Informații generale despre polimeri și materiale pe baza acestora. Utilizarea polimerilor și a pericolului de incendiu lor.
Clasificarea polimerilor (compoziția lanțului principal al macromoleculelor, macromoleculele asupra structurii, de comportarea în timpul încălzirii, inflamabilitate, în pregătire).
Clasificarea reacțiilor polimerice de sinteză (de polimerizare, policondensare).
Proprietățile toxicologice ale polimerilor fizico-chimice, risc de incendiu și.
Polimerii de bază de reacție de descompunere și de combustie termică
(Principalele tipuri de degradare, termică și termo-oxidativă
Informații generale despre polimeri și materiale pe baza acestora. Utilizarea polimerilor pentru gestionarea obiectelor, pericol de incendiu lor
Polimerul este denumit chimic care are o greutate moleculară ridicată și constând dintr-un număr mare de fragmente legate prin legături chimice recurente. Aceste fragmente sunt numite link-uri elementare.
Astfel, semnele polimerilor sunt după cum urmează: 1. Greutatea moleculară foarte mare (sute de mii). Structura 2. lanț de molecule (adesea legături simple).
Trebuie remarcat faptul că polimerii deja concura cu succes cu toate celelalte materiale utilizate de omenire, deoarece cele mai vechi timpuri.
polimeri, biologice și medicale
ioni - și de schimb de electroni materiale
căldură și rezistent la căldură din plastic
materiale de construcții și construcții
Tensioactive și materialele rezistente la medii agresive.
Expansiunea rapidă a producției de polimeri a condus la riscul lor de incendiu (cum arde mai bine decât lemnul) a devenit un dezastru național în multe țări. La arderea și descompunerea diferitelor substanțe lor sunt formate, în principal, toxic pentru oameni. Cunoscând proprietățile substanțelor periculoase necesare pentru o luptă cu succes împotriva lor.
compoziția polimerică Classification lanț principal macromolecular (cele mai frecvente):
I. carbochain Navy - catenele polimerice sunt construite numai atomi de carbon
II. Heterochain DIU - lanț polimeric principal, în plus față de atomii de carbon, conțin heteroatomi (oxigen, azot, fosfor, sulf, etc.)
III. compuși polimerici cu elemente organice - principalele lanțuri ale macromoleculelor conțin elemente care nu fac parte din compușii organici naturali (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn, etc.).
Fiecare clasă este împărțită în grupe, în funcție de structura lanțului de link-urile, numărul și natura substituenților lanțurilor laterale. compuși heterociclici sunt clasificate, în plus, în ceea ce privește natura și numărul de heteroatomi și polimerii organometalici - în funcție de combinația de unități de hidrocarburi la atomii de siliciu, titan, aluminiu, etc.
lanțuri a) polimeri având saturat: polipropilenă - [-CH2-CH-] n,
polietilenă - [-CH2-CH2-] n; CH3
b) polimeri cu catene nesaturate: polibutadiena - [-CH2-CH = CH-CH2] n;
c) polimeri substituiți cu halogen: teflon - [-CF2-CF2-] n, PVC - [-CH2-CHCl-] n;
g) alcooli polimerice: alcool polivinilic - [-CH2-CH-] n;
d) derivați de alcooli, polimeri: polivinil - [-CH2-CH-] n;
e) aldehide și cetone polimerice: polyacrolein - [-CH2-CH-] n;
g) polimerii de acid carboxilic sunt: acidul poliacrilic, - [-CH2-CH-] n;
h) nitrili polimerice: PAN - [-CH2-CH-] n;
u) polimeri de hidrocarburi aromatice: polistiren - [-CH2-CH-] n.
