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(1) Conocimientos preliminares de compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos son compuestos que contienen carbono. Además del carbono, suele haber hidrógeno, oxígeno, cloro, nitrógeno y fósforo. Las principales características de la materia orgánica son: ① la mayor parte de la materia orgánica es insoluble en agua; ② la mayor parte de la materia orgánica se descompone y quema fácilmente cuando se calienta; ③ la mayor parte de la materia orgánica no es conductora y tiene un punto de fusión bajo.

Hay dos tipos principales de compuestos. Además de los compuestos orgánicos, también existe un tipo de compuestos que no contienen elementos de carbono: los compuestos inorgánicos, como CaO, NaOH, H2SO4, NaCl, etc. Sin embargo, aunque sustancias como el CO, CO2, H2CO3 y los carbonatos también contienen elementos de carbono, todavía se consideran sustancias inorgánicas debido a su composición y propiedades similares.

(2) Introducción a los compuestos poliméricos orgánicos

① Los átomos de carbono en las moléculas orgánicas se pueden conectar entre sí para formar cadenas o anillos de carbono. Debido a que los átomos de carbono están dispuestos de manera diferente, sus propiedades también son diferentes. La misma fórmula molecular suele representar una variedad de compuestos orgánicos con diferentes estructuras. Por ejemplo, C2H6O puede representar C2H5OH (etanol) y CH3-O-CH3 (éter metílico). Por tanto, la cantidad de materia orgánica es muy grande y los tipos superan con creces al de la materia inorgánica.

②Dividimos los compuestos orgánicos en macromoléculas y moléculas pequeñas en función de su peso molecular relativo. Aunque el peso molecular relativo de los compuestos poliméricos orgánicos es muy grande (de decenas de miles a cientos de miles, o incluso millones o más), las estructuras de muchos compuestos poliméricos orgánicos no suelen ser complicadas y están compuestas de unidades estructurales simples (cada pequeña molécula) se compone de conexiones repetidas. Por ejemplo, las moléculas de cloruro de polivinilo son compuestos poliméricos compuestos por miles de moléculas de cloruro de vinilo, por lo que los compuestos poliméricos orgánicos también se denominan polímeros.

(3) Cuando moléculas pequeñas se conectan para formar polímeros, algunas forman cadenas largas y otras forman redes a partir de cadenas. Diferentes estructuras tienen diferentes propiedades.

(3) Materiales poliméricos orgánicos

①Materiales poliméricos orgánicos

Los materiales poliméricos orgánicos incluyen naturales (como algodón, lana, caucho natural) y sintéticos (como plásticos, fibras sintéticas y caucho sintético, que son los que solemos llamar los tres principales materiales sintéticos).

②Propiedades básicas de los materiales poliméricos orgánicos sintéticos.

A. Termoplásticos y plásticos termoestables. Los materiales poliméricos con estructura de cadena (como el plástico de polietileno para alimentos) comienzan a ablandarse cuando se calientan a un cierto rango de temperatura hasta que se funden en un líquido fluido. Se vuelven sólidos después de enfriarse y pueden fundirse nuevamente después de calentarlos. Esta propiedad es la termoplasticidad. Imagínense, ¿cuáles son los usos de los materiales poliméricos con tales propiedades?

Los materiales poliméricos con estructura de red no se funden con el calor una vez procesados ​​y formados, por lo que son termoestables, como los plásticos fenólicos (comúnmente conocidos como baquelita). Por lo tanto, la reparación en caliente no se puede realizar después de que se haya roto el tomacorriente eléctrico y de agua.

B. Alta intensidad. Los materiales poliméricos son generalmente relativamente fuertes. Por ejemplo, la cuerda de nailon (también llamada cuerda de nailon) es particularmente fuerte y se utiliza para fabricar redes de pesca, paracaídas, cuerdas para neumáticos, etc.

C. Buen aislamiento eléctrico. Ampliamente utilizado en la industria eléctrica, por ejemplo, en la fabricación de piezas de equipos eléctricos, revestimientos de alambres y cables.

D. Algunos materiales poliméricos también tienen resistencia a la corrosión química, resistencia al calor, resistencia al desgaste, resistencia al aceite, estanqueidad al agua y otras propiedades, y pueden usarse en algunos campos con necesidades especiales. Pero las cosas siempre se dividen en dos, y los materiales poliméricos también tienen algunas desventajas, como no ser resistentes a las altas temperaturas, fáciles de quemar, fáciles de envejecer y no fáciles de descomponer después de su eliminación.

(4) Tres materiales sintéticos

①Plástico. Hay muchos tipos de plásticos y se utilizan para distintos fines. La siguiente tabla enumera las propiedades y usos de varios plásticos comunes.

