«Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы» пәнінің оқу бағдарламасы sillabus

Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университеті

Жаратылыстану ғылымдары факультеті

Химия және биотехнология кафедрасы

СЕЙЛХАНОВ Т.М.

ПӘНІ БОЙЫНША

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

5В011200 – «Химия» мамандығының студенттеріне арналған

КӨКШЕТАУ, 2015 ж.

«Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы» пәні бойынша Оқу-әдістемелік кешені Ш.Уәлиханов атындағы КМУ Оқу әдістемелік кенесінің отырысында ұсынылды (хаттама №1, 22.10.2015 ж.)

Құрастырушы: х.ғ.к., химия және биотехнология кафедрасының профессор м.а. Сейлханов Т.М.

«Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы» пәні бойынша Оқу-әдістемелік кешені 5В011200 – «Химия» мамандығы бойынша оқытын студенттеріне арналған. Пәннің оқу-әдістемеләк кешенінде курстың оқу бағдарламасы, дәрістердің қысқаша курсы, студенттердың өзіндік жұмыстарына арналған тапсырмалары мен зертханалық сабақтардың жоспары, тесттік тапсырмалары мен емтихан сұрақтары келтірілген.

Сейлханов Төлеген Мұратұлы – химия ғылымдарының кандидаты, химия және биотехнология кафедрасының профессор м.а.

Кафедрада болу уақыты: 9⁰⁰-18⁰⁰ с.

3. Данные о дисциплине

Аты: Жоғары молекулалық қосылыстар (ЖМҚ) химиясы

• 
  жоғары молекулалық қосылыстардың топтасуы мен номенклатурасын оқыту;
  
• 
  полимердің қасиеттерінің негізгі ерекшеліктерінің, саннан сапаға өту деген негізгі диалектикалық принципті білдіретін төменгі молекулалық қосылыстардан айырмашылығынан білу;
  
• 
  жоғарғы молекулалық қосылыстарды алу процестерінің заңдылықтары мен негізгі әдістерін оқып үйрену, полимерлердің химиялық өзгеруін білу;
  
• 
  полимердің агрегатты, фазалық және физикалқы күйіндегі құрылысы мен құрылымын қазіргі тұрғыдан оқып үйрену, кристалды және аморфты полимерлердің құрлымын білу.
  

Білу және түсіну (Дескриптор А):

- Полимерлердің ерітінділерің;

- Полидисперстілік. Молекулярлық массаны және оның онықтау әдістерің;

- Полимерлердің надмолекулярлық құрылысың. Аморфты, кристалды полимерлерді;

- Тізбекті макромолекулалардың иілгіштігі;

- Радикалды гомо- және сополимеризация;

- Иноды полимеризацияның зандылықтары.

- Сополимердін кұрамын мономердін қоспасының құрамынаң байланысың анықтау білу;

- ЖМҚ химия пәні бойынша арнайы және анықтама әдебиеттерімен бос қолдана білу;

- Вискозиметриялық және эбуллиоскопиялық анализдің мәліметтерінің негізінде полимерлердің молекулалық массасың және полидисперстілігің анықтау білу;

- Полимеризациялық және поликонденсациялық процестердің кинетикалық заңдылықтарың анықтау білу;

- Полимерлердің реологиялық сипаттамасы арқылы физико-химиялық қасиеттерін анықтау.

- Полимелерді алу және олардың негізгі структураларының типтерің білу және терминологиясын игеру;

- Халық шаруашылығында қолданатың негізгі полимерлі материалдарды анықтай білу.

Практикалық дағдылар алу:

- Мономерлермен және полимерлермен қауыпсыздық жұмысын білу, олардың ерешектіліктерін білу;

- Полимерлердің алу жолдарыңың әдістерің игеру, оларды анализдеу жолдарың игеру;

- Командада жұмыс істеу білу;

- Эксперименталды және көрсетілген мәліметтер арқасында бақыланатың зандылықтарды ашу және одан негізгі қорытынды жасау;

- Ұйрене алынған өнер-бiлiмдерін пайдалана білу және оқытуға қабiлеттiлiктi ие болу(Дескриптор C, D, E).

Полимерлердін химиясың және физикасың білу; полимерлердін алу жолдарың және анализдеуің білу; полимер химиясының ең негізгі білімдерің білу; полимерлердің химиялық түрленулерін білу; полимерлердің синтезінің методикасың игеру.

Тақырыбы: ЖМҚ химиясының негізгі түсініктері.Полимерлердің классификациясы және номенклатурасы.

1. 
   ЖМҚ химиясының негізгі түсініктеріне анықтама бер: полимер, макромолекула, полимерлену дәрежесі т.б.
   
2. 
   Тізбектің конфигурациясы және макромолекула конформациясы түсініктерін қарастыр.
   
3. 
   ЖМҚ-дың дәстүрлі, тривиалды, рационалды және халықаралық номенклатурасын қарастыр.
   
4. 
   ЖМҚ-дың жіктелуі.
   

Тақырыбы: Поликонденсациялық процестердің негізі. Пластмассалар.

3.Пластмассалардың жіктелуі термопластар,реактопластар,фенопластар .

Тақырыбы: Жоғары молекулалық қосылыстарды радикалды

( со)полимерлену арқылы синтездеу

Тапсырма:

1.Радикалды тізбекті процестердің негізгі жағдайларын қарастыр.

2. 70-73, 187-190 есептерін шығар [18].

3. №1 зертханалық жұмыста синтезделінген сополимерлердің құрамын анықтау үшін калибрлік қисығын тұрғыз.

4. Сополимерлер құрамын есепте.

5. Сополимерлену тұрақтыларын есепте.

6. 424-427 есептерін шығар [18].

Өткізу түрі: ауызша әңгімелесіу; есепті шығару бойынша жазбаша бақылау жұмысы, коллоквиумға дайындық.

Ұсынылатын әдебиеттер: 1-7, 10-16.

Апта VIII. СОӨЖ21-24

Тақырыбы: Маңызды полимеризациялық полимерлер.

1.Полиэтиленнің алу әдістері.

