Кремнийорганикалық полимерлердің қолдану аймағы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Инженерлік технологиялық факультеті

«Тамақ өндірісі және жеңіл өнеркәсіп бұйымдарының технологиясы» кафедрасы

БАӨЖ

Тақырыбы: Кремнийорганикалық полимерлердің қолдану аймағы

Топ: ТК-321

Орындаған: Дәкенова Н. Т

Тексерген: Нұрымхан Г. Н.

Семей қ. 2015 жыл

Жоспар

Кіріспе

Полимерлер туралы жалпылама мәліметтер
Негізгі бөлім

I. Кремнийорганикалық полимерлердің физикалық қасиеттері

II. Кремнийорганикалық полимерлердің химиялық қасиеттері

Қорытынды

Қолданылған әдебиеттер

Полимерлер туралы жалпылама мәліметтер

Жоғары молекулалы қосылыстар немесе полимерлер (гр. Πολύ - көп, μέρος - бөлік, бөлігі) - молекула құрамында өзара химиялық немесе координаттық байланыстармен қосылған жүздеген, мыңдаған атомдары бар және өздеріне ғана тән қасиеттермен ерекшеленетін заттар тобы. Жоғары молекулалы қосылыстар көбіне молекулалары көп қайталанып отыратын мономерлер тізбегінен тұрады. Олардың ішіндегі ең қарапайымы - полиэтилен, оның мономері - этилен.

Жоғары молекулалы қосылыстар табиғи (ақуыздар, нуклеин қышқылдары, табиғи шайырлар), жасанды (табиғи полимерді химиялық реактивтермен әрекеттестіру кезінде алынатын), синтетикалық (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиамид, фенолды шайыр, т. б. ) болып үш топқа бөлінеді. Табиғи полимерлер биосинтез барысында тірі организм клеткаларында түзіледі. Синтетикалық полимерлер мономерлерді поликонденсациялау, полимерлеу арқылы алынады. Олардың тізбектері ашық, бірінен соң бірі түзу сызық бойымен орналасқан мономер бөліктерінен, тарамдалған немесе тор тәрізді жоғары молекулалардан құралған (қ. Полимерлер) . Жоғары молекулалы қосылыстар машина жасауда, құрылыста, ауыл шаруашылығында, электртехникада, медицинада, т. б. көптеген салаларда кеңінен қолданылады. Қазіргі кезде адамзат ғарыштық биіктер мен өте терең бүрғылау ұңғымаларын бағындыра отырып, күрделі электронды есептегіш машиналардың микроскопиялық тетіктерінен бастап, үлкен каналдар мен су қоймаларының гидрооқшаулағыштарын жасауға дейінгі барлық жағдайда полимер бұйымдарымен жұмыс істейді. Сондықтан қолданылатын орнына, мақсатына, жұмыстың түріне қарай полимер материалдарын қасиеттеріне сай пайдалану қажет. Қазіргі кезде қолданылып жүрген полимер бұйымдарын жалпы қасиеттері мен олардан жасалатын заттардың түріне, сондай-ақ өндіру әдісіне қарай төрт типке бөледі:

Конструкциялық пластиктер. Оларды көбіне пластмассалар деп атайды. Басқа полимерлерден айырмашылығы мынадай: пластиктер - бөліну беріктігі 50-200 кг/см2 болатын қатты заттар.

Эластомерлер. Оған каучук, резеңке және осыларға ұқсас материалдар жатады. Эластомерлерге атына сәйкес жоғары (эластикалық) иілімділік, созылғыштық тән, деформациялығы қайтымды.

Талшықтар мен жіптер. Бұларға осы талшықтардан тоқылған маталар жатады. Бұл материалдардың қасиеттері молекулаларының үш өлшемінің қайсысын негізге алуға байланысты бір-бірінен айқын ерекшеленеді. Талшықты материалдардың беріктігі, иілімділігі, қаттылығы, кейде тіпті тығыздығы да анизотропиялық (дененің барлық немесе бірқатар физикалық қасиеттері әр бағытта әр түрлі) болады. Бұл бастапқы полимердің химиялық құрылымы мен жалпы қасиеттеріне байланысты. Қабыршақтар, лактар, бояулар және басқа қорғағыш, әсемдегіш жабындар (пленкалар) . Бұл заттарда қасиеттердің анизотропиялығы өте айқын байқалады. Лак, бояу материалдарының олар жабатын негізбен берік байланысында - адгезияның да маңызы зор. Сондай-ақ бұл типтегі материалдардың тағы бір ерекшелігі - алдын ала пішін жасауға болмайды. Оларды қорғалатын заттың бетіне жұқа қабатпен жағып, қолма-қол пайдаланады. Полимер материалдарының осы негізгі төрт типінен басқа да қосымша түрлері бар. Мысалы, желімдеу, тығыздау үшін құйылатын қоспалар, газ толтырылған материалдар, т. б. Олардың барлығының да өзінің қолданылатын жерібар.