②Fibra sintética. Las fibras de algodón, lana, madera y pasto son todas fibras naturales. Las fibras sintéticas se fabrican a partir de petróleo, gas natural, carbón y productos agrícolas y secundarios mediante una serie de reacciones químicas. Las fibras de poliéster, nailon, acrílico, polipropileno, vinilón y cloro se denominan las "seis fibras principales" entre las fibras sintéticas. Todos tienen las ventajas de alta resistencia, buena elasticidad, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión química, sin moho, sin miedo a los insectos, sin encogimiento, etc., pero tienen poca absorción de agua y transpirabilidad. Además de ser usado por humanos, también tiene muchos usos en la producción y la defensa nacional. Por ejemplo, el nailon se utiliza en tejidos para prendas de vestir, cuerdas de paracaídas, cuerdas de neumáticos, cables y redes de pesca.

③Caucho sintético. El caucho sintético es un material esencial en la fabricación de aviones, buques de guerra, automóviles, tractores, cosechadoras y equipos médicos.

En comparación con el caucho natural, el caucho sintético tiene alta elasticidad, aislamiento, resistencia al aceite y resistencia a altas temperaturas.

(5) "Contaminación blanca" y protección del medio ambiente

La contaminación ambiental provocada por el fuerte aumento de los residuos de materiales sintéticos, especialmente algunos productos plásticos, se denomina "contaminación blanca" " . La "contaminación blanca" más grave es el desperdicio de bolsas de embalaje de alimentos y bolsas de embalaje de materias primas. Al ser sustancias que los microorganismos no pueden degradar, son muy dañinas. Excepto unos pocos productos plásticos reciclados, la mayoría se incineran, produciendo una gran cantidad de gases tóxicos, contaminando la atmósfera y poniendo en peligro la salud; los productos plásticos que quedan en el suelo son difíciles de descomponer, provocando la compactación del suelo y dificultando el cultivo "blanco"; La contaminación" también puede causar daños al medio marino debido a la contaminación. Además, los animales pueden comer fácilmente artículos de plástico, enfermándolos o muriendo. Las posibles formas de eliminar la "contaminación blanca" son: reducir, reutilizar y reciclar los plásticos, o procesar químicamente los desechos para convertirlos en gasolina y pintura. Otro enfoque es encontrar nuevas alternativas descomponibles.

1.1 Definición de materiales poliméricos;

Los materiales poliméricos son una nueva generación de materiales orgánicos después de los materiales metálicos y los materiales inorgánicos no metálicos. Con el establecimiento de la ciencia de los polímeros y el auge de la industria petroquímica a principios de este siglo, se ha formado una nueva y enorme industria de materiales poliméricos. Los materiales poliméricos se han utilizado ampliamente en la tecnología de punta, la construcción de la defensa nacional y la economía nacional, convirtiéndose en materiales indispensables en todos los aspectos de la vida moderna, y su estatus en el campo de los materiales se ha vuelto cada vez más prominente.

Los materiales poliméricos son un término general para una amplia clase de materiales basados ​​en compuestos poliméricos.

Los compuestos poliméricos suelen denominarse macromoléculas o macromoléculas, también conocidos como polímeros o altos polímeros. Por lo general, la gente no distingue estrictamente las sutiles diferencias entre estos conceptos, sino que los considera como nombres diferentes para el mismo material.

La característica más importante de los compuestos poliméricos son sus enormes moléculas. Las macromoléculas están compuestas por una o más moléculas pequeñas conectadas entre sí mediante enlaces de valencia (mediante polimerización), y sus formas son principalmente macromoléculas en forma de cadena o macromoléculas en forma de red. No existe un límite estricto entre compuestos de bajo peso molecular y compuestos de alto peso molecular. Los compuestos con la misma estructura química se denominan compuestos de bajo peso molecular y los compuestos con pesos moleculares grandes (normalmente superiores a 10.000) se denominan compuestos de alto peso molecular. Muchas propiedades únicas y excelentes de los materiales poliméricos, como la alta elasticidad, la viscoelasticidad y el comportamiento de relajación física, están relacionadas con el enorme peso molecular de las macromoléculas.

1.2 Síntesis de materiales poliméricos

Los materiales poliméricos se sintetizan principalmente mediante reacciones de polimerización. Las reacciones de polimerización se pueden dividir en polimerización por adición (la polimerización por adición produce polímeros de adición) y reacciones de polimerización por condensación. polímeros de condensación).

Polimerización: Proceso en el que compuestos de bajo peso molecular (monómeros) se polimerizan para formar compuestos de alto peso molecular (polímeros, polímeros).

