Презентация: "Полимеры". Применение в медицине
Слайд 2
Определение полимеров
ПОЛИМЕРЫ (от поли... и греч. meros - доля, часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. Термин «полимеры введен Й. Я. Берцелиусом в 1833.
Слайд 3
Классификация
По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (напр., полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации. По форме молекул различают линейные, разветвленные и сетчатые полимеры, по природе - органические, элементоорганические, неорганические полимеры.
Слайд 4
Строение
ПОЛИМЕРЫ - вещества, молекулы которых состоят из большого числа структурно повторяющихся звеньев - мономеров. Молекулярная масса полимеров достигает 10 6, а геометрические размеры молекул могут быть настолько велики, что растворы этих веществ по свойствам приближаются к коллоидным системам.
Слайд 5
По строению макромолекулы подразделяются на линейные, схематически обозначаемые -А-А-А-А-А-, (например, каучук натуральный); разветвленные, имеющие боковые ответвления (например, амилопектин); и сетчатые или сшитые, если соседние макромолекулы соединены поперечными химическими связями (например, отвержденные эпоксидные смолы). Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.
Слайд 6
Реакция полимеризации
Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое. Реакция полимеризации не сопровождается отщеплением каких-либо низкомолекулярных побочных продуктов. При полимеризации полимер и мономер характеризуются одинаковым элементным составом.
Слайд 7
Получение полипропилена
n СН2 = СН → (- СН2 – СН-)n || СН3 СН3 пропилен полипропилен Выражение в скобках называют Структурным звеном, а число n в формуле полимера – степенью полимеризации.
Слайд 8
Реакция поликонденсации
Помимо реакции полимеризации полимеры можно получить поликонденсацией - реакцией, при которой происходит перегруппировка атомов полимеров и выделение из сферы реакции воды или других низкомолекулярных веществ.
Слайд 9
Получение крахмала или целлюлозы
nС6Н12О6 → (- С6Н10О5 -)n + Н2О глюкоза полисахарид
Слайд 10
Классификация
Полимеры линейные и разветвленные образуют класс термопластических полимеров или термопластов, а пространственные - класс термореактивных полимеров или реактопластов.
Слайд 11
Применение
Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы. В технике полимеры нашли широкое применение в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. Полимеры – хорошие электроизоляторы, широко используются в производстве разнообразных по конструкции и назначению электрических конденсаторов, проводов, кабелей, На основе полимеров получены материалы, обладающие полупроводниковыми и магнитными свойствами. Значение биополимеров определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.
Полимеры Матвеев Д. 11 «Б»
Классификация полимеров Полисахариды Белки Крахмал Целлюлоза Натуральный каучук Гуттаперча Нуклеиновые кислоты Биополимеры Полиизопрены
Классификация полимеров Синтетические: Искусственные: Каучуки(СК) Волокна -хлопок -вискоза -шерсть -ацетатный шелк -лен -«штапель» и др. Пластмассы
Основные понятия химии полимеров полимер макромолекула мономер структурное звено макромолекулы степень полимеризации макромолекулы молекулярная масса макромолекулы молекулярная масса полимера геометрические формы макромолекул
Полимер. Макромолекула Полимерами называются вещества, состоящие из больших молекул цепного строения (от греческого «поли»-много и «мерос»-часть). Молекула полимера называется макромолекулой (от греческого «макрос»- большой, длинный)
Мономер, структурное звено Мономеры это вещества, из которых образуются полимеры. Они содержат: -кратную связь СН 2 = СH–CH 3 -одну или несколько функциональных групп NH 2 – CH 2 – COOH Структурное звено это многократно повторяющаяся в макромолекуле группа атомов. ...-CH 2 -CHCl- CH 2 -CHCl -CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-...
Степень полимеризации Молекулярная масса Степень полимеризации (n) - это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу. Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением: М(макромолекулы) = M(звена)х n где n - степень полимеризации, M - молекулярная масса звена Молекулярная масса и степень полимеризации полимера являются усредненными величинами: M ср. (полимера) = M (звена)х n ср.
Полимеризация Полимеризация это образование полимера без выделения низкомолекулярных продуктов. Мономеры полимеризации-соединения с кратными связями. Стадии полимеризации: - инициирование -рост -обрыв цепи. Схема полимеризации этилена: nCH 2 = CH 2 (-CH 2 – CH 2 -) n Сополимеризация это полимеризация одновременно двух или нескольких мономеров.