Кремнийорганикалық полимерлердің физикалық қасиеттері

Кремнийорганикалық полимерлі сұйықтықтар иісі жоқ, тұтқырлығымен, қайнау және қату температураларымен ерекшеленеді. Олар өте термотұрақты және егер жанатын болса, қарапайым органикалық материалдарды бұзатын химиялық және физикалық факторлардың көпшілігі, судың әсеріне аз ұшырайды. Өз кезегінде, олар пластмасса, каучук, краска немесе тірі тканьдер және организмдер сияқты органикалық материалдардың көпшілігіне мүлдем әсер етпейді немесе өте аз әсер етеді. Кремнийорганикалық сұйықтықтар жақсы электроизоляциялаушы материалдар болып табылады, түссіз және гидрофобты қасиеттерге ие.

Мұндай физикалық қасиеттердің бірігуі - оларды присадкаларда мотор майлары үшін, әр түрлі жаққыш материалдарды дайындау үшін, лак - краскалы жабындарда, косметикада, кулинарияда варенья және джем құрамында (көбіктенуді ескерту мақсатында), кең диапазонда оң және теріс температураларда пайдаланылатын демпферлі және гидравликалық сұйықтықтарды дайындау үшін, асфальт өндірісінде, медициналық құрылғыларда, пленкаларда, жиһаз құрамындағы және автомобильдегі полиролдерде пайдалануға мүмкіндік береді. Кремнийорганикалық полирольдердің беткейінен өңдеуден кейін қалдырылатын және олармен сіңірілген өңдеуші маталармен қалдырылған жұқа пленкалар шаң және су итергіш қасиеттерге ие. Мұндай өңдеуден кейіңгі беткей сумен суланбайды және шаңнан оңай тазартылады.

Кремнийорганикалық полимерлі сұйықтықтар таза күйінде де қолданылады. Сезімтал құралдардың дәлдігі және олардың зақымдануларға тұрақтылығы, егер амортизирлеуші сұйықтықтар ретінде кремнийорганикалық полимерлер қолданылса, жиі жоғарылап отырады. Жақсы таңдалынған сұйықтық қажет емес дірілді және бағыттарының секірісін жояды. Кремнийорганикалық сұйықтықтар двигательдердегі, әр түрлі типтегі автомобильдік мотордан локомативті дизельдерге дейін, маховиктің вибрациясын шешуге мүмкіндік береді. Кремнийорганикалық полимерлер самолет массасының сұйықтық амортизаторларында пайдалануға мүмкіндік беретін, күшті сығылу қасиетіне ие.

Көптеген органикалық материалдар кремнийорганикалық полимерлерге жабыспайтындықтан, кремнийорганикалық сұйықтықтарды жиі дайын бұйымды формасынан оңай ажырату үшін (резина немесе пластмассаны қалыптауда және металдарды қысыммен құйғанда) пленка түрінде пайдаланады.

Кремнийорганикалық сұйықтықтардың термо- және суға тұрақтылығы оның өте күшті электроизоляциялаушы қасиетімен бірге және электр өрісінде соққыға беріктігімен оларды авиадвигательдердің свечаларын изоляциялауда, радио және рентген құрылғыларында, антенналарда, аккумулятор батареяларында, электрлі кабельдерде пайдалануға мүмкіндік береді. Олар сонымен қатар жұмыс істеудің ұзақ мерзімділігін, конденсаторлардың жұмысының және жоғары температурада қолданылатын трансформаторлардың жұмыс істеуінің сенімділігін қамтамасыз етеді.