1) Polimerización por adición

Reacción en la que uno o más monómeros se suman entre sí para formar un polímero. El producto (polímero de adición) tiene la misma composición que sus monómeros (no). subproductos).

2) Reacción de polimerización por condensación

Reacción en la que uno o más monómeros se mezclan entre sí para formar un polímero, y al mismo tiempo algunas sustancias de bajo peso molecular (como el agua). , amoniaco, alcohol, haluro de hidrógeno, etc.) Sedimentación (contracción). La composición de los polímeros obtenidos a partir de ellos (polímeros de condensación) difiere de la de los monómeros.

1.3 Propiedades y características básicas de los polímeros

1. Peso ligero

2. Alta elasticidad

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4. Dureza

5. Viscoelasticidad

6. Fractura y sus factores que influyen

7.

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8. Buen aislamiento y baja conductividad térmica.

9. Resistencia al calor

10. Buena resistencia a la corrosión

11.

2. Denominación y clasificación de materiales poliméricos

2.1 Denominación de materiales poliméricos

Hasta ahora, existen millones de tipos de materiales poliméricos. El nombre también es relativamente complicado, principalmente. determinado por la composición química y estructura de la cadena macromolecular. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) propuso en 1973 una nomenclatura sistemática basada en la estructura.

El nombre de la estructura química más simple consiste en el nombre de los monómeros que forman el polímero, seguido de la palabra "poli".

La mayoría de los polímeros de monómeros de olefina se denominan de esta manera, como polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS), polibutadieno (PB), polimetilmetacrilato (PMMA), etc.

Algunos polímeros reciben su nombre de los nombres de unidades químicas que son característicos de todas las variedades de este tipo de material. Por ejemplo, resina epoxi (EP) es el nombre colectivo de una gran clase de materiales, todos los cuales tienen una unidad química característica: el grupo epoxi, por eso se llama resina epoxi. Otros polímeros de heterocadena, como la poliamida (PA), el poliéster y el poliuretano (PU), también reciben este nombre y contienen unidades químicas características: grupos amida, éster y amino, respectivamente. Los tipos específicos de diversos materiales suelen tener un nombre más detallado para mostrar la diferencia. Por ejemplo, la poliamida (PA) incluye variedades como el nailon 6 y el nailon 66. El PETP en poliéster se llama tereftalato de polietileno y el PBTP se llama tereftalato de polibutileno.

También existen polímeros que reciben el nombre de las materias primas a partir de las cuales se producen. Por ejemplo, las materias primas para producir resina fenólica son fenol y formaldehído, y las materias primas para producir resina de urea-formaldehído son urea y formaldehído. Tome la abreviatura de la materia prima y agregue la palabra "resina" para formar el nombre del polímero.

* * *El nombre de un polímero se compone de una palabra del nombre de su * * * monómero. Algunos * * * polímeros son resinas y agregar la palabra "resina" forma su nuevo nombre. Por ejemplo, la resina ABS, las letras A, B y S se toman de los nombres en inglés de sus monómeros acrilonitrilo, butadieno y estireno. Algunos * * * polímeros son caucho, así que tome una palabra de cada monómero de * * * y agregue la palabra "caucho" para formar un nuevo nombre. Por ejemplo, las palabras "butilo" y "benceno" en el caucho de estireno-butadieno se toman de los monómeros "butadieno" y "estireno"; las dos palabras "B" y "C" en el caucho de etileno-propileno se toman de los monómeros; "Etileno" y "Propileno".

Además de los nombres de sus estructuras químicas, muchos materiales poliméricos también incluyen nombres comerciales, nombres de patentes y marcas comerciales y nombres habituales. Los nombres comerciales, las patentes y las marcas comerciales los nombran en su mayoría los propios fabricantes de materiales, y muchos fabricantes han formulado varios estándares corporativos. A partir del nombre comercial, no solo podemos conocer la principal calidad del sustrato polimérico, sino que algunos también incluyen información como fórmula, aditivos, proceso y propiedades del material. Los nombres habituales son nombres habituales desde hace mucho tiempo, por ejemplo, la fibra de poliéster solía llamarse poliéster, la fibra de poliacrilonitrilo se llamaba fibra acrílica, etc.

2.2 Clasificación de materiales poliméricos

Existen muchos métodos de clasificación de los polímeros, basados ​​principalmente en su estructura química, propiedades y usos.

1) Se clasifica según la estructura de cadena principal de las macromoléculas.

Según la estructura de cadena principal, los compuestos poliméricos se pueden dividir en polímeros de cadena de carbono, polímeros de heterocadena y compuestos orgánicos elementales. materiales de polimerización, polímeros inorgánicos, etc.

