Кремний органикалық полимерлер

Мазмұны:

I. Кіріспе ..................................................................................................................2

II. Негізгі бөлім.Кремнийорганикалық полимерлер

II.1. Кремнийорганикалық   сұйықтықтар (силиконды майлар)..............................4

II.2. Кремнийорганикалық каучуктар (силиконды каучуктар...............................4

II.3. Кремнийорганикалық лак, смола және желімдер...........................................4

II.4. Полиорганосилоксандар..................................................................................5

II.5. Полиорганосилазандар.....................................................................................5

II.6. Полиорганосиландар.........................................................................................6

II.7. Полиорганоалкиленсиландар..........................................................................7

II.8. Полиорганофениленсиландар............................................................................7

III. Кремнийорганикалық полимерлердің физикалық қасиеттері.....................8

IV. Кремнийорганикалық полимерлердің химиялық   қасиеттері...................10

V. Кремнийорганикалық полимерлерді алу....................................................14

VI. Қолданылуы.....................................................................................................15

VII. Қорытынды .....................................................................................................16

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі .........................................................................17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Полимерлер дегеніміз  – құрамы бірнеше рет қайталанатын бірдей мономер буындарынан тұратын  ұзын молекулалардан құрылған молекулалық  массасы үлкен заттар.

Полимердің молекуласының  өлшемі полимерлену дәрежесімен n, яғни тізбектегі буындар санымен анықталады. Егер n=10...20, зат жеңіл май түрінде  болады. Тұтқырлықтың жоғарылауымен  зат балауызды бола бастайды, n=1000 жеткенде қатты полимер пайда  болады. Полимерлену дәрежесі шексіз: ол 104 – ке тең болуы мүмкін, және бұл жағдайда молекуланың ұзындығы микрометрге жетеді. Полимердің молекулярлық массасы полимерлену дәрежесі мен мономердің молекулярлық массасының туындысына тең. Әдетте ол 103... 3*105 аралығында болады. Молекуланың сонша үлкен ұзындығы оның дұрыс орамасына кедергі келтіреді және полимердің құрылысын аморфтыдан ішінара кристалдыққа дейін өзгертеді. Едәуір мөлшерде кристалданудың шамасы геометриялық тізбекпен анықталады. Неғұрлым тізбек жақын жинақталса, соғұрлым кристалданған полимер пайда болады. Тіпті жақсы жағдайда кристалдау жетілмеген.

Аморфты полимерлер  тек  қана олардың табиғатынан ғана емес, тізбектердің ұзындығынан да тәуелді  температуралар ауқымында балқиды; кристалдылар балқу нүктесіне ие болады.

Шығу тегіне қарай  полимерлер үш топқа жіктеледі.

Табиғи полимерлер өсімдіктер мен жануарлардың тіршілік әрекетінің нәтижесінде пайда болады және ағашта, жүнде, теріде болады. Бұл протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Әдетте табиғи полимерлер тазартудың бөліну, негізгі тізбектің құрылысы өзгеріссіз қалатын түрлену операцияларына ұшырайды. Мұндай өңдеудің өнімі жасанды полимерлер болып табылады. Мысалы эластикалық қасиетті жоғарылату үшін камфорамен пластифицирленген, нитроцеллюлоза болып табылатын целлулоид, латекстен дайындалған табиғи каучук жатады.

Табиғи және жасанды  полимерлер қазіргі техникада үлкен  маңызға ие болды, ал кейбір салаларда, мысалы, целлюлоза – қағаз өнеркәсібінде  әлі кунге дейін өз құндылығын жойған жоқ. Дегенмен өндірістің және органикалық материалдарды тұтынудің күрт артуы табиғатта аналогтары кездеспейтін, төмен молекулалық қосылыстардың синтезінде алынатын синтетикалық полимер – материалдардың негізінде пайда болды. Жоғары молекулалық заттардың химиялық технологияның дамуы - қазiргi ҒТҚ - тың ажырамас және маңызды бөлiгi. Техниканың бірде бір саласы, әсіресе жаңа техника полимерсіз елестетілмейді. Полимерлер химиялық құрылысы бойынша тармақталған, сызықты, торлы, кеңістікті болып жіктеледі. Сызықты полимерлердің молекулалары бір – біріне қатысты химиялық инертті және бір- бірімен Ван – Дер – Ваальс күшімен байланысқан. Қыздырғанда мұндай полимерлердің тұтқырлығы  төмендейді және олар бастапқыда жоғары эластикалық, содан соң тұтқыр – ағыны күйіне өтуге қабілетті.  Қыздырудың негізгі салдары болып иілгіштіктің өзгерісі  табылады, сызықты полимерлерді термопластикалық деп атайды. «Сызықты» термині тік сызықты дегенді білдіреді деп ойлау дұрыс емес, керісінше, олар үшін мұндай полимерлерге механикалық беріктік беретін тісті және спиральды конфигурация тән.

