Бутадиен-стирольный каучук (сополимеризация)

5.92M

Category:

chemistry

Полимеры и ЕГЭ

1.

Санкт-Петербургский
Санкт-Петербургский
университет
государственный
университет
Институт химии
проф. СПбГУ, д.х.н.
Карцова Анна Алексеевна

2.

Йёнс Якоб Берцелиус
Август Кекуле
Механизмы органических реакций
Органическая химия –химия
углеводородов и их производных
Карл Шорлеммер
2

3.

Углеводороды
Функциональные производные
углеводородов
Высокомолекулярные
соединения
3

Основные классы органических веществ
6
C
УГЛЕРОД
12,011
CH4
O
CH3-CH2-CH3
CH2 C
NH2
CH3─CH2─NO2
OH
Аминокислоты
Алканы
Нитросоединения
H2C=CH─CH2─CH3
Алкены
HC≡C─CH2─CH3
Алкины
Алкадиены
H2C=CH─CH=CH2
Амины
CH3─CH2─NH2
Циклоалканы
CH3
Слож ные эфиры
H3C
C
O
CH2
CH3
CH3
Арены
O
Карбоновые
кислоты
O
CH3 C
OH
Кетоны
H3C C CH3
O
Альдегиды
O
CH3 C
H
Фенолы
OH
Спирты
CH3─CH2─OH
Простые эфиры
H3C-O-CH3
4

5. ПОЛИМЕРЫ НА ОСНОВЕ АЦЕТИЛЕНА

Волокна
АКРИЛОНИТРИЛ
H2C
CH CN
H2C
H3C
C
OH
Уксусная кислота
H2O, Hg2+
Реакция
Кучерова
HCN, СuCl,
HCl, 800 C
ВИНИЛХЛОРИД
O
УКСУСНЫЙ
АЛЬДЕГИД
O
H3C C
H
Сакт, 6000С
тримеризация
HСl, Hg2+
БЕНЗОЛ
H2C CCl CH CH2 n
СК хлоропреновый
C2H2
CH Cl
H2C CCl
CH2 CH
Хлоропрен
СuCl2, HCl, NH4Cl
димеризация
ROH
CH CH2
n
Cl
Поливинилхлорид
ВИНИЛАЦЕТИЛЕН
ВИНИЛОВЫЕ ЭФИРЫ
H2C
HC C
CH CH2
CH OR
H2C CH CH CH2
Дивинил
CH2 CH
5
n
OR
Поливиниловые эфиры
H2C CH CH CH2
СКД
n

6.

Поливиниловые эфиры
Получение простых виниловых эфиров
Полимеризация простых виниловых эфиров
Применение
лакокрасочная промышленность;
обработки и пропитки тканей;
в производстве искусственной кожи;
для приготовления различных клеящих материалов;
пластификаторы.
6

7.

Поливинилбутиловый эфир
(«бальзам Шостаковского»)
1939 г. Лекарственный препарат
- ожоги,
- обморожения,
- трофические язвы,
- фурункулез
7

8.

Поливинилхлорид (ПВХ)
Поливинилхлорид
Применение:
электроизоляция проводов и кабелей;
создание подобного коже материала, отличающегося гладкостью и
блеском;
производства труб, покрытия колёс и
роликов, пенополивинилхлорида, линолеума, грязезащитных ковриков,
обувных пластикатов и т. д.;
создания рекламных баннеров и плакатов; служит сырьём для
производства различного рода продукции от грампластинок и плакатов
до наклеек.
8

9.

Полиацетилен
Структура полиацетилена
Молекула полиацетилена:
слева – распределение эл. плотности
(заштрихованы связи); справа – структурная формула
9

10.

H
C C
H + H
C C
H
CuCl
CH2 CH
C CH
+ H2, Pd/Pt
CH2 CH
n
цис-полиацетилен
CH2
n
транс-полиацетилен
Свойства
пластмасс
гибкость, прочность,
ковкость, эластичность
CH2
TiCl4 .AL(C2H5)3
*
*
CH
CH
CH2
CH
n
Свойства
металлов
электропроводность
10

11.