Polimerii conținând în principal atomii de oxigen în lanț:
a) polieteri: poliglicoli - [-CH2-CH2-O-] n;
b) poliesteri: PETP -
c) polimer peroxid: peroxid de polimer stiren - [-CH2-CH-O-O-] n;
2. Polimerii conținând în principal atomii de azot în lanț:
a) amine polimerice: polietilendiamin - [-CH2-CH2-NH] n;
b) amide polimerice: policaprolactama - [-NH- (CH2) 5-C] n;
3.Polimery conținând în principal atomi în lanț atât azot și oxigen - poliuretan: [-C-NH-R-NH-C-O-R-O-] n;
4.Polimery conținând în catena principală de atomi de sulf:
a) polythioether din [- (CH2) 4-S-] n;
b) politetrasulfidy [- (CH2) 4-S - S-] n;
5.Polimery conținând în principal atomii de lanț de fosfor,
Compuși polimerici 1.Kremniyorganicheskie
a) polysilane compus R R
b) un compus polisiloxan
c) compuși polikarbosilanovye
g) compuși polikarbosiloksanovye
2. compuși polimerici, organic de titan, de exemplu:
3. organoalumiticși compuși polimerici, de exemplu:
Clasificarea polimerilor structurii macromoleculelor
Macromoleculele poate avea liniar, ramificat și structură spațială tridimensională.
Polimerii liniari sunt compuse din structuri macromoleculare liniare; astfel de macromolecule sunt un set de unități de monomer (-A-). conectat cu lanțuri neramificate lungi:
nA ® (... -A - A- ...) m + (... - A - A - ...) R + .... unde (... - A - A - ...) - polimer macromolecule cu greutate moleculară diferită.
Polimerii ramificați sunt caracterizați ca având lanțuri principale ale ramurilor macromoleculelor laterale, mai scurte decât lanțul principal, dar este, de asemenea, compusă din repetarea unități de monomer:
006.gif „/> ... - A - A - A - A - A - A - A- ...
Polimerii spațiale cu o structură tridimensională caracterizată prin prezența lanțurilor macromoleculare forțe valențele de bază prin punți transversale formate de atomi (-B-), sau grupe de atomi, de exemplu unități de monomer legate (-A-)
-A - A - A - A - A - A - A -
-A - A - A - A - A - A -
- A - A - A - A - A - A -
dispunerea spațială a polimerilor cu frecvente legături încrucișate sunt numite - polimeri reticulați. Pentru tridimensional conceptul molecula de polimer își pierde sensul, deoarece acestea separa moleculele sunt conectate între ele în toate direcțiile, formând o macromolecule mare.
Clasificarea comportamentului atunci când este încălzit
termoplastic - polimeri liniari sau ramificați structura, proprietățile care sunt reversibile prin încălzire și răcire repetate;
termorigizi - mai multe liniare și ramificate polimeri, macromolecule care, atunci când este încălzit ca urmare apar interacțiuni chimice între ele sunt îmbinate unele cu altele; formează astfel o structură reticulară spațială datorită legăturilor chimice puternice. După încălzire, polimerii termorigizi în general sunt nefuzibil si insolubile - este un proces de întărire ireversibil.
Notarea privind inflamabilitatea
Această clasificare este destul de aproximativă, deoarece aprinderea și arderea materialelor depinde nu numai de natura materialului, ci și la temperatura de aprindere a sursei, condițiile de aprindere, produs de forma sau structuri, etc.
Conform acestei clasificări, materialele polimerice sunt împărțite în inflamabile, neinflamabil și necombustibil. Din materiale inflamabile emit inflamabile, și sunt inflamabilă și să - de auto-stingere.
Exemple de polimeri combustibile: polietilenă, polistiren, polimetacrilat de metil, acetatul de polivinil, rășini epoxidice, celuloză, etc.
Exemple de polimeri neinflamabile, rășini PVC, PTFE, rășini fenol-formaldehidice, uree-formaldehidă.
Clasificarea în conformitate cu metoda de producere (de origine)
- naturale (proteine, acizi nucleici, rășini naturale) (animale și
- sintetice (polietilenă, polipropilenă, etc ...);
- (Modificarea artificială chimică a polimerilor naturali - esteri
polimeri organici și anorganici
Anorganic cuarț, silicați, diamant, grafit, corindon, carbyne, carbură de bor, etc ..
