiju ar svina oksīdu un sēru. Šo procesu sauca par vulkanizāciju. 19. gadsimta otrajā pusē pieprasījums pēc dabiskā kaučuka strauji pieauga. 1890. gados. Parādās pirmās gumijas riepas. Liels skaits gumijas plantāciju veidojas dažādās karstās valstīs (šobrīd Indonēzija un Malaizija) ir dabiskā kaučuka ražošanas līderi.
1825. gadā Maikls Faradejs, pētot dabiskā kaučuka pirolīzi, atklāja, ka tā vienkāršākā formula ir C 5 H 8. 1835. gadā vācu ķīmiķis F.K. Himmli bija pirmais, kas izolēja izoprēnu C5H8. 1866. gadā franču ķīmiķis Pjērs Bertelo ieguva butadiēnu, izlaižot etilēna un acetilēna maisījumu caur sakarsētu dzelzs cauruli.
1860.-1870. gados. A.M. Butlerovs izdomāja daudzu olefīnu struktūru un daudzus no tiem polimerizēja, jo īpaši izobutilēnu sērskābes iedarbībā.
1878. gadā krievu ķīmiķis A.A. Krakova atklāja spēju polimerizēt nepiesātinātus savienojumus sārmu metālu ietekmē.
1884. gadā angļu ķīmiķis V. Tildens pierādīja, ka izoprēnu ieguvis no terpentīna termiskās sadalīšanās, viņš arī noteica izoprēna sastāvu un struktūru, kā arī ierosināja, ka izoprēna polimerizācijas tendenci var izmantot sintētiskā kaučuka ražošanā. 20. gadsimta 70. gados. Franču ķīmiķis G. Bušārs izoprēnu izolēja no gumijas termiskās sadalīšanās produktiem, apstrādājot to ar augstu temperatūru un sālsskābi, ieguva gumijai līdzīgu produktu.
1901.-1905.gadā V.N. Ipatijevs sintezēja butadiēnu no etilspirta ar augstu spiedienu 400-500 atm. Viņš bija pirmais, kas 1913. gadā polimerizēja etilēnu, ko līdz šim nebija izdevies paveikt nevienam citam pētniekam.
1908. gadā M.K. Kučerovs ieguva nātrija izoprēna gumiju (rezultāts tika publicēts 1913. gadā).
1909. gadā S.V. Ļebedevs pirmais demonstrēja gumiju, kas iegūta no divinila.
I. L. Kondakovs tālajā 1899. gadā izstrādāja metodi dimetilbutadiēna iegūšanai un pierādīja, ka pēdējais gaismas, kā arī noteiktu reaģentu, piemēram, nātrija, ietekmē spēj pārvērsties par gumijai līdzīgu vielu. Pamatojoties uz Kondakova darbu Vācijā 1916. gadā, Frics Hofmans organizēja t.s. metilkaučuks: cieta ("H") un mīksta ("W") sintētiskā gumija.
1910. gadā Karls Dītrihs Harijs patentēja metodi izoprēna polimerizācijai nātrija metāla ietekmē. 1902. gadā viņš izstrādāja metodi gumijas ozonēšanai un, izmantojot šo metodi, noteica dažāda veida gumiju struktūru.
1911. gadā I. I. Ostromislenskis no acetaldehīda ieguva butadiēnu. 1915. gadā B. V. Byzovs saņēma patentu butadiēna ražošanai ar eļļas pirolīzi.
Sākot ar 19. gadsimta otro pusi, daudzu dažādu valstu ķīmiķu centieni bija vērsti uz monomēru ražošanas metožu un to polimerizācijas gumijas maisījumos metožu izpēti. 1911. gadā I. I. Ostromislenskis ierosināja butadiēna ražošanu no spirta trīs posmos ar 12% iznākumu. Krievijā šis darbs tika novērtēts ļoti augstu. Fakts ir tāds, ka krievu ķīmiķi, atšķirībā no Rietumu ķīmiķiem, centās iegūt sintētisko kaučuku no butadiēna, nevis izoprēna. Iespējams, ka tieši pateicoties tam un lielas alkohola bāzes klātbūtnei Krievijā kļuva iespējams izveidot tehnisko bāzi sintētiskā kaučuka ražošanai Krievijā.
1926. gadā PSRS Augstākā ekonomiskā padome izsludināja konkursu sintētiskā kaučuka ražošanas tehnoloģijas izstrādei, saskaņā ar kura noteikumiem 1928. gada 1. janvārī bija jāiesniedz procesa apraksts un plkst. vismaz 2 kg gumijas, kas iegūta ar šo metodi. Visattīstītākie izrādījās Ļebedeva S.V. un Byzova B.V. projekti. Abi projekti bija saistīti ar sintētiskā kaučuka ražošanu no butadiēna. Ļebedevs ierosināja butadiēna ražošanu no spirta vienā posmā, izmantojot viņa izstrādāto katalizatoru, kam bija dehidrogenēšanas un dehidratācijas īpašības. Byzovs ierosināja ražot butadiēnu no naftas ogļūdeņražiem. Neskatoties uz Krievijas un padomju ķīmiķu lielajiem sasniegumiem naftas pārstrādes jomā, nebija izejvielu bāzes butadiēna ražošanai pēc Byzova metodes. Tāpēc 1931. gada janvārī Darba un aizsardzības padome nolēma uzbūvēt trīs lielas līdzīgas SK rūpnīcas, izmantojot Ļebedeva metodi. Tika izveidota Ļeņingradas eksperimentālā rūpnīca “Liter B” (tagad VNIISK), kurā 1931. gadā tika saražota pirmā divinilkaučuka partija. 1932.-1933.gadā SK rūpnīcas sāka darboties Jaroslavļā, Voroņežā, Efremovā un Kazaņā.
1941. gadā Erevānā tika uzsākta hloroprēna gumijas rūpnīca.
1935. gadā sintētisko kaučuku ražošanā sākās jauns laikmets – tos sāka ražot no kopolimēriem, kas iegūti 1,3-butadiēna radikālas polimerizācijas rezultātā stirola, akrilnitrila un citu savienojumu klātbūtnē. 1938.gadā Vācijā tika organizēta stirola-butadiēna kaučuka rūpnieciskā ražošana, bet 1942.gadā - ASV - sintētiskā kaučuka vērienīga ražošana.
Šeit jāatzīmē, ka pēc 1945. gada notika pakāpeniska pāreja no butadiēna ražošanas no pārtikas spirta, pakāpeniski pārejot uz monomēru ražošanu no naftas.
1948. gadā Korotkovs konstatēja, ka polimēra fizikālās un mehāniskās īpašības uzlabojas, palielinoties pievienošanas vienību saturam cis-1,4 pozīcijās, lielākais cis vienību skaits veidojas litija organisko savienojumu klātbūtnē.
1955. gadā K. Cīglers atklāja jaunas katalītiskās sistēmas, kas vada polimerizācijas procesu, izmantojot jonu mehānismu, lai iegūtu polimēru materiālus, kas ir līdzīgi tiem, kas iegūti litija klātbūtnē. Pēc tam šie pētījumi tika padziļināti Itālijā Giulio Natta laboratorijā.
Vietējo rūpniecisko poliizoprēnu, kas ražots uz litija katalizatoriem, sauca par SKI, un to, kas iegūts Ziegler-Natta katalītisko sistēmu klātbūtnē, sauca ar saīsinājumu SKI-3.
1956. gadā tika piedāvāta metode stereoregulāro polibutadiēna gumiju (SKD) ražošanai, kas bija pārākas ar salizturību un nodilumizturību nekā gumijām, kas iegūtas no dabiskā kaučuka un SKI-3.
Polimēri tika iegūti, pamatojoties uz etilēna un propilēna dubultkopolimēriem - SKEP (1955-1957). Šīm gumijām polimēra struktūrā nav dubultsaišu, tāpēc uz to bāzes izgatavotās gumijas ir ļoti izturīgas agresīvā vidē, turklāt tās ir izturīgas pret nodilumu.
