Tabiiy polimer - formulasi va qo'llanilishi

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Hozirgi kundagi qurilish materiallari, dori-darmonlar, gazlamalar, uy-roʻzgʻor buyumlari, qadoqlash va sarf materiallarining aksariyati polimerlardir. Bu xarakterli farqlovchi xususiyatlarga ega bo'lgan birikmalarning butun guruhidir. Ularning ko'pi bor, ammo shunga qaramay, polimerlar soni o'sishda davom etmoqda. Axir, sintetik kimyogarlar har yili ko'proq va ko'proq yangi moddalarni kashf etadilar. Shu bilan birga, har doim alohida ahamiyatga ega bo'lgan tabiiy polimer edi. Bu ajoyib molekulalar nima? Ularning xususiyatlari va xususiyatlari qanday? Bu savollarga maqola davomida javob beramiz.

Polimerlar: umumiy xarakteristikalar

Kimyo nuqtai nazaridan polimer juda katta molekulyar og'irlikka ega bo'lgan molekula hisoblanadi: bir necha mingdan millionlab birlikgacha. Biroq, bu xususiyatga qo'shimcha ravishda, moddalarni tabiiy va sintetik polimerlar sifatida aniq tasniflash mumkin bo'lgan yana bir qancha xususiyatlar mavjud. Bu:

• turli oʻzaro taʼsirlar orqali bogʻlangan doimiy takrorlanuvchi monomerik birliklar;
• polimeraza darajasi (ya'ni monomerlar soni) juda katta bo'lishi kerak.yuqori, aks holda birikma oligomer hisoblanadi;
• makromolekulaning ma'lum fazoviy orientatsiyasi;
• bu guruhga xos boʻlgan muhim fizik va kimyoviy xususiyatlar toʻplami.

Umuman olganda, polimer tabiatli moddani boshqalardan ajratish juda oson. Buni tushunish uchun faqat uning formulasiga qarash kerak. Oddiy misol - kundalik hayotda va sanoatda keng qo'llaniladigan taniqli polietilen. Bu to'yinmagan uglevodorod eten yoki etilen kirib boradigan polimerizatsiya reaktsiyasi mahsulotidir. Reaksiya umumiy shaklda quyidagicha yoziladi:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , bu erda n - molekulalarning polimerlanish darajasi, uning tarkibiga nechta monomer birlik kiritilganligini ko'rsatadi.

Bundan tashqari, misol sifatida hammaga yaxshi ma'lum bo'lgan tabiiy polimerni keltirish mumkin, bu kraxmal. Bundan tashqari, amilopektin, tsellyuloza, tovuq oqsili va boshqa ko'plab moddalar ushbu birikmalar guruhiga tegishli.

Makromolekulalar hosil qiladigan reaksiyalar ikki xil:

• polimerizatsiya;
• polikondensatsiya.

Farqi shundaki, ikkinchi holatda oʻzaro taʼsir mahsulotlari past molekulyar ogʻirlikda boʻladi. Polimerning tuzilishi har xil bo'lishi mumkin, bu uni hosil qiluvchi atomlarga bog'liq. Chiziqli shakllar tez-tez uchraydi, lekin juda murakkab bo'lgan uch o'lchovli to'rlar ham mavjud.

Agar monomer birliklarini birga ushlab turuvchi kuchlar va oʻzaro taʼsirlar haqida gapiradigan boʻlsak, unda bir nechta asosiylarini aniqlashimiz mumkin:

• Van Der Vaalskuch;
• kimyoviy aloqalar (kovalent, ion);
• elektrostatik shovqin.

Barcha polimerlarni bir toifaga birlashtirib bo’lmaydi, chunki ular butunlay boshqacha tabiatga, hosil bo’lish usuliga ega va turli funktsiyalarni bajaradi. Ularning xususiyatlari ham farq qiladi. Shu sababli, ushbu moddalar guruhining barcha vakillarini turli toifalarga bo'lish imkonini beruvchi tasnif mavjud. U bir nechta belgilarga asoslanishi mumkin.