2.Маңызды полимеризациялық полимерлерді халық шаруашылығында қолдану.

Өткізу түрі: ауызша әңгімелесіу; байяндама дайындау.

Ұсынылатын әдебиеттер: 1-7, 10-16.

АптаIX– X. СОӨЖ25-30

Тақырыбы: Химиялық түрлендіру.

1Химиялық түрлендіру реакцияларынын негізгі типтерін атаныздар.

2.Блок-сополимерлерді алу әдістерін қарастырыңыздар.

3.полимерлер деструкциясы:физикалық және химиялық.

Тақырып: Тізбекті макромолекулалардың иілгіштігі.

1. Макромолекулалардың конформациясына анықтама беру.

2. Сызықты тізбектердің иілгіштігінің термодинамикалық аспектілерін қарастыру.

3. Макромолекулалардың иілгіштігінің өлшемін сипаттау. Иілгіш және қатты полимерлерге мысалдар келтіріңдер.

Тақырыбы: Полимерлер ерітінділері және полимерлі гельдер.

1.Полимерлердің еру механизмін қарастыр және оны төменгі молекулалық қосылыстардың еру механизмімен саластыр.

2.. Полимерлердің ісінуін қарастыр, негізгі түсініктерін бер.

3. Полимерлі гельдерге анықтама бер.

4. Гельдер қандай түрде жіктелетінін көрсет.

5. Біріншілік және екіншілік типті гельдердің физико-химиялық қасиеттерін сипатта.

6. Гельдердің ескіруін сипатта.

Өткізу түрі: аудиториялық әңгімелесу.

Ұсынылатын әдебиеттер: 1-11.

Апта XIV– XV. СОӨЖ 43-45

Тақырыбы: Химиялық түрлендіру.

1Химиялық түрлендіру реакцияларынын негізгі типтерін атаныздар.

2.Блок-сополимерлерді алу әдістерін қарастырыңыздар.

3.полимерлер деструкциясы:физикалық және химиялық.

1. 
   Шайқұтдинов Е.М., Құрманалиев О.Ш. Полимерлер химиясының негіздері: - Алматы, ҚазНТУ, 1998.-241 б.
   
2. 
   Ерғожин Е.Е., Шайқұтдинов Е.М., Чугунова Н.И. Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы: - Алматы: “Білім”, 1995.- 320б.
   
3. 
   Құрманалиев М. Жоғары молекулалық қосылыстар: - Алматы, “Санат”,1993.-297 б.
   
4. 
   Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб.для вузов. 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 368 с.
   
5. 
   Новейшие методы исследования полимеров/Под ред. Б. Ки, пер. с англ.- М.: Мир, 1996. – 572 с.
   
6. 
   Тарутина Л. И., Позднякова Ф. О. Спектральный анализ полимеров. – Л.: Химия, 1986. – 248 с.
   
7. 
   Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: В 2 т. – М.: Мир, 1983.
   
8. 
   Стрепихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений. Изд. 3-е, пер. и доп. – М.: Химия, 1976. – 440 с.
   
9. 
   Оудиан Дж. Основы химии полимеров. Пер. с англ. – М.: Мир, 1974. - 614 с.
   
10. 
    Шур А. М. Высокомолекулярные соединения: Учебник для университетов, 3-е изд., пер. и доп. - М.: Высшая школа, 1981. – 656 с.
    
11. 
    Кулезнев В. Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров: Учеб. для хим.-технол. вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 312 с.
    
12. 
    Тугов И. И., Кострыкина Г. И. Химия и физика полимеров: Учеб.пособие для вузов. – М.: Химия, 1989. – 432 с.
    
13. 
    Киреев В. В. Высокомолекулярные соединения: Учеб.для вузов по спец. «Хим. технол. высокомолекуляр. соединений». – М.: Высшая школа, 1992. – 512 с11. Технология пластических масс/Под ред. В. В. Коршака. – М.: Химия, 1976. – 608 с.
    
14. 
    Григорьев А. П., Федотова О. Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс: В 2 частях. – М.: Высшая школа, 1977.
    
15. 
    Торопцева Е. М., Белогородская К. В., Бондаренко В. М. Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1972. – 416 с.
    
16. 
    Практикум по химии и физике: Учеб.изд./Н. И. Аввакумова, Л.А. Бударина и др. Под ред. В. Ф. Куренкова. – М.: Химия, 1990. – 304 с.
    
17. 
    Практикум по высокомолекулярным соединениям/Под.ред. В. А. Кабанова. – М.: Химия, 1985. – 224 с.
    
18. 
    Зильберман Е. Н., Наволокина Р. А. Примеры и задачи по химии высокомолекулярных соединений: Учеб. пособие для хим. И хим.-технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк. – 1984. – 224 с.
    

1. 
   Энциклопедия полимеров: В 3 т. – М.: Советская энциклопедия, 1977.
   
2. 
   Вассерман А. М., Коварский А. Л. Спиновые метки и зонды в физикохимии полимеров. М.: Наука, 1986. – 246 с.
   
3. 
   Николаев А. Ф. Технология пластических масс. – Л.: Химия, 1977. – 368 с.
   
4. 
   Браун Д., Шердрон Г., Керн В. Практическое руководство по синтезу и исследованию свойств полимеров. ФРГ, 1971. Пер. нем./Под ред. В. П. Зубова. – М.: Химия, 1976. – 265 с.
   

7. 
   Студенттердің өздік жұмыстары бойынша сабақ жоспары
   

1. Макромолекула құрылымы. Конфигурация.

2. Макромолекула құрылымы. Конформация.

3.Полимерленуді жүргізу әдістері.

4. Радикалды полимерлену.негізгі сатылары.

5. Радикалды полимерленуді иницирлеу әдістері.

6. Радикалды полимерленудің кинетикасы.

7. Сополимерлену. Сополимерлер құрамы.

8. Терполимерлену, терполимерлер құрамын есептеу.

9. Иондық полимерленудің ерекшелінетін ерекшеліктері.

10. Катионды полимерлену. Механизмі. Катализаторлары.

