ЖМҚ өндірісініәң даму кезеңдері.Жоғары молекулалық косылыстарға негізгі түсініктер

       Лекция №1.

ЖМҚ өндірісініәң даму кезеңдері.Жоғары молекулалық косылыстарға негізгі түсініктер.

Жоспар

1.ЖМҚ өндірісініәң  даму кезеңдері.

2.Полимерлер өнеркәсібінің  құрылуына салалық институттардың  рөлі.

3.Жоғары молекулалық косылысарға негізгі түсініктер.

4.Жоғары молекулалық  косылысардың қолдану аймақтары.

 

Полимерлік материалдардың тарихы XIX ғасырдың екінші жартысынан басталады және екі кезеңде дамуы  мүмкін.

Бірінші кезең (1839 – 1900жж.) табиғи каучук, целлюлоза, ақуыздық заттар қолданылуымен сипатталады. Бұл уақытқа каучуктің ыстық (Ч. Гудьир, 1839ж.) және суық (А. Паркер, 1846ж.) вулканизациясы, эбониттің (Т. Хэнкок, 1852ж.) және целлулоидтің (Д. Хьят, 1872ж.) алынуы, пироксилинді (1884ж.) және баллиститті (1888ж.) жарылғыш заттардың технологиясын жасау, модификацияланған казеинді – галалитті (1897ж.) жасау сияқты маңызыды техникалық жетістіктер жатады.

1884 жылы целлюлоза  негізіндегі жасанды талшықтар:  нитрожібекті (Г. Шардене, 1884ж.), вискозды (Ч. Кросс и К. Бидл, 1892ж.),   мысаммиакты (Э. Швейдер, 1899ж.)  талшықтардың өндірісі басталады. Химиялық ғылым мен технологияның бұл жетістіктерін Д.И. Менделеев артықшылықтары бойынша бағалады, ол «бізде істің тез пайда болып қана қоймай, кең дамуы керек, өйткені біздің ел өзінің қолданысын таппаған барлық өсімді өнімдерге бай» белгілеп айтқан (1). Бұл кезеңге синтетикалық каучукті алу аймағында да бірінші зерттеулер жатады: изобутилендердің синтезі және полимеризациясы бойынша  А.М.Бутлеровтің (1867ж.), қанықпаған көмірсутектердің полимерлену механизмін зерттеу бойынша А.Е.Фаворскийдің (1891ж.), 2,3 – диметилбутадиеннің полимерін алу бойынша А.А.Солониннің (1897ж.), И.Л.Кондаковтың  (1899ж.), метилкаучуктің синтезі бойынша  Ф.Матьюстің, Е.Стренжнің, В.Перкиннің (Англия), Ф.Гофманның, К.Гарриестің (Германия)  жұмыстары (1909ж.).

Полимерлердің химиясы  мен технологиясының дамуында екінші кезең 1902 жылдан басталады. Бұл кезеңде  табиғи полимерлерді қолданумен қатар, синтетикалық полимерлердің химиясы  қарқынды дамыды, табиғи полимерлердің  химиялық айналу реакцияларынан олардың мономерлерден синтездеу реакцияларына өту жүзеге асты. Берілген қасиеттерімен полимерлерді алуға, яғни полимерлік материалдардың жаңа түрлерін жоспарлауға шешімді қадам жасалуда. Полимерлер тарихында екінші кезең мономерлер синтезі және олардың полимерлену және поликонденсациялану процестерін зерттеу бойынша теориялық және қолданбалы органикалық химияның ірі жетістіктеріне сүйенеді. Оларға бірінші кезекте бутадиеннің полимерленуі бойынша А.В.Лебедевтің (1908 – 1912жж.), каучуктің синтезі бойынша И.И.Остромысленскийдің (1911 – 1917жж.), каучук және резинаның химиясы мен технологиясы бойынша  Б.В.Бызовтың (1913 – 1915гг.), фенолоформальдегидті полимерлер синтезі бойынша Л.Бэкелендтің және Г.С.Петровтың (1906г.) және басқа жұмыстар жатады.

1975—1980 жж. 200 мың т/жыл  қуаттылығымен Шевченко қаласына (қазіргі Ақтау) полиэтилен зауыты, 200 мың т қуаттылығымен жоғарытығыздықтағы  полиэтилен  Прикумск зауыты қолдануға  енгізіледі, Северодонецкіде 240 мың  т/жыл қуаттылығымен төмен тығыздықтағы полиэтилен, Гурьевскіде (қазіргі Атырау) және Томскідегі зауыттарда 30 және 100 мың т қуаттылығымен полипропилен, Днепродзержинскіде 150 мың т/жыл қуаттылығымен соққыға берік полистирол, Зиминскіде 250 мың т/жыл қуаттылығымен поливинилхлорид өндірістері ұйымдастырылады.

Қазақстанның мұнайхимиялық  кәсіпорындары: Ақтаулық пластикалық  массалар зауыты, Атыраулық полипропилен зауыты, Шымкенттік шина өндірісі бойынша  зауыт, Қарағандылық резина техникалық бұйымдарды шығару бойынша кәсіпорындар құрылып, бұрынғы Кеңестік кешеннің бірыңғай кәсіпорындары сияқты дамыды. Мұндай құрылымда қазақстандық кәсіпорын мұнайхимиялық кәсіпорынның жалпы өндірістік-технологиялық  кешенінде аралық бөлік болды, яғни шикізатты стирол, пропилен, синтетикалық каучук түрінде  Ресейден (Сібірден, Башкириядан, Татарстаннан) ала отырып,  олардың қосымша өңделуін қондырғыларда жүзеге асырылды және Кеңес нарығына арналған мұнайхимиялық өнімдер алынды. Қазақстан үшін бұл кәсіпорындардың негізгі өндірістерін шикізатпен қамтамасыз ету, сондай-ақ дайын өнімнің нарығы бойынша  мәселесі тұрды.  2006 жылы Ақтаулық пластикалық массалар зауыты қайта іске қосылды (қазіргі –полистирол өндірісі бойынша зауыт ЖШС  «Sat Operating Aktau»).                                  

Полимерлер өнеркәсібінің  құрылуына салалық институттар қатарын ұйымдастыру және химиялық ЖОО-ның сәйкес кафедраларының ашылуы маңызды роль ойнады:  Ленинградтық және Мәскеулік пластмассаларды ҒЗИ, Владимирскілік синтетикалық шайырларды ҒЗИ, Ярославскілік СК арналған мономерлер синтезінің ҒЗИ, Жалпыкеңестік  СК ҒЗИ,  НПО «Пластик», Ленсовет атындағы ЛХТИ және  Менделеев атындағы МХТИ пластмассалар кафедрасы, ЛХТИ, МВТУ жасанды талшықтар кафедрасы, Ивановскілік және Красноярскілік ХТИ, М.В.Ломоносов атындағы МИТХТ, ЛХТИ синтетикалық каучук кафедрасы, Ивановскілік ХТИ, Киров атындағы КазГУ. АН КазССР химия ғылымдарының институты.  К.Сатпаев атындағы КазПИ. КазХТИ және басқалар.

Жоғары молекулалық  косылыстар деп ұзын тізбекте химиялық байланыстармен байланысқан молекулалары атомдық топтардың үлкен санынан тұратын қосылыстарды айтады (грек сөзінен "поли" – көп, "мерос" – бөлік). Олардың молекулаларының массасы бірнеше ондаған мыңға және тіпті миллиондарға жетеді.

Жоғары молекулалық  косылыстардың маңызы зор:  
       Біріншіден, полимерлік заттар  Жердегі Тіршіліктің негізі болып табылады.  Органикалық табиғи полимерлер – биополимерлер – барлық жануарлы және өсімді ағзалардың тірщілік әрекеттерінің процестерін қамтамасыз етеді.  
       Екіншіден, полимерлерге ғана тән ерекше қасиеттерінің арқасында (синтетикалық, жасанды және кейбір табиғи)  полимерлерді әр түрлі материалдарды жасауда кең қолданылады:     

 

 
                                          

       

 

 

Полимерлер композициялық материалдарды, ионалмасатын шайырларды   (полиэлектролиттерді)  т.с.с. алу үшін қолданылады.

      Жоғары  молекулалық қосылыстарды (полимерлерді) сипаттау үшін келесі түсініктерді  қарастыру қажет:

• мономер
• макромолекуланың құрылымдық буыны
• макромолекула
• макромолекуланың полимерлену дәрежесі
• макромолекуланың молекулалық массасы
• полимердің молекулалық массасы
• макромолекулалардың геометриялық құрылымдары

      Полимерлер түзетін төмен молекулалық қосылыстар мономерлер деп аталады.

Мысалы, пропилен СН₂=СH–CH₃ полипропиленнің мономері болып табылады:

 

Тізбекті макромолекулада көп ретті қайталанылатын атомдар тобы оның құрылымдық буыны деп аталады.

Мысалы, CH₂=CH₂  этиленнің полимерленуінде алынатын полиэтилен

...-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-...  немесе  

 (-CH₂-CH₂-)_n

  

Полимер молекуласын макромолекула (грек сөзінен "макрос" - үлкен, ұзын) деп атайды. 

 

Макромолекулалардың молекулалық  массасы ондаған-жүздеген мың (және тіпті миллион) атомдық бірліктерге жетеді.

 

Макромолекулалардың схемалық кескіндемесі:

 

  

 Этиленнің полимерлену өнімі–полиэтилен  қарапайым органикалық полимер болып табылады. Этилен-қосылу реакциясына оңай түсетін қанықпаған көмірсутек. Этиленнің екі молекуласы қосылып бутилен молекуласын түзеді:

                           

                       CH₂=CH₂+CH₂=CH₂→CH₃-CH₂-CH=CH₂

   Бастапқы зат–этилен бутилен димерін түзетін мономер деп аталады. Этиленнің үш молекуласының қосылуы кезінде тример, төрт-тетрамер, т.с.с. түзіледі. Егер мономердің n молекулалары қосылса, полимер («поли»-көп) түзіледі:

                       nCH₂=CH₂→[-CH₂-CH₂-]n

Полимерлену дәрежесі — макромолекулаға қанша мономер  молекуласы қосылғанын көрсететін сан.

Макромолекуланың формуласында   полимерлену дәрежесі әдетте "n" индексімен белгіленеді, жақшада құрылымдық (мономерлік) буын болады:

n >> 1

   Мономерлер қалдығы  болып табылатын көп ретті  қайталынатын топтар буындар  немесе мономерлік буындар деп  аталады; буындардан құралған  үлкен молекула макромолекула  немесе полимерлік тізбек деп аталады.

   Полимердің үлкен  молекулалық салмағы кезінде  тізбектің соңғы топтарын назарға  алмауға болады және бірнеше  буындармен немесе тіпті бір  буынмен шектеле отырып, полимер  молекулаларының химиялық формуласын  оларсыз жазуға болады. Осылай, этиленнің полимерлену өнімін келесідегідей жазуға болады:

                ...-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-...немесе [-CH ₂-CH₂-]n

Сондықтан бір макромолекулаларда мономерлік буын көп, ал басқасында –аз. Яғни, әр түрлі полимерлену дәрежесімен, қатысты әр түрлі молекулалық массасымен макромолекулалар түзіледі (полимергомологтар деп аталатын). Демек, молекулалық масса және полимерлену дәрежесі орташа шамалар болып табылады:

M_ор(полимер) = M(буын) • n_ор

Полимердің молекулалық  массасын анықтаудың көптеген тәжірибелік әдістері М орташа сандық мәнін береді.

Бақылау сұрақтар:

 

1. Жоғары молекулалық қосылыстардың даму тарихың бірінші кезені
2. Жоғары молекулалық қосылыстардың даму тарихың екінші кезені
3. Жоғары молекулалық қосылыстардың маңызы.
4. Макромолекуланың құрылымдық буыны дегеніміз не
5. Макромолекуланың полимерлену дәрежесі дегеніміз не

.

Лекция 2. ЖМҚ құрылымы.

Жоспар

 

1.Макромолекулалардың  геометриялық  құрылымның классификациясы.

2 . Макромолекулалардың сызықтық құрылымы.

3. Макромолекулалардың тармақталған  құрылымы..

4.Макромолекулалардың кеңістік құрылымы.

5. Гомо- және гетеротізбекті  ЖМҚ.

Макромолекулалар үшін геометриялық құрылымның үш негізгі түрлері сипатты (суреттегі әрбір домалақ құрылымдық буынды шартты білдіреді).

• Сызықтық құрылым (мысалы, төмен қысымдағы полиэтилен, вулканизацияланбаған табиғи каучук т.с.с.):

 

   Сызықтық полимерлер деп  ассиметрияның өте жоғары дәрежесімен  ұзын тізбектер болып табылатын  макромолекуларды атайды. Егер жалпы түрде мономер қалдығын А әрпімен белгілесе, онда сызықтық полимердің формуласын келесідегідей схемалық түрде жазады:

 

                                              -А-А-А-А-А-А-

 

Сатылы полимерлер көп жағдайда  екі сатылы өңдеудің нәтижесінде алынады. Мысалы, полиакрилонитрил

                              

                     ~ CH₂    CH₂   CH₂

                             \      /     \   /      \

                               CH      CH~   CH~

                                 |           |          |

                            N≡C        C≡N    C≡N

 Термиялық өңдеуден кейін  мына типті құрылымды түзеді:

                         

                       ~ CH₂  CH₂      CH₂

                             \      /     \   /      \

                               CH      CH~   CH~

                                 |           |          |

                                C         C        C

                               /  \\      /   \\     /  \\

                                      N       

 Тармақталған полимер бүйір тармақтарымен (бүйірлік тізбек) ұзын тізбек (әдетте негізгі немесе басты деп аталатын) болып табылады,  бұл тармақтардың саны мен олардың ұзындығы өте үлкен аралықтарда жатады:

 

                                                .

                                                :

                                             |

                                            А

                                            |

           — А—А—А—А—А—А—А—

                               |                    |

                              А                  А

                               |                    |

                              А                  А

                               |                    |

                              .                   А

                               :                    |           

                                                    :

                                                    .

Тармақталған полимерлер.Тармақталған полимерлер негізнде берік талшықтарды алу олардың орналасуы және тепе-тең жиналуы кезінде туындайытын қиындықтардың арқасында мүмкін емес. Бірақ тармақталған полимерлер, соның ішінде тігілген сополимерлер, сызықтық талшық түзуші полимерлерге немесе үлкен құрылымды біртектілігімен талшықтарға жету мақсатымен әр түрлі полимерлер қоспасына қосынды түрінде қызығушылық тудырады.