Термопластикалық полимерлерді балқытып қана қоймай ерітуге де болады, өйткені реагенттердің қозғалысының әсерінен Ван – Дер – Ваальс күшіне байланысты оңай жыртылады.

Қазіргі таңда аз дегенде  полимерлік материалдарды ауыл шаруашылығында қолданудың төрт түрі белгілі.

Отандық және әлемдік  тәжірибеде ең бірінші орынды қабықша (пленка) алады. Перфорирленген қабықшаны  ауыл шаруашылығы аймағында қолдану  негізінде кейбір мәдениет өнімін 30% ға, ал олардың өсу жылдамдығын 10 – 14 күнге жылдамдату мүмкін болды. Жасалған су қоймаларын гидроизоляциялау үшін полиэтиленді қабықшаны қолдану қордағы судың шығынын азайтуға мүмкіндік берді. Сенажды, силосты, ірі тағамдарды қабықшамен жауып сақтау, оларды кез – келген қолайсыз ауа – райы жағдайында ұзақ мерзімде ұстауға мүмкіндік береді. Дегенмен қабықты полимерлі материалдарды ауыл шаруашылығында пайдаланудың басты аумағы – жылыжайлардың құрылысы мен олардың эксплуатациясы болып табылады. Қазіргі таңда ені 16 м –ге  дейінгі  қабықшалар шығару техникасы мүмкін болды, ал ол дегеніміз басты ені 7,5 және ұзындығы 200 м – ге дейінгі жылыжайларды салуға болады деген сөз. Мұндай жылыжайларда барлық ауыл шаруашылығы жұмыстарын механизацияланған түрде жүргізуге болады және сонымен қатар, бұл жылыжайларда өнімді жыл бойы өндіруге болады. Суық мезгілдерде бұл жылыжайларды жер астына 60 – 70 см тереңдікпен тартылған полимерлі құбырлар арқылы жылытуға болады.

 Полимерлердің химиялық  құрылымын қарай отырып, полиэтиленнің  қолданысын атап айтуға болады. Полиэтиленді қабықшалар жақсы жарық өткізгіштігімен, мықтылығымен және нашар ауа – райы өзгерісіне төзімділігімен, жылуалмасуының жоғарылығымен ерекшеленді. Олар бүтін күйінде небары 1 – 2 маусым ғана қызмет ете алады. Полиамидтік және басқа қабықшалар әзірге салыстырмалы түрде сирек қолданылады.

Ауыл шаруашылығында полимерлік материалдарды қолданудың тағы бір аймағы – мелиорация. Оған әр түрлі формадағы суару құбырлары  мен шлангалар; әсіресе қазіргі  таңда аса маңызды суару түрі тамшымен өсіру; және суару жүйесі – дренажға арналған перфорирленген пластмасс құбырлар жатады. Бір қызығы дренаж жүйесінде қолданылатын пластмасс құбырлардың Прибалтика республикаларындағы қолдану мерзімі керамикалық құбырларға қарағанда 3 – 4 есе көп болатыны. Жоғарыда айтылғандарға қосатын жағдай, пластмасс құбырларды әсіресе гофрирленген поливинилхлоридтен жасалған құбырларды қолдану дренаж жүйесін түгелге дерлік қол жұмысынсыз жасауға мүмкіндік береді.

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Негізгі бөлім. Кремнийорганикалық полимерлер

Кремнийорганикалық полимерлер макромолекуласының қарапайым буыны кремний, көміртек атомы және тағы басқа элементтерден тұратын жоғары молекулалы қосылыстар. Кремнийорганикалық полимерлер негізгі тізбектің химиялық құрылысына байланысты 3 негізгі топтарға бөлінеді:

1. Кезектескен кремний және т.б. элементтерден (О, N, S, Al, Ti, В және т.б.) тұратын макромолекулалардың бейорганикалық негізгі тізбектерінен;

2. Кезектескен кремний және көміртегі, ал кейде оттегі атомдарынан тұратын макромолекулалардың органобейорганикалық негізгі тізбектерінен;

3. Макромолекулалардың органикалық негізгі тізбектерінен.