11. Анионды полимерлену. Механизмі. Катализаторлары.

12. Полимерлерді синтездеудің сатылы әдістерінің заңдылықтары.

13. Полимерлердің ерітінділері.

14. Полимерлердің ісінуі.

15. Полимер-еріткіш жүйесіндегі фазалық тепе-теңдік.

16. Полимерлер ерітінділерінің Флори-Хаггинс теориясы.

17. Еріткіштің термодинамикалық сапасы.

18. Полимерлі гидрогельдер, қасиеті, қолданылуы.

19. Полимерлі материалдарды идентификациялау әдістері.

20. Мономерлер мен олардың негізіндегі полимерлердің функционалды анализі.
8. Баға бойынша ақпарат:

Бақылау түрі (ағымды, аралық, қорытынды);

Бақылау әдістері (сұрау, жазбаша жұмыс, тестілер)
9. Бағаны қою саясаты:

Объективтілігі (бағалау жүйесінің нақты эквиваленті).

Айқындылығы (хабарланды).

Ынғайлығы (әртүрлі бақылау формасың ескеру).

Жоғары дифференциация (көп ұпайлық бағалау шкаласының қөмегімен жоғары дифференциациялау).

Бағаны қою саясаты 100 ұпайлық (100 %) жүйеге негізделген және төмендегі ұпайлардың реттелуін көздейді

Сабақтарға қатысу: магистрант сабаққа уақытында келіп, берілген тапсырманы, лабораториялық жұмыс барысын оқытушыға тапсырады да, жұмысты ары қарай істеуге рұқсат алады.

Сабақтағы тәртіп ережелері университеттің уставына жататын тәртіптер.

Көтермелеу мен жазалау деканатқа информация берілуімен орындалады.

ДӘРІС 1

ЖМҚ молекуласын макромолекула деп атайды, ал ЖМҚ химиясын макромолекулалар химиясы немесе макромолекулалық химия дейді.

Көптеген ЖМҚ макромолекуласы бірдец, бірнеше рет қайталанылатын атомдар тобы – элементарлы буындардан тұрады, мысалы:

- А – А – А – А – А – А – А– А – А– А– А– А– А– А– А - …

мұндағы m – элементарлы буынның молекулалық массасы.

Барлық полимерлер молекулалық массасы әртүрлі макромолекулаларға ие. Полимерлердің бұл қасиеті полидисперстілік деп аталады, ал химиялық құрамы бірдей, бірақ молекулалық массасы әртүрлі макромолекулалар полимергомологтар деп аталады.

Молекулалық масса және молекулалық массалық таралу полимерлердің ерекше қасиеттерін негіздейтін маңызды сипаттамалары болып табылады.

Тармақталған полимерлер полимерлену және поликонденсациялану реакцияларында түзіледі.

Сызықты макромолекулалары бір бірімен табиғаты әртүрлі химиялық байланыстар арқылы байланысқан полимерлер тігілген полимерлер деп аталады. Көлденең химиялық байланыстар полимердің түзілу реакциясында да, алдын ала синтезделінген сызықты полимерді химиялық өңдеу кезінде де түзіледі. Полимердің құрылысы ретті және реттелетін және реттелмейтін бола алады. Реттелетін полимерлерге изотактикалық және синдиотактикалық жоғары молекулалық қосылыстар, ал реттелмейтін полимерлерге атактикалық жоғары молекулалық қосылыстар жатады.

Бірдей орынбасарлары негізгі тізбек жазықтығына қатысты ретсіз кезектесетін полимерлерді атактикалық полимерлер деп атайды.

Бірдей орынбасарлары негізгі тізбек жазықтығына қатысты бір жақта орналасатын полимерлерді изотактикалық деп атайды.

Бірдей орынбасарлары негізгі тізбек жазықтығына қатысты молекулалық тізбекте кезектесетін полимерлер синдиотактикалық деп аталады.

Негізгі әдебиеттер: 1-2, 4-9.

Қосымша әдебиеттер: 1.

Тақырыбы:Поликонденсациялық процестердін негізі.

Поликонденсациялану деп көп функционалды қосылыстардың функционалды топтарының әрекеттесуінен жоғары молекулалық қосылыстар түзілу реакцияларын айтады. Түзілген макромолекулалардың соңында әрқашанда функционалдық топтар болады. Поликонденсациялану кезінде көп жағдайда төмен молекулалық қосалқы заттар бөлінеді. Сондықтан бұл реакция кезінде түзілетін полимерлік буындардың құрамы бастапқы мономерлердің құрамынан өзгеше болады. Іс жүзінде төмен молекулалық қосылыстар бөлінбей жүретін реакциялар да кездеседі, бірақ реакцияның барлық жүру заңдылықтары поликонденсациялауға тән.

Поликонденсациялану процесінің мономерлері ретінде екі немесе одан да көп функционалды топтары (OH, OR, NH₂, Cl, COOH, COOR, COCl, SiOH, SiOR) бар қосылыстар қолданады.

Поликонденсациялану әдісі бойынша полимер синтездеу үшін әр түрлі химиялық реакциялар қолданылады. Оларға мыналар жатады: этерификациялау, амидтеу, уретандардың түзілуі, ароматикалық орын басу және т.б. Поликонденсациялану екі түрлі функционалдық топтардың әрекеттесуінен жүреді.

Поликонденсациялану процесі – сатылы реакция.

Осылардың яғни осы реакциялардың қалдықтарының әсер ету молекуласы байланысады. Амин қышқылының поликонденсациясы мысал бола алады, нәтижесінде полиамид түзіледі:

H₂N – R – COOH + H₂N – R – COOHH₂N – R – COOH + H₂O

H₂N – R – CONH – R – COOH + H₂N – R – COOH 

H₂N – R – CONH – R – CONH – R – COOH + H₂O

Жоғарыдағы схема сатылы болып табылады.

Бір мономердің поликонденсациясы гомополиконденсация деп аталады. Егер реакцияда әр түрлі заттар қатысса, онда ондай поликонденсация гетерополиконденсация деп аталады. Амин қышқылының поликонденсациясы осы гомополиконденсация мысалы болады.

Қазіргі кезде 4 негізгі поликонденсацияны жүргізу әдісі бар: балқымадағы поликонденсация, ерітіндідегі поликонденсация, аралық және қатты фазадағы поликонденсация.

Балқымадағы поликонденсация қазірде өте кең тараған түрі. Өндірісте полимерлер реттерін (полиэфирлер, полиамидтер) алуға кең қолданылады. Бастапқы мономерді араластырып және реакциялық аппаратта бірнеше сағат бойына синтезделінетін полимердің балқу температурасына қарағанда жоғары температурада қыздырады. Реакцияны төменгі молекулалы өнімді толығымен айдап алу үшін вакуумде аяқтайды.

Қатты фазада өтетін поликонденсация процесін өндірісте қолданбайды. Алайда, мұндай процестер, балқыма мен ерітіндінің бірінші кезеңінде кеңнен қолданылады. Түзілген полимер және олигомер термиялық зерттеуде қозғалады, соның нәтижесінде соңғы өнімге айналады да қатты фазаның ақырғы кезеңінде өтеді. Осы поликонденсация түріне қатты фазада үш өлшемді поликонденсация кіреді, өндірісте кең қолданылатын поимерлер тізбегінің түрлерін (фенолформальдегидті, глифталды және т.б.)түзеді.

Мономер концертрациясының әсері:

Тепе-тендік константасы мономер концентрациясына тәуелді емес.Егер реакцияны тепе-тендік кнйге жеткізсе,онда полимердің молекулалық массасы да мономердің концентрациясына тәуелді болмайды. Поликонденсациялану жылдамдығы әрекеттесуші заттар концентрациясына пропорционал. Сондықтан мономер концентрациясы артқанда тепе-теңдік күйге жететін уақыт қысқарады, яғни молекулалық массасы максимал полимер алынады.

Негізгі әдебиеттер: 1, 4-9.

Қосымша әдебиеттер: 1, 3.
ДӘРІС 3

Тақырыбы:Пластмассалар.

Пластмассалар күнделікті өмір мен техниканың тұрақты серігі болып алды. Пластмассалардан жасалған бұйымдардың негізгі артықшылығы жеңілдігі, жоғары диэлектрикалық қасиеттері, температура өзгерісіне, сыртқы ортаның, агрессивтік қосылыстардың әсеріне тұрақтылығы, механикалық беріктігі.

Пластмассалардың тағы бір ерекшелігі – оларға қажетіне қарай кез келген арнаулы қасиет беруге болады. Мысалы, көпшілік пластмассалар тоқ өткізбейді, ал қажет болса тоқ өткізгіш пластмасса алуға болады. Шыныпласттар, көміртекті пластиктер болаттан да берік болуы мүмкін, ал газ толтырылған пластиктер өте жеңіл келеді, жылу бермейтін, дыбыс өткізбейтін қасиеттерімен бағаланады.

Платмассалар әдетте бірлесе келетін және бірлеспейтін компоненттерден тұрады. Сонымен қатар, полимерден басқа, пластмасстың құрамына полимерлі материалдар мен толтырғыш пластификаторлар, температура ағымын төмендеткіш және полимер тұтқырлығы, полимер материалдарының тұрақтылығы, бояғыштар және тағы басқалар кіреді.

Пластмассалар негізінен байланыстырушы қызметін атқаратын табиғи не синтездік полимерден тұрады. Оның құрамында тағы да әр түрлі толтырғыштар, пластификаторлар, стабилизаторлар, бояғыш заттар болуы мүмкін.

Пластмассалар құрамындағы полимерлердің қасиетіне байланысты термопластикалық және термореактивті болып бөлінеді. Термопластикалық қыздырып, әр түрлі пішінге келтіруге болады, одан полимердің қасиеті өзгермейді.

Пластмассалар бір фазалы (гомогенді) немесе көп фазалы (гетерогенді компазиционды) бола алады. Гомогнеді пластмассаларда полимер материалдық құрылысын анықтайтын негізгі компонент болып келеді. Қалғаны полимерде ерігендер немесе сол және басқада құрлысын жақсарта алатын компоненттер.

Гетерогенді пластмассада полимер дисперсионды орта функциясын (біріктіретін ), ондағы компоненттің диспергирлі қатынасын өздік фазада құрайтындығын орындайды. Гетерогенді пластик компоненттеріне ішкі әсерді бөлу үшін толтырғыштың қабатын байланыстырушыны, жоғарғы адсорбциялау арқылы немесе химиялық реакция арқылы қол жеткізетін, байланстырушы мен толтырғыштың кантакті шекарасындағы берік шынжырлануына жағдай жасау қажет.

Фенопласттар – фенолальдегидті смола (негізінен фенолформальдегидтік) негізіндегі пластикалық массалар.

Резолды пресс-порошок құрамына (массасы бойынша %-те): резолді смола – 30-35; толтырғыш – 40-60; уротропин; – 1-2 СаО – 2,5-ке дейін; олеин қышқылы - 1-2; бояғыш зат – 1-2 енеді.

Жоғары толтырғыш порошокті фенопласттарға 80% жоғары (массасы бойынша) толтырғыш, мысалы жасанды графит, кварцті құм, алмаз композициялары жатады. Порошокты фенопласттар келесі сауда аттарымен сатылады: фенопласт (СНГ), кемоплаз, плэнко (АҚШ),формолит, стернит (Ұлыбритания), бакелит, флуосит (Италия) және тағы басқалары.

Талшықты фенопласттар. Мұндай фенопласттардың толтырғышы ретінде өсімдік талшықтарын, абест талшықтарын, шыныталшықтарын, синтетикалқ талшықтарын (негізінен полиамидті және тполиэфирлі) қолданады. Талшықты пресс-материалды шайырды алу үшін, талшықты толтырғыш пен басқа компоненттерді тарелкеде араластырады, егер қажет болса, вальцте вальстейді, сосын кептіреді және орталайды. Талшықты фенопласттар үздіксіз шыны және синтетика жіптері негізінде, бобиннен түсетін арнайы ваннада алады, кейінірек кептіріп, кеседі.