Los polímeros de cadena de carbono se refieren a macromoléculas cuya cadena principal está compuesta íntegramente por átomos de carbono. Este es el compuesto polimérico más importante y la mayoría de los polímeros de olefinas y dienos son polímeros de cadenas de carbono. Según el tipo de enlaces químicos entre los átomos de carbono de la cadena principal, se pueden dividir en enlaces saturados y enlaces insaturados. Cualquier polímero con sólo enlaces σ saturados en la cadena principal es un polímero de cadena saturada. Los polímeros de cadena insaturada son aquellos que contienen enlaces π insaturados en la cadena principal.

Los polímeros de heterocadena se refieren a macromoléculas con átomos de carbono, así como oxígeno, nitrógeno, azufre y otros átomos en la cadena principal. Estos polímeros comunes incluyen poliéter, poliéster, poliamida, poliurea, polisulfona, caucho de polisulfuro, etc.

Los polímeros orgánicos elementales se refieren a macromoléculas que no tienen átomos de carbono en la cadena principal, sino que están compuestas por silicio, boro, aluminio, oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo y otros átomos, pero los grupos laterales están compuestos de grupos metilo y etilo, arilo y otros grupos orgánicos.

Si no hay átomos de carbono en la cadena principal ni en los grupos laterales, estos polímeros se denominan polímeros inorgánicos.

2) Clasificación por prestaciones y uso

Según la diferencia en la estructura cohesiva y principales propiedades físicas y mecánicas del material, el método de preparación del material y el uso principal en En la construcción de la economía nacional, los materiales moleculares de alta calidad se pueden dividir en diferentes tipos, como plásticos, caucho, fibras, adhesivos, recubrimientos, etc. En las condiciones de uso, el material se encuentra en un estado vítreo o cristalino, y su rigidez y dureza se utilizan principalmente como materiales estructurales. En las condiciones de uso, el material se encuentra en un estado altamente elástico. La alta elasticidad se utiliza principalmente como material amortiguador o sellador para caucho. Las fibras, los adhesivos y los revestimientos se distinguen principalmente en función de su uso. En los últimos años, muchos nuevos materiales poliméricos han sido dotados de nuevas funciones, como conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, propiedades ópticas, propiedades de amortiguación, funciones biológicas, etc. , por lo que se dividió una nueva clase de materiales poliméricos funcionales.

En rigor, esta clasificación no es muy científica. Porque los compuestos poliméricos se pueden convertir en plásticos en una condición y en fibras o adhesivos en otra, dependiendo de la formulación, el método de procesamiento y las condiciones de procesamiento. Por ejemplo, el cloruro de polivinilo se utiliza como plástico en la mayoría de los casos, pero también se puede hilar para obtener fibras de cloro; el nailon y el poliéster son fibras típicas, pero las materias primas para producir nailon y poliéster, poliamida y poliéster, son plásticos de ingeniería muy buenos.

Es precisamente debido a la complejidad y multiplicidad de los compuestos poliméricos en la estructura molecular, la estructura condensada y el movimiento molecular que los materiales poliméricos tienen una variedad de variedades y propiedades y se utilizan ampliamente, por lo que no es necesaria una distinción estricta. . Con base en este conocimiento, la gente también está utilizando activamente diversos métodos de modificación química y física para transformar materiales poliméricos, explotar sus fortalezas y evitar debilidades, y desarrollar continuamente nuevos materiales con excelente rendimiento y diferentes usos para satisfacer las diferentes necesidades de la construcción económica nacional.

3. Aplicación de los materiales poliméricos en la vida

3.1. Materiales poliméricos y ropa

Hablando de ropa, la gente desde las ciudades hasta las zonas rurales está familiarizada con ella. Son todos productos de fibra sintética hermosos y prácticos. Como todos sabemos, la ropa hecha de telas de poliéster es fresca y hermosa, fácil de lavar y planchar; las medias de nailon son fuertes y resistentes al desgaste; las telas de vinilo son ligeras, delgadas, cálidas, a prueba de insectos y fáciles de lavar; transpirable, seco y cómodo de llevar. Aquí se enumeran las "cuatro fibras" producidas actualmente en grandes cantidades en fibras sintéticas, a saber, poliéster hilado a partir de tereftalato de polietileno; nailon fabricado a partir de fibra acrílica de poliamida hilada a partir de poliacrilonitrilo y Vinylon fabricado a partir de polivinilo formal;

Desde que la fibra de nailon se desarrolló con éxito en 1935, la fibra de poliéster se fabricó en 1947, la fibra acrílica y la fibra de vinilón se fabricaron en 1950 y 1953, existen nada menos que 30 variedades de fibras sintéticas.