Басқа полимерлер сияқты, кремнийорганикалық полимерлерді басты  полимерлік тізбектерінің құрылымына қарай келесілерге бөлуге болады:

• Сызықты

• Тармақталған

• Циклосызықты (сатылы)

• Тігілген (оның ішінде циклоторлы)

  Сонымен қатар кремнийорганикалық полимерлер, силикондар, каучук, смолалардың үлкен топты сұйықтықтары болып табылады. Олардың барлығының құрамында органикалық көміртегімен тікелей немесе оттегі арқылы (полиорганосилоксаны) байланысқан кремний болады.

 

II.1.Кремнийорганикалық сұйықтықтар (силиконды майлар)

Кремнийорганикалық полимерлердің  бір түрі. Силиконды сұйықтар (полимерлі  метилсилоксандар, метилдифенилсилоксандар) тұтқырлығы температураға аз тәуелді  болғандығынан гидравликалық майлар ретінде қолданылады.  Минералды майлар тұтқырлығын +500С тан 700С қа дейін 400 есе, ал метилсилоксандар 29 есе (оларды гидрофобизатор ретінде қолданады) өзгертеді. Полиметилфенилсилоксандар әртүрлі металдардың жанасу беттеріне термотұрақты майлаушылар түзеді. Метилсиликонды майлар тиімді көбік басқыш болып табылады, олар химиялық инертті және минималды концентрацияда (1:1000, 1:10000) қолданылады. Кремнийорганикалық жылуөткізгіштер (кремний қышқылының мономерлі және полимерлі эфилер) термотөзімді, көптеген материалдарды коррозияға ұшыратпайды, жанғыш емес және сондығынан кең таралған су, су буы, жанғыш газы сияқты жылуөткізгіштерді айырбастай алады.

 

II.3.Кремнийорганикалық каучуктар (силиконды каучуктар)

Молекулалық салмағы  үлкен емес кремнийорганикалық полимерлердің бір түрі. Өндірісте тізбектер мен сымдардың қабығын жасауда, қан құюға арналған түтікшелер, протез (мысалы жасанды жүрек қалпақшасы) және т.б. қолданылады. Сұйық кремнийораникалық каучуктар – герметиктер.

Кремнийорганикалық каучуктар негізінде жасалған резиналар термотұрақтылығына, диэлектрлік құрамына және суыққа төзімділігіне қарай ыстық формалы прокладкалар, тығындар, диафрагмалар, мембраналар, клапандар, күшті прожекторлық құрылғылар детальдарын, электроизоляциялар және т.б. жоғары және төмен температураларда қолданылатын резиналы техникалық бұйымдар жасауда кеңінен қолданылады. Кремнийорганикалық каучук негізінде жасалған резиналардың эластикалық қасиеті ұзақ мерзімде   -60 тан +225°C, ал қысқа мерзімде +250 - 300°C температура шамасында өте ұзақ мерзімге дейін сақталады. Силиконды каучуктар (полимерден, толтырғыштан және вулканизатордан тұрады) салыстырмалы молекулалық массасы 25000 – 45000 болатын әдеттегі сызықтық полидиметилсилоксандар болып табылады.

 

II.4.Кремнийорганикалық лак, смола және желімдер

Олар кремнийорганикалық полимерлердің ерітіндісі болып  табылады және жоғары электроизоляциялық қасиеттерге ие, атмосфераның әсеріне, температураның төмендеуіне, күн радиациясына төзімді. Бұл материалды техникада қолданудың тиімділігінің бір ғана мысалын көрсетейік. Кремнийорганикалық лакты электродвигательдің электроизоляциясында қолданғанда, оның шахта жағдайындағы пайдалану мерзімі 6 есеге артады.

Силиконды смолаларды изоляциялық  лак ретінде қолданады. Олар жоғары температураға төзімді және химиялық әсерлерге берік қорғағыш қабат болып табылады. Оларды әдетте инертті еріткіштерде қыздырғанда гидролизденетін және поликонденсацияланатын метилтрихлорсилан, диметилдихлорсилан, финилтрихлорсилан және дифенилдихлорсиландардан алады. Термотөзімді толтырғыштармен араласқан олар 5000С температурада бірнеше сағат және 2500С температурада бірнеше тәулік бойы қыздыруға шыдайды. Сонымен қатар смола, лак, пластмасс (композициялық пластмасс және қабатты пластмасс, шыныпластмасс) өндіруде қолданылады және қазіргі заманғы электротехникада кеңінен таралған.