Қатпарлы фенопластта. Толтырғыштарына байланысты қатпарлы фенопласттардың келесі түрлері болады: қағаз негізінде – гетинакс тоқылған және тоқылмаған талшыққты полотно негізінде – текстолиттар шпон және табиғаты әртүрлі талшықты бір бағытты ленталар негізінде, сонымен бірге ағаш шпоны – қатпарлы-ағаш пластиктері.

Қатпарлы фенопласттар келесі сауда маркасымен сатылуға шығады: текстолит, стеклотекстолит, гетинакс (СНГ), пәксолин, кибум (Ұлыбритания), фэбрикан (АҚШ), кобелит, ришелит (Япония) және басқалары.

Негізгі әдебиеттер: 1, 4-9.

Қосымша әдебиеттер: 1, 3.

Тақырыбы: Жоғары молекулалық қосылыстарды радикалды (со)полимерлену арқылы синтездеу

Радикалдық полимерлену әрқашан тізбекті реакциялар механизмімен жүреді. Сондықтан радикалдық полимерлердің активті орталығы еркін радикал болып табылады. Еркін радикал дегеніміз жалқы электроны бар активті бөлшек. Радикалдар жүйеде физикалық әсерден немесе химиялық жолмен түзіледі.

Иницирлеу. Радикалдық полимерленуде иницирлеу деген тізбекті бастап кетуге қажет еркін радикалдар алу. Оның бірнеше әдістері бар.

Термиялық иницирлеу. Термиялық иницирлеу кезінде еркін радикал жоғары температураның әсерінен қос байланыстың ашылуынан пайда болады. Полимерлену процесі 100⁰ С жоғары температурада жүреді де оның жылдамдығы өте аз. Көпшілік мономерлер термиялық полимерленбейді десе де болады. Бұл процесс негізінен стирол мен метилметакрилатқа тән. Мономерді қыздырғанда алдымен бирадикал түзіледі, ол бирадикал мономермен тез әрекеттесіп, полимерлену процесін әрі қарай алып кете алатын монорадикал пайда болады.

Фотохимиялық иницирлеу. Бұл әдіс лабораториялық тәжірибеде кең қолданылады. Мұнда мономер жарық сәулесінің квант энергиясын бойына жұтып, еркін радикалдарға ыдырайды.
Радиациялық иницирлеу. Мұнда еркін радикалдар иондаушы радиоактивтік сәулелердің (γ- және рентген сәулелері) әсерінен пайда болады.

Химиялық иницирлеу. Ең көп тараған иницирлеу әдісінде, арнаулы химиялық қосылыстар, инициаторлар қолданылады. Инициаторлар мономер ортасында аздап қыздырғанда радикалдар түзеді. Нициатор ретінде әртүрлі пероксидтер, азоқосылыстар пайдаланады.

Тотығу-тотықсыздану иницирлеу. Радикалдық полимерленуді бөлме немесе одан төмен температурада иницирлеу үшін тотығу-тотықсыздану жүйесін қолданады. Тотығу-тотықсыздану реакциясын мономер бар ортада жүргізеді. Тотықсыздандырғыш ретінде сульфидтер, тиосульфаттар және оксиқышқылдар да қолданылады.

Радикалдық полимеризация - химиялық байланыстардың гомолитикалыңүзiлуi арқылы түзiлген, жұпталмаған электроны бар белсендi бөлшектер – бос радикалдардыңқатысуымен iске асатын мономер молекулаларыныңқосылуының тiзбектi реакциясы. Радикалдық механизм бойынша негiзiнен көмiртек – көмiртек еселi байланыстары бар мономерлер полимерленедi. Сонымен бiрге радикалдық полимерлену мүмкiндiгi мономердiңқұрылысына және процестi жүргiзу жағдайына байланысты.

Радикалдық полимеризациясының негiзгi сатылары: инициирлеу, өсу және үзiлу реакциялары.

Тізбектің өсуі Тізбектің өсуі иницирлеудің нәтижесінде түзілген радикалдарға мономерлердің біртіндер қосылуынан жүреді. Реакция кезінде мономердегі π- және σ- байланыстарының энергиялары әр түрлі болғандықтан бұл реакция әрқашанда жылу бөлу арқылы жүреді.

Мономерлердің радикалға қосылу реакциясының активтену энергиясы негғұрлым төмен болса, яғни мономер неғұрлым активтілеу болса, осы мономерден түзілген радикалдың қабысу энергиясы соғұрлым жоғары болады. Керісінше, радикалдың қос байланысты мономерге қосылғандағы активтену энергиясы неғұрлым жоғары болса, яғни радикалдың реакцияласу қабілеті неғұрлым жоғарырақ болса, соғұрлым оның қабысу энергиясы төмен болады. Демек, бір мономерлер қатарынад мономерлердің және оларға сәйкес радикалдардың реакцияласу қабілеті антибатты өзгереді.

Үзілу реакциясының активтену энергиясы негізінен радикалдың бір-біріне диффузиялануының активтену энергиясымен анықталады да 6 кДж/мольден аспайды. Тізбек өзінің кез келген өсу сатысында үзілуі мүмкін. Сондықтан, полимерлену кезінде ұзындығы әр түрлі макромолекулалар түзіледі. Сол себептен синтетикалық полимерлер полимолекулалы келеді.

Үзілу төмендегі екі механизм бойынша жүзеге асады:

1) рекомбинациялану-екі макрорадикалдың қосылуы:

R- CH₂-CHX-… CH₂-CHX^+ ^CHX - CH₂-… CHX-CH₂- R^'

- R-CH₂-CHX-…- CH₂-CHX- CHX- CH₂-… CHX-CH₂- R^'

2) диспропорциялану-екімакрорадикалдыңбірініңаяқыбуынынансутекнемесегалоидатомыныңүзіліп, екіншісінеөтуі:

R- CH₂-CHX-… CH₂-CHX^+ ^CHX - CH₂-… CHX-CH₂- R^'

R- CH₂-CHX-…- CH=CHX+ CH₂X- CH₂-…-CHX- CH₂- R^'

Тiзбектiңберiлуi.Тізбектің берілу реакциясы полимерленуді қоздыратын белсенді орталықтың өсуші полимерлі тізбектен М* тізбекті беруші деп аталатын (П) басқа бөлшекке тасымалдануынан тұрады:

(М^)_x + П → (М)_x + П^; П^ + М →П – М

Бұл жағдайда полимерленуді иницирлеуге қабілетті П* жаңа бөлшегі және белсенді емес, «өлі» макромолекула (М) алынады.