Polimerlarning tasnifi

Agar biz molekulalarning sifat tarkibini asos qilib oladigan bo'lsak, unda ko'rib chiqilayotgan barcha moddalarni uch guruhga bo'lish mumkin.

1. Organik - bular uglerod, vodorod, oltingugurt, kislorod, fosfor, azot atomlarini o'z ichiga oladi. Ya'ni, biogen bo'lgan elementlar. Ko'plab misollar mavjud: polietilen, polivinilxlorid, polipropilen, viskoza, neylon, tabiiy polimer - oqsil, nuklein kislotalar va boshqalar.
2. Elementalorganik - ba'zi begona noorganik va biogen bo'lmagan elementlarni o'z ichiga olganlar. Ko'pincha bu silikon, alyuminiy yoki titandir. Bunday makromolekulalarga misollar: organik shisha, shisha polimerlar, kompozit materiallar.
3. Noorganik - zanjir uglerodga emas, balki kremniy atomlariga asoslangan. Radikallar yon shoxlarning bir qismi ham bo'lishi mumkin. Ular yaqinda, 20-asrning o'rtalarida kashf etilgan. Tibbiyot, qurilish, muhandislik va boshqa sohalarda qo'llaniladi. Misollar: silikon, kinobar.

Agar siz polimerlarni kelib chiqishi boʻyicha ajratsangiz, mumkinularning uchta guruhini tanlang.

1. Tabiiy polimerlar, ulardan foydalanish qadim zamonlardan beri keng tarqalgan. Bu shunday makromolekulalar bo'lib, ularni yaratish uchun odam hech qanday kuch sarflamagan. Ular tabiatning o'zi reaktsiyalarining mahsulidir. Misollar: ipak, jun, oqsil, nuklein kislotalar, kraxmal, tsellyuloza, teri, paxta va boshqalar.
2. Sun'iy. Bu inson tomonidan yaratilgan, ammo tabiiy analoglarga asoslangan makromolekulalardir. Ya'ni, allaqachon mavjud bo'lgan tabiiy polimerning xususiyatlari shunchaki yaxshilanadi va o'zgartiriladi. Misollar: sun'iy kauchuk, kauchuk.
3. Sintetik - bu polimerlar bo'lib, ularni yaratishda faqat odam ishtirok etadi. Ular uchun tabiiy analoglar yo'q. Olimlar texnik xususiyatlarni yaxshilagan yangi materiallarni sintez qilish usullarini ishlab chiqmoqdalar. Har xil turdagi sintetik polimer birikmalari shunday tug'iladi. Misollar: polietilen, polipropilen, viskoza, asetat tolasi va boshqalar.

Ko'rib chiqilayotgan moddalarning guruhlarga bo'linishi asosida yana bir xususiyat mavjud. Bular reaktivlik va termal barqarorlikdir. Ushbu parametr uchun ikkita toifa mavjud:

• termoplastik;
• termoset.

Eng qadimiy, muhim va ayniqsa qimmatlisi hali ham tabiiy polimerdir. Uning xususiyatlari o'ziga xosdir. Shuning uchun biz makromolekulalarning ushbu alohida toifasini batafsil ko'rib chiqamiz.

Qaysi modda tabiiy polimer hisoblanadi?

Bu savolga javob berish uchun avvalo atrofimizga nazar tashlaylik. Bizni nima o'rab oladi?Atrofimizda oziqlanadigan, nafas oladigan, ko'payadigan, gullaydigan va meva va urug'larni ishlab chiqaradigan tirik organizmlar. Va ular molekulyar nuqtai nazardan nimani anglatadi? Bular quyidagi kabi ulanishlar:

• oqsillar;
• nuklein kislotalar;
• polisaxaridlar.

Demak, bu birikmalarning har biri tabiiy polimerdir. Shunday qilib, ma'lum bo'lishicha, atrofimizdagi hayot faqat shu molekulalarning mavjudligi tufayli mavjud. Qadim zamonlardan beri odamlar uyni mustahkamlash va yaratish uchun loydan, qurilish aralashmalari va ohaklardan foydalanganlar, jundan ip to'qishgan, kiyim-kechak yaratish uchun paxta, ipak, jun va hayvon terisidan foydalanganlar. Tabiiy organik polimerlar insonga uning shakllanishi va rivojlanishining barcha bosqichlarida hamroh bo'lgan va ko'p jihatdan unga bugungi kundagi natijalarga erishishda yordam bergan.

Tabiatning o'zi odamlar hayotini imkon qadar qulay qilish uchun hamma narsani berdi. Vaqt o'tishi bilan kauchuk kashf qilindi, uning ajoyib xususiyatlari aniqlandi. Inson kraxmalni oziq-ovqat maqsadlarida, tsellyulozadan esa texnik maqsadlarda foydalanishni o'rgandi. Kofur ham qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan tabiiy polimerdir. Qatronlar, oqsillar, nuklein kislotalar ko'rib chiqilayotgan birikmalarga misoldir.

Tabiiy polimerlarning tuzilishi

Bu sinfdagi moddalarning hamma vakillari ham bir xil tuzilishga ega emas. Shunday qilib, tabiiy va sintetik polimerlar sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Ularning molekulalari energiya nuqtai nazaridan mavjud bo'lish eng foydali va qulay bo'lgan tarzda yo'n altirilgan. Shu bilan birga, ko'plab tabiiy turlar shishib ketishga qodir va ularning tuzilishi jarayonda o'zgaradi. Zanjir tuzilishining bir nechta eng keng tarqalgan variantlari mavjud:

• chiziqli;
• tarmoqli;
• yulduzsimon;
• tekis;
• mesh;
• lenta;
• taroqsimon.

Makromolekulalarning sun'iy va sintetik vakillari juda katta massaga, juda ko'p atomlarga ega. Ular maxsus belgilangan xususiyatlar bilan yaratilgan. Shuning uchun ularning tuzilishi dastlab inson tomonidan rejalashtirilgan. Tabiiy polimerlar ko'pincha chiziqli yoki to'rsimon tuzilishga ega.

Tabiiy makromolekulalarga misollar

Tabiiy va sun'iy polimerlar bir-biriga juda yaqin. Axir, birinchisi ikkinchisini yaratish uchun asos bo'ladi. Bunday o'zgarishlarga ko'plab misollar mavjud. Mana ulardan ba'zilari.

1. Oddiy sutli-oq plastmassa - tsellyulozani nitrat kislota bilan tabiiy kofur qo'shilishi bilan ishlov berish natijasida olingan mahsulot. Polimerizatsiya reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan polimer qotib qoladi va kerakli mahsulotga aylanadi. Plastifikator - kofur esa qizdirilganda yumshab, shaklini o'zgartirishga qodir.
2. Asetat ipak, mis-ammiak tolasi, viskoza - bularning barchasi tsellyulozadan olinadigan iplar, tolalarga misoldir. Tabiiy paxta va zig'irdan tayyorlangan matolar unchalik bardoshli emas, porloq emas, osongina ajinlanadi. Ammo ularning sun'iy analoglari bu kamchiliklardan mahrum, bu ulardan foydalanishni juda jozibali qiladi.
3. Sun'iy toshlar, qurilish materiallari, aralashmalar, teri o'rnini bosuvchi moddalarTabiiy xomashyodan olingan polimerlar misollarini ham koʻring.

Tabiiy polimer bo'lgan moddadan haqiqiy shaklda ham foydalanish mumkin. Bunday misollar ham ko'p:

• rozin;
• amber;
• kraxmal;
• amilopektin;
• tsellyuloza;
• moʻyna;
• jun;
• paxta;
• ipak;
• sement;
• gil;
• ohak;
• oqsillar;
• nuklein kislotalar va boshqalar.