1960. gados SKD un SKI-3 gumiju rūpnieciskā ražošana tika apgūta Sterlitamakā, Toljati un Volžskā. Kopumā visi šie uzņēmumi kā izejvielu izmantoja monomērus, kas iegūti no naftas, nevis no spirta.
Butadiēna un izoprēna kopolimēri sāka ātri aizstāt dabisko kaučuku automašīnu riepu ražošanā. Tātad, ja 1950. gadā K. s. kopējā dabīgo un sintētisko kaučuku ražošanā bija ap 22%, 1960.gadā ap 48%, tad līdz 1971.gadam pieauga līdz ~60% (5 milj.t sintētiskā un 3 milj.t dabiskā kaučuka), 1985.gadā bija 12 milj. tonnu sintētiskā kaučuka tika saražotas un tikai 4 miljoni tonnu dabiskā kaučuka. Līdz 70. gadu sākumam. Izskanēja viedoklis, ka sintētiskās gumijas aizstās dabiskās. Taču 1973. gada naftas embargo rezultātā strauji pieauga naftas cenas un vienlaikus tika gūti lieli panākumi dabiskā kaučuka ražošanā Malaizijā, kas ļāva krasi samazināt tās cenu. Līdz šai dienai riepu rūpniecībā nav iespējams atbrīvoties no dabiskā kaučuka. Tādējādi Japānai, kurai nav savu dabisko naftas rezervju, ir izdevīgāk iepirkt dabisko kaučuku no Malaizijas un Indonēzijas. Krievijai, kurai ir lielas naftas rezerves, nekādā gadījumā nevajadzētu atstāt novārtā esošās tehnoloģijas un jaudas sintētiskā kaučuka ražošanai.
Intensīvā attīstība gumijas tehnoloģiju jomā PSRS un Vācijā pirms Otrā pasaules kara tika skaidrota ar to, ka šīs valstis saprata, ka kara gadījumā tās tiks atslēgtas no dabiskā kaučuka piegādēm. Amerikas Savienotās Valstis pievērsās šim jautājumam atšķirīgi; ASV centās izveidot stratēģisku dabiskā kaučuka rezervi. Kā liecina dzīve, ar rezervēm nepietika, kad Japāna 1941. gadā iebruka Dienvidaustrumāzijā. No jau rakstītā ir skaidrs, ka gumijai pasaules politikā bija liela nozīme.
Fenola-formaldehīda sveķi.
Pasaulē pirmo pilnīgi sintētiskā polimēra rūpnieciskās ražošanas procesu patentēja L. Beiklends 1907. gadā L. Bēkelands patentēja t.s. Bakelīta sveķi ir fenola un formaldehīda kondensācijas produkts, kas karsējot pārvēršas trīsdimensiju polimērā. Bakelīts ir izmantots gadu desmitiem kā elektrisko korpusu materiāls, un tagad to izmanto kā saistvielu un līmi. Fenola un formaldehīda reakcijas atklājējs bija A.Bajers, kurš tālajā 1872. gadā novēroja sveķu veidošanos šajā reakcijā, taču rezultāts viņu neinteresēja. No 20. gadsimta 40. gadiem līdz 70. gadu vidum. Jaunu plastmasas veidu parādīšanās dēļ fenola sveķu īpatsvars strauji samazinājās. Bet, sākot ar 1975. gadu, šo polimēru ražošanas straujais pieaugums atkal sākās aviācijas, raķešu, astronautikas u.c. vajadzībām, kā arī naftas rezervju krituma dēļ. Fakts ir tāds, ka fenolu iegūst no oglēm, kuru rezerves nesalīdzināmi pārsniedz naftas rezerves. Turklāt, pamatojoties uz fenola-formaldehīda sveķiem, bija plašs materiālu klāsts siltumizolācijas vajadzībām (skaidu plātnes, kokšķiedru plātnes), kas kļuva aktuāli cīņā pret enerģētikas krīzi.
Polietilēns un polipropilēns.
Etilēnu ir ārkārtīgi grūti polimerizēt. Etilēna polimerizācija pirmo reizi tika novērota 1933. gadā kā blakusreakcija. Jau 1937. gadā angļu ķīmiķi izstrādāja pirmo rūpniecisko metodi polietilēna ražošanai, un 1946. gadā sākās polietilēna pudeļu ražošana.
1954. gadā Karls Zieglers un Giulio Natta atklāja jaunu organometālisko katalizatoru, pateicoties kuram viņi varēja veikt polietilēna jonu polimerizāciju atmosfēras spiedienā un 60 ° C temperatūrā.
Viņi arī ieguva stereoregulāru polipropilēnu, izmantojot metāla kompleksa katalizatoru.
Politetrafluoretilēns (teflons).
To 1938. gadā nejauši atklāja R. Plunkets, novērojot spontānu baltas pulverveida masas veidošanos cilindros ar tetrafluoretilēnu. 1941. gadā viņš patentēja savu tehnoloģiju (ASV, DuPont). 1954. gadā franču inženieris Marks Gregors ierosināja izmantot teflonu kā pārklājumu virtuves traukiem. Teflons ir ārkārtīgi ķīmiski inerts, un tā mīkstināšanas temperatūra sasniedz gandrīz 300 0 C.
Polistirols.
1866. gadā M. Bertelo kā polimerizācijas procesu identificēja cietas masas veidošanos no stirola karsējot. 1946. gadā G. Štaudingers izveidoja šīs reakcijas mehānismu. Polistirols pirmo reizi tika ražots Vācijā 1931. gadā.
Polimetilmetakrilāts.
1928. gadā tika izveidots polimetilmetakrilāts (PMMA) jeb organiskais stikls jeb plexiglass. 1933. gadā PMMA sāka ražot Vācijā, 1936. gadā PMMA ieguva PSRS Plastmasas pētniecības institūtā. Polimēru plaši izmanto aviācijas rūpniecībā, automobiļu rūpniecībā un celtniecībā.
Polivinilhlorīds.
Pirmo reizi vinilhlorīda polimerizāciju 1872. gadā veica vācu ķīmiķis Eugens Baumans. Šī pētnieka nopelns bija vinilhlorīda radikālas polimerizācijas metodes izstrāde organisko peroksīdu klātbūtnē. Polivinilhlorīda (PVC) aktīva praktiska izmantošana sākās tikai 20. gadsimta vidū. Problēma bija tā, ka tīram PVC ir daudz trūkumu. Istabas temperatūrā tas ir ļoti trausls un neelastīgs. Turklāt to ir grūti izšķīdināt vai izkausēt, tāpēc polimēru ir ļoti grūti pārstrādāt. 30. gados Zinātniekiem ir izdevies atrast stabilizatorus, kas palielina PVC izturību pret karstumu un gaismu. Plaši izplatījies jauns materiāls – plastificēts polivinilhlorīds.
Pirmo ķīmisko šķiedru 1884. gadā ieguva franču ķīmiķis N. Šardonē. Viņa galvenie pētījumi ir saistīti ar nitrocelulozes šķiedru tehnoloģijas (nitrosilk) izstrādi. 1892. gadā tika apgūta viskozes šķiedras ražošanas metode. Pirmās acetāta šķiedras sāka ražot vienlaikus Anglijā un ASV.
Polivinilhlorīda šķiedras sāka ražot 1934. gadā, bet šķiedras, kuru pamatā ir vinilhlorīda kopolimērs ar vinilacetātu (vinjons) kopš 1937. 1939. g. parādījās poliamīda šķiedras, un 1943. gadā poliakrilnitrils (Orlon).
