Зачем нужны полимеры: Полимеры: что это, применение, свойства, перспективы

Полимеры: что это, применение, свойства, перспективы

Жизнь сейчас трудно представить без полимеров. Из них созданы гаджеты, одежда, запчасти и даже контактные линзы. Да и сама молекула ДНК — тоже полимер. РБК Тренды выяснили, какими бывают полимеры и как их получают

Что такое полимеры

У слова «полимер» греческое происхождение: pollá (многие) и méros (часть). Полимеры — это вещества, которые состоят из множества мономеров (структурные звенья). По строению полимеры бывают линейными, разветвленными или сетевыми. Количество мономерных звеньев и молекулярная масса каждого из них влияют на свойства будущего материала.

Название синтетических полимеров, используемых в статье:

• Полиэтилен — термопластичный полимер этилена.
• Полиуретан — сырьем для этого полимера служит полиол. Его получают из сырой нефти.
• Полиамид — получается в результате химической переработки угля, газа и нефти.
• Поливинилхлорид (ПВХ) — синтетический термопластик, который состоит из хлора и этилена.
• Бакелит — продукт реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах.
• Полистирол — материал, который получают в результате полимеризации стирола.
• Полиметилметакрилат (оргстекло) — полимер, который пропускает свет, и внешне похож на стекло.
• Полиэфирное волокно — используется в качестве наполнителя в игрушках, одеялах, подушках, мебели.
• Полипропилен — твердое вещество, которое получается в результате полимеризации пропилена (бесцветный газ).
• Полиамиды — в эту группу пластмасс входят найлон, капрон, анид.
• Тефлон — полимер, который содержит углерод и фтор (политетрафторэтилен).
• Полимерные композиты — изготавливаются из двух и более компонентов. В качестве основного (матрицы) выступает полимер.
• Полиакриламид (ПАА) — полимер белого цвета без запаха. Растворяется в воде, в ледяной уксусной и молочной кислотах и глицерине, но не растворяется в этаноле, метаноле и ацетоне.

Применение полимеров

Полимеры в нефтегазовой промышленности

Нефть и газ — это не просто источник топлива для большинства видов транспорта, но и сырье для химического производства. Именно из нефтепродуктов создают большинство видов полимеров.

Также полученные полимеры используются и в самом процессе добычи. Так, для увеличения производительности и очистки трубопроводов используют полиакриламид (ПАА) и его производные. Этот технический водорастворимый полимер помогает увеличивать максимальную пропускную способность нефтепровода и улучшает качество перекачиваемой нефти. Его же используют при ремонтных работах в скважинах.

В медицине

Медицинская сфера уже давно и активно использует изделия из полимеров. Среди них: штифты, одноразовые шприцы, инструменты для хирургии, контейнеры для плазмы и крови, контактные линзы, лабораторная посуда, хирургические нити, бахилы, протезы, искусственные органы и даже полимерные наногели для доставки лекарств.

Изучение возможностей полимеров на этом не останавливается. Так, студенты и профессоры Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в 2017 году решили усовершенствовать полиэтилен, чтобы использовать его в качестве замены костей, суставов и мышц. По мнению ученых, если доработать идею, то срок годности импланта из этого материала составит не менее 15 лет.

В автомобилестроении

Предприятия автомобильной промышленности используют не менее 100 видов полимерных материалов при производстве транспортных средств. Так, колпаки колес, приборные панели и некоторые части двигателя сделаны из полипропилена. Сиденья выполнены из полиуретана, коврики — из полиэтилена. В рычагах включения привода, шестернях, бензобаке, аккумуляторе, корпусах предохранителей есть полиамид. Проводку делают из поливинилхлорида (ПВХ). Этот термопластичный полимер винилхлорида знаком жителям всего мира. Из него обычно изготавливаются линолеум и натяжные потолки.

В строительстве

Не отстает от других и строительная сфера. Из полимеров создают электротехнические конструкции, кабели, провода, трубы, изоляционные эмали, лаки, пленки, сетки, ограждения и защитные покрытия. Более того, полимеры добавляются в состав железобетона и бетона. Это позволяет улучшить качество строительных материалов.

В пищевой промышленности

Полимеры в пищевой промышленности обязаны соответствовать определенным санитарно-гигиеническим требованиям. Они не должны влиять на органолептические свойства продуктов (вкус, цвет, запах), а также содержать токсичные компоненты. Полимеры используются не только в производстве оборудования для пищевой промышленности, но и в упаковочных материалах.