Shubhasiz, biz ko'rib chiqayotgan birikmalar sinfi juda ko'p, amaliy jihatdan muhim va odamlar uchun ahamiyatli. Keling, hozirgi vaqtda talab katta bo'lgan tabiiy polimerlarning bir nechta vakillarini batafsil ko'rib chiqaylik.

Ipak va jun

Tabiiy ipak polimerining formulasi murakkab, chunki uning kimyoviy tarkibi quyidagi komponentlar bilan ifodalanadi:

• fibroin;
• sericin;
• mumlar;
• yogʻlar.

Asosiy oqsilning oʻzi fibroin tarkibida bir necha turdagi aminokislotalar mavjud. Agar siz uning polipeptid zanjirini tasavvur qilsangiz, u quyidagicha ko'rinadi: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Va bu faqat bir qismi. Agar bu strukturaga van der Vaals kuchlari yordamida bir xil darajada murakkab seritsin oqsili molekulasi biriktirilib, ular birgalikda mum va yog‘lar bilan bir konformatsiyaga aralashib ketganini tasavvur qilsak, formulani tasvirlash nega qiyinligi aniq bo‘ladi. tabiiy ipakdan.

Bugun uchunBugungi kunda ushbu mahsulotning katta qismi Xitoy tomonidan etkazib beriladi, chunki uning ochiq joylarida asosiy ishlab chiqaruvchi - ipak qurti uchun tabiiy yashash joyi mavjud. Ilgari, eng qadimgi davrlardan boshlab, tabiiy ipak juda qadrlangan. Undan faqat olijanob, boy odamlargina kiyim-kechak sotib olishlari mumkin edi. Bugungi kunda ushbu matoning ko'plab xususiyatlari ko'p narsalarni orzu qiladi. Masalan, u juda magnitlangan va ajinlangan, bundan tashqari, u yorqinligini yo'qotadi va quyosh ta'siridan so'nib ketadi. Shuning uchun unga asoslangan sun'iy hosilalar ko'proq qo'llaniladi.

Jun ham tabiiy polimerdir, chunki u hayvonlar terisi va yog 'bezlarining chiqindi mahsulotidir. Ushbu protein mahsuloti asosida ipak kabi qimmatbaho material bo'lgan trikotaj buyumlar ishlab chiqariladi.

Kraxmal

Tabiiy polimer kraxmal o'simliklarning chiqindi mahsulotidir. Ular uni fotosintez jarayoni natijasida hosil qiladi va tananing turli qismlarida to'planadi. Uning kimyoviy tarkibi:

• amilopektin;
• amiloza;
• alfa-glyukoza.

Kraxmalning fazoviy tuzilishi juda shoxlangan, tartibsiz. Tarkibga kiritilgan amilopektin tufayli u suvda shishib, pasta deb ataladigan narsaga aylanadi. Ushbu kolloid eritma mashinasozlik va sanoatda qo'llaniladi. Tibbiyot, oziq-ovqat sanoati, devor qog'ozi yopishtiruvchi moddalar ishlab chiqarish ham ushbu moddadan foydalanish sohalari hisoblanadi.

Tarkibida maksimal miqdorda kraxmal boʻlgan oʻsimliklar orasida biz quyidagilarni ajratib koʻrsatishimiz mumkin:

• makkajo'xori;
• kartoshka;
• guruch;
• bug'doy;
• manyok;
• yulaf;
• grechka;
• banan;
• sorghum.

Ushbu biopolimer asosida non pishiriladi, makaron tayyorlanadi, kissellar, yormalar va boshqa oziq-ovqat mahsulotlari pishiriladi.

Pulpa

Kimyo nuqtai nazaridan bu modda polimer boʻlib, uning tarkibi (C₆H_{5 formulasi bilan ifodalanadi. O} 5_{) . Zanjirdagi monomerik bo'g'in beta-glyukoza hisoblanadi. Tsellyuloza tarkibining asosiy joylari o'simliklarning hujayra devorlari hisoblanadi. Shuning uchun yog'och bu birikmaning qimmatli manbai hisoblanadi.}

Tsellyuloza chiziqli fazoviy tuzilishga ega tabiiy polimerdir. U quyidagi turdagi mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi:

• tsellyuloza va qog'oz mahsulotlari;
• suni mo'yna;
• har xil turdagi sun'iy tolalar;
• paxta;
• plastmassalar;
• tutunsiz kukun;
• plyonkalar va boshqalar.