Šķiedru tehnoloģijas radīšana tiek saistīta ar tādu zinātnieku vārdiem kā Klote, kurš jau 1913. gadā paredzēja iespēju ražot šķiedras no polivinilhlorīda, un G. Štaudingers, kurš 1927. gadā ieguva šķiedras no polioksimetilēna un polietilēna oksīda kausējuma.
PSRS neatkarīgi no ASV un Vācijas 1947. gadā tika publicēti Knunjanta, Rogovina un Romaševska pētījumu rezultāti par poliamīda šķiedru ražošanu.
1936. gadā tika izveidota sintētiskā poliheksametilēna adipamīda tehnoloģija, uz kuras pamata 1939. gadā tika uzsākta neilona šķiedras ražošana.
ASV 1939. gadā sāka ražot neilona-6,6 šķiedru uz kaprolaktāma bāzes.
Poliakrilnitrila šķiedru tehnoloģija tika izstrādāta vienlaicīgi un neatkarīgi ASV un Vācijā, 1934. gadā ASV sāka ražot poliamīda šķiedru DuPont rūpnīcā. Vācijā tā ražošana sākās vairākus gadus vēlāk.
PSRS pirmā neilona šķiedras partija tika ražota 1948. gadā, 1957. gadā sāka darboties pirmā iekārta lavsāna šķiedras ražošanai, 1960. gados. sākās “nitronu” šķiedras ražošana uz poliakrilnitrila bāzes.
Pašā sākumā ķīmisko šķiedru ražošanas uzņēmumi bija ļoti specializēti, bet, palielinoties šķiedru sortimentam, ķīmisko šķiedru rūpnīcu profils paplašinājās, un tajās tika ražotas jau 3-4 veidu šķiedras.
Līdz 30. gadu vidum. Visa krāsu un laku ražošana mūsu valstī tika balstīta uz importētajām izejvielām. Tikai 1936. gadā sāka attīstīties gliftāla sveķu ražošana atbilstošu laku ražošanai. Alkīda sveķu sintēze, reaģējot ar glicerīnu, kolofoniju un tunga eļļu, atbrīvoja valsti no kopālu importa (kopāls ir cieti, dzintaram līdzīgi dabiskie sveķi).
1947.-1948.gadā Maskavā un Jaroslavļā tika uzsākti darbnīcas urīnvielas, melamīna un fenola-formaldehīda sveķu ražošanai. Sākās pentaftalisko sveķu izstrāde, kuros glicerīnu aizstāja ar pentaeritritolu.
Kopš 1951. gada sākās laku ražošana uz perhlorovinilsveķu bāzes aviācijas nozarei un dzelzceļa transportam. 1950. gados Spirtā šķīstošās lakas tika izveidotas, pamatojoties uz butilmetakrilāta kopolimēriem ar metilmetakrilātu, metakrilamīdu, akrilnitrilu un metakrilskābi. Tika radīti vairāki desmiti laku, gruntskrāsu un emalju zīmolu, t.sk. laka DS-583, kas tiek ražota līdz šai dienai. Tajā pašā laikā tika apgūta vinilhlorīda un vinilacetāta kopolimēra A-15 ražošana. A-15 kombinācija ar epoksīdsveķiem ļāva izveidot pretkorozijas krāsas un samazināt krāsas slāņu skaitu uzklāšanas laikā.
Kopš 1956. gada automobiļu nitro emaljas ir pilnībā aizstātas ar alkīda melamīna emaljām.
1963. gadā tika apgūta epoksīdsveķu ražošana krāsu un laku rūpniecības vajadzībām, kā arī pretapaugšanas pārklājumi uz hlorēta polivinilhlorīda bāzes.
1976.-1980.gadā Tika izveidotas pētniecības un ražošanas asociācijas un neatkarīgs neorganisko pigmentu un kuģu pārklājumu pētniecības un projektēšanas institūts.
Pašlaik dažādu mērķu krāsu un laku kompozīciju ražošanai izmanto gandrīz visu veidu polimērmateriālus: epoksīdsveķus, uretāna elastomērus, hloroprēna gumijas, fluorkaučukus, poliakrilātus, poliorganosiloksānus u.c.
1. Polimēru enciklopēdija 3 sējumos M.: Izdevniecība "Padomju enciklopēdija", 1974-1977.
2. Ķīmiskā enciklopēdija 5 sējumos M.: Lielā krievu enciklopēdija, 1992.g.
3. K. Manalovs Lielie ķīmiķi 2 sēj., M.: Mir, 1986.g.
4. O. I. Tužikovs Polimēru zinātnes un rūpniecības attīstības vēsture un metodoloģija, Volgograda: 1999. gads.
5. V. Štrube. Ķīmijas attīstības ceļi 2 sējumos, 2. sējums, M.: Mir, 1984.
6. J. H. Briston, L. L. Katan Polymer filmas M.: Ķīmija, 1993. gads.
7. Yu. D. Semchikov Augstmolekulārie savienojumi M.: Izdevniecības centrs "Akadēmija", 2003.
Polimēri
Tomēr ir daudz virzienu, kas ļauj izmantot milzu molekulas miermīlīgiem nolūkiem. Tātad, ja pilnībā nitrētā celuloze ir sprāgstviela un to var izmantot tikai kā tādu, tad daļēji nitrētā celuloze ( piroksilīns) ir drošāk lietojams, un to var izmantot ne tikai militārām vajadzībām.
Amerikāņu izgudrotājs Džons Veslijs Haits (1837-1920), cenšoties iegūt balvu, kas nodibināta par ziloņkaula aizvietotāja izveidi biljarda bumbiņām, pirmām kārtām pievērsa uzmanību daļēji nitrētai celulozei. Viņš to izšķīdināja spirta un ētera maisījumā un pievienoja kamparu, lai jauno vielu būtu vieglāk apstrādāt. Līdz 1869. gadam Haitam bija tas, ko viņš sauca celuloīds, un ieguva balvu. Celuloīds bija pirmais sintētiskais plastmasas- materiāls, ko var liet veidnēs.
Taču, kā izrādījās, daļēji nitrētu celulozi var ne tikai veidot bumbiņās, bet arī ievilkt šķiedrās un plēvēs. Franču ķīmiķis Luijs Marī Gilārs Bernigo, Šardonē grāfs (1839-1924), šādas šķiedras ieguva, izspiežot nitrocelulozes šķīdumu cauri ļoti plāniem caurumiem. Šķīdinātājs gandrīz nekavējoties iztvaikoja.
No iegūtajām šķiedrām varēja noaust materiālu, kas pēc spīduma atgādināja zīdu. 1884. gadā Chardonnay patentēja savu viskozes. Chardonnay nosauca šo audumu novads- izstaro gaismu, jo audums spīdēja un šķita, ka izstaro gaismu.
Par plastmasas plēvju parādīšanos mēs esam parādā amerikāņu izgudrotājam Džordžam Īstmenam (1854-1932). Īstmanu interesēja fotogrāfija. Mēģinot vienkāršot izstrādes procesu, viņš sāka sajaukt sudraba savienojumu emulsiju ar želatīnu, lai emulsija būtu sausa. Šādā veidā iegūto maisījumu var uzglabāt un līdz ar to sagatavot turpmākai lietošanai. 1884. gadā Īstmens stikla plāksnes aizstāja ar celuloīda plāksnēm.
Celuloīds nav sprādzienbīstams, taču tas ir viegli uzliesmojošs, kas var izraisīt ugunsgrēkus, tāpēc Īstmens sāka meklēt mazāk uzliesmojošus materiālus. Kad celulozē nitrogrupu vietā tika ievadītas acetilgrupas, iegūtais produkts palika tikpat plastisks kā nitroceluloze, taču tas vairs nebija uzliesmojošs. Kopš 1924. gada celulozes acetāta plēves sāka izmantot kinofilmu ražošanā, jo jaunattīstības filmu industrijai bija īpaši nepieciešams celuloīda aizstājējs.
Pētot augstas molekulmasas dabiskos savienojumus, ķīmiķi cerēja ne tikai iegūt to sintētiskos analogus, bet arī atklāt jaunus savienojumu veidus. Viena no milzu molekulu sintēzes metodēm ir monomēru polimerizācija(monomērs ir viela, kuras molekulas spēj reaģēt viena ar otru vai ar citu vielu molekulām, veidojot polimēru).
Monomēru apvienošanas metodi milzu molekulā var izskaidrot vismaz, izmantojot etilēna C 2 H 4 piemēru. Uzrakstīsim divu etilēna molekulu strukturālās formulas:
Iedomāsimies, ka ūdeņraža atoms ir pārvietojies no vienas molekulas uz otru, kā rezultātā dubultsaites vietā šajā molekulā parādās brīva vienvietīga saite. Brīvā saite parādījās arī pirmajā molekulā, no kuras izgāja ūdeņradis. Tāpēc šīs divas molekulas var savienoties viena ar otru.
Šāda molekula jau satur četrus oglekļa atomus un vienu dubultsaiti, tāpat kā sākotnējā etilēna molekulā. Tāpēc, šai molekulai mijiedarbojoties ar citu etilēna molekulu, var notikt arī ūdeņraža atoma pārvietošanās un dubultās saites pārrāvums. Iegūtā molekula saturēs sešus oglekļa atomus un vienu dubultsaiti. Tādā veidā secīgi var iegūt molekulu ar astoņiem, desmit vai vairāk oglekļa atomiem. Faktiski šādā veidā ir iespējams iegūt gandrīz jebkura garuma molekulas.
Amerikāņu ķīmiķis Leo Hendriks Beiklends (1863-1944) meklēja aizstājēju šellakai — vaska vielai, ko izdala noteiktas tropu kukaiņu sugas. Šim nolūkam viņam bija nepieciešams lipīgas darvai līdzīgas vielas šķīdums. Bēkelands sāka, polimerizējot fenolu un formaldehīdu un iegūstot polimēru, kuram viņš nevarēja atrast šķīdinātāju. Šis fakts viņu noveda pie domas, ka šāds ciets, praktiski nešķīstošs un, kā izrādījās, nevadošs polimērs varētu izrādīties vērtīgs materiāls. Piemēram, no tā var izliet detaļas, kuras var viegli apstrādāt iekārtās. 1909. gadā Bēkelands ziņoja par iegūto materiālu, ko viņš piezvanīja bakelīts. Šie fenola-formaldehīda sveķi bija pirmā sintētiskā plastmasa, kas joprojām ir nepārspējama vairāku īpašību ziņā.
Sintētiskās šķiedras ir arī atradušas pielietojumu. Šo virzienu vadīja amerikāņu ķīmiķis Wallace Hume Carothers (1896-1937). Kopā ar amerikāņu ķīmiķi Jūliju Arturu Ņūlendu (1878-1936) viņš pētīja ar gumiju saistītos jautājumus. elastomēri. Viņa darba rezultāts bija kvīts 1932. gadā. neoprēns- viena no sintētiskajām gumijām.
Turpinot pētīt polimērus, Carothers mēģināja polimerizēt diamīnu un dikarboksilskābju maisījumu un ieguva šķiedru polimēru. Šī polimēra garās molekulas satur peptīdu saitēm līdzīgas atomu kombinācijas (skatīt sadaļu “Proteīni”) zīda proteīnā. Izvelkot šīs šķiedras, mēs iegūstam to, ko mēs šodien saucam neilons. Carothers pabeidza šo darbu tieši pirms savas priekšlaicīgas nāves. Otrā pasaules kara uzliesmojums lika ķīmiķiem uz laiku aizmirst par Kerotera atklājumu. Tomēr pēc kara beigām neilons sāka izspiest zīdu un drīz to aizstāja (jo īpaši zeķu ražošanā).
Pirmie sintētiskie polimēri, kā likums, tika iegūti nejauši, izmēģinājumu un kļūdu ceļā, jo tajā laikā par milzu molekulu struktūru un polimerizācijas mehānismu bija maz zināms. Vācu ķīmiķis Hermanis Štaudingers (1881-1965) bija pirmais, kurš pētīja polimēru struktūru un daudz darīja šajā jomā. Štaudingeram izdevās atklāt daudzu lielmolekulāru dabisko un mākslīgo vielu uzbūves vispārējo principu un iezīmēt to izpētes un sintēzes veidus. Pateicoties Štaudingera darbam, kļuva skaidrs, ka monomēru pievienošana viens otram var notikt nejauši un izraisīt sazarotu ķēžu veidošanos, kuru stiprums ir daudz mazāks.
Sākās intensīvi meklējumi, kā iegūt lineārus, nesazarotus polimērus. Un 1953. gadā vācu ķīmiķis Karls Zieglers (1898-1973) atklāja savu slaveno titāna-alumīnija katalizatoru, kas ražoja polietilēnu ar regulāru struktūru.
Itāļu ķīmiķis Džulio Nata (1903-1979) modificēja Cīglera katalizatoru un izstrādāja metodi jaunas sintētisko lielmolekulāro savienojumu klases - stereoregulāro polimēru - iegūšanai. Tika izstrādāta metode polimēru ar vēlamajām īpašībām iegūšanai.
Viens no galvenajiem būtisko organisko savienojumu avotiem, kas nepieciešami jaunu sintētisko produktu ražošanai, ir eļļa. Šis šķidrums ir zināms kopš seniem laikiem, taču, lai to izmantotu lielos daudzumos, bija jāatrod veids, kā izsūknēt naftu no milzīgajām pazemes atradnēm. Amerikāņu izgudrotājs Edvīns Laurentians Dreiks (1819-1880) bija pirmais, kurš sāka urbt naftas urbumus 1859. gadā. Gadsimtu vēlāk eļļa kļuva par galveno organisko savienojumu, siltuma un enerģijas avotu.
Vēl svarīgāks bioloģisko produktu avots ir ogles, lai gan iekšdedzes dzinēju laikmetā par to mēdzam aizmirst. Krievu ķīmiķis Vladimirs Nikolajevičs Ipatijevs (1867-1952) gadsimtu mijā sāka pētīt kompleksos ogļūdeņražus, kas atrodas eļļā un akmeņogļu darvā, un jo īpaši pētīt to reakcijas, kas notiek augstā temperatūrā. Vācu ķīmiķis Frīdrihs Karls Rūdolfs Berģijs (1884-1949), izmantojot Ipatijeva datus, 1912. gadā izstrādāja praktiskas metodes ogļu un naftas apstrādei ar ūdeņradi, lai iegūtu benzīnu.
Tomēr pasaules rezerves fosilais kurināmais(ogles plus nafta) ir ierobežotas un neaizvietojamas. Visas prognozes liecina, ka pienāks diena, kad fosilā kurināmā rezerves būs izsīkušas, un šī diena vairs nav tālu, jo īpaši tāpēc, ka pasaulē strauji pieaug iedzīvotāju skaits un līdz ar to pieaug arī nepieciešamība pēc enerģijas.
Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija
federālās zemes autonomā izglītības iestāde
augstākā profesionālā izglītība
"VALSTS IZPĒTE
TOMSKAS POLITEHNISKĀ UNIVERSITĀTE"
Dabas resursu institūts
Apmācības virziens (specialitāte) Ķīmiskā tehnoloģija
Degvielas un ķīmiskās kibernētikas ķīmiskās tehnoloģijas katedra
Eseja
Abstrakts nosaukums:
“ Dabīgie polimēri, polimēri mums apkārt”
disciplīnā "Ievads inženierzinātnēs"
Pabeiguši studenti gr. 2D42 Nikonova Nyurguyaana
Prokopčuka Kristīna
Dajanova Regīna
Pieņemts kopsavilkums:
Moiss O.E.
(Paraksts)
2014. gads
(pārskata pārbaudes datums)
Tomska 2014
1. Ievads…………………………………………………………………………………………..2
2. Polimēra jēdziens un klasifikācija …………………………………………………….3
3. Celuloze……………………………………………………………………………………………………………3
4. Ciete………………………………………………………………………………………………………………5
5. Glutīns……………………………………………………………………………………………………………..6
6. Kazeīns………………………………………………………………………………………………………………6
7. Gumija……………………………………………………………………………………………………………….7
8. Gumija…………………………………………………………………………………………………………7
9. Sintētiskie polimēri………………………………………………………………9
10.Īpašības un svarīgākās īpašības………………………………………………10
11. Ķīmiskās reakcijas………………………………………………………………………………….11
12. Kvīts……………………………………………………………………………………………………………12
13. Polimēri lauksaimniecībā……………………………………………………………..12
14. Polimēri rūpniecībā…………………………………………………………….14
Ievads
Terminu “polimērisms” zinātnē ieviesa I. Berzēliuss 1833. gadā, lai apzīmētu īpašu izomērijas veidu, kurā vienāda sastāva vielām (polimēriem) ir atšķirīga molekulmasa, piemēram, etilēnam un butilēnam, skābeklim un ozonam. Šis termina saturs neatbilda mūsdienu priekšstatiem par polimēriem. “Īstie” sintētiskie polimēri tajā laikā vēl nebija zināmi.
Vairāki polimēri acīmredzot tika sagatavoti jau 19. gadsimta pirmajā pusē. Tomēr pēc tam ķīmiķi parasti mēģināja nomākt polimerizāciju un polikondensāciju, kas noveda pie galvenās ķīmiskās reakcijas produktu “sveķošanās”, t.i., faktiski veidojās polimēri (polimērus joprojām bieži sauc par “sveķiem”). Pirmie sintētisko polimēru pieminējumi ir datēti ar 1838. gadu (polivinilidēnhlorīds) un 1839. gadu (polistirols),
Polimēru ķīmija radās tikai saistībā ar A.M. Butlerova ķīmiskās struktūras teorijas izveidi. A.M. Butlerovs pētīja attiecības starp molekulu struktūru un relatīvo stabilitāti, kas izpaužas polimerizācijas reakcijās. Polimēru zinātne savu tālāko attīstību ieguva galvenokārt pateicoties intensīviem gumijas sintezēšanas metožu meklējumiem, kuros piedalījās daudzu valstu vadošie zinātnieki (G.Bušarda, V.Tildens, vācu zinātnieks K.Harijs, I.L.Kondakovs, S.V.Ļebedevs). un citi ). 30. gados tika pierādīta brīvo radikāļu un jonu polimerizācijas mehānismu esamība. Polikondensācijas ideju attīstībā liela loma bija V. Kerotera darbiem.
Kopš 20.gadsimta 20.gadu sākuma attīstījās arī teorētiskas idejas par polimēru uzbūvi, sākotnēji tika pieņemts, ka tādi biopolimēri kā celuloze, ciete, gumija, olbaltumvielas, kā arī daži tiem līdzīgi sintētiskie polimēri. īpašības (piemēram, poliizoprēns), sastāv no mazām molekulām, kurām ir neparasta spēja šķīdumā asociēties koloidāla rakstura kompleksos nekovalento saišu dēļ ("mazo bloku" teorija). Principiāli jaunas koncepcijas par polimēriem kā vielām, kas sastāv no makromolekulām, neparasti lielas molekulmasas daļiņām, autors bija G. Štaudingers. Šī zinātnieka ideju uzvara lika mums uzskatīt polimērus par kvalitatīvi jaunu pētījumu objektu ķīmijā un fizikā.
Polimēru jēdziens un klasifikācija
Polimēri- ķīmiski savienojumi ar augstu molekulmasu (no vairākiem tūkstošiem līdz daudziem miljoniem), kuru molekulas (makromolekulas) sastāv no liela skaita atkārtotu grupu (monomēru vienību). Atomi, kas veido makromolekulas, ir savienoti viens ar otru ar galveno un (vai) koordinācijas valenču spēkiem.
Klasifikācija.
Pamatojoties uz to izcelsmi, polimērus iedala:
dabiskie (biopolimēri), piemēram, olbaltumvielas, nukleīnskābes, dabiskie sveķi
sintētiskie, piemēram, polietilēna, polipropilēna, fenola-formaldehīda sveķi.
Dabiskie polimēri, ko izmanto iespiešanā, ir: polisaharīdi (celulozes ciete, sveķi), egles, glutīns, kazeīns, albumīns, polidiēni (gumija).
Celuloze
Celuloze jeb šķiedra (no latīņu vārda "cellulula" — šūna) ir plaši izplatīta dabā. Celuloze ir spēcīga organiskas izcelsmes šķiedraina viela, kas veido visu augu (augu šūnu) atbalsta audus.
Celulozes fizikālās īpašības
Celulozes šķiedras izceļas ar baltumu, lokanību, izturību, elastību, t.i. spēja atgriezeniski deformēties bez iznīcināšanas pat pie lielas mehāniskās slodzes, nešķīst ūdenī un organiskajos šķīdinātājos un nesaplūstamība.
Celuloze var izturēt karsēšanu līdz 150 ° bez iznīcināšanas; augstākā temperatūrā tiek novērota celulozes depolimerizācija un ar to saistītais stiprības zudums, un 270° un augstāk termiskā sadalīšanās sākas ar sadalīšanās produktu izdalīšanos: etiķskābi, metilspirtu, ketoniem, bet pārējā daļa ir darva un ogles.
Celulozes šķiedras struktūra.
Katra augu šķiedra, piemēram, kokvilna, lins, koks utt., ir viena šūna, kuras apvalks galvenokārt sastāv no celulozes. Šķiedras iekšpusē ir kanāls - kapilārs, kas pieejams gaisa un mitruma iekļūšanai. Tehnisko celulozes šķiedru vidējais garums ir 2,5-3 mm (egle, priede, bērzs, papele) un 20-25 mm (lini, kokvilna, kaņepes) ar diametru 25 mikroni.
Celulozes augu šķiedrai ir fibrilāra struktūra. Fibrillas ir vītņveidīgi elementāri ruļļu logi – celulozes molekulu paketes, kas cieši savienotas viena ar otru ar ūdeņraža saitēm, 50 µm garas un 0,1-0,4 µm diametrā. Visticamāk, celuloze veido sakārtotu pavedienu sistēmu - fibrilus, kas atrodas ciešāk ap šķiedras iekšējo kanālu (kapilāru) un brīvāk tās ārējos slāņos. Telpās starp fibrilām atrodas micelozes un lignīns, un to saturs palielinās no šūnu struktūras iekšējiem slāņiem uz ārējiem. Celulozes starpšūnu telpas pārsvarā ir piepildītas ar lignīnu.
Galvenais celulozes avots ir koks... Koksne ir koku iekšējā daļa, kas atrodas zem mizas un veido galvenos augu audus, no kuriem veidojas koka stumbrs.
Augoša koka dzīvai šūnai ir celulozes apvalks (sieniņas), iekšējais dobums, kas piepildīts ar protoplazmu, un kodols. Dzīva šūna spēj augt un veidot jaunus koksnes veidojumus kambija slānī, zem mizas, gadu no gada augošā kokā.
Dzīvās šūnas laika gaitā tiek pakļautas lignifikācijai, kas galu galā noved pie to pilnīgas nāves vai lignifikācijas. Šūnu lignifikācija notiek galvenokārt lignīna parādīšanās rezultātā. Koksne sastāv no 90-95% no šādām atmirušajām šūnām - šķiedrām, bez protoplazmas un kodola, bet spējīgas dalīties, ar iekšējo dobumu, kas piepildīts ar gaisu un ūdeni.
Celulozes ķīmiskā struktūra un īpašības. Celuloze ir dabīgs polisaharīda polimērs, kas pieder pie ogļhidrātu klases. Celulozes milzu molekula (makromolekula) veidota no vairākkārt atkārtojošām struktūrvienībām - β-glikozes atlikumiem (O6H10O5)p. Skaitlis n jeb polimerizācijas koeficients parāda, cik reižu celulozes makromolekulā atkārtojas struktūrvienība - β-glikozes atlikums, un tāpēc raksturo molekulārās ķēdes garumu (molekulas garumu) un iepriekš nosaka tās molekulmasu.
Dažādas izcelsmes celulozes polimerizācijas koeficients ir atšķirīgs. Tātad koksnes celulozei tas ir 3000, kokvilnai - 12 000, liniem - 36 000 (aptuveni). Tas izskaidro kokvilnas un linu šķiedru lielo izturību salīdzinājumā ar koksnes celulozes šķiedrām.
Sārmaino celulozi iegūst, apstrādājot celulozi ar nātrija hidroksīda šķīdumu. Šajā gadījumā spirta hidroksilgrupu ūdeņraža atomi tiek daļēji vai pilnībā aizstāti ar nātrija atomiem. Sārmaina celuloze, nezaudējot savu šķiedru struktūru, raksturo paaugstinātu ķīmisko aktivitāti, ko izmanto celulozes ēteru, piemēram, karboksimetilcelulozes, ražošanā.
Karboksimetilceluloze (CMC) ir celulozes un glikolskābes ēteris. Rūpnieciskā karboksimetilcelulozes ražošanas metode ir balstīta uz sārmu celulozes mijiedarbību ar monohloretiķskābi.
Hemicelulozes ir celulozes un cietes krustojums. Tie ir arī polisaharīdi. Hemicelulozes molekulas tiek veidotas no monosaharīdu atlikumiem: mannozes (heksozes) un ksilozes (pentoze). Hemicelulozēm nav šķiedru struktūras. Tie kalpo kā rezerves barības viela augiem un aizsargā tos no infekcijām. Hemicelulozes uzbriest ūdenī un salīdzinoši viegli hidrolizējas pat ar ļoti atšķaidītām skābēm, tās izšķīst 18,5% sārmā. Hemicelulozes nav kaitīgi celulozes piemaisījumi, ko izmanto papīra ražošanā. Gluži pretēji, koksnes celuloze ar augstu hemicelulozes saturu ir viegli slīpējama, un no tās izgatavotajam papīram ir palielināta izturība (īpaši virsmām), jo hemicelulozes ir ļoti labs dabiskais līmēšanas līdzeklis.
Lignīns ir ķīmiski nestabila viela: gaismas, mitruma, skābekļa, gaisa un siltuma ietekmē lignīns tiek iznīcināts, kā rezultātā augu šķiedras zaudē spēku un kļūst tumšākas. Lignīns, atšķirībā no celulozes, šķīst atšķaidītās skābēs un sārmos. Celulozes iegūšanas metodes no koksnes, salmiem, niedrēm un citiem augu audiem ir balstītas uz šo lignīna īpašību. Lignīna struktūra ir ļoti sarežģīta un vēl nav pietiekami pētīta; Zināms, ka lignīns ir dabisks polimērs, kura struktūrvienība ir ļoti reaģējoša aromātiskā spirta - β-hidroksikoniferila - atlikums.
Polimēri ir ķīmiski savienojumi ar augstu molu. masa (no vairākiem tūkstošiem līdz daudziem miljoniem), kuras molekulas (makromolekulas) sastāv no liela skaita atkārtotu grupu (monomēru vienību). Atomi, kas veido makromolekulas, ir savienoti viens ar otru ar galveno un (vai) koordinācijas valenču spēkiem.
Pēc izcelsmes polimērus iedala dabiskajos (biopolimēros), piemēram, olbaltumvielās, nukleīnskābēs, dabīgajos sveķos, un sintētiskajos, piemēram, polietilēna, polipropilēna, fenola-formaldehīda sveķos. Atomi vai atomu grupas makromolekulā var atrasties šādā veidā: atvērta ķēde vai iegarena ciklu secība (lineāri polimēri, piemēram, dabīgais kaučuks); sazarotas ķēdes (sazaroti polimēri, piemēram, amilopektīns), trīsdimensiju tīkli (šķērssaistīti polimēri, piemēram, cietināti epoksīdsveķi). Polimērus, kuru molekulas sastāv no identiskām monomēru vienībām, sauc par homopolimēriem (piemēram, polivinilhlorīds, polikaproamīds, celuloze). ķīmiskais polimērs sintētisks supramolekulārs
Viena ķīmiskā sastāva makromolekulas var veidot no dažādu telpisko konfigurāciju vienībām. Ja makromolekulas sastāv no vieniem un tiem pašiem stereoizomēriem vai dažādiem stereoizomēriem, kas ķēdē mainās ar noteiktu periodiskumu, polimērus sauc par stereoregulāriem.
Polimērus, kuru makromolekulas satur vairāku veidu monomēru vienības, sauc par kopolimēriem. Kopolimērus, kuros katra veida vienības veido pietiekami ilgas nepārtrauktas sekvences, kas viena otru aizstāj makromolekulā, sauc par blokkopolimēriem. Vienas ķīmiskās struktūras makromolekulas iekšējām (ne-gala) saitēm var pievienot vienu vai vairākas citas struktūras ķēdes. Šādus kopolimērus sauc par potzaru kopolimēriem.
Polimērus, kuros katrs vai daži vienības stereoizomēri veido pietiekami garas nepārtrauktas sekvences, kas vienas makromolekulā aizstāj viens otru, sauc par stereobloku kopolimēriem.
Atkarībā no galvenās (galvenās) ķēdes sastāva polimērus iedala: heteroķēdē, kuras galvenajā ķēdē ir dažādu elementu atomi, visbiežāk oglekļa, slāpekļa, silīcija, fosfora un homoķēdes, kuras galvenā ķēde ir veidota. no identiskiem atomiem. No homoķēžu polimēriem visizplatītākie ir oglekļa ķēdes polimēri, kuru galvenās ķēdes sastāv tikai no oglekļa atomiem, piemēram, polietilēns, polimetilmetakrilāts, politetrafluoretilēns. Heteroķēdes polimēru piemēri ir poliesteri (polietilēntereftalāts, polikarbonāti), poliamīdi, urīnvielas-formaldehīda sveķi, proteīni un daži silīcija organiskie polimēri. Polimērus, kuru makromolekulas kopā ar ogļūdeņražu grupām satur neorganogēno elementu atomus, sauc par organoelementiem. Atsevišķu polimēru grupu veido neorganiskie polimēri, piemēram, plastmasas sērs, polifosfonitrilhlorīds.
Īpašības un svarīgākās īpašības. Lineārajiem polimēriem ir noteikts fizikāli ķīmisko un mehānisko īpašību kopums. Svarīgākās no šīm īpašībām: spēja veidot augstas stiprības anizotropas augsti orientētas šķiedras un plēves, spēja iziet lielas, ilgstošas atgriezeniskas deformācijas; spēja uzbriest ļoti elastīgā stāvoklī pirms šķīšanas; augsta šķīdumu viskozitāte. Šis īpašību kopums ir saistīts ar lielo molekulmasu, ķēdes struktūru un makromolekulu elastību. Pārejot no lineārām ķēdēm uz sazarotiem, retiem trīsdimensiju tīkliem un, visbeidzot, uz blīvām sieta struktūrām, šis īpašību kopums kļūst arvien mazāk izteikts. Stipri šķērssaistīti polimēri ir nešķīstoši, nekausējami un nespēj ļoti elastīgi deformēties.