Бұл механизм бойынша полимерлену процесі тоқтамайды, тізбектің өсуі бұл жағдайда мономерге, еріткішке, полимерге, инициаторға және т.б. беріле алады.

Егер, тізбектің берілуі кезінде түзілген жаңа радикалдардың реакциялық қабілеттілігі бастапқылардың белсенділігенен аз ерекшелінсе, тізбектің берілу реакциясы полимерлену жылдамдығына әсер етпейді, бірақ өсуші радикалдың тізбегінің бұрын үзілуінен полимердің молекулалық массасы төмендейді.

Радикалдық полимерленудің ингибиторлары. Мономерлер сақтау кезінде полимерленбеу үшін оларға ингибиторлар қосады. Ингибитор радикалдармен әрекеттескенде активтігі нашар радикалдар пайда болады, олардың тізбекті өсіруге қабілеті жоқ.. барлық жағдайда ингибитордың активтігін ингибирлеу константасымен, яғни ингибитордың радикалмен әсерлесу реакциясының жылдамдық константасының тізбектің өсу константасына қатынасымен анықталады. Мономерлерді тұрақтандыру үшін гидрохинон жиі қолданылады. Ол оттегі қатысуында өте активті. Мұндағы оттегінің мәні гидрохинонды хинонға дейін тотықтыру. Одан әрі хинон радикалдармен өсу реакциясына қатысады.

Негізгі әдебиет: 1, 5-10.

Қосымша әдебиет: 1, 3.
ДӘРІС 8

Тақырыбы : Радикалды сополимерлену.

Екі немесе одан да көп мономерлердің бірігіп полимерленуі сополимерлену деп аталады. Сополимерлердің макромолекулаларында мономерлердің бастапқы реакциялық қоспасында болған барлық заттар болады. Егер гомополимерлену кезінде бір типті өсуші тізбек және бір мономер болса, сополимерлену кезіндегі көрініс күрделілеу, себебі бұл кезде өсуші тізбектердің бірнеше түрі және осыған сәйкес мономерлер мөлшері болады. М₁ и М₂ мономерлерінің инициатордың ыдырауы нәтижесінде түзілген бос радикалдармен R^реакцияласуы нәтижесінде біреуінің соңғы буыны М₁, ал екішшісінің соңғы буыны М₂ болатын жаңа радикалдар түзіледі:

R^ + М₁ М^·₁R^ + М₂ М^·₂

Осылай түзілген әрбір радикал М₁ мономерімен де, М₂ мономерімен де әрекеттесуі мүмкін, бұл элементарлы реакциялардың ықтималдығы жылдамдық констаталарымен анақталады. Элементарлы реакциялардың төрт типі бар және осыған сәйкес олардың жылдамдық констанаталары болады k_1,1, k_1,2, k_2,1 и k_2,2:
1. М^·₁ + М₁ М^·₁k_1,1 [М^·₁][М₁]

2. М^·₁ + М₂ М^·₂k_1,2 [М^·₁][М₂]

3. М^·₂ + М₂ М^·₂k_2,2 [М^·₂][М₂]

4. М^·₂ + М₁ М^·₁k_2,1 [М^·₂][М₁]

Берілген теңдеу сополимер құрамы мен бастапқы қоспадағы сомономерлер құрамы арасындағы тәуелділікті құрайды. Сополимерлену тұрақтылары немесе мономерлердің салыстырмалы белсенділіктері деп аталатын r₁ и r₂ шамалары сополимерленуші жүйенің маңызды сипаттамасы болып табылады. Бұл әрбір радикалдың «өз» мономерімен реакцияласу жылдамдық тұрақтысының «бөтен» мономермен реакцияласу жылдамдық тұрақтысына қатынасын көрсетеді. Сополимерлер құрамының бастапқы мономерлер қоспасының құрамынан тәуелділігін сополимерлер құрамының диаграммасы айқын көрсетеді .

Сополимер құрамының бастапқы мономерлер қоспасының құрамынан тәуелділігі.

1- r₁>1, r₂<1-сополимер М₁ мономерімен байытыл-ған; 2- r₁<1, r₂>1-сополимер М₂ мономерімен байы-тылған; 3- r₁<1, r₂<1-сополимер құрамының қисығы азеотроп сызығынан өтеді, яғни азеотроп нүктесіне дейін сополимер бір мономермен, кейі-екінші мономермен байытылған; 4- r₁ =r₂ =1- азеотроп сызығы, мұнда кез келген нүктеді сополимер құрамы бастапқы қоспа құрамына тең.

Сополимерлену тұрақтыларын анықтау әдістері:

1. Майо-Льюис немесе сызықтардың қиылысу әдісі. Әдіс негізінде Майо-Льюис теңдеуін түрлендіру жатыр:

Әрі қарай r₁ мәнін ойша беріп, r₂ мәнін есептеп, r₂ –нің r₁-ден тәуелділік графигін тұрғызады. Бір-бірімен қиылысқан сызықтар топтамасын аламыз, қиылысу нүктесі r₁ және r₂ мәндерін береді.

Тәуелділік графигін құрып, түзу сызық аламыз, оның бұрыш тангенсі r₂, ал ордината осінде қиылатын кесінді r₁ береді.

Негізгі әдебиеттер: 1, 4-9.

Қосымша әдебиеттер: 1, 3.

ДӘРІС 7

Тақырыбы: Иондық жәнеиондық-координацялық полимерленудің негізі

Негізгі әдебиеттер: 1, 4, 6 – 9.