Shubhasiz, uning sanoat ahamiyati katta. Berilgan birikma ishlab chiqarishda qo'llanilishi uchun uni birinchi navbatda o'simliklardan ajratib olish kerak. Bu maxsus qurilmalarda yog'ochni uzoq vaqt pishirish orqali amalga oshiriladi. Keyinchalik qayta ishlash, shuningdek, hazm qilish uchun ishlatiladigan reagentlar farq qiladi. Bir necha usullar mavjud:

• sulfit;
• nitrat;
• natriy;
• sulfat.

Ushbu muolajadan keyin ham mahsulot tarkibiga kiradiaralashmalar. U lignin va gemitsellyulozaga asoslangan. Ulardan qutulish uchun massa xlor yoki gidroksidi bilan ishlov beriladi.

Inson organizmida bu murakkab biopolimerni parchalay oladigan bunday biologik katalizatorlar mavjud emas. Biroq, ba'zi hayvonlar (o'txo'rlar) bunga moslashgan. Ularning oshqozonida ular uchun buni qiladigan ma'lum bakteriyalar mavjud. Buning evaziga mikroorganizmlar hayot va yashash uchun energiya oladi. Simbiozning bu shakli ikkala tomon uchun ham juda foydali.

Kauchuk

Bu qimmatli iqtisodiy ahamiyatga ega tabiiy polimer. Buni birinchi marta sayohatlaridan birida kashf etgan Robert Kuk tasvirlab bergan. Bu shunday bo'ldi. O'ziga noma'lum mahalliy aholi yashaydigan orolga qo'nib, ular uni mehmondo'stlik bilan kutib olishdi. Uning e'tiborini g'ayrioddiy narsa bilan o'ynayotgan mahalliy bolalar jalb qildi. Bu sharsimon tana poldan tepildi va yuqoriga sakradi, keyin qaytib keldi.

Mahalliy aholidan bu oʻyinchoq nimadan yasalgani haqida soʻragan Kuk daraxtlardan biri boʻlmish geveya sharbati shu tarzda qotib qolishini bildi. Ko'p o'tmay, bu kauchuk biopolimer ekanligi ma'lum bo'ldi.

Ushbu birikmaning kimyoviy tabiati ma'lum - bu tabiiy polimerizatsiyaga uchragan izopren. Kauchuk formulasi (S₅N₈) . Uni juda yuqori baholagan xususiyatlari quyidagilardir:

• elastiklik;
• aşınmaya bardoshli;
• elektr izolyatsiyasi;
• suvga chidamli.

Biroq, kamchiliklar ham bor. Sovuqda u mo'rt va mo'rt bo'lib, issiqda esa yopishqoq va yopishqoq bo'ladi. Shuning uchun sun'iy yoki sintetik asosning analoglarini sintez qilish zarurati tug'ildi. Bugungi kunda kauchuklar texnik va sanoat maqsadlarida keng qo'llaniladi. Ularga asoslangan eng muhim mahsulotlar:

• kauchuklar;
• ebonitlar.

Amber

Bu tabiiy polimer, chunki uning tuzilishida u qatron, uning fotoalbom shaklidir. Fazoviy struktura ramka amorf polimerdir. U juda tez alangalanadi va gugurt alangasi bilan alangalanishi mumkin. U luminesans xususiyatiga ega. Bu zargarlik buyumlarida ishlatiladigan juda muhim va qimmatli sifatdir. Amberga asoslangan zargarlik buyumlari juda chiroyli va talabga ega.

Bundan tashqari, bu biopolimer tibbiy maqsadlarda ham qo'llaniladi. Bundan tashqari, turli sirtlar uchun zımpara, lak qoplamalar tayyorlash uchun ishlatiladi.