Organice: cauciucuri, celuloză, amidon, sticlă organică și
Proprietățile Fizico polimerilor
1. Gradul de polimerizare - valoarea medie (un amestec de molecule).
2. puțin solubilă (solubilitatea scade odată cu creșterea molecular
4. Nu există nici un punct de topire exactă. (In medie).
5. Polimerii conținând halogeni în compoziția lor, rezistente la acizi și
alcalii (teflon, PVC).
Polimerii conținând CN-grup, rezistent la ulei ușor,
Hidrofilie depinde de prezența grupărilor hidrofile (-NH-, -COOH,
8. Există doar doi compuși de agregare - solide și lichide.
9. Vâscozitatea materialelor polimerice este foarte mare.
10. Unitățile individuale ale macromoleculelor pot intra independent
în reacții chimice, și anume se comportă ca unități independente.
11. Proprietățile polimerului depind de forma geometrică a macromoleculelor.
12. Apariția legăturilor de hidrogen între macromolecule semnificativ
crește puterea de polimer:
13. multiple de conectare cauza rigiditate si termica ridicata
rezistență, (-CH = CH-) 4 - poliene sunt stabile până la 800 ° C, -CºC- Polyhymnius
(Carbyne -SºS-) - până la 2300 ° C.
Polimerii de bază de reacție de descompunere și de combustie termică
chimice (+ H2O + Acid + alcalii, etc ...);
mecanică (deformare ireversibilă în sarcină);
oxidant (O2 + încălzire);
radiație (n, a, b, radiație g-);
biologică (nitrat de celuloză, unele cauciucuri sunt degradate de microorganisme).
La descompunerea polimerilor formați solid (cocs), lichide și substanțe gazoase. substanțe lichide și gazoase sunt numite „volatile“. Izolarea materialului „volatil“ - un semn al descompunerii polimerilor.
Temperatura la care devin proeminente materialul „volatil“ - temperatura inițiala de descompunere.
Produsele finale ale descompunerii unui compus (polimer) este o substanță simplă (C2H2 -. C, H2 nylon - C, H2, O2, N2). Decay în substanțe mai simple disponibile la T - 3000 ° C.
La T foc „1500 ° C și compoziția substanțelor eliberate complicate - (H2, CO, C2H4, C2H6, CH4, CO2, HCN, NH3, etc.)
Molecule cu greutăți moleculare mai mari de până substanțe complexe. Astfel, atunci când sunt expuse la temperaturi relativ scăzute (500-600 ° C) la polimer, substanțele volatile din compoziția sa va conține mai mult și mai puțin gudroane substanțe gazoase. Cu creșterea temperaturii, formarea speciilor gazoase crește.
In oricare are loc descompunerea polimerilor în prezența sau absența O2 aer distinge degradare termică și termo-oxidativă.
Sub descompunerea termică înțeleagă materialul polimeric prin descompunere termică în absența unui oxidant (mișcarea relativă a componentelor duce la distrugerea legăturilor). degradarea termică trece de obicei printr-un mecanism radical. Când acest lucru are loc depolimerizarea, adică monomeri de scindare.
La 300 ° polistiren depolimerizată 60-70%, sticla organica - 90-95%.
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
-CH2 - C-CH2-C-CH = C ¾® -CH2-C-CH2 + x C-CH == C
COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3
degradarea termooxidative - procesul de distrugere a macromoleculelor sub temperaturi ridicate în prezența oxigenului. Acest proces poate avea loc la temperaturi mai scăzute decât cele de distrugere termică.
Produsele primare - descompunere peroxid la care se formează radicali liberi.
-CH = CH- + O2 ¾® -CH-CH-CH-CH- ¾® ¾® -CH + CH-
O - O x O x O O O
-CH2-CH- ¾® -CH2-CH2-C- ¾® C- + x OH
-CH2-C-CH2-CH-C ® -CH2 + x CH2-CH-
021.gif „/> I I I
se formează apă, aldehide, cetone, alcooli, etc.