Қосымша әдебиеттер: 1-3.
ДӘРІС8

Тақырыбы Маңызды полимеризациялық полимерлер

Полиэтилен (ПЭ) – қысым астында этиленді радикалды полимерлеу арқылы және төмен немесе орташа қысымда иондық полимерлеу арқылы алады ( Циглер және Филлипс әдістері).

Полимерлену әрекетіне байланысты полиэтилен құрамы аса өзгеше болып өзгереді. Полиэтиленді жоғары қысымда алса, қайнау температурасы және қысымы төмен, Циглер немесе Филлипс әдісімен алған ПЭ –ге қарағанда. Асқын тотықты инициатор болғанда ғана процесс орындалады. Жоғарғы қысымда алынған ПЭ –нің орташа молекулалық массасы 80000-500000 және кристалдану дәрежесі 50-60% болады.

Полимерлену процесі еріткіш ортада жүреді. Инициатор ретінде Циглер-Натта катализаторы алынады.

Өндірісте ПЭ –ді төменгі қысымда жартылай үздіксіз және үздіксіз жүйе бойынша алады.

Полиэтилен тығыздығы 910-790 кг/м³ және жұмсару температурасы 110-130⁰С болатын термопластикалық полимер болып табылады. Барлық полиэтилендер тозуға бейім. Сондықтанда термо тотығу процестерімен атмосфералық әсерлерге тұрақтылығын жоғарылату үшін полимерлерге түрлі тұрақтандырғыштарды кіріктіреді.

Полипропилен (ППр), өндірісте процесстердің орындалу шарттарына байланысты, түрлі құрам құрылысты қоспа. Анағұрлым бағалы материалдар болып табылатыны атактикалық және стереоблокты құрылымды қоспалардың аз мөлшерде болған полимерлер. Мұндай полимерлердің молекулалық масасы 80000-200000, изотактикалық бөлшегі 80-95% құрайды.

Изотактикалық полипропиленді Циглер – Натта комплексті катализаторының қатысында пропиленнің стереоспецификалық полимерлену арқылы алады. Полимерленуді көмірсутектердің сұйықты ортасында жүргізеді (гептанда, уайт-спитртте, бензинде)..

ПОЛИСТИРОЛ (- СН₂ –СН(С₆ Н₅ ) -)_п.

Полистирол – бос радикал немесе иондану механизмі бойынша полимерленуі мүмкін. Радикалды механизм бойынша полимерлену нәтижесінде алынған полимерлер аморфты болып келеді, ал ионды полимерлену нәтижесінде алынған полимерлер катализатор типіне байланысты аморфты не кристалды болуы мүмкін.

Жоғары молекулалық галоген өндіруші көмірсутек ішіндегі ең маңыздысы поливинилхлорид, политетрафторэтилен, поливинилфторид болып табылады. Техникада ең маңызды поливинилхлоридтік пластикалар болады. Ол пластикалар өндірісте полиолефиндерден кейінгі орында.

ПСт кемшіліктері жылуға төзімділігі төмен, соққыға мардымсыз тез тозады. Сондықтанда композицияға әдетте минералды толықтырушылар, пластификаторлар, тұрақтандырғыштар енгізіледі.

Поливинилхлорид – ерітіндіде, суспензияда, эмульсияда радикалды винилхлорид полимерлену массасында алады. Өндірісте суспензиялық әдіс кең көлемде қолданылады.

Поливинилхлорид негізінде шығарылатын материалдардың екі типі бар: винипласт ( қатты пластик) және пластикат (жұмсақ пластик).

ПВХ жақсы электроизоляциялаушы және жылуды изоляциялаушы қасиетке ие, сонымен қатар күшті және әлсіз қышқылдармен сілтілер, майлардың әсеріне тұрақты.

Полиметилметакрилат (ПММА) – ерітіндіден, эмульсиядан, суспензиядан радикалды полимеризация блогынан алады. Полимеризация блогының кезінде формасы жапырақ тәрізді органикалық шыны силикат алады.

ПММА – молекулалық массасы 20000 –нан 200000-ге дейін жететін қатты полимер.

Блокты ПММА жоғары механикалық мықтылылығымен, жеңілділігімен және мөлдірлілігімен ерекшелінеді. Ол 300⁰С температурада қыздырғанда мономер түзіледі. ПММА күрделі эфирлерде, кетонда, хлорланған ароматты көмірсутектерде жақсы ериді, ал алифатты көмірсутекте нашар ериді. Бөлме температурасында ПММА қышқылдың және сілтілердің сұйытылғанан ерітінділерінде, спирттерде және майда әсер еткенде тұрақты. ПММА пигменттерді, бояғыш заттарды қосқанда әр түрлі түс беруге қабілетті.

Полиакрилонитрил (ПАН) – радикалды акрилонитрил полимерлену кезінде инициатор ретінде асқын тотықты қосу арқылы алады. Кейде тотығу-тотықсыздану жүйесін қолданады. Мысалы, амониперсульфатының тиосульфатпен және натрий гидросульфидімен алады. Өндірісте акрилонитрилдің полимеризациясын органикалық еріткіш ортасында минералды тұздардың сулы ерітіндісінде және сулы эмульсияда өткізеді. Атмосфералық қысымда және 30-75⁰С –да бірінші сулы эмульсиялық амал бойынша акрилонитрил полимеризациясын жүргізеді.

Негізгі әдебиет: 1 - 4, 14 - 15.

Қосымша әдебиет: 1 - 4..

Тақырыбы: Химиялық түрлендіру

Полимерлердің химиялық түрленуі әр түрлі химиялық реакциялар арқылы өтеді. Олардың әсерінен макромолекулалардың полимерлену дәрежесі және химиялық құрылымы өзгереді. Полимерлерді химиялық түрлендіру белгілі бір мақсатпен жоғары молекулалық қосылыстардың жаңа өнімдерін алу үшін әдейі жүргізіледі немесе ол жылудың, жарықтың, ауадағы оттегінің, механикалық әсердің және полимерлерді пайдалану кезіндегі басқа факторлардың салдарына өздігінен жүруі мүмкін. Бұлардың әсерінен полимерлердің физика-механикалық сипаттамалары төмендейді.

Полимерлердің химиялық түрлену реакциялары негізінен үшке бөлінеді:

1. 
   Полимерлену дәрежесі өзгермейтін реакциялар. Бұған полимерге ұқсас түрлендірулер және ішкімолекулалық реакциялар жатады.
   
2. 
   Полимерлену дәрежесі өсетін реакциялар. Бұған молекулааралық реакциялар, жалғанған және блоксополимерлену кіреді.
   
3. 
   Полимерлену дәрежесі төмендейтін реакциялар, яғни полимерлердің деструкциялану реакциялары.
   

Торлы полимерлер макромолекулалар арасында жүретін ретпен орналасқан коваленттік байланыс немесе екінші валенттік байланыстар арқылы түзіледі. Бірінші жағдай химиялық немесе қайтымсыз тігілу, ал екіншісі – физикалық немесе қайтымды тігілу деп аталады. Физикалық тігілу кезінде пайда болатын байланыстар коваленттік байланысқа қарағанда әлсіз, сондықтан полимер ерігенде немесе жоғары температурада қыздырғанда жойылады.

Тігілу процестері өнеркәсіпте кең қолданылады, мысалы, каучукты вулкандауда, пластмассаларды қатайтуда, лак-бояу сырларын кептіргенде, тері илеуде.

Каучук көбіне оны өңдеу кезінде вулканданады. Вулкандау күкіртті және күкіртсіз, сондай ақ сәулелену арқылы деп бөлінеді. Күкірті вулкандауды қос байланысы бар каучук қоспасын күкіртпен 130-160⁰С қыздыру арқылы жүргізеді. Күкіртсіз вулкандау макромолекуласында қос байланыс жоқ каучуктер үшін қолданылады. Мәселен, хлорланған полиэтилен металл оксидтерімен әрекеттескенде вулканданады.

Молекулааралық реакцияларға қатайту реакциялары да жатьады. Қатаю деп реакцияға қабілетті сұйық олигомердің қатты, ерімейтін, балқымайтын үш өлшемді қайтымсыз полимерге айналуын айтады. Қатаю әр түрлі пластмассалар, герметиктер, желімдер, лактар және бояулар өндірісінің негізгі технологиялық процестерінің бірі. Қатаю екі сатыдан тұрады. Бірінші сатыда қоспаның ерігіштігі мен аққыштығы жойылып, макромолекула үш өлшемді тор түзеді. Қатаю кинетикасы температураға едәуір тәуелді. Қатаю үшін қатайғыштан басқа катализатор және инициатор да қажет. Қатайтқыш ролін кейбір еріткіштер де атқара алады, мысалы, фенол-формальдегид олигомері үшін фурфурол, ал олигоэфиракрилаттарға стирол мен метилметакрилат қолданылады.

ЦЕЛЛЮЛОЗАЛАР ЭФИРЛЕРІ табиғи модификацияланған химиялық полимер болып табылады. Целлюлоза талшықты материалдардың (ағаш, мақта, сора, зығыр) негізгі бөлігі болып табылады, және кең тараған сызықты құрылысты макромолекулалы табиғи полимерлерге жатады.

Целлюлозаның қарапайым қатары спирт сипатты үш гидроксилды топтары бар және алкоголяттар, жай және күрделі эфирлер түзілуі мүмкін. Целлюлоза эфирлерінің целлюлозадан айырмашылығы органикалық еріткіштер қатарында ериді, балқиды және термопластикалық полимерлы материалдар үшін қолданылатын, барлық әдістермен заттар оңай өңделеді. Целлюлозаның күрделі эфирлері минералды қышқылдардан немесе органикалық қышқыл ангидридтерінен целлюлозаның этерификациясымен алынған ацилды түрде өңделген целлюлозалар болып табылады. Анағұрлым техникалық мәнге целлюлозаның нитраттары, ацетаттары, пропионаттары ие.

[C₆H₇O₂ (OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂ (ONO₂)₃]_n + 3nH₂O

Өндірістецеллюлозанитраттарыназоттыңтүрлімөлшеріменмақтацеллюлозасынасылдандыраөңдеуарқылыалады.

12,5 – 13,6% азотыбарцеллюлозаниттратар (пироксилин), жарылғышзаттаралуүшінқолданылады; 10 - 12,5% азотыбарцеллюлозаниттратар (коллокксилин), өндірістецеллулидтерді, этролды, қабықшаларды, лактардыбайланыстырушызаттарретіндеқолданылады;

C₆H₇O₂( OH)₃]_n + 3n(СH3СO)₂Щ → [C₆H₇O₂ (OСOСН₃)₃]_n + 3nСH₃ СООН

Бұлжағдайда 62,5% - тібарсіркеқышқылыменбайланыстыцеллюлозаныңүшорынынбасқанэфиралынады.

Целлюлозаацетатыныңтехнологиялықпроцесігомогендітәсілменкелесісатыдаболады:

• 
  целлюлозаны дайындау;
  
• 
  ацетилденген қоспаны дайындау;
  
• 
  целлюлозаның активациясы;
  
• 
  ацетилдену;
  
• 
  целлюлоза ацетатын тұндыру;
  
• 
  дайын өнімді ұсақтау, шайю, стабилизациялау, центрифугалау және кептіру;
  

Целлюлозаның реакциялық белсенділігін арттыру үшін оны органикалық және бейорганикалық қышқылдарда немесе сілтіде ісіндіруді (активтендіру) керек етеді. Ацетатты целлюлозаны алу барысында белсендіру үшін ацетилдеуші қоспаның құрамына кіретін мұзды сірке қышқылын қолданады.

Үш ацетатты целлюлозаның сыртқы пішін түрі ақ немесе ашық-сары түсті аморфты ұнтақ түрінде болады, молекулалық массасы 40000 жуық. Целлюлоза ацетатының органикалық еріткіштер қатарында еру қасиеттері олардың кең түрде қолданылатындығын айқындайды.