Polimēri var pastāvēt kristāliskā un amorfā stāvoklī. Nepieciešams kristalizācijas nosacījums ir pietiekami garu makromolekulas posmu regularitāte. Kristāliskos polimēros var parādīties dažādas supramolekulāras struktūras (fibrillas, sferulīti, monokristāli), kuru veids lielā mērā nosaka polimērmateriāla īpašības.Supramolekulārās struktūras nekristalizētos (amorfos) polimēros ir mazāk izteiktas nekā kristāliskajos.
Nekristalizēti polimēri var pastāvēt trīs agregātstāvokļos: stiklveida, ļoti elastīgi un viskozi. Polimērus ar zemu (zem istabas) pārejas temperatūru no stiklveida uz ļoti elastīgu stāvokli sauc par elastomēriem, bet tos ar augstu temperatūru sauc par plastmasām. Atkarībā no makromolekulu ķīmiskā sastāva, struktūras un relatīvā izvietojuma polimēru īpašības var atšķirties ļoti plašās robežās. Tādējādi 1,4.-cispolibutadiēns, kas veidots no elastīgām ogļūdeņražu ķēdēm, aptuveni 20 ° C temperatūrā ir elastīgs materiāls, kas -60 ° C temperatūrā pārvēršas stiklveida stāvoklī; polimetilmetakrilāts, kas veidots no stingrākām ķēdēm, aptuveni 20 ° C temperatūrā ir ciets stiklveida produkts, kas pārvēršas ļoti elastīgā stāvoklī tikai 100 ° C temperatūrā. Celuloze, polimērs ar ļoti stingrām ķēdēm, kas savienotas ar starpmolekulārām ūdeņraža saitēm, parasti nevar pastāvēt ļoti elastīgā stāvoklī pirms sadalīšanās temperatūras.
Lielas atšķirības polimēru īpašībās var novērot pat tad, ja makromolekulu struktūras atšķirības no pirmā acu uzmetiena ir nelielas. Tādējādi stereoregulārais polistirols ir kristāliska viela, kuras kušanas temperatūra ir aptuveni 235 °C, savukārt nestereoregulārais polistirols nemaz nespēj kristalizēties un mīkstina aptuveni 80 °C temperatūrā.
Polimēri var iesaistīties šādos galvenos reakciju veidos: ķīmisko saišu veidošanās starp makromolekulām (tā sauktā šķērssaistīšana), piemēram, gumijas vulkanizācijas un ādas miecēšanas laikā; makromolekulu sadalīšanās atsevišķos, īsākos fragmentos, polimēru sānu funkcionālo grupu reakcijas ar zemas molekulmasas vielām, kas neietekmē galveno ķēdi (t.s. polimēru analogās pārvērtības); intramolekulāras reakcijas, kas notiek starp vienas makromolekulas funkcionālajām grupām, piemēram, intramolekulārā ciklizācija. Šķērssaistīšana bieži notiek vienlaikus ar iznīcināšanu. Polimēram analoģisku transformāciju piemērs ir politilacetāta pārziepjošana, kas noved pie polivinilspirta veidošanās. Polimēru reakcijas ātrumu ar zemas molekulmasas vielām bieži ierobežo to difūzijas ātrums polimēra fāzē. Visredzamāk tas ir šķērssaistītu polimēru gadījumā. Makromolekulu mijiedarbības ātrums ar mazmolekulārām vielām bieži ir būtiski atkarīgs no blakus esošo vienību rakstura un atrašanās vietas attiecībā pret reaģējošo vienību. Tas pats attiecas uz intramolekulārām reakcijām starp funkcionālajām grupām, kas pieder pie vienas ķēdes.
Dažas polimēru īpašības, piemēram, šķīdība, viskozā plūsma, stabilitāte, ir ļoti jutīgas pret nelielu daudzumu piemaisījumu vai piedevu, kas reaģē ar makromolekulām, iedarbību. Tādējādi, lai pārveidotu lineāro polimēru no šķīstoša uz pilnīgi nešķīstošu, pietiek ar 1-2 šķērssavienojumu veidošanos katrā makromolekulā.
Polimēru svarīgākās īpašības ir to ķīmiskais sastāvs, molekulmasa un molekulmasas sadalījums, makromolekulu sazarojuma pakāpe un elastība, stereoregularitāte un citi. Polimēru īpašības būtiski ir atkarīgas no šīm īpašībām.
Dabiskie polimēri veidojas biosintēzes procesā dzīvo organismu šūnās. Izmantojot ekstrakciju, frakcionētu nokrišņu un citas metodes, tos var izolēt no augu un dzīvnieku materiāliem. Sintētiskos polimērus ražo polimerizācijas un polikondensācijas ceļā. Karboķēdes polimērus parasti sintezē, polimerizējot monomērus ar vienu vai vairākām vairākām oglekļa saitēm vai monomērus, kas satur nestabilas karbocikliskās grupas (piemēram, no ciklopropāna un tā atvasinājumiem) Heteroķēdes polimērus iegūst polikondensācijas ceļā, kā arī polimerizējot monomērus, kas satur vairākas oglekļa elementa saites (piemēram, C=O, C=N, N=C=O) vai vājas heterocikliskas grupas.
Šodien mēs varam runāt par vismaz četrām galvenajām polimērmateriālu izmantošanas jomām lauksaimniecībā. Gan pašmāju, gan pasaules praksē pirmajā vietā ir filmas. Pateicoties perforētas mulčēšanas plēves izmantošanai laukos, dažu kultūru raža palielinās līdz pat 30%, un nogatavošanās laiks tiek paātrināts par 10-14 dienām.
Polietilēna plēves izmantošana izveidoto rezervuāru hidroizolācijai nodrošina ievērojamu uzkrātā mitruma zudumu samazinājumu. Siena, skābbarības un rupjās lopbarības pārklāšana ar plēvi nodrošina to labāku saglabāšanos pat nelabvēlīgos laikapstākļos. Bet galvenā plēves polimēru materiālu izmantošanas joma lauksaimniecībā ir plēves siltumnīcu celtniecība un ekspluatācija. Šobrīd ir kļuvis tehniski iespējams ražot plēves loksnes platumā līdz 16 m, un tas dod iespēju būvēt plēves siltumnīcas ar pamatnes platumu līdz 7,5 un garumu līdz 200 m. Šādās siltumnīcās visas lauksaimniecības darbu var veikt mehanizēti; Turklāt šīs siltumnīcas ļauj audzēt produkciju visu gadu. Aukstā laikā siltumnīcas atkal silda, izmantojot polimēru caurules, kas ieraktas augsnē 60-70 cm dziļumā.
No šāda veida siltumnīcās izmantoto polimēru ķīmiskās struktūras viedokļa var atzīmēt galvenokārt polietilēna, neplastificēta polivinilhlorīda un mazākā mērā poliamīdu izmantošanu. Polietilēna plēves raksturo labāka gaismas caurlaidība, labākas stiprības īpašības, bet sliktāka laikapstākļu noturība un salīdzinoši lieli siltuma zudumi. Viņi var pareizi kalpot tikai 1-2 sezonas. Poliamīds un citas plēves joprojām tiek izmantotas salīdzinoši reti.
Pārējās divas galvenās polimērmateriālu izmantošanas jomas lauksaimniecībā ir celtniecība, īpaši lopkopības ēkas, un mašīnbūve.
Īpašu mikrobu kultūru audzē uz izlietotajiem sulfīta šķidrumiem īpašos fermentatoros 38 ° C temperatūrā, kamēr tur pievieno amonjaku. Barības proteīna iznākums ir 50-55%; to ar apetīti ēd cūkas un mājputni.
Tradicionāli daudzi sporta pasākumi notiek zāliena laukumos. Futbols, teniss, krokets... Diemžēl sporta veidu dinamiskā attīstība, maksimālās slodzes pie vārtiem vai tīkla noved pie tā, ka zālienam nav laika augt no vienām sacensībām uz citām. Un ar to nevar tikt galā neviens dārznieku triks. Var, protams, rīkot līdzīgas sacensības, teiksim, uz asfalta seguma, bet kā ir ar tradicionālajiem sporta veidiem? Sintētiskie materiāli nāca palīgā. Poliamīda plēvi ar biezumu 1/40 mm (25 mikroni) sagriež 1,27 mm platās sloksnēs, izstiepj, saspiež un pēc tam savijas, lai iegūtu vieglu, apjomīgu masu, kas imitē zāli. Lai novērstu ugunsgrēku, polimēram pirms laika tiek pievienoti antipirēni, bet, lai novērstu elektriskās dzirksteles nokļūšanu zem sportistu kājām, tiek izmantots antistatisks līdzeklis. Sintētiskie zāles paklājiņi tiek uzlīmēti uz sagatavotās pamatnes - un tad jau gatavs zāliena laukums vai futbola laukums, vai cits sporta laukums. Un, tā kā atsevišķas spēles laukuma daļas nolietojas, tās var aizstāt ar jauniem paklājiņiem, kas izgatavoti, izmantojot to pašu tehnoloģiju un to pašu zaļo krāsu.
Nav pārsteidzoši, ka šī nozare ir galvenais gandrīz visu mūsu valstī ražoto materiālu, tostarp polimēru, patērētājs. Polimēru materiālu izmantošana mašīnbūvē pieaug tādā tempā, kāds nav bijis precedenta visā cilvēces vēsturē. Piemēram, 1976. gadā 1. mūsu valsts mašīnbūve patērēja 800 000 tonnu plastmasas, bet 1960. gadā - tikai 116 000 tonnu Interesanti atzīmēt, ka pirms desmit gadiem 37-38% no visas mūsu valstī saražotās produkcijas tika nosūtītas uz mašīnbūves plastmasas, un 1980. gadā mašīnbūves īpatsvars plastmasas izmantošanā samazinājās līdz 28%. Un te nav runa par to, ka nepieciešamība varētu samazināties, bet gan par to, ka citas tautsaimniecības nozares sāka vēl intensīvāk izmantot polimērmateriālus lauksaimniecībā, būvniecībā, vieglajā un pārtikas rūpniecībā.
Ir lietderīgi atzīmēt, ka pēdējos gados polimērmateriālu funkcija jebkurā nozarē ir nedaudz mainījusies. Aizvien atbildīgākus uzdevumus sāka uzticēt polimēriem. Arvien vairāk no polimēriem sāka izgatavot salīdzinoši nelielas, bet strukturāli sarežģītas un kritiskas mašīnu un mehānismu daļas, un tajā pašā laikā polimērus arvien vairāk sāka izmantot liela izmēra mašīnu un mehānismu virsbūves daļu ražošanā. ievērojamas slodzes. Vēl viena polimēriem raksturīga joma, kur to priekšrocības salīdzinājumā ar citiem materiāliem visspilgtāk izpaužas, ir iekšējās un ārējās apdares joma.
Vēl viena polimērmateriālu pielietojuma joma mašīnbūvē, kas ir īpaši jāpiemin, ir metāla griešanas instrumentu ražošana. Paplašinoties stipru tēraudu un sakausējumu izmantošanai, apstrādes instrumentiem tiek izvirzītas arvien stingrākas prasības. Un arī šeit plastmasa nāk palīgā instrumentu izgatavotājam un mašīnu operatoram. Bet ne gluži parastas īpaši augstas cietības plastmasas, tādas, kas uzdrošinās konkurēt pat ar dimantu. Cietības karalis dimants vēl nav gāzts no troņa, taču lietas tuvojas. Daži oksīdi (piemēram, no kubiskā cirkonija ģints), nitrīdi, karbīdi jau šodien demonstrē ne mazāku cietību, kā arī lielāku karstumizturību. Problēma ir tā, ka tie joprojām ir dārgāki par dabīgajiem un sintētiskajiem dimantiem, turklāt tiem ir "karaliskais trūkums" - tie lielākoties ir trausli. Tātad, lai tie neplaisātu, katrs šāda abrazīva graudiņš ir jāapņem ar polimēru iepakojumu, kas visbiežāk izgatavots no fenola-formaldehīda sveķiem. Tāpēc šodien trīs ceturtdaļas abrazīvo instrumentu tiek ražoti, izmantojot sintētiskos sveķus.
Šie ir tikai daži piemēri galvenajām tendencēm polimērmateriālu ieviešanā mašīnbūves apakšnozarēs. Automobiļu rūpniecība šobrīd ieņem pirmo vietu plastmasas izmantošanas pieauguma ziņā starp citām apakšnozarēm. Pirms desmit gadiem automašīnās tika izmantotas no 7 līdz 12 dažādu plastmasu veidiem, 70. gadu beigās šis skaits pārsniedza 30. No ķīmiskās struktūras viedokļa, kā jau varēja gaidīt, pirmās vietas apjoma ziņā. tos aizņem stirola plastmasas, polivinilhlorīds un poliolefīni. Tie joprojām ir nedaudz zemāki par tiem, bet poliuretāni, poliesteri, akrilāti un citi polimēri aktīvi tuvojas.
To automašīnu detaļu saraksts, kas mūsdienās ir izgatavotas no polimēriem noteiktos modeļos, aizņemtu vairāk nekā vienu lapu. Virsbūves un kabīnes, instrumenti un elektroizolācija, salona apdare un bamperi, radiatori un roku balsti, šļūtenes, sēdekļi, durvis, motora pārsegs. Turklāt vairāki dažādi uzņēmumi ārvalstīs jau ir paziņojuši par pilnībā plastmasas automašīnu ražošanas sākšanu. Raksturīgākās tendences plastmasas izmantošanā autorūpniecībā kopumā ir tādas pašas kā citās apakšnozarēs. Pirmkārt, tas ietaupa materiālus: lielu bloku un mezglu formēšana bez atkritumiem vai ar zemu atkritumu daudzumu. Otrkārt, pateicoties vieglo un vieglo polimēru materiālu izmantošanai, tiek samazināts automašīnas kopējais svars, kas nozīmē, ka tā ekspluatācijas laikā tiks ietaupīta degviela. Treškārt, izgatavoti kā viena vienība, plastmasas detaļu bloki ievērojami vienkāršo montāžu un ietaupa darbaspēku.
Starp citu, tās pašas priekšrocības stimulē plašu polimērmateriālu izmantošanu aviācijas nozarē. Piemēram, alumīnija sakausējuma aizstāšana ar grafīta plastmasu lidmašīnas spārnu līstes ražošanā ļauj samazināt detaļu skaitu no 47 līdz 14, stiprinājumus no 1464 līdz 8 skrūvēm, samazināt svaru par 22% un izmaksas par 25%. Tajā pašā laikā produkta drošības rezerve ir 178%. Helikoptera lāpstiņas un reaktīvo dzinēju ventilatora lāpstiņas ieteicams izgatavot no polikondensācijas sveķiem, kas pildīti ar aluminosilikāta šķiedrām, kas samazina lidmašīnas svaru, vienlaikus saglabājot izturību un uzticamību. Saskaņā ar angļu patentu Nr.2047188, lidaparātu vai helikopteru rotoru lāpstiņu nesošo virsmu pārklāšana ar poliuretāna slāni, kura biezums ir tikai 0,65 mm, palielina to izturību pret lietus eroziju 1,5-2 reizes. Pirmās angļu un franču virsskaņas pasažieru lidmašīnas Concorde dizaineriem tika izvirzītas stingras prasības. Tika aprēķināts, ka berze ar atmosfēru sasildīs lidmašīnas ārējo virsmu līdz 120-150°C, un tajā pašā laikā tika prasīts, lai tā nepakļautos erozijai vismaz 20 000 stundu laikā. Problēmas risinājums tika atrasts, virsmas pārklājot gaisa kuģa aizsardzību ar plānu fluoroplastmasas plēvi.