× R + -CH2-CH-CH2-CH- ¾® RH + -CH2-C · -CH2-CH- + O2 ¾®
® -CH2-C-CH2-CH- + RH ¾® -CH2-C-CH2-CH- + R × ¾®
® -CH2-C-CH2-CH + OH x ¾® -CH2-C + -CH2-CH-
Proprietățile polimerilor ardere
Pentru ca unitatea de polimer în greutate de ardere a aerului necesită volume mari (1,5 - 2 ori mai mare decât pentru lemn - 4,5 m3 / kg);
Produse cantități mari de produse de ardere;
Semnificative underburning - fumul generat;
Conține multe produse toxice ale arderii incomplete (CO, NO2, HCl, HCN, C, etc.);
Topirea și răspândirea - răspândirea focului;
Temperatura de ardere ridicată - 1100 - 1300 gradeC;
emisivitate mare a flăcării în.
Compoziția produselor de descompunere și a polimerilor de combustie
Lemnul este compus din celuloză (52 - 59%), lignină (21 - 28%), hemicelulozei, guma, terpene, etc.
Lignina provoaca tesut vegetal lemnos, celule de lemn umple spațiul unde acumulat 70%. O masă amorfă de culoare galben-brun. Insolubil în H2SO4 puternic. Greutatea moleculară de 10.000 și mai sus.
Hemiceluloză - o serie de polizaharide complexe, materiale care servesc pentru pereții celulelor și materialele de schimb pentru a produce zahăr. Uniforma. Insolubil în apă, nu are proprietăți reducătoare.
Celuloza - glucide, din care compoziția de plante de construcție (fibră). Dacă hidroliza completă este complet descompus în glucoză. Este foarte mult în bumbac, lenjerie de pat. Acizii minerali zaharificat sa:
027.gif „/> H OH CH2OH
027.gif „/> - O OH H O
030.gif „/> H H O H H
Lemnului 49,5% C, 6,3% H, 44,2% O
La 110 ° C îndepărtează umezeala, 150-200 oC - produși de descompunere constau, în principal CO2 și H2O. La temperaturi de peste 200 ° C produse substanțe combustibile gazoase: CO, hidrocarburi, H2 etc.
În condiții de laborator, in primul rand de hemiceluloză este descompus - 220-250 ° C, apoi celuloza - 280-350 ° C, și apoi lignina - 280-500 ° C
Randamentul maxim de substanțe volatile se observă la 270-450 ° C (80%).
La 400-500 ° C - în echilibru aproape nici substanțe volatile - corupția. Compoziția substanțelor rășinoase includ apa, fenoli, glicol, hidrocarburi, alcooli, acizi, ceruri, etc.
Depolimerizarea: la 300 ° C - 90-95%.
048.gif „/> CH3 CH3
035.gif „/> COOCH3 n COOCH3
Poate fi de asemenea formate cu alte produse termooxidative de degradare. Când flacăra de ardere se formează în principal CO2 și H2O.
Până la 400 ° C depolymerization
051.gif „/> CH-CH2-CH = CH2 n
În caz de incendiu - peploobrazovanie, răspândire, fum negru.
Colapsul începe la o temperatură de 160-180 ° C Formată HCI (până la 95% din clor trece în ea).
cauciuc cloropren și cauciuc
Stabilitatea termică crescută (o astfel de structură, prezența halogen). Izolarea HCI începe la 200-250 ° C și se termină la 400 ° C
Termostabil până la 400 ° C. Acesta este capabil să ardă numai într-un mediu bogat în oxigen. În condiții de incendiu se descompune monomer S2F4.
Capron, Nitron, lână
Produsele de ardere: CO, CO2, H2O, CnH2n + 2, HCN, NO, NO2, NH3 și alții (pentru lână - SO2, H2S, S - ca un fum galben). Acțiunea combinată.
2. Pisarenko, AP Havin Z.Ya. Cursul chimiei organice. Școala Superioară M., 1975. 510 p.
3. Nechaev AP chimia organică. Școala Superioară M., 1976. 288 p.