Классификация
Геометрическая форма макромолекул Линейная Разветвленная
Поликонденсация При поликонденсации образуются: - полимер и - низкомолекулярное соединение (чаще всего - вода). Мономеры содержат минимум две функциональные группы. Схема получения лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля: n HO OC-C 6 H 4 - COOH + n HO -CH 2 CH 2 - OH HO-(-CO-C 6 H 4 -CO-O-CH 2 CH 2 -O-)-H + (n-1) H 2 O
Поликонденсацией называют реакцию образования высокомолекулярных веществ в результате конденсации многих молекул, сопровождающейся выделением простых веществ (воды, спирта, углекислого газа, хлористого водорода и т. д.). Процесс поли конденсации не является самопроизвольным процессом и требует энергии из вне.В отличие от реакции полимеризации масса получаемого полимера меньше массы
Развернутые формулы Фенолформальдегидная смола Полипропилен
Пластмассы(термореактивные) Применение
Применение Новолаки- применяют для производства лаков, прессовочных порошков. Резолы(пространственное)-в производстве пластмасс с наполнителями. Фенопласты (пропитование): - Ткани(текстолит),шарикоподшибники, шестерни для машин.
Бумаги(гетинакс):детали машин, телевизионная и телефонная аппаратура. -Очистка хлопка. -Волокнит: тормозные накладки для машин, мотоциклов, ступеньки для экскалаторов. -Стеклянная ткань и стеклянные волокна. -Стеклопласты: детали больших размеров(автоцистерны) -древесная мука Карболит: Телефонные аппараты, электрические контактные платы. Картинки
Ручки ножей часто делают из гетинакса Текстолит на производстве Стеклопласты активно используются в окнах для общественного транспорта
Карболит(из него делается множество электронных плат) Карболит на производстве Синтетические волокна
Биополимеры
Полиэтилентерефталат
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
П О Л И М Е Р Ы Учитель химии: МАКАРКИНА М.А.
ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ ПОЛИМЕРЫ - высокомолекулярные соединения, состоящие из множества одинаковых структурных звеньев пластмассы целлюлоза крахмал природные синтетические полиэтилен
природный полимер
к р а х м а л
Ц Е Л Л Ю Л О З А
п л е н к и
2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ поликонденсация полимеризация n CH ₂=CH₂→(−CH₂−CH₂−) n
Гомополимеризация – соединение молекул одного мономера Сополиконденсация – соединение молекул двух и более исходных веществ Способы получени я Поликонденсация Это химический процесс соединения исходных молекул мономера в макромолекулы полимера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды) Полимеризация Это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера. Гомополиконденсация – соединение молекул одного мономера
Форма макромолекул Линейная Разветвлённая Пространственная Изогнутая (волокна, сера пластическая) Скрученная (каучуки) (крахмал, полиэтилен У Р) (резина, кварц)
Прочность Деформация (растяжение) Ударопрочность Теплостойкость Свойства полимеров
3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МАКРОМОЛЕКУЛА – молекула полимера (макрос – большой, длинный) МОНОМЕР – исходная молекула вещества для получения полимера ПОЛИМЕР - молекула высокомолекулярного соединения СТРУКТУРНОЕ ЗВЕНО - многократно повторяющаяся группа атомов в молекуле полимера СТЕПЕНЬ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ - n - число структурных звеньев в макромолекуле
4. ПЛАСТМАССЫ И ВОЛОКНА ПЛАСТМАССА - это материал, в котором связующим компонентом является полимер. Остальное - наполнители, пластификаторы, красители и другие вещества. Наполнители: снижают себестоимость, повышают прочность и жесткость полимера. (стекловолокно, опилки, асбест и др.)