Причины проводимости
• ПОЛУЧЕНИЕ пропускание ацетилена над металлической
медью при 200-300°С
Образование проводящего
полимера
Ряд электропроводимости веществ
11

12.

ПЛАСТМАССЫ
12

13.

Полиэтилен
Полипропилен
Поливинилхлорид
-
изоляция для электрических проводов
дождевые плащи
игрушки
паркетные плитки
13

14.

n H2C
CH2
D, p, кат.
CH2
этилен
n H2C
CH
CH3
CH3
C
D, p, кат.
CH2
BF3
CH2
CH
n
CH3
полиизобутилен
O
O
Ar-C-O-O-C-Ar
CH2
n
CH3
2-метилпропен
(изобутилен)
CH
CH
CH3
полипропилен
CH3
n
n
полиэтилен
пропен (пропилен)
n H2C
CH2
CH
CH2
n
стирол (винилбензол)
полистирол
14

15. Полиэтилен

структурное звено
n H2C CH2
этилен
, p
CH2 CH2
полиэтилен
полимер
мономер
n
H2 C
CH2
n
150 МПа, 200 oC
CH2
CH2
степень полимеризации
CH2
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
ПЭВД
o
n H2C
0,2 МПа, 100 C
CH2
кат.
CH2
CH2 CH2 CH2
ПЭНД
ПЭВД 150 до 200 С ; 1000 до 2500 атм; ПЭНД 100 С ; до 10 атм).;структура
разветвленное строение
линейна.
15

16. Структуры полипропилена

Температура размягчения 170 град
- изготовление трубопроводов
- химическая аппаратура
- предметы домашнего обихода
А – изотактический полимер
Б – синдиотактический полимер
В – атактический полимер
16

17.

Полистирол
Полистирол можно вспенивать газами. Пенополистирол
обладает
тепло-
и
звукоизоляционными
свойствами.
Используют в строительстве
17

18.

Для получения тепло- и звукоизоляционных
полимерных материалов их необходимо вспенивать,
т.е. изготавливать пенопласты. Это материалы, в
которых в массе твердого полимера имеется большое
количество пузырьков газа. Одним из способов
получения пенопластов является применение веществпенообразователей. Эти вещества при полимеризации
разлагаются с выделением газа.
Предложите вещества, которые, по вашему
мнению, можно использовать в качестве
пенообразователей.
18

19.

Полиметилметакрилат
(плексиглас; органическое стекло)
COOCH3
n H2C
C
CH3
COOCH3
CH2 C
CH3
n
- остекление самолётов, судов, автомобилей
- производство оптических стёкол
- материалы для лазерной техники
19

20.

Shellac NCD (Nail Creative Design) – американская компания
O hγ,
H
CC C
2
Бензоилхлорид
O
C
H
3
C
H
3
n
Метиметакрилат
УФ лампа
C
O
O
C
H
3
H
CC
2
n
C
H
3
20

21.

КАУЧУК, РЕЗИНА
ЭЛАСТОМЕРЫ - под действием механической нагрузки
изменяют
форму, а при снятии этой нагрузки
возвращаются к первоначальному состоянию
21

22.

Каучуки
Синтетические
полимеры
Натуральный
каучук
Полимеры и
сополимеры бутадиена,
изопрена, хлоропрена
Полимер цисизопрена
CH2
C
-
CH2
CH
H3C
n
Получают из латекса –
млечного сока
каучуконосных растений
n H2 C
C
CH3
CH CH2
TiCl4 . Al(C2H5)3
CH2
C
H3C
Бутадиеновый
Изопреновый
Хлоропреновый
Бутадиенстирольный
CH2
CH
n

23.

n H2C
C
CH
CH2
H2C
CH3
изопрен
C
CH2
CH
CH3
H2C
CH2
C
H2C
C
H3C
H3C
H
H2C
CH2
C
n
C
CH2
C
C
H3C
H
H
цис-полиизопрен
H2C
C
H
H2C
CH2
H
C
C
H
H
C
CH2
n
n
цис-полибутадиен
транс-полибутадиен
23

24. Хлоропрен

Каучук специального назначения
- для изготовления бензо- и маслостойкой резины,
- трубопроводов для перекачки нефтепродуктов
24

25. Бутадиен-стирольный каучук (сополимеризация)

Обладает свойством газонепроницаемости
Используется в производстве лент для
транспортёров, автокамер.
25

26.