• Оборудование. К примеру, в консервной и молочной промышленности звенья транспортерных лент изготовлены из полиамидов или полиэтилена высокой плотности. А для того, чтобы сырье и полуфабрикаты не прилипали к поверхности оборудования, на металлические конструкции наносят специальные полимерные покрытия.
• Полимерная упаковка. Она позволяет сохранять миллионы тонн сельскохозяйственной продукции и продовольствия в магазинах. Так, одноразовые многослойные пленки сохраняют продукты на 20% дольше без добавления консервантов.

Свойства полимеров

1. Ударопрочность. По способности выдерживать механическую нагрузку полимеры ничем не уступают некоторым металлам. Поэтому полимеры используют при создании автомобильных бамперов, защитных чехлов и не только.
2. Пластичность и эластичность. Таким свойством обладают, например, природные и синтетические каучуки. Именно поэтому их используют при создании автомобильных шин, шланги, оболочки проводов и кабелей, подошвы для обуви, воздушные шарики и не только.
3. Отражательная способность. Благодаря этому свойству из полимеров создают специальные светоотражающие пленки. Обычно их используют для индикации предметов в темное время суток. К примеру, светоотражающие материалы применяют при организации дорожного движения, создании билбордов и баннеров.
4. Электроизоляция. Полимеры — диэлектрики (не пропускают через себя электрический ток). Их можно использовать не только в качестве изоляционных материалов в электрооборудовании, но и при изготовлении рукояток инструмента для работы с токопроводящими деталями.

Природные и синтетические полимеры

Природные

Природные полимеры встречаются повсюду. Они представляют собой макромолекулы, созданные самой природой без участия человека. Приведем ряд примеров.

• Полисахариды. В эту большую группу природных полимеров относят крахмал и целлюлозу. Они отличаются друг от друга своими свойствами. Так, крахмал легко растворяется в воде и его можно употреблять в пищу. Целлюлоза не растворяется в воде. Ее обычно используют при производстве бумаги и волокон для ткани.
• Белки (протеины) — природный полимер, который состоит из аминокислот. Именно белок отвечает за рост, строение и развитие живого организма.
• Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК) содержат всю информацию о человека: от болезней до талантов.
• Природный каучук. Это пластичный и вязкий полимер, который содержится в соке каучуконосных растений.

Синтетические

До XIX века промышленности хватало природных полимеров. Но со временем из-за нехватки ресурсов появилась потребность и в других материалах. Так, в 1909 году американский химик Лео Бакеланд пытался найти замену природному шеллаку (смола). Но в итоге опыты помогли ему создать материал под названием бакелит. Он получился в результате реакции фенола и формальдегида под давлением при высоких температурах. Именно с этого открытия началась эра синтетических материалов. В химических лабораториях началась разработка новых видов полимеров.

Обложка TIME за 22 сентября 1924 года с фотографией Бакеланда

(Фото: wikipedia.org)

• Перед Второй мировой войной в нескольких странах (Англия, Германия и США) стартовало производство синтетического каучука. В тоже время началась разработка полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата.
• В 1950-е годы ученые создали полиэфирное волокно и началось производство тканей на его основе. Тогда же появились полипропилен и полиэтилен низкого давления. Затем в массовое производство запустили полиуретаны.
• В 1960–1970-х годах удалось синтезировать полиамиды.

Как получают полимеры

Полимеры получают двумя способами: полимеризация и поликонденсация. У каждого свои особенности. Полимеризация — это процесс, при котором мономеры объединяются в цепи и удерживаются химическими связями. Полимеризацией получают полистирол, хлоропреновый и бутадиеновый каучуки, тефлон, полипропилен, полиэтилен.

«Полимеры получают реакцией соединения мономеров. Если говорить простым языком, то это бусы, где бусины — это мономеры. При получении полимеров не меняется состав. То есть какие атомы были в веществе, такие и остаются. Меняется только их количество. И в зависимости от количества мономеров меняются их свойства», — объяснила РБК Трендам начальник лаборатории наливной станции «Нагорная» АО «Транснефть — Верхняя Волга» Алина Мусина.

При поликонденсации помимо полимера образуется еще и низкомолекулярное вещество (вода, спирт, хлороводород). В процессе поликонденсации образуются лавсан, полипептиды, фенолформальдегидные смолы. А вот капрон, например, можно получить сразу двумя способами.

Полимеры и пластмассы: в чем разница

Зачастую слово «полимер» используют как синоним понятию «пластмасса». Но это не так. Пластмасса — это лишь один из видов полимеров. Многие виды пластмасс синтезируют из нефти или углеводородного масла. В мире ежегодно производится более 380 млн т пластика. А в Мировой океан каждый год попадает около 8 млн т предметов из этого материала: бутылки, пакеты, рыболовные сети.

По мнению экологов, именно процесс производства пластмасс создал глобальный кризис отходов. Опасения защитников окружающей среды вызывает не только объем выбросов, но и сам процесс создания таких материалов.

По данным Greenpeace, при добыче нефти и газа в воздух и воду попадает масса токсичных веществ. Более 170 химикатов, которые используют при добыче сырья для пластмасс, вызывают множество болезней: от онкологии до ослабления иммунной системы.

Будущее полимеров

В будущем мир не сможет уйти от полимеров, уверены эксперты. С каждым годом они будут приобретать новые формы. На первый план уже сейчас начинают выходить «зеленые» полимеры. Речь идет о композитах, которые объединяют в себе сильные стороны природных и синтетических полимеров.

«Нужно понимать, что полимеры — это не только что-то твердое. Они могут быть жидкими, прозрачными, цветными, более гибкими, менее гибкими, пластичными. Это и объясняет их широкое применение во всех сферах нашей жизни», — добавила Алина Мусина.

Тем временем ученые и производители продолжают искать способы снизить экологический след от некоторых видов полимеров. Одни компании уменьшают количество первичного пластика и делают ставку на вторичную переработку, а другие разрабатывают альтернативные варианты.

Так, английская компания Polythene UK представила несколько видов упаковок на растительной основе. Сейчас предприятие производит компостируемый полиэтилен на основе крахмала. Упаковку из такого материала не нужно перерабатывать — процесс разложения займет не более трех лет. Со временем они распадаются на природные элементы: биомассу, воду, углекислый газ, метан. Еще одна альтернатива — полиэтилен из отходов сахарного тростника. Его можно использовать для крышек поддонов.

Полимеры — свойства и применение

Полимеры — это высокомолекулярные вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Свойства полимеров во многом обусловлены не только молекулярной массой, но и химическим составом звеньев, пространственной конфигурацией молекул, степенью разветвленности молекул, типом связей между молекулами, способом производства полимера. В зависимости от всех этих параметров свойства полимеров могут различаться очень сильно.

Практически все полимеры являются хорошими диэлектриками, обладают низкой теплопроводностью, высокой механической прочностью. Стеклообразные полимеры бьются без острых осколков. Линейные полимеры обладают способностью к обратимым деформациям; поддаются ориентации макромолекул под влиянием механических нагрузок (на этом свойстве основано производство пленок и волокон). Важным качеством полимеров является резкое изменение характеристик при введении небольших количеств примесей.

Полимеры существуют в различных агрегатных состояниях: в виде тягучей жидкости (смазки, клеи, лаки и краски, герметики), в виде эластичных материалов (резины, силикон, эластомеры, поролон) и в виде твердых пластмасс (полиэтилен, полипропилен, поликарбонат и т. д.).

Полимеры в качестве химических веществ могут:
— образовывать новые химические связи между молекулами;
— образовывать новые связи между отдельными звеньями молекулы;
— присоединять боковые звенья к основной цепочке молекул;
— распадаться на отдельные мономеры.

Образование полимеров

Искусственные полимеры получают в результате трех типов реакций: полимеризации, поликонденсации, химических реакций. Полимеризацией называется процесс присоединения повторяющихся цепочек молекул (звеньев) к активному центру роста макромолекулы. Механизм полимеризации состоит из таких этапов, как:
— образование центров полимеризации;
— рост молекул путем последовательного присоединения новых звеньев;
— перенос центров полимеризации на другие молекулы, которые начинают активно расти;
— разветвление молекул;
— прекращение процесса роста молекул.

Для того чтобы вызвать полимеризацию в исходном низкомолекулярном сырье, используют различные способы воздействия: высокое давление, высокие температуры, воздействие светом или облучением, катализатором. В результате полимеризации химический состав сырья и готового продукта остается одним и тем же, но меняется структура вещества.

Поликонденсацией называется процесс изготовления полимеров из многофункциональных соединений методом перегруппировки атомов и отделения побочных продуктов (воды, низкомолекулярных соединений). Способом поликонденсации, например, производят поликарбонаты, полиуретаны, фенолальдегидные смолы.

Применение

Современная экономика просто немыслима без различных полимеров. Да мы и сами состоим из природных полимеров: белков, нуклеинов, полисахаридов.