ПЛАСТИФИКАТОРЫ - эластичности и (или) пластичности при переработке или эксплуатации полимера. Пластификаторы снижают температуру технологической обработки, улучшают морозостойкость полимеров, но иногда ухудшают их теплостойкость. Некоторые могут повышать огне-, свето - и термостойкость полимеров. Наиболее распространенные пластификаторы: сложные эфиры, минеральные и невысыхающие растительные масла. вещества для придания
В О Л О К Н А химические природные шелк, шерсть, хлопок, лен вискоза, ацетат, капрон, нейлон лавсан и др. Переработка природных (целлюлоза) или синтетических полимеров
Х Л О П О К
Ш е р с т ь
кокосовая койра
а ц е т а т
в и с к о з а
н е й л о н
к а у ч у к
натуральный каучук
синтетический каучук
вулканизация каучука
изделия из резины
применение полимеров
литий-полимерный конденсатор
полимерные трубы
В строительстве В медицине В текстильной промышленности В сельском хозяйстве Полимеры применяются
Применение в медицине Изготовление медицинских приборов Изготовление медицинских протезов Основа для многих пленок и мазей Хирургия
Применение в строительстве Изделия из пластмассы и полимерной смолы являются экологичными, долговечными, устойчивыми к холоду, влаге, солнцу фонтаны садовые фигурки Окна ПВХ Предметы интерьера
Применение в сельском хозяйстве 1. Использование тепличной плёнки из полиэтилена, что повышает урожайность многих культур. 2 .Мелиорация. Изготовление шлангов и труб для полива. 3. Строительство животноводческих помещений.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Классный час: Здоровый образ жизни. Гигиена в нашей жизни.
Классный час в игровой форме: Здоровый образ жизни. Гигиена в нашей жизни.
Цель: формирование знаний у учащихся понятия о науке гигиене; навыков использования знаний в области гигиены в повседневной жизни....
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Московской Области
«Московский областной медицинский колледж №4»
Сергиево-Посадский филиал
Индивидуальный итоговый проект по учебной дисциплине
«Химия»
Тема: Полимеры в нашей жизни
Выполнил:
студент 22-15 группы Коваленко Н.Е.
Проверил:
преподаватель естественных дисциплин
Томилова Т.В.
г. Сергиев Посад
2017 г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………….3
Глава 1. Классификация и общие свойства высокомолекулярных соединений………………………………………………………………………….4
Глава 2. Использование полимеров в современной жизни человека……..9
2.1. Полимеры в медицине……………………………………………………….9
2.2. Полимеры в машиностроении…………………………………………...…10
2.3. Полимеры в сельском хозяйстве………………………………………...…11
Глава 3. Опасность использования полимеров для человека и окружающей среды……………………………………………………………………………......13
Заключение………………………………………………………………...………16
Список использованных источников…………………………………………..17
Приложения…………………………………………………………………….....18
Введение
Высокомолекулярные соединения или полимеры – это сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров.
Полимерные материалы в жизнедеятельности человека имеют огромное значение. Поэтому вопрос об их использовании и дальнейшей утилизации особо актуален.
«Широко простирает химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде отражаются перед очами нашими успехи её прилежания»
Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее.
Полимерами природных высокомолекулярных соединений могут служить крахмал, целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот, сюда же относятся природные каучуки и другие органические вещества.
Сейчас синтетические полимеры, выпускаемые в мире, примерно на 75% состоят из продуктов полимеризации. Применяются они в строительстве и радиотехнике, машиностроении и производстве бытовых изделий.
Целью данной работы является изучить полимеры, указать их строение, свойства и области применения.
Для этого мне предстоит решить следующие задачи:
Изучить литературу по данной теме.
Показать значимость полимерных материалов для человека.
Выявить вред и пользу использования полимеров в жизни человека.
Глава 1. Классификация и общие свойства высокомолекулярных соединений
«Все мы связываем с химической наукой прогресс в познании окружающего
мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть
в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии.»
Полимер - это уникальное вещество, удивительный класс химических соединений, обладающий большим разнообразием в природе, буквально пронизывающий её полностью. Считается, что полимеры, будучи неживыми веществами, легли в основу жизни, ведь они могут обмениваться информацией между собой, самовоспроизводиться благодаря своей изменчивости. Многообразие физического строения, гибкость и изменчивость пространственной структуры и молекулярно-химического состава, способствуют присутствию как в минералах и пластиках, так и в полисахаридах и белках. Столь важная и сложная человеческая ДНК и РНК, отвечающие за передачу информации по наследству, не обходятся без полимеров.
Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями. Большой интерес, таким образом, представляет исследование возможности априорного предсказания химического и физического поведения полимера на основании анализа его строения. Такую возможность предоставляют методы молекулярной механики и молекулярной динамики, реализованные в виде компьютерных расчетных программ.
Термин полимеры происходит от греческого «polymeres» - состоящий из многих частей. Первые упоминания о синтетических полимерах были более 200 лет назад. Ряд полимеров, возможно, был получен еще в первой половине 19 века. Но в те времена химики не знали, что продукты, которые они получают, являются полимерами. Великий русский химик А.М.Бутлеров изучал связь полимерных материалов и создал теории химического строения органических соединений. На ее основе и возникла химия полимеров. Главной причиной бурного развития химии полимеров стало потребность в новых недорогих материалах и развитие технического процесса.
По происхождению полимеры делят на
1. Природные - (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча). Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов и растений. С помощью специальных методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья.
2 . Химические:
- Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).
- Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна, капрон, лавсан, пластмассы). Синтетические полимеры получают в результате химических реакций. В основном синтетические полимеры получают из продуктов переработки нефти и газа. На специальных заводах сначала получают составляющие, которые далее в реакции соединяются в длинные цепи.
По составу:
1 . Органические
2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.
3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).
По структуре макромолекулы:
1. Линейные – полимеры, располагающиеся в макромолекуле в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности.
2. Разветвленные - полимеры , в основной цепи которых имеются статистически или регулярно расположенные ответвления.
3. Сетчатые (низко эластичные) - полимеры со сложной топологической структурой, образующие единую пространственную сетку.
Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.
Линейные полимеры обладают способностью образовывать высокопрочные волокна и плёнки, способные к большим, длительным деформациям они как правило гибкие, мягкие и тягучие. Все разветвленные полимеры наоборот прочные и твердые.
По химическому составу:
1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).
2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья).
Полимерные молекулы, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза, а состоящие из различных звеньев – гетероплимеры.
По составу главной цепи:
1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).
2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)
По пространственному строению:
1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.
2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.
1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)
2. Аморфные
По способу получения:
1. Полимеризационные.
2. Поликонденсационные.
По свойствам и применению:
1. Пластмассы.
2. Эластомеры.
3. Волокна.
Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).
1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.
2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.
3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.
4. Обладают высокой прочностью.
5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.
Полимеры бывают в нескольких агрегатных состояниях: твердом, мягком и текучем как жидкость.
Свойства полимеров.
Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко ориентированные волокна и пленки , способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов . Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.
Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязко текучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °Ñ переходит в стеклообразное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °Ñ - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 °Ñ. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.
Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими к одной цепи.
Некоторые свойства полимеров, например, растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.
Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.
Глава 2. Использование полимеров в современной жизни человека
2.1. Полимеры в медицине
«Роль наук служебная, они составляют средство для достижения блага»
Медицина является беспрестанно развивающейся отраслью, где находят применение самые различные материалы и технологии, свое место в медицине нашли и полимеры. На сегодняшний день полимеры в медицине применяются практически повсеместно.
Перспективы использования полимеров в медицинской практике неограниченны. Из устойчивых к воздействию высокой температуры полимеров производят шприцы разового применения, системы для переливания крови, аппараты искусственного кровообращения и искусственной почки, шпатели, аппликаторы.
В данный момент около 12% медицинских изделий, выпускаемых в Российской Федерации, производится на 28-ми предприятиях, которые находятся на территории Московской области.
В России и за рубежом широким фронтом ведутся работы по синтезу физиологически активных полимерных лекарственных веществ, полусинтетических гормонов и ферментов, синтетических генов. Большие успехи достигнуты в создании сополимерных заменителей плазмы человеческой крови. Сейчас уже не редкость, когда человеку в случае необходимости восполняют до 30% крови растворами медицинских сополимеров. Синтезированы и с хорошими результатами применяются в клинической практике эквиваленты различных тканей и органов человека: костей, суставов, зубов.
Наибольшее распространение в данной сфере получили изделия, выполненные на основе высокомолекулярных соединений и представляющие собой пластмассы. Из них изготавливают искусственные сосуды, суставы и иные изделия, имитирующие ткани и органы человеческого организма. Из полиамидов, кроме всего прочего, изготавливают хирургические нити, а из полиуретанов – камеры искусственного сердца.