 

II.5.Полиорганосилоксандар

1937 жылы кеңес академигі  К.А. Андрианов алғаш рет кремнийорганикалық  полимер – полиорганосилоксанды  алды. Бұл полимерлердің негізгі  механикалық және физико – химиялық ерекшелігі олардың макромолекуласының иілгіштігімен және олардың молекулааралық қатынастарымен байланысты. Силоксанды тізбектің жоғарғы иілгіштігі сызықты құрылыстан сатылы құрылысқа өту кезінде жоғалтылады.  Жоғары молярлы массалы емес сызықты және тармақталған полиорганосилоксандар – тұтқыр түссіз сұйықтар. Жоғарымолекулярлы сызықты полиорганосилоксандар – элостомерлер, ал тігілген және тармақталған – эластикалық және әлсіз шыны тәріздес заттар. Сызықты, тармақталған және сатылы полимерлер көптеген органикалық еріткіштерде ериді (спиртте нашар). Полиорганосилоксандар көптеген қышқылдар мен негіздердің әсеріне төзімді; силоксанды байланысты Si-O тек қана концентрленген негіздер мен күкірт қышқылы ғана бұза алады.

Полиорганосилоксандар жоғары энергиялық байланыспен Si-O негізделетін жоғары термотұрақтылығымен және тамаша диэлектрлік қасиеттерімен сипатталы. Тігілген полидиметилфенилсилоксан 20°С та диэлектрлік жоғалудың бұрыш тангенсі (1-2)×10-3 ке, диэлектрлік өткізгіштігі (800 гц та) 3-3,5, көлемді электрлі кедергісі 103 Том×м (1017ом×см) және электрлік беріктігі бұйымның қалыңдығы 50 мкм болғанда 70-100 кв/мм болады.

Полиорганосилоксандардың  механикалық беріктігі жоғары полярлы  полиамидтермен салыстырғанда едәрір төмен.

Полиорганосилоксан келесі әдістермен алынады:

1. Кремнийорганикалық қосылыстардың гидролитикалық поликонденсациясы – маңызды өндірістік синтез әдісі. Кремнийорганикалық полимерлер кремниймен байланысқан функционалдық топтардың (алкокси-, ацилокси-, аминотоптар, галогендер) оңай гидролизденуіне негізделген. Мысалы:

 

R2SiCl2+2H2O = R2Si (OH)2+2HCI

 

Пайда болған органосиланолдар тез арада циклдық қосылыстар түзетін поликонденсацияға түседі, сосын катиондық және аниондық механизммен полимерленеді. Мономердің функционалдануына байланысты сызықты, тармақталған,  сатылы немесе тігілген құрылымды полимерлер пайда болады.

 

nR2Si (OH)2 = [-SiR2-O-]n +H2O

 

2. Циклды органосилоксандардың иондық полимеризациясы; молярлы массасы ~ 600000 және одан жоғары каучуктарды синтездеуге қолданылады, сонымен қатар сатылы және тігілген құрылымды полимерлерге.

3. Кремнийорганикалық қосылыстардың гетерофункционалдық поликонденсациясы. Олардың құрамында әртүрлі функционалдық топтар бар, мысалы: nSiCl2+nR2Si(OCOCH3)2 = Cl[-Si-О-SiR2-О-] nCOCH3+CH3COCl.

4. Органосиланолдардың натрийлік тұздары органохлорсиландарға және металдардың галоген құрамды тұздарына әсер ететін айырбасты таралу реакциясы.

Бұл әдіс полиметаллоорганосилоксандарды синтездеуде өзінің қолданысын тапты.

Полиорганосилоксандар әртүрлі электроизоляциялық материалдар өндірісінде қолданылады.

Полиорганосилоксандардың механикалық  беріктігі, жоғары полярлы полимер  болып табылатын полиамидпен  салыстырғанда төмен.

 

II.6.Полиорганосилазандар

Сызықты полимерлер –  органикалық еріткіштерде жақсы  еритін, балқу температурасы 150 ден 320оС дейіңгі аралықта болатын, полициклды құрылымды полимерлер – қатты түссіз нәзік зат, тұтқырлы өнімдер болып табылады. Полиорганосилазандар бейтарап және әлсіз сілті ортасында судың әсеріне тұрақты, бірақ қышқыл ортада ыдырап кетеді, спиртпен қыздырғанда алкоголизге ұшырайды. Төмеңгі молярлы полимерді алкилхлорсиландардың аммиакпен немесе біріншілік аминдермен аммонолиздеу арқылы алады, мысалы: