«М.Х.ДУЛАТИ АТЫНДАҒЫ ТАРАЗ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ» КЕ АҚ

СТУДЕНТТІҢ ӨЗІНДІК ЖҰМЫСЫ

Кафедра: Химия және химиялық технологиялар

Тақырыбы: Полимерлердің тұтқырлығы, жоғары икемділігі

және ісінуі

Пәні: Функциональді полимерлер

Курс: 3

Топ: хим20-1

Студент: Есенгелді А.С.

Оқытушы: Сейтбекова Г.А.

Тараз 2023

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

Жоғары молекулалы қосылыстар немесе полимерлер — молекула

құрамында өзара химикалық 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 химикалық реактивтермен

әрекеттестіру кезінде алынатын), синтетикалық (полиэтилен, полипропилен,

полистирол, полиамид, фенолды шайыр, т.б.) болып үш топқа бөлінеді.

Табиғи жоғары молекулалы қосылыстар Биосинтез барысында тірі организм

клеткаларында түзіледі. Синтетикалық жоғары молекулалы қосылыстар

мономерлерді поликонденсациялау, полимерлеу арқылы алынады. Олардың

тізбектері ашық, бірінен соң бірі түзу сызық бойымен орналасқан мономер

бөліктерінен, тарамдалған немесе тор тәрізді Жоғары молекулалардан

құралған . Жоғары молекулалы қосылыстар машина жасауда, құрылыста,

ауыл шаруашылығында, электртехникада, медицинада, т.б. көптеген

салаларда кеңінен қолданылады.

1. Негізгі бөлім

1.1 Полимер дегеніміз не

Жоғары молекулалы қосылыстарды қысқаша ЖМҚ деп стандартты

атауға немесе "полимерлер" деуге болады. Полимерлер (грек. "поли"—көп,

"мерос"—бөлшек) ондаған және жүздеген мың, кейде миллиондаған

атомдардан тұратын үлкен молекулалар. Атомдар санының өзгеруіне қарай

макромолекулалардың сапалық қасиеттерінде де ерекшеліктері болады.

Химиялық таза полимерлердің макромолекулалары қайталанып отыратын

құрылым буындарынан құралады. Құрылым буындарының саны

полимерлену дәрежесі – n деп аталады, оның сан мәні 1000-нан 1 млн-ға

жуық болуы мүмкін. Іс жүзінде кез келген полимерлер — құрамы және

химиялық құрылысы бірдей, тек құрылым буын саны әр түрлі бірнеше

макромолекуланың қоспасы. Егер құрылым буындары әр түрлі болса, онда

сополимер деп атайды. Полимер синтезделетін кіші молекулалы зат мономер

деп аталады. ЖМҚ кұрамының күрделілігі оның молекулалық массасының

да өте үлкен болуын қамтамасыз етеді. "Үлкен", "кіші" деген сөздер

салыстырмалы шартты түрде қолданылады. Сондықтан Мr < 500 болса, кіші

молекулалы, Мг >5000 болса, жоғары молекулалы қосылыс деп саналады. Ал

500 < Мг<5000 болса, онда олигомер (грек. "олигос" — "көп емес, шамалы"

деген мағынаны білдіреді) деп аталады. Бұлай бөлудің негізі молекула

шектен тыс көп атомнан тұратын жағдайда олардың сандарының шамалы

өзгеруі қасиеттеріне аса көп әсерін тигізбейді, кейде тіпті өзгермейді.

Полимерлердің осындай ірі макромолекулаларының пішіні әр түрлі болады.

Оларды: сызықтық, тармақты немесе торлы және кеңістіктік, т.б. деп бөледі.

Табиғи полимерлерден целлюлоза мен табиғи каучуктың құрылымдары

сызықты екенін білесіңдер, ал синтетикалық полимерлерден капрон, төменгі

қысымда өндірілетін полиэтилен сызықты болады. Тармақты құрылымды

полимерлерге: крахмал, полипропилен жатады. Жүн, резеңке мен

фенолформаль-дегид полимерлерінің құрылымдары кеңістік болады.

Полимерлердің физикалық қасиеттері полимерлену дәрежесі мен полимердің

құрылымына тәуелді болады.