Вулканизация каучука
Вулканизация каучука
Каучук
Резина
< 5% S
-
Эластичность
Твердость
Износотойкость
Теплостойкость
Морозостойкость
Долговечность
Эбонит
< 30% S

27. Вулканизация каучука

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем
Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит – не обладает
эластичностью и представляет собой твердый материал.

28.

ВОЛОКНА
28

29.

Полиакрилонитрил
Полиакрилонитрил
Устойчив к свету и сырости, не набухает и не растворяется в
обычных органических растворителях.
Полимер мало размягчается при нагревании, поэтому
переработка полиакрилонитрила в изделия затруднена.
Большая часть полиакрилонитрила используется для
изготовления рыболовных сетей, парусов, транспортерных
лент, в качестве наполнителей при получении слоистых
пластиков.
293

30. Нейлон 6.6

1938 г.
Нейлон 6.6
Структура нейлона, чередование молекул адипиновой
кислоты и 1,6-диаминогексана
Уоллес Хьюм Карозерс
(1896 – 1937 гг)
американский химик,
изобретатель и ведущий
химик-органик
компании DuPont.
1939 г. Нью Йорк презентация своего
изобретения компанией DuPont
1939 г. Нью Йорк витрина магазина
компания DuPont
30

31.

Лавсан
COOH +
HOOC
HOOC
C
O CH2
O
CH2
HO
OH
CH2 CH2 OH
*
-H2O
C
C
O
O
O CH2
CH2
O
n
Впервые получен в
Лаборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук».
Лавсан - полиэфирное волокно;
1941 г. Англия - терилен
31
31

32. Синтез капрона

Капрон
(найлон-6)
ε
δ
γ
β
α
ε-аминомасляная кислота
капролактам
капрон
Капрон - полиамидное волокно
32

33.

Нитроцеллюлоза
Кристиан Фридрих
Шёнбейн
1799-1868 гг
Искусственный «Шелк Шардонне»
по патентам Луи Шардонне фабрики искусственного шелка во
Франции, Германии, Бельгии
33

34.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПРИСУТСТВУЮТ В
ПОДАВЛЯЮЩЕМ БОЛЬШИНСТВЕ ПРЕДМЕТОВ ОДЕЖДЫ
Фторопласт,
полиамид,
полиэстер, ПВХ,
полиуретан
Акрил
Полиакрилонитрильные волокна
H2C
CH
CN
n
Полиамид,
полиэстер
Полиамид,
полиэстер,
полиэтилен,
полипропилен
Фторопласт,
ПВХ
Полиамид,
полипропилен,
полиэстер
Полиамид,
полиэстер
34

35.

ПОГОВОРИМ ОБ АВТОМОБИЛЯХ…
До 200 кг современного автомобиля составляют полимерные компоненты
Обивка из
искусственной кожи
Внутренняя
обшивка
багажника
Конструкционный
полиуретан
Вентиляторы,
Внутренняя
каркас крепления
обшивка
вентиляторов
Сдвижной люк
Руль
дверей
из пластмассы
Приборная
панель
ШумопоглоКапот и
щающий кожух
крылья
двигателя
Фары
Молдинги
Стекла из
поликарбоната
Защитный
клапан
топливного бака
Шины
Источник: 3М
Решетка
радиатора
Молдинги на
боковине
Ящик
аккумуляторной
батареи
Конструкционный
пенопласт в
Передние
бампере
подкрылки
Крышка на
двигатель
35

36.

Дендримеры
36

37. Самоорганизация

38.

Триазиновые
Пептидные
Хиральные
Полипропилениминовые
Типы
дендримеров
Полиэфирные
Мезогенные
Гибридные
Металлодендримеры
Гликодендримеры
Полиамидоаминовые
3

39.

Использование дендримеров для доставки препаратов против
злокачественных опухолей
(Jesse B. Wolinsky, Mark W. Grinstaff, 2010)
1 – PAMAM; 2 – дендример-производное меламина; 3 –
дендример, образованный от 2-гидрокси-2-метилпропропановая
кислота; 4 – полипропиленимин; 5 – дендример, образованный
от глицерина и янтарной кислоты, содержащий
полеэтиленгликольное ядро; 6 – дендример, образованный от
аминолевулиновой кислоты
39

40.

41.

В реакцию полимеризации могут вступать :
1. Фенол и формальдегид
2. Бензол и стирол
3. Изопрен и этилен
4. Дивинил и хлоропрен
5. Винихлорид и кумол
41

42. Сфера применения

Установить соответствие между веществами и
сферой их применения
Применение
Вещества
1) ацетофенон
А) этилен
2) обесцвечивание раствора
Б) стирол
3) уксусный альдегид
В) анилин
4) синтетические красители
Г) пропен
5) изопропиловый спирт
А
Б
В
Г
3
1
4
5
42

43. Сфера применения

Установить соответствие между веществами и
сферой их применения
Применение
Вещества
1) бензо- и маслостойкая резина
А) этиленгликоль
2) обесцвечивание раствора
Б) хлоропрен
3) антифриз
В) тверд. и жидкие алканы
4) Вазелин
Г) пропен
5) синтез кумола
А
Б
В
Г
3
1
4
5
43

44. Сфера применения

45.

Капрон получают при поликонденсации
1. Этиленгликоля и терефталевой кислготы
2. Фенола и муравьиной кислоты
3. 6-аминогексановой кислоты
4. Адипиновой кислоты и
гексаметилендиамина
45

46.

Реакция поликонденсации может идти между
следующими веществами
1. Этиленгликоль и тере-фталевая кислота
2. Бензол и пропилен
3. Фенол и формальдегид
4. Этилен и стирол
5. Дивинил и стирол
46

47.

Реакцией поликонденсации можно получить
1. Ацетатное волокно
5. Полистирол
2. Тефлон
6. Кевлар
3. Капрон
7. Хлоропреновый каучук
4. Нейлон
8. Фенолформальдегидную
смолу
47

48.

Реакция поликонденсации может идти между
следующими веществами
и
1.
2.
и
и
3.
4.
5.
и
и
48

49.

Какие из следующих утверждений верны?
1. При риформинге н-гептана образуется бензол.
2. Винилацетилен получают димеризацией ацетилена.
3. Ацетилен можно получить в результате термического
разложения метана.
4. Карбидный способ получения ацетилена заключается в
обработке карбида алюминия водой.
5. Стереорегулярные каучуки получают при
полимеризации 1,3-диеновых углеводородов в
присутствии металлического натрия.
49

50.

n H2C
C
CH CH2
TiCl4 . Al(C2H5)3
CH3
CH2
C
CH2
CH
H3C
n
цис-полиизопрен
Катализатор Циглера – Натта : TiCl4 .Al(C2H5)3
1963 г. – Нобелевская
НАТТА
Джулио
ЦИГЛЕР
Карл Вальдемар
(1903–1979)
(1898 –1973)
премия по химии «за открытия
в области химии и технологии
высокомолекулярных
полимеров»

51.

Каучук, формула которого
получают при сополимеризации
1. Дивинила и изопрена
2. Стирола и изопрена
3. Хлоропрена и этилена
4. Стирола и дивинила
51

52.

Используя п-ксилол и ацетилен, предложите схему
синтеза волокна лавсан. Что вы знаете о его
свойствах? В чем основное отличие реакции
полимеризации от поликонденсации?
HC
CH
+ H2, Pd/Pb
H2C
CH2
O2, Ag, 300 oC
H2C
CH2
H2O
H2C
O
этиленоксид
CH2
OH OH
KMnO4
H3C
CH3
HOOC
COOH
52