Молекуласында әрбір кремний атомына бір метил тобы CH3 және бір сутек H атомы қосылған сұйықтықтар текстильді өңдеуде (аппретирлеуде) кең қолданысқа ие болды. Олармен өңделген маталар бағалы (құнды), сипауға жағымды және де суитергіш қасиетке ие болады. Оларда құрамында суы бар сұйықтықтар - сүт, алкогольсіз сусындардан, кофе және тағы да басқадан ешбір дақ қалмайды. Сонымен қатар, силиконды аппрет ешқандай жуғанмен де, химиялық тазартудан да кетпейді. Бұл артықшылықтар киім және беттегіш маталар үшін өте бағалы болып саналады.

Шайырлар. Кремнийорганикалық шайырлар өздерінің асырушы қасиеттерінің арқасында түрлі қолданысқа ие болады. Шайырдың негізіндегі термотұрақтылық, гидрофобтығы және материалдың басқа да құнды қасиеттері машина және құрылғылардың жұмысының сапасын жақсартуға, олардың салмағын төмендетуге, материалдардың шығынын азайтуға мүмкіндігін туғызды және жаңа электроизоляторлар, қорғағыш жабындар құруға сәйкес келді. Төменде кремнийорганикалық шайырлардың негізгі қолдану аймақтары көрсетілген.

Қалыптағыш щайырлар - қабатталған материалдарды біріктіруші шайырлармен ұқсас, тек оларды ажырататын мата немесе қағаз орнына толықтырғыштар қолданылады. Бұл шайырларға ең күрделі формаларды беруге болады. Олардан патрондар, шестерндер, электрлі жаққыш детальдар, электронды құрылғылар және моторларды штамптайды (қалыптайды) .

Кремнийорганикалық шайырлардан жасалынған электроизоляциялаушы материалдар термотұрақты, озонға берік және агрессивті ортаға тұрақты болып келеді. Мұндай шайырлардан жасалынған детальдар электрқұрылғылардың ұзақмерзімді жұмыс істеуін және техникалық сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді.

Элостомерлер. Сәйкес термиялық өңдеуден өткеннен кейін жоғары молекулалық массасы бар кремнийорганикалық полимерлер молекулаларының арасында пайда болатын көлденең байланыстармен тігіледі, силиконды каучук түзіледі, оны әрі қарай вулканизациялап, табиғи каучуктан алынатын резинадан ешбір айырмашылығы жоқ, эластомерлер алады. Тігілу дәрежесінен тәуелді алынатын материалдың қасиеттерін (эластикалығын, беріктігін, қаттылығын және т. б. ) өзгертуге болады. Силиконды резиналар созу кезінде және шөгуде де эластикалығын жоғалтпайды. Оларды параққа, труба немесе күрделі формалы бұйымдарға қайта қалыптауға болады, сонымен қатар бөлме температурасында қататын массаға айналдыруға болады. Олар төмеңгі температураларда да, қарапайым синтетикалық резина қатты күйге айналып, және жоғары температурада қарапайым резина жабысқақ массаға айналып жатса, эластикалығын сақтап қалады. Олар ескіруге, ауа - райының әсеріне, су, электр көзі, көптеген сілті, қышқыл, тұз және майлардың әсеріне үшырамайды.

Кремнийорганикалық полимерлердің химиялық қасиеттері

Силоксандар құрамында бір немесе бірнеше оттегі атомымен байланысқан, екі немесе одан да көп кремний атомдарынан тұрады:
Осылай байланысқан кремнийдің екі атомы дисилоксан түзеді, үш - трисилоксан; полисилоксан - молекуласының құрамында бірнеше кремний атомдары болады. Оттек және кремний атомдарынан тұратын тұйықталған сақина циклосилоксан (бұл жағдайда - циклотрисилоксан, себебі бұл циклды құрылым кремнийдің үш атомынан тұрады) түзеді.

Кремнийдің бос байланыстарына (мысалдарда сызықшамен көрсетілген) оттектің басқа атомдары қосылуы мүмкін. Егер кремнийдің барлық байланыстары оттегімен қосылып, регулярлы құрылым түзетін болса, онда кремний диоксидін (кремнезем немесе кварц) SiO2 - жер қыртысында кең таралған қосылыстардың бірін байқаймыз. Кремний мен кейбір органикалық топтар байланысуы мүмкін. Метил топтармен (- CH3) метилсилоксандар (немесе метилсиликондар) түзіледі. Олар өте бағалы химиялық өнімдер болып табылады. Егер кремнийдің әрбір атомы үш метилді топтармен біріккен болса, онда түзіледі.