Полимерлер атаулының барлығында сансыз жіңішке

жіптердің қатарласа немесе шумақтала шатасып жатуы мүмкін емес. Ұсақ

молекулалар бірімен-бірі түйін арқылы берік жалғасып, шарбак немесе

торкөз тәрізді пішінде болады. Мұндай торкөздердің үш өлшемі: биіктігі,

ұзындығы және ені болғандықтан, тримерлі молекула деп аталады.

Қазіргі кезде полимерлер өндіру қарқынды дамуда. Машина жасау,

радио және электротехника, құрылыс, сонымен катар кеме, авто, ұшақ,

ракета жасау өндірісін, жеңіл өнеркәсіпті, тұрмысты полимерсіз көзге

елестету мүмкін емес. Полимерлердің осындай көп түрлі болуы олардың

химиялық құрамына, макромолекулаларында жеке бөліктерінің бір-бірімен

қалай байланысқанына және олардың кеңістіктегі геометриялық орналасуына

байланысты. Полимер бұйымдарының бұрын байқалмаған қасиеттері

анықталып, өндіріске енгізілуде. Сондықтан полимер бұйымдары адамзат

игілігіне айналып, техникалық өнердің, ғылымның жаңа қырынан дамуына

өзіндік үлесін қосуда. 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.

Пластмассаға кейін толығырақ тоқталамыз. 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 жері бар.

1.2 Полимерлердің түрлері

Полимерлердің типтерін зерттеудің 2 кең саласына жіктеуге болады:

химиядағы полимерлер және биологиядағы полимерлер. Химия мысалы,

инсулин, шыны және пластмасса, және биология нуклеин қышқылдары (ДНҚ

және РНҚ) және белоктар. Полимерлер ғылыми бағыттардан басқа, оларды

синтездеу үшін қолданылатын материал бойынша 2 үлкен топқа бөлінеді:

органикалық және бейорганикалық полимерлер. Полимерлердің түрлері,

органикалық емес және органикалық болып бөлінетін 2 үлкен топты

былайша қорытындылауға болады:

Бейорганикалық полимерлер: олардың негізгі тізбегінде көміртегі атомдары

жоқ. Олар металдар мен минералдардан табиғи процестерде немесе

зертханаларда алынады. Органикалық полимерлер: олардың құрылымында

көміртек атомдары бар және табиғи немесе синтетикалық болуы мүмкін.

Табиғи: тірі адамдар синтездейтін молекулалардан алынған.

• Полипептидтер

• Полисахаридтер

• Көмірсутектер

Синтетика (полимерлі материалдар): басқа полимерлерді полимерлеу

арқылы.

• Эластомерлер (термопластикалық, термосет)

• Жартылай синтетикалық целлюлоза

Бейорганикалық полимерлерде омыртқада көміртек молекулалары

болмайды. Оның 2 түрі бар: металдардан немесе минералдардан алынатын

бейорганикалық полимерлер және зертханаларда жасалған. Күнделікті

өмірде металдар мен минералдардан алынған көптеген бейорганикалық

полимерлерді кездестіруге болады, мысалы: Шыны: Бұл табиғи жолмен

кездеседі және оны басқа шикізаттармен қатар кремний, алюминий, әк

қоспаларында жоғары температураны қолданудан шығарады. Силикон:

протездер жасауға, сонымен қатар желім мен оқшаулағыш ретінде

қолданылатын кремний мен оттектен жасалған қосылыс. Органикалық

полимерлер дегеніміз тірі адамдар синтездейтін және табиғи және

синтетикалық болып топтастырылатын молекулалар тудыратын заттар.

Полипептидтер - пептидтердің тізбегі, ал пептидтер - амин қышқылдарының

тізбегі. Тірі организмдерде аминқышқылдарының 20 түрі анықталған,

олардың тіркесімдері белоктардың негізі болып табылады. Полипептидтердің

кейбір мысалдары: Глобулин: негізінен қанда, жұмыртқада және сүтте

болатын еритін ақуыз.