Производство полимеров в промышленных масштабах началось в начале 20-го века. Практически одновременно промышленность начала производить искусственные полимеры методом переработки целлюлозы и синтетические полимеры методом переработки низкомолекулярного сырья (фенола, формальдегида, стирола, винилхлорида, акрила). На основе эфиров целлюлозы изготавливали, в частности, целлулоид, пленки, лакокрасочные материалы. Например, развитие кинематографа напрямую связано с появлением нитроцеллюлозных прозрачных пленок. Из синтетических полимеров перед Второй мировой войной особо важным было получение искусственного каучука, оргстекла, фенолформальдегидных смол.

В настоящее время полимеры используются практически во всех областях производства. Из них делают игрушки и строительные материалы, имплантаты, ткани, лекарственные средства, смазку для станков, защитные маски и очки, оптические стекла, навесы и окна, мебельные ткани и наполнители, кожезаменители и обработанные натуральные кожи, резины, упаковочные материалы, рекламную продукцию, корпуса приборов, ткани и волокна искусственные и синтетические, пленки различного назначения, конструкционные материалы, материалы для электротехнической и радиотехнической индустрии, украшения, ионообменные и эпоксидные смолы, пластики с экстремальными свойствами (жаростойкие и морозоустойчивые, повышенной твердости, пожаробезорасные  ит.д.). Полимеры служат основой для производства композиционных материалов.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» широко представлена продукция из полимеров — это и пластиковая лабораторная посуда, и средства защиты, и различные лабораторные принадлежности. Также у нас можно купить и некоторые вещества, являющиеся полимерами — целлюлозу, крахмал, полиэтиленгликоль и другие, по выгодным ценам и с доставкой.

Чем полезны полимеры и где они используются?

Полимеры представляют собой класс природных и синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, известных как макромолекулы, которые являются кратными более простым молекулам, называемым мономерами. Полимеры составляют многие природные вещества, такие как белки и целлюлоза. Не говоря уже о многих искусственных материалах, таких как бумага, пластик и резина. В этой статье мы объясним, почему полимеры так полезны, и рассмотрим лишь некоторые из их многочисленных применений.

Перестань делать то, что ты делаешь. Осмотреться. Вы видите какие-нибудь полимеры? Посмотрите немного сложнее. Они есть, поверьте нам! На самом деле они повсюду, от резиновых шин вашего автомобиля до полиэстера, вплетенного в вашу одежду. Ваши волосы, ваши ногти, даже ваша ДНК; все они состоят из полимеров. Как видите, существует бесчисленное множество естественных и искусственных применений полимеров. Но почему? Почему они так полезны и вездесущи? Давай выясним.

Что такое полимер?

Термин «полимер» происходит от греческого слова «много частей» (poly = много + mer = части). Эти многочисленные части лучше всего описать как цепь химически связанных мономерных звеньев. Эту цепочку часто называют «основой». Сложные подвесные группы могут либо висеть по отдельности на цепи, либо соединяться с другой (что-то вроде ступеней лестницы). Мы называем их «сшивками», а сшивание — это то, как мы улучшаем физические свойства материала.

Чем полезны полимеры?

В органическом смысле полимеры участвуют во многих важных биологических процессах и являются важными конструкционными материалами. Например, белки представляют собой полимеры 20 различных типов аминокислот и необходимы для роста клеток и тканей, а нуклеиновые кислоты (полимеры сложных молекул, называемых «нуклеотидами») несут генетическую информацию внутри наших клеток. Между тем, твердые части растений также состоят из полимеров, таких как целлюлоза и смолы.

Для химиков и производителей, таких как мы, почти безграничные возможности, возникающие благодаря способности полимеризовать материалы, делают полимеры такими полезными для промышленности и торговли. Можно синтезировать полимеры, демонстрирующие различные уровни твердости, гибкости и биоразлагаемости, и это лишь некоторые из них. Полимеры помогают нам экономить энергию, создавая более легкие транспортные средства и утепляя здания; упаковка расходных материалов; сократить использование земли и удобрений благодаря синтетическим волокнам; консервировать другие материалы с помощью покрытий; и спасать жизни с помощью бесчисленных медицинских приложений.