2(CH3) 3SiCl + H2O = (CH3) 3Si-O-Si(CH3) 3 + 2HCl

Бұл ұшқыш сұйықтық, түссіз бензинге ұқсас.
Екі метилді топ кремнийдің әрбір атомына біріккен, өндірістік силикондардың ішінде ең бағалы өнімдерде - циклды және сызықты силоксандарда кездеседі, оларға мысал ретінде (I) және полидиметилсилоксанды (II) алуға болады.

Циклосилоксандардың 15000 және одан да жоғары диметилсилоксанды бірліктерден тұратын айналу әдістері белгілі. Қажет ұзындыққа қол жеткізуде полидиметилсилоксанды тізбек ұзындығын үзу үшін, құрамында триметилсилоксанды бірлігі бар затты қоса отырып, үлкен мөлшердегі полидиметилсилоксан молекуласының түзілуін жіберіп алмауға болады.

Мұндай қосылыстардың тұтқырлығы сәйкес келетін өте қозғалғыш, бензинге ұқсас, сұйықтықтардың аса тұтқыр майларға және шайыр тәрізді заттарға өтуі, n мөлшерінің өсуімен артып отырады. Егер кремнийге тек бір органикалық топ қана қосылған болса, онда полисилоксанды шайырларға тән торлы құрылым пайда болады.

Силоксандар барлық көрсетілген типтегі құрылымды бірліктердің бірігуімен алынуы мүмкін, яғни кремниймен бір, екі, үш органикалық топпен немесе мүлдем олардың қатысынсыз органикалық топтар бірдей немесе әртүрлі типтегі топтардың комбинациясынан тұруы мүмкін. Кремнийдегі топтардың санын және типін өзгерте отырып, шексіз түрлі құрылым алуға мүмкіндік бар. Кремнийорганикалық полимерлердің көпшілігінде белгілі қасиеттерді алу үшін метил, фенил немесе олардың комбинациясы осындай топтар болып табылады.
Заманауи өндіріс орындарында шығарылатын кремнийорганикалық қосылыстардың көптүрлілігін құру үшін 150 жылдан артық уақыт көптеген химиктер жұмыстар жүргізді. Негізін Берцелиус Й кремнийді ашумен салды (1823) . Ол кремнийдің балқып және ыстық газтәрізді хлор тоғында жанып, нәтижесінде тұншықтырғыш иісі бар сұйық зат түзілетінін көрсетті. Бұл кремний тетрахлориді SiCl4 - реакцияға өте қабілетті қосылыс. Кремний тетрахлориді сумен қосылып, оңай кремний диоксидін және тұз қышқылын түзеді.

SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl

1844 жылы француз химигі Эбельман SiCl4 спиртпен әрекеттесіп, біздің кезімізде көп мөлшерде кремнийорганикалық полимерлер өндірісінде қолданылатын жағымды иісі бар сұйықтық - тетраэтилортосиликат (тетраэтоксисилан) түзілетінін көрсетті:

SiCl4 + 4C2H5OH = Si(OC2H5) 4 + 4HCl

1857 жылы Ф. Велер кремнийді хлорсутекпен қыздырып, кремнийорганикалық полимерлер өндірісі үшін маңызды тағы бір аралық өнім, түтіндейтін сұйықтық - трихлорсилан HSiCl3 алды.
Сорбонна профессоры Фридель және Бостонның студенті Дж. Крафтс Парижде оқып, 1863 жылы олар қосылыс ашқандарын мәлім етті, онда органикалық радикал кремнийге қосылған және сол себепті тек осы зерттеушілер кремнийорганикалық қосылыстар тарихында ең маңызды синтезді жүргізушілер болып саналады. Олар қолданған әдісті біздің уақытта өте күрделі деп санауға болады, бірақ ол жетістікке алып келді. Олар ауада балқитын цинк және диэтилцинктің сұйық қоспасын дайындап, оны кремний тетрахлоридімен араластырды және қоспаны шыны түтікшеге салып дәнекерлеп, 160оС дейін қыздырған:

2Zn(C2H5) 2 + SiCl4 = 2ZnCl2 + Si(C2H5 ) 4

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.