Склад і будова поліетилену. Молекули етилену здатні вступати в реакцію сполучення між собою, утворюючи довгі ланцюги з високими значеннями молекулярних мас. У результаті реакції утворюється так званий полімер.
Процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням ви-сокомолекулярної називається полімеризацією
(від грец. полі—численний, багато, і мерос — частина).
Реакція відбувається за підвищених тиску і температури та за наявності каталізатора.
Вихідні низькомолекулярні речовини називаються мономерами (від грец. моно —один). Етилен —мономер у реакції полімеризації.
У структурі полімеру можна визначити фрагменти, що повторюються по всій довжині ланцюга, у поліетилені це групи —СН2—СН2 —. Такі групи атомів, що повторюються і становлять основу хімічної будови полімерного ланцюга, називаються мономерннми ланками.
Число n у формулі полімера, що показує, скільки моно-мерних ланок сполучається, називається ступенем полімеризації.
У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру.
Властивості поліетилену. На дотик поліетилен ніби масний, нагадує твердий парафін. Причина цього—подібність складу й хімічної будови цих речовин: парафін належить до вищих вуглеводнів (С18—С35), у його структурі, як і в структурі поліетилену, повторюються групи — СН2—.
Поліетилен —тверда речовина білого кольору, але легко забарвлюється в різні кольори, не тоне у воді. Плавиться у межах 102—105 °С або 125—137 °С, залежно від способу добування полімеру.
Процес плавлення полімерів має свої особливості, зумовлені взаємодією між молекулами, що мають значну довжину. У процесі нагрівання в розплавлений стан переходять насамперед коротші молекули, потім —довші, тому у полімерів широкий інтервал температур плавлення, а не точка плавлення, як у низькомолекулярних речовин.
У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після охолодження полімеру. Така властивість називається термопластичністю.
• Пригадайте, що таке пластичність.
Поліетилен —доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім'яти, але важко розірвати. Поліетилен не проводить електричного струму. Він стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину перманганату калію і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою.
Лабораторна робота 7
Ознайомлення зі зразками виробів із поліетилену
Розгляньте видані вам зразки поліетиленової плівки, ємностей, ізоляційного покриття для електропроводів тощо.
Випробуйте матеріал на дотик, на пластичність, на міцність. Шматочок поліетилену нагрійте над полум'ям спиртівки, змініть його форму, охолодіть. Повторіть цей дослід. Про що він свідчить?
Покладіть шматочки поліетилену в пробірки з розчинами кислоти, лугу, перманганату калію. Чи взаємодіє поліетилен із цими речовинами?
Зробіть висновок про пластичні властивості й хімічну активність поліетилену.
Застосування поліетилену та інших полімерів. Властивості поліетилену зумовлюють ного широке застосування. Ці дані наведені у таблиці 6 (див. також мал. 24).
Таблиця 7. Властивості й застосування поліетилену
Властивості
Галузі застосування
Хімічна стійкість
Виготовлення деталей апаратів, що працюють в агресивному середовищі; виготовлення тари для зберігання хімічно агресивних рідин; виготовлення посуду та водогіїших труб, антикорозійних покриттів
Водо- і газонепроникність
Виготовлення пакувальних матеріалів, плівки для теплиць
Електроізоляційні пластивості
Виготовлення ізоляційних матеріалів для електричного дроту
Щоб надати полімеру потрібних експлуатаційних властивостей, тобто перетворити його на пластмасу—матеріал, з якого можна виготовляти різні вироби, до полімерної маси добавляють спеціальні речовини. Наприклад, завдякипластифікаторам твердий полімер перетворюється на еластичний матеріал. Щоб зробити пластичну масу поруватою, до неї додають речовини, в результаті розкладання яких виділяються гази; таким чином виготовляютьпіпопласти. Для підвищення термо- світло- і хімічної стійкості добавляють стабілізатори й антиоксиданти, для забарвлення — пігменти, щоб запобігти наслсктрнзованості — антистатики; у пластмаси вводять також наповнювачі — кварц, креііду, волокна тощо, які знижують вартість матеріалу й поліпшують його механічні властивості. Завдяки різним добавкам з того самого полімеру можна виробляти різні за властивостями матеріали, а з них виготовляти різні вироби, наприклад деталі конструкцій і взуття.
Мал. 24. Зразки виробів з поліетилену
Пластмаси належать до найважливіших сучасних матеріалів, що застосовуються в техніці, сільському господарстві, побуті. Це зумовлено тим, що вони мають властивості, завдяки яким їх використання є економічно вигідним. До них належать: низька густина (легкість), хімічна стійкість, низька теплопровідність, можливість забарвлювання, високі оптичні якості, а також можливість змінювати ці властивості в широких межах через зміну структури полімерів.
Значні достоїнства пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхід-ності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси — високій продуктивності виробництва.
Експлуатаційні недоліки пластмас пов'язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, наприклад, обмежується його низькою температурою плавлення.
• 3 якими перевагами і недоліками пластмасових виробів ви зустрічалися у процесі їх використання? Наведіть приклади.
Дуже близький за властивостями до поліетилену поліпропілен. Фрагмент ланцюга цього полімеру можна представити такою структурною формулою:
З поліпропілену виготовляють деталі машин, труби, плівку, риболовні сітки, побутові вироби, волокна. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.
Пластмаси, вироблені на основі поліхлоровінілу, використовують як замінники шкіри, з них виготовляють газо-та водогінні труби, технічні волокна. Ці матеріали стійкі проти дії кислот, лугів, легко забарвлюються, разом з тим важко загоряються і мають здатність до самогасіння.
• Які властивості, на вашу думку, зумовлюють використання поліхлоровінілу для виготовлення лінолеуму?
За особливу хімічну стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні в «царській воді» (суміш нітратної та хлоридної кислот), ні в органічних розчинниках, стійкий проти холоду й нагрівання, неотруйний, світлостійкий. Завдяки цим властивостям з політетрафлуоретилену виготовляють деталі машин і приладів, апаратів, щопрацюють у хімічно агресивному середовищі та у харчовій промисловості. З побутових виробів вам знайомі сковороди і каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.
Завдання для самоконтролю
194. Що таке мономер? Полімер?
195. Реакція полімеризації належить до типу
(1) обміну; (3) приєднання;
(2) заміщення; (4) розкладу.
196. Середня молекулярна маса поліетилену, якщо п становить 1000, дорівнює
(1) 14000; (3) 56000;
(2) 30000; (4) 28000.
197*. Поясніть, чому етилен взаємодіє з бромною водою, а поліетилен —ні.
198. Розкажіть про застосування поліетилену в побуті.
199. Поліетиленові пакети виготовляються методом зварювання. Яка властивість поліетилену при цьому використовується?
200. Чим відрізняються пластмаси від власне полімерів? Завдяки чому з поліетилену можна виробляти і плівку, і посуд?