Типичные области применения полимеров

Как мы упоминали в самом начале этой статьи, полимеры можно найти повсюду, особенно синтетические полимеры. Везде, где есть потребность в недорогих, коррозионно-стойких, тепло- или электроизоляционных материалах низкой плотности, скорее всего, будут задействованы полимеры. Вот список типичных (но далеко не исчерпывающих) применений полимеров:

• Уплотнения (уплотнительные кольца, прокладки)
• Одежда, спортивная одежда и аксессуары
• Упаковка и контейнеры
• Электрическая и теплоизоляция
• Строительство и структурные применения
• Краски, клеи и смазочные материалы
• Автозапчасти (шины, бампера, приборные панели)
• Предметы домашнего обихода (посуда, игрушки)
• Медицинские изделия (шприцы, резиновые перчатки)
• Гигиена и здравоохранение (зубные щетки, шампунь)

3 основных полимера, которые использует TRP

Бутил

Бутил обеспечивает исключительную устойчивость к теплу, химическим веществам, старению, атмосферным воздействиям, озону, истиранию, изгибу и разрыву. Бутил используется в самых разных областях, включая амортизаторы, внутренние трубки, пробки для стеклянных бутылок, герметики и клеи, уплотнительные кольца, вкладыши для прудов, вкладыши для резервуаров, строительные герметики, шланги и амортизацию.

Нитрил

Нитрильный каучук (нитрил-бутадиеновый каучук, NBR или Buna-N) представляет собой синтетический каучук, обладающий исключительной устойчивостью к различным маслам, неполярным растворителям и кислотам. Нитрил идеально подходит для применений, требующих сцепления с металлом и сопротивления истиранию, и обычно используется в прокладках, уплотнениях, уплотнительных кольцах, диафрагмах топливных насосов и трубах, среди прочего.

Перфторэластомеры (FFKM)

Перфторэластомеры (FFKM) были разработаны в 1960-х годах для удовлетворения потребности в более химически стойких полимерах, способных выдерживать более высокие температуры. Наш TRPlast FFKM доступен в виде уплотнительных колец размера международного стандарта и изготовленных по индивидуальному заказу компонентов для использования в самых сложных условиях эксплуатации.

Свяжитесь с TRP Polymer Solutions

Сделайте TRP Polymer Solutions вашим любимым производителем формованной резины. Чтобы узнать больше о наших высококачественных полимерных продуктах и ​​производственных процессах или более подробно обсудить ваши требования, свяжитесь с TRP Polymer Solutions по телефону +44 (0) 1432 268899 или по электронной почте [email protected].

Полимер | Описание, примеры, типы, материал, использование и факты

химическая структура поливинилхлорида (ПВХ)

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Карл Циглер
Дж. Фрейзер Стоддарт
Герман Фрэнсис Марк
Карл Шипп Марвел
Вернер Кун

Похожие темы:

белок
основные промышленные полимеры
нуклеиновая кислота
резина
эластомер

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое полимер?

Полимер представляет собой любое из класса природных или синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, называемых макромолекулами, которые являются кратными более простым химическим единицам, называемым мономерами. Полимеры составляют многие материалы в живых организмах и являются основой многих минералов и искусственных материалов.

Почему важны органические полимеры?

Органические полимеры играют решающую роль в жизни живых существ, обеспечивая основные структурные материалы и участвуя в жизненно важных процессах. Например, твердые части всех растений состоят из полимеров. К ним относятся целлюлоза, лигнин и различные смолы.

Какие примеры природных полимеров?

К природным полимерам относятся белки, представляющие собой полимеры аминокислот, и нуклеиновые кислоты, представляющие собой полимеры нуклеотидов — сложные молекулы, состоящие из азотсодержащих оснований, сахаров и фосфорной кислоты. Крахмалы, важный источник пищевой энергии, получаемый из растений, представляют собой природные полимеры, состоящие из глюкозы.

полимер , любое из класса природных или синтетических веществ, состоящих из очень больших молекул, называемых макромолекулами, которые являются кратными более простым химическим единицам, называемым мономерами. Полимеры составляют многие материалы в живых организмах, включая, например, белки, целлюлозу и нуклеиновые кислоты. Кроме того, они составляют основу таких минералов, как алмаз, кварц и полевой шпат, и таких искусственных материалов, как бетон, стекло, бумага, пластмассы и каучуки.

Слово полимер обозначает неопределенное количество мономерных звеньев. Когда количество мономеров очень велико, соединение иногда называют высокомолекулярным полимером. Полимеры не ограничиваются мономерами с одинаковым химическим составом или молекулярной массой и структурой. Некоторые природные полимеры состоят из одного вида мономера. Однако большинство природных и синтетических полимеров состоят из двух или более различных типов мономеров; такие полимеры известны как сополимеры.

Органические полимеры играют решающую роль в жизни живых существ, обеспечивая основные структурные материалы и участвуя в жизненно важных процессах. Например, твердые части всех растений состоят из полимеров.