Инсулин: қандағы глюкоза деңгейін реттеуші ретінде ұйқы безі табиғи

жолмен өндіретін полипептид гормоны. Ақуыз: жалпы, рибосомаларда РНҚ

хабаршысы тасымалдайтын ДНҚ ақпараттарымен түзілетін ақуыздардың

синтезі немесе трансляциясы процесінде пайда болатын полипептидтер

тізбегі. Полисахаридтер - моносахаридтер тізбегі, ал соңғысы -

көмірсулардың бір түрі. Моносахаридтің мысалы - глюкоза және

полисахаридтердің мысалдары, мысалы: Крахмал: 2 полисахаридтен тұрады,

бұл өсімдіктердің энергия қоры. Целлюлоза: оның құрылымын тек глюкоза

молекулалары құрайды. Ол саңырауқұлақтар мен өсімдіктердің жасушалық

қабығында табиғи түрде кездеседі. Органикалық көмірсутек полимерлерінде

тек көміртек және сутегі тізбектері болады. Атомдары қосылатын байланыс

түріне қарай олар алкандар, алкендер және алкиндерге бөлінеді.

Полимерлерді жасау үшін ең көп қолданылатын көмірсутектер: Резеңке:

латекс деп те аталатын табиғи өсімдік шайыры. Шикі май: миллиондаған

жылдар бойына жер бетіндегі биомассада сүйектердің жинақталуының сұйық

көмірсутегі өнімі.Табиғи газ: газ күйіндегі көмірсутек негізінен метанды

түзеді. Ол қазба отынының өнімі жердегі биомассада да кездеседі. Мұнай да,

табиғи газ да қалпына келмейтін ресурстар.

1.3 Полимердің ісінуі және ерігіштігі

Полимерлердің еруі. Төмен молекулалық қосылыстар, мысалы, қант

суда ерігенде екі компонент жанасқан кезде қант молекулалары су фазасына,

ал су молекулалары қант фазасына енеді, яғни олардың молекулалық

мөлшерлері бір – біріне жақын болғандықтан екі жақты диффузия жүреді.

Макромолекулалардың мөлшері еріткіш молекулаларының мөлшерінен

мыңдаған есе үлкен. Сондықтан да олардың қозғалғыштығы өте аз. Полимер

мен еріткіш молекулалары бір – біріне жанасқанда сұйықтың молекуласы

полимер фазасының ішіне жылдам кіріп кетеді. Ал макромолекулалар бұл

кезде еріткіштің фазасына еніп үлгермейді. Полимер еріген кезде негізінен

еріткіш молекулалары полимерге бір жақты диффузияланады. Бұған

біріншіден, еріткіш молекулаларының аса қозғалғыштығы себепші болса,

екіншіден полимер макромолекулаларының текшелену тығыздығының

босаңдау болуы ықпал етеді. Макромолекулалардың арасынлда жылулық

қозғалыстың әсерінен пайда болатын бос молекулааралық көлемге еріткіштің

молекулалары сиып кете алады. Мұнда макромолекуланың есесіне келетін

еріткіш әлі аз, яғни еріткіштің полимердегі ерітіндісі түзіледі. Еріткіш

молекуласының бір жақты қозғалып, макромолекулалардың арасына енуінен

полимер ісінеді. Бұл кезде полимердің көлемі әрдайым өседі, ал барлық

жүйенің көлемі (полимер – еріткіш) әдетте азаяды. Ісінген кезде жүйе

көлемінің азаюын концентрация деп атайды. Ісіну шексіз және шекті болып

бөлінеді. Шексіз ісіну кезінде полимер келтірілген төрт сатыдан өтіп, толық

ериді, яғни аяғында бір фазалы гомогенді ерітінді түзіледі.Мұнда полимер

молекулалары бір – бірінен ажырап, ерітіндіде дербес қозғала алады. Шексіз

ісіну сызықтық және тармақталған полимерге тән. Каучук бензолда,

нитроцеллюлоза ацетонда, целлюлоза мыс – аммиакты ерітіндіде шексіз

ісініп, еріп кетеді. Шекті ісінгенде полимер ерітіндіге толық өте алмайды,

ісіну процесі екінші не үшінші сатыда тоқтап қалады. Үшінші сатыға жеткен

процесс бір – біріне шекті еритін екі төмен молекулалық сұйықтар қоспасына

ұқсас. Ерігіштік температура мен полимердің мөлшеріне байланысты.

Мысалы желатина бөлме температурасында тек шекті ісінеді, ал жоғары

температурада сақталатын молекулааралық байланыстардың салдарынан

желатина басында шекті ісінеді, қыздырғанда мұндай байланыстар жойылып,

желатина толық еріп кетеді. Егер полимер макромолекуласындағы көлдеңен

химиялық байланыстармен тігілген болса, онла процесс екінші сатысында –

ақ тоқталады. Полимер әрі қарай қыздырса да ісінбейді. Мысалы,

вулкандалған каучук бензолда ісінеді, бірақ онда ерімейді. Төмен

молекулалық еріткіш молекулалары макромолекулалардың арасына өтіп,

оларды итереді (полимер ісінеді), бірақ көлдеңенен байланыстарды үзе

алмайды (полимер ерімейді). Бұл кезде жүйе арасында бөліну беті бар екі

фазалы болады.

Ісіну процесі көптеген көрсеткіштермен – ісіну дәрежесімен, ісіну

жылдамдығымен, ісіну қысымымен және т.б. сипатталады. Ісіну, ісінгіштік –

полимерлердің төмен молекулалы сұйықтықтарды өз бойына сіңіруі

нәтижесінде көлемінің өсуі. Бұл жағдайда полимердің пішіні өзгермейді.

Үлкен молекулалы қосылыстардың молекулаларының мөлшері еріткіш

молекулаларының мөлшерінен мыңдаған есе көп. Полимер мен еріткіш

молекулалары бір-бірімен жанасқанда сұйықтық молекулалары полимер

фазасының ішіне жылдам енеді, яғни бір жақты диффузия жүреді. Бұған

еріткіш молекулаларының аса қозғалғыштығы және полимер молекулалары

тығыздығының төмен болуы ықпал етеді.

Ісіну процесі ЖМҚ-дың еруі барысында жүретін процесс. Себебі

ЖМҚ-дың еруі КМҚ-дың еруінен өзгеше орын алады. ЖМҚ-дың еруі

барысында еріткіштің қозғалу жылдамдығы полимердің

макромолекулаларының козғалу жылдамдығынан әжептәуір жоғары болады.

Сондықтан бастапқыда бір жақты козғалыс байқалады, яғни еріткіш

молекулалары полимерге өтіп, оларды қопсытады. Қопсыту барысында

еріткіш молекулалары макромолекуланың қозғалғыш буындарының арасына

еніп, оларды бір-бірінен алшақтатады. Макромолекулалар бір-бірінен

әжептәуір қашықтыққа алшақтағанда ғана үзіліп, ерітіндіге өте бастайды.

Егер молекулааралық байланыстардың беріктігі жоғары болса, ісіну процесі

тоқтайды. Полимер молекуласындағы берік химиялық байланыстың

болуымен сипатталатын мұндай ісіну шектелген ісіну деп аталады. Мысалы,

резина, целлюлоза, крахмал шектеліп ісінеді. Шектеулі ісінудің сандық

сипатына ісіну дәрежесі жатады. Егер полимер молекуласының арасында

берік байланыстар болмаса, ісіну процесі гомогенді жүйе түзілгенше, яғни

еріткіштің молекулаларымен толық толтырылғанша жүреді. Мұндай ісіну

шексіз ісіну деп аталады. Мысалы, белоктар суда, каучуктар көмірсуларда

шексіз ісінеді. Желатин ерітіндісінің, крахмал клейстерінің және желімнің

дайындалуы шексіз ісінуге негізделген.

Полимерлердің ісінуі барысында ісіну қысымы пайда болады. Ол өзінің

табиғаты бойынша осмос қысымына ұқсас болып келеді. Полимерлердің бұл

қасиеті іс жүзінде бас сүйегін жіктеп бөлу үшін қолданады. Ісіну процесіне

еріткіштің табиғаты әсер етеді. Полюсті ЖМҚ полюсті еріткіштерде (су,

ацетон, спирт) жақсы ериді. Ісіну дәрежесі температура жоғарылағанда,

ортаның рН-ы ИЭН-ден ауытқығанда жоғарылайды. Мысалы, шыбын немесе

маса, ара шаққанда терінің рН-ы өзгеруіне байланысты қатты ісіну процесі

байқалады. Себебі макромолекуланың (ақуыздың) пішіні өзгеріп, оның

сольваттану мүмкіндігі артады. Ісіну дәрежесі бойынша ақуыздың ИЭН-ін

анықтауға болады. Ақуыз молекуласы ИЭН-ге жуық рН шамасында ең

төменгі ісінуді көрсетеді. Себебі ИЭН-де ақуыз молекуласының заряды

болмайды, конфигурациясы орама немесе глобула тәрізді болады. Сол

себепті су молекулаларымен әрекеттесу мүмкіндігі аз болады.

4. Полимердің тұтқырлығы мен жоғары икемділігі

Макромолекуланың өте маңызды қасиеттерінің бірі – иілгіштік.

Тізбектің иілгіштігі деп жылулық қозғалыстың немесе сыртқы күштердің

әсерінен буындардың негізгі тізбектің бойымен айналуын айтады.

Макромолекуланың бұл қасиеті молекуланың жеке бөліктерінің бір-бірімен

салыстырмалы ішкі айналмалы қозғалуымен байланысты. Кез-келген заттың

молекуласы, атомдардың кеңістіктің белгілі бір бөлігінде орналасуымен және

олардың арасындағы байланыстармен сипатталады. Мысал ретінде этанның

қарапайым молекуласын қарастырайық. Бұл молекулада көміртек атомдары

бір-бірімен және сутек атомдарымен ковалентті байланыс арқылы қосылған.

Екі көміртектің арасында жалғыз σ – байланыс болғандықтан мұндай

молекуланың бөліктері мысалы, СН3 тобы, осы байланыстың бойымен

айналады. Бұл айналмалы қозғалыстың шамасы көміртек атомымен

байланысқан басқа атомдардың (Н, СI, СН3 т.б.) бірбіріне әсер етуімен

анықталады. Температура өскен сайын мұндай қозғалыстар күшейе түседі.

Ал арасындағы қос байланысы бар (мысалы, этилен, 2.6 б-сурет) атомдар

байланыс бойымен айнала алмайды, өйткені айналмалы қозғалыс болу үшін

химиялық байланыстың біреуін үзу керек. Макромолекуланың негізгі

тізбегінде орналасқан атомдар арасында жалғыз байланыс бар. Сондықтан

полимердің әр буыны көрші буынмен салыстырғанда байланыс бойымен

айналып, қозғалып отырады. Бұл қозғалыс температураға байланысты

өзгереді.

ҚОРЫТЫНДЫ

Соңғы онжылдықтарда жоғары молекулалық қосылыстар (полимерлер)

біздің өмірімізге мықтап енді. Полимерлер - молекулалардың құрылымына

байланысты әртүрлі қасиеттерге ие және ең көп қолданылатын

материалдардың ерекше түрі әртүрлі өрістерадамзаттың өмірі мен қызметі:

өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығында, ғылым мен техникада, көліктің

барлық түрлерінде. 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 химикалық реактивтермен

әрекеттестіру кезінде алынатын), синтетикалық (полиэтилен, полипропилен,

полистирол, полиамид, фенолды шайыр, т.б.) болып үш топқа бөлінеді.

Табиғи жоғары молекулалы қосылыстар Биосинтез барысында тірі организм

клеткаларында түзіледі. Синтетикалық жоғары молекулалы қосылыстар

мономерлерді поликонденсациялау, полимерлеу арқылы алынады. Олардың

тізбектері ашық, бірінен соң бірі түзу сызық бойымен орналасқан мономер

бөліктерінен, тарамдалған немесе тор тәрізді Жоғары молекулалардан

құралған . Жоғары молекулалы қосылыстар машина жасауда, құрылыста,

ауыл шаруашылығында, электртехникада, медицинада, т.б. көптеген

салаларда кеңінен қолданылады. Қазіргі заманғы медицина, біздің күнделікті

өміріміз сияқты, полимерлі материалдардың кең спектрін пайдаланбай

елестету мүмкін емес.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы. Алматы.: «Білім».

2. Шур А. М. Высокомолекулярные соединения. М.: «Высшая школа».

3. Ергожин Е. Е., Уткелов Б. А. Хелатные полимерные реагенты. Алматы:

«Ғылым».

4. Құрманәлиев М. Қ. Жоғары молекулалық қосылыстар. Алматы: «Санат».

5. Википедия (Свободная энциклопедия) http://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница

6. Ношей А., Мак-Грат Дж., Блок-сополимеры, пер. с англ., М.,

7. Баттерд Г., Трегер Д., Свойства привитых и блок-сополимеров, пер. с англ., Л.

8. Цереза Р. Блок- и привитые сополимеры, пер. с англ,, М

9. В.Ф. Куренков Химия высокомолекулярных соединений, Конспект лекций, Казань