Медицинские полимеры и сополимеры используются для культивирования клеток и тканей, хранения и консервации крови, кроветворной ткани - костного мозга, консервации кожи и многих других органов. В терапии широко используются сополимеры - ионообменники (ионообменные смолы) для удаления из организма щелочных металлов, радиоактивных элементов, для введения в организм дополнительных количеств необходимых ионов металлов. Изучается возможность применения ионообменников для коррекции электролитного и кислотно-щелочного равновесия биологических сред при сердечной, печеночной и почечной недостаточности. На основе синтетических сополимеров создаются противовирусные вещества, пролонгаторы важнейших лекарственных средств, противораковые препараторы.
Современные биосовместимые полимеры используются также для создания лекарственных пленок, различных мазей, оболочек для микрокапсул.
Полимеры используют и в процессе производства различной медицинской техники, специальной посуды, упаковок для лекарственных средств и инструментов. Из полиэтилена высокой плотности изготавливают пробирки, стерилизаторы, пипетки, а фторопласт-4 является основой для производства медицинских инструментов, катетеров. Полистирол представляет собой превосходный материал для изготовления одноразовых шприцов и упаковок для лекарств.
Широко применяются полимеры в медицине благодаря своей экономичности, кроме того, многие изделия обладают высокой степенью устойчивости к негативному воздействию различных сред. Полимеры ложатся в основу так необходимых в медицине одноразовых изделий.
Применение в сфере медицины полимеров в совокупности с современными технологиями позволило сделать большой шаг вперед в вопросе имплантации и спасения жизни людей, когда их здоровью существует реальная угроза.
2.2. Полимеры в машиностроении
Сегодня можно говорить по меньшей мере о четырех основных направлениях использования полимерных материалов в сельском хозяйстве. И в отечественной и в мировой практике первое место принадлежит пленкам. Благодаря применению мульчирующей перфорированной пленки на полях урожайность некоторых культур повышается до 30%, а сроки созревания ускоряются на 10-14 дней. Использование полиэтиленовой пленки для гидроизоляции создаваемых водохранилищ обеспечивает существенное снижение потерь запасаемой влаги. Укрытие пленкой сенажа, силоса, грубых кормов обеспечивает их лучшую сохранность даже в неблагоприятных погодных условиях. Но главная область использования пленочных полимерных материалов в сельском хозяйстве - строительство и эксплуатация пленочных теплиц. В настоящее время стало технически возможным выпускать полотнища пленки шириной до 16 м, а это позволяет строить пленочные теплицы шириной в основании до 7,5 и длиной до 200 м. В таких теплицах можно все сельскохозяйственные работы проводить механизировано; более того, эти теплицы позволяют выращивать продукцию круглогодично. В холодное время теплицы обогреваются опять-таки с помощью полимерных труб, заложенных в почву на глубину 60-70 см.
Другая область широкого применения полимерных материалов в сельском хозяйстве - мелиорация. Тут и разнообразные формы труб и шлангов для полива, особенно для самого прогрессивного в настоящее время капельного орошения; тут и перфорированные пластмассовые трубы для дренажа. Интересно отметить, что срок службы пластмассовых труб в системах дренажа, например, в республиках Прибалтики в 3-4 раза дольше, чем соответствующих керамических труб. Вдобавок использование пластмассовых труб, особенно из гофрированного поливинилхлорида, позволяет почти полностью исключить ручной труд при прокладке дренажных систем.
Еще в 1930-е годы Генри Форд исследовал возможность создания полимерных материалов на основе сои для последующего использования в автомобилях. Однако настоящее развитие исследования в области разработки биополимеров получили во второй половине XX в. В 1970-80-е годы в США, Италии, Германии были созданы синтетические полимерные материалы с активным наполнителем на основе крахмала для применения в качестве упаковочных материалов.
Отличительной чертой этих материалов стала способность к биодеструкции в сочетании с высокими эксплуатационными характеристиками синтетического полимера. На сегодняшний день в мире успешно внедрено более 100 видов биоразлагаемых полимеров. Пока объемы их производства составляют всего около 0.1% общемирового производства полимеров всех видов. В 2010 г. объем их производства составлял около 700 тыс. т., однако уже в 2011 г. по оценкам некоторых экспертов он превысил 1 млн т., а в 2015 г. достигнет 1.7 млн. т.
Современные объемы выпуска биополимеров подтверждают, что технологии их получения имеют значительный потенциал промышленного освоения и коммерциализации. Рынок биоразлагаемых полимеров является одним из наиболее быстроразвивающихся сегментов мировой экономики. Их производство уже является неотъемлемой частью национальных агрохимических комплексов Японии, США, стран Евросоюза.
Наибольшим спросом на биополимерном рынке пользуются пленки, используемые в сельском хозяйстве, где важны биоразлагае-мость и компостирование, а также в отрасли упаковки.
Залогом успешного развития производства биоразлагаемых полимеров является принятие многочисленных законодательных мер, обязывающих производителей осуществлять рециклинг полимерной упаковки в целях ее повторного использования и освобождающих биополимерную компостируемую упаковку от уплаты соответствующих налогов. Так, для развития рынка биоразлагаемых полимеров в Европе приняты специальные государственные программы по раздельному сбору компостируемых отходов. Преимущества биопластиков, связанные с более низкой платой за хранение отходов, неоспоримы. С 2000 г. в ЕС принят стандарт БЫ 13432, регламентирующий требования к биоразлагаемым полимерам. Кроме того, в июне 2008 г. Европейский Парламент утвердил рамочную директиву об отходах, определяющую последовательность выбора способов переработки отходов, предотвращение образования отходов, вторичное использование продукции и материалов, извлечение энергии и утилизация отходов.
Одними из наиболее перспективных биоразлагаемых материалов являются алифатические полиэфиры на основе молочной кислоты - полилактиды (ПЛА, РLА), получаемые поликонденсацией молочной кислоты или полимеризацией лактида.
В России производство биоразлагаемых полимеров пока находится в начальной стадии и, по оценкам ряда экспертов, на начало 2011 г. составило не более 6.5 тыс. тонн в год. При этом подавляющее число производителей используют зарубежные разработки. Так, компания «Евробалт» с 2008 г. производит упаковочные материалы из полиэтилена с использованием оксоразлагаемой присадки «d2w»; фирма «ТИКО-пластик» выпускает биоразлагаемую упаковочную продукцию на основе полимеров с добавлением импортных катализаторов; фирма «Тампо-Механик» выпускает мешки и пленки из полимера Ecovio фирмы BASF. Тем не менее, в России имеются и собственные разработки в области биоразлагаемых полимеров. Фирма «БиоЭкоТехнология» ведет самостоятельные исследования и занимается внедрением собственных биоразлагаемых добавок к полимерам на территории России и СНГ.
Исследованиями в этой области занимается большое число научно-исследовательских лабораторий в Москве, Пущине, Красноярске, Уфе и других городах. Проводятся испытания отдельных образцов материалов на основе биополимеров, имеющих большое значение для медицины в качестве имплантантов и химических контейнеров для направленной доставки лекарственных препаратов. Однако для получения товаров народного потребления, прежде всего упаковочных материалов, биоразлагаемые полимеры в России пока используются недостаточно широко. Это связано с низкой популярностью идеи использования биополимеров как у производителей, так и у потребителей различных упаковок, а также недостаточным вниманием со стороны законодательных властей. Между тем, проблема захоронения и переработки твердых бытовых отходов, значительную часть которых составляют полимеры, уже достаточно остро стоит во всем мире, в том числе в России. Поэтому в ближайшее время ожидается существенный рост производства биополимерных материалов для самых различных нужд.
Не вызывает сомнений, что в ближайшие годы производство полимеров, получаемых из возобновляемых ресурсов, и их ассортимент будут расширяться, а цена и характеристики - приближаться к уровню традиционных полимерных материалов.
Заключение
И в заключении, подводя итоги, необходимо отметить, что с начала 20-х годов ХХ века развиваются также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.
Трудно переоценить значение полимеров в нашей жизни. Полимеры окружают нас буквально со всех сторон: из них состоят пакеты в супермаркетах и одноразовая посуда, корпуса телефонов и другой бытовой техники, автомобильные шины и оконные рамы. Это важнейший материал, из которого сделаны постоянно используемые нами предметы. С другой стороны, полимеры являются естественными компонентами всех живых организмов, в том числе и человека.
К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.
Полимеры широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки.
Список использованных источников
Аксенова А.А. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. – М: Издательство: Аванта+. – 2007. - 640 с.
Белявский М. Т. Всё испытал и всё проник. – М: Издательство: Московский университет, 1990. - 222 с.
Добротин Д.Ю. Настоящая химия для мальчиков и девочек. – М: Издательство: Интеллект-Центр. 2010. - 96 с.
Ершов В.В., Никифоров Г.А., Володькин А.А. Пространственно-затруднённые фенолы. – М.: Химия, 1998. - 352 с.
Карякин Ю.В, Ангелов И.И. Чистые химические вещества. – М.: Химия, 1996. - 408 с.
Каргин В. А., Г. Л. Слонимский. Краткие очерки по физикохимии полимеров. – М: Издательство: МГУ, 1999. - 232 с.
Леенсон И.А. Удивительная химия. – М: Издательство: Энас, 2009. - 168 с.
Научная библиотека. КиберЛенинка. [Интернет ресурс] адрес:
Птицына О.А. и др. Лабораторные работы по органическому синтезу. – М.: Просвещение, 1997. - 256 с.
Савина Л.А. Я познаю мир. Химия. – М: Издательство: ООО "Издательство АСТ", 2007. - 400 с.
Тасекеев М. С., Еремеева Л. М. Производство биополимеров как один из путей решения проблем экологии и АПК: Аналит. обзор. - Алматы: Издательство: НЦ НТИ, 2009. - 200 с.
Чугаев Л.А. Дмитрий Иванович Менделеев. Жизнь и деятельность. - Л.: Научное химико-техническое изд-во, 1994. - 57 с.
Рис. 3 - Полимеры в медицине
Приложение 4
Рис. 4 – Искусственные суставы
Приложение 5
Рис. 5 - Полимеры в машиностроении
Приложение 6
Рис. 6 – Лакокрасочные материалы
Приложение 7
Рис. 7 – Укрытие плёнкой грубых кормов
Приложение 8
Рис. 8 – Мульчирующая перфорированная плёнка
Приложение 9
Рис. 9 – Биоразлагаемые полимеры
Приложение 10
Рис. 10 – Разложение биополимерного стаканчика в течении 2-х лет
Приложение 11
Рис. 11 – Процесс получения ПЛА полимеризацией лактида
Ломоносов М. В. – «Слово о пользе химии» //Белявский М. Т. «…Всё испытал и всё проник» - М: Издательство Московского университета, 1990. С. 37.
«Температура полимеров» - ПСФ - простой эфир пропана и дифенилсульфона, выпускается в виде гранул. Перерабатывается прямым и трансферным прессованием при температуре 340-360 °С, влагонабухание 10-12%. В обоих случаях температура в ходе измерений повышается по линейному закону. Получение ПФО. Получение полисульфона. Метод Мартенса.
«Характеристики полимеров» - Основные понятия. Применение полимеров. Способы получения полимеров. Литий-полимерный конденсатор. Кокосовая койра. Полимеры. Натуральный каучук. Использование тепличной плёнки. Шерсть. Поликонденсация. Ударопрочность. Природный полимер. Пластмассы и волокна. Природные и синтетические полимеры. Вулканизация каучука.
«Неорганические полимеры» - Кристаллическая решетка кварца. Аллотропные модификации углерода. Роль неорганических полимеров. Абразивный материал. Корунд. Кварцевое стекло. Цвет. Красный селен. Применение серого селена. Кварц. Неорганические полимеры. Особенности строения. Применение. Серый селен. Различные типы неорганических полимеров.
«Природные и синтетические полимеры» - Синтетические полимеры. Основные понятия химии полимеров. Полимеры. Материалы животного или растительного происхождения. Природные и синтетические полимеры. Мономер. Полимеры делятся на природные и синтетические. Способы получения полимеров. Ацетатные волокна. Особая роль. Структуры полимеров. Особые молекулы.
«Открытие каучука» - Открытие каучука. Во начале XIX века началось исследование каучука. В 1890-е гг. появляются первые каучуковые шины. Синтетический каучук. Во второй половине XIX века спрос на натуральный аучук быстро нарастает. Процесс был назван вулканизацией. Англичанин Томас Гэнкок в 1826 г. открыл явление пластикации каучука.
«Получение полимеров» - Степень полимеризации. Геометрическая форма макромолекул. Классификация полимеров. Поликонденсация. Основные понятия химии полимеров. Биополимеры. Мономер. Каучуки. Полимеризация. Способы образования полимеров. Иерархическая подчиненность основных понятий. Полимер. Полимеры.
Всего в теме 16 презентаций
