Использование полимеров в сельском хозяйстве

Содержание:

1. Историческая справка                                                                                         3
2. Введение                                                                                                               4
3. Представители полимеров                                                                                  5
4. Использование полимеров в сельском хозяйстве                                             7
5. Заключение                                                                                                          11
6. Список литературы                                                                                             12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Историческая справка

Термин “полимерия” был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры) , имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами” ) . Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) .

Химия полимеров возникла только в связи с созданием А. М. Бутлеровым теории химического строения. А. М. Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г. Бушарда, У. Тилден, немецкий учёный К Гарриес, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев и другие) . В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У. Карозерса.

С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен) , состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков” ) . Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г. Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Природные и синтетические высокомолекулярные соединения (полимеры).

Высокомолекулярными соединениями, или полимерами, называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч и миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул — мономеров.

 

Следующие два процесса приводят к образованию высокомолекулярных соединений:

а) реакция полимеризации — процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей, образуя новое вещество (полимер), молекулярная масса которого в целое число раз больше, чем у мономера; полимеризация характерна, главным образом, для соединений с кратными (двойными или тройными) связями;

б) реакция по л иконд енс а ц и и — процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за счет этих групп таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород и т. п.; состав элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава исходного мономера.

 

Примерами природных вы с о к о м о л е к у л я р н ы х соединений могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки.

 

Все большее значение приобретают синтетические высокомолекулярные соединения или, как их иначе называют, синтетические в ы с о коп о л и м е ры. Это разнообразные материалы, обычно получаемые из доступного и дешевого сырья; на их основе получают пластические массы (пластмассы)—сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств, — а также синтетические волокна.

Полимеры и пластмассы на их основе являются цепными заменителями многих природных материалов (металлов, дерева, кожи, клеев и т. п.). Синтетические волокна успешно заменяют натуральные— шелковые, шерстяные, хлопчатобумажные. При этом важно подчеркнуть, что по ряду свойств материалы на основе синтетических полимеров часто превосходят природные. Можно получать пластические массы, волокна и другие соединения с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет решать многие задачи современной техники, которые не могли быть решены при использовании только природных материалов.

 

 

 

 

 

Представители полимеров.

Полимеризационные смолы. К полимеризационным смолам относятся полимеры, получаемые реакцией полимеризации преимущественно этиленовых углеводородов или их производных. 
Полиэтилен — представляет собой полимер, образующийся при полимеризации   этилена, например, при   сжатии   его   до   150-250МПа при 150-250°C (полиэтилен высокого давления)

…+CH2 =CH2 +CH2 =CH2 +CH2 =CH2 +…→

→… - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - …

полиэтилен

Или сокращенно:

nCH2 =CH2  →( - CH2 - CH2 -)n

этилен              полиэтилен

 

Реакцию полимеризации можно представить как результат раскрытия двойных связей в множестве молекул непредельного соединения (в данном случае этилена) и последующего соединения этих молекул друг с другом в одну гигантскую макромолекулу. Величина n выражает степень полимеризации — указывает число мономерных звеньев, образующих макромолекулу. Начало полимеризации этилена вызывается введением небольшого количества (0,05—0,1 %) кислорода.

Найдены катализаторы, благодаря которым этилен полимеризуется при низких давлениях. Например, в присутствии триэтилалюминия (С2Н5)зА1 с добавкой хлорида титана (IV) TiCl4 (катализатор Циглера) полимеризация протекает при атмосферном давлении (получается полиэтилен низкого давления); на оксидах хрома (катализатор Филипса) полимер образуется при давлении до 10 МПа (полиэтилен среднего давления).

Полиэтилен — предельный углеводород с молекулярной массой от 10 000 до 400 000. Он представляет собой бесцветный полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110—125°С. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью. Его применяют в качестве электроизоляционного материала, а также для изготовления пленок, используемых в качестве упаковочного материала, для изготовления легкой небьющейся посуды, шлангов и трубопроводов для химической промышленности. Свойства полиэтилена зависят от способа его получения; например, полиэтилен высокого давления обладает меньшей плотностью и меньшей молекулярной массой (10000-45 000), чем полиэтилен низкого давления (молекулярная масса 70 000-400 000), что сказывается на технических свойствах. Для контакта с пищевыми продуктами допускается только полиэтилен высокого давления, так как полиэтилен низкого давления может содержать остатки катализаторов - вредные для здоровья человека соединения тяжелых металлов.

 

Полипропилен — полимер пропилена, следующего за этиленом гомолога непредельных этиленовых углеводородов:

 

nCH2 =CH→… - CH2 - CH - CH2 - CH -…

                                                   │                          │                   │   

                                                      CH3                            CH3             CH3

пропилен                             полипропилен

 

Полимеризация протекает в присутствии катализаторов. В зависимости от условий полимеризации получают полипропилен, различающийся по структуре макромолекул, а, следовательно, и по свойствам. По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твердая и упругая. Отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления. Например, полипропилен с молекулярной   массой   выше   80 000   плавится   при   174—175 °С.

 

Используют полипропилен для электроизоляции, для изготовления защитных пленок, труб, шлангов, шестерен, деталей приборов, а также высокопрочного и химически стойкого волокна. Последнее применяют в производстве канатов, рыболовных сетей и др. Пленки из полипропилена значительно прозрачнее и прочнее полиэтиленовых, пищевые продукты в упаковке из полипропилена можно подвергать стерилизации, варке и разогреванию.

 

Полистирол — образуется   при   полимеризации   стирола:

 

nCH2 =CH→… - CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH -…

                                       │                           │                  │                 │   

                                        C6H5                           C6H5        C6H5         C6H5

                          стирол                                    полистирол

 

Он может быть получен в виде прозрачной стеклообразной массы. Применяется как органическое стекло, для изготовления промышленных товаров (пуговиц, гребней и т. п.), в качестве электроизолятора.

 

Поливинилхлорид (полихлорвинил)—получается полимеризацией винилхлорида:

 

nCH2 =CH→… - CH2 - CH - CH2 - CH - CH2 - CH -…

                                           │                          │                  │                    │   

                                         Cl                              Cl                 Cl                       Cl 

винилхлорид                                 поливинилхлорид

 

Это — эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей. Широко используется для футеровки труб и сосудов в химической промышленности. Применяется для изоляции электрических проводов, изготовления искусственной кожи, линолеума, непромокаемых плащей. Хлорированием поливинилхлорида получают перхлорвиниловую смолу, из которой готовят химически стойкое синтетическое волокно хлорин.

 

Политетрафторэтилен — полимер тетрафторэтилена:

 

nCF2 =CF2  →( - CF2 - CF2 -)n

тетрафторэтилен     политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном или фторопластом. Весьма стоек по отношению к щелочам, концентрированным кислотам и другим реагентам. По химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется в химическом машиностроении, электротехнике.

 

Полиакрилаты и полиакрилонитрил. Важное значение имеют полимеры непредельных акриловой СН2=СН—СООН и метакриловой СН2=С(СНз)—СООН кислот, особенно их метиловых эфиров — метилакрилата и метилметакрилата, а также нитрила акриловой кислоты (или акрилонитрила) СН2 = СН—C ≡ N — производного этой кислоты, в котором карбоксильная группа —СООН заменена группой —C≡N. Строение важнейших из этих полимеров выражается формулами:

                                                                               

                                                                        CH3                        

                                                                       │

- CH2 - CH -           - CH2 - C -                    - CH2 - CH -

                                       │                                  │                                           │ 

                                 CООСH3  n                 CООСH3   n                       C≡N  n 

 

 

Полиметилакрилат и полиметилметакрилат — твердые, бесцветные, прозрачные, стойкие к нагреванию и действию света, пропускающие ультрафиолетовые лучи полимеры. Из них изготовляют листы прочного и легкого органического стекла, широко применяемого для различных изделий. Из полиакрилонитрила получают нитрон (или орлон) — синтетическое волокно, идущее на производство трикотажа, тканей (костюмных и технических).

 

Каучуки — эластичные материалы, из которых путем специальной обработки получают резину. В технике из каучуков изготовляют шипы для автотранспорта, самолетов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

Натуральный (природный) каучук (ПК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое число двойных связей; состав его может быть выражен формулой (С5Н8)n (где значение n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена: