/>/>/>Министерство образования и науки РоссийскойФедерации
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
Алтайский государственный техническийуниверситет И.И. Ползунова
Рефератпо органической химии
«Поливинилацетат(ПВА)»
г.Барнаул 2008 г.
Введение
Среди изобилия самыхразнообразных по строению и свойствам органических соединений есть особый класс- полимеры (от греч. «поли» — «много» и «мерос» — «часть»). Для этих веществ,прежде всего, характерна огромная молекулярная масса — от десятков тысяч домиллионов атомных единиц массы, поэтому часто их ещё называютвысокомолекулярными соединениями (сокращённо ВМС).
К молекулярным гигантамотносятся, например, важнейшие природные полимеры (белки, нуклеиновые кислоты,полисахариды), синтетические материалы (полиэтилен, поливинилхлорид, каучук ит.д.). Поэтому ВМС играют важную роль и в биологических процессах, и впрактической деятельности человека.
Органические полимерыпостроены из элементарных звеньев — многократно повторяющихся и связанных междусобой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров). Длинумакромолекул выражают средним числом звеньев мономера, которое называютстепенью полимеризации.
Полимеры могут иметь линейное,разветвлённое и сетчатое строение. Если каждое звено мономера условнообозначить буквой М, то макромолекула линейного строения будет выглядеть так:
… -М-М-М-М-М-М- ...
В этом случае каждое изэлементарных звеньев связано только с двумя соседними и образуетнеразветвлённую цепь. Основная цепь макромолекулы может иметь короткиеответвления, и тогда построенные по такому типу полимеры будут разветвлёнными: R/> />
… -М-М-М-М-М-М-…
R
В сетчатых (сшитых)полимерах длинные линейные цепи связаны друг с другом в единую сетку болеекороткими поперечными цепями.
Если молекула мономеранесимметрична (СН2=СН-Х, где Х — заместитель), могут образовыватьсяи регулярные, и нерегулярные полимеры. В регулярном полимере происходитприсоединение либо «голова к хвосту»:
-СН2-СНХ-СН2-СНХ-,
либо «голова к голове»:
-СН2-СНХ-СНХ-СН2-.
Макромолекулы полимеровмогут быть построены из остатков разных мономеров; ВМС такого типа называютсясополимерами. При этом в зависимости от способа чередования различных звеньевони также бывают регулярного и нерегулярного строения:
… -М-М-М-М-М-М — ...
регулярный сополимер
… -М-М-М-М-М-М — ...
нерегулярный сополимер
По своему происхождениювсе МС делятся на природные — биополимеры (например, крахмал и целлюлоза) исинтетические (полиэтилен, полистирол и др.).
Природные полимерысинтезируются клетками растительных и животных организмов, а синтетическиечеловек научился получать из проектов переработки природного газа, нефти,каменного угля.
Полимеры могут бытькристаллическими или аморфными. Для кристаллизации высокомолекулярных веществнеобходимо упорядоченное строение достаточно длинных участков молекулярнойцепи.
Высокомолекулярныесоединения не имеют четкой температуры плавления. При нагревании многиеполимеры не плавятся, а лишь размягчаются, что позволяет формовать из нихизделия методами пластической деформации — прессованием, выдавливанием, литьём.Такие полимеры называют пластическими массами (пластмассами, пластиками). Упластмасс низкая плотность, они легче самых лёгких металлов (магния, алюминия)и потому считаются ценными конструкционными материалами. По прочности некоторыепластики превосходят чугун и алюминий, а по химической стойкости — почти всеметаллы. Они могут быть устойчивы к действию воды и кислорода, кислот ищелочей.
Обычно пластмассы — диэлектрики (не проводят электрический ток), и отдельные их сорта известны каклучшие изоляционные материалы из всех используемых в современной технике.
Поливинилацетат
Поливинилацетат — аморфный, бесцветныйтермопластичный полимер без вкуса и запаха. Является полимером винилацетата, аточнее продуктом полимеризации винилового эфира уксусной кислоты — винилацетата:
/>
Винилацетатпредставляет собой бесцветную легкоподвижную негорючую жидкость удельного веса1,191, обладающую эфирным запахом, которая имеет температуру кипения 72,7°С, инапоминает воду, имея вязкость 0,4 мПа с при 20°С. Он немножко набухает в водеи неустойчив к действию кислот и щелочей.
Структурная формула
[-CH2CH(OCOCH3)-]n
Основные физические и химические свойства
-физические свойства:
1. Молекулярнаямасса от 10 000 до 1 500 000 ;
2. Температураразмягчения 30-50 °С;
3. Плотность 1,19г/см3;
4. Относительноеудлинение 10-20%;
5. Теплопроводность0,16 Вт/(м·К);
6. Температура стеклования280C;
7. Теплостойкость поВику 44-500C, по Мартенсу 30-320C;
8. Электрическаяпрочность 1 МВ/м;
9. Влагопроницаемость(2,5-5,8)· 10-14 кг/(м·с·Па);
10. Газопроницаемостьпо H2 56·10-15 м3/(м·с·Па).
Поливинилацетат обладаетхладотекучестью, устойчив к старению в атмосферных условиях, высокой адгезией кразличным поверхностям, хорошими оптическими свойствами, износостоек. Хорошорастворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах,метаноле, хуже — в этаноле. Не растворим в воде, алифатичных углеводородах, бензине,минеральных маслах, гликолях.
— химическиесвойства:
Химические свойства ПВА определяютсяналичием сложноэфирных групп и привитых цепей, соединенных с главной цепьюсложноэфирными связями. ПВА омыляется водными растворами кислот или щелочей иподвергается алкоголизу под действием каталитических количеств кислот иалкоголятов щелочных металлов в безводных средах с образованием ПВС.
Химические свойствасополимеров винилацетата зависят от природы сомономеров. Например, сополимервинилацетата с кротоновой кислотой растворяется в щелочной среде. Сополимервинилацетата с N-метилолакриламидомпри нагревание образует трехмерную структуру. Сополимеры винилацетата с1-хлор-2-гидроксипропилакрилатом отверждаются в присутствии оксида цинка при80°C, образуя водостойкие пленки ипокрытия. Ведение в состав сополимеров звеньев этилена, винилхлорида, виниловыхэфиров увеличивает стойкость сополимеров к гидролизу. С другой стороны,включение в сополимер небольших количеств карбоксилсодержащих сомономеровускоряет гидролиз ПВА.
Концентрированная азотнаякислота окисляет ПВА до щавелевой кислоты. При нагревании ПВА до 180-200°C происходит деструкция, сопровождающаяся выделением уксуснойкислоты и образованием одиночных и сопряженных двойных связей в основной цепиполимера, облегчающих отщепление CH3COOH. В присутствии каталитическихколичеств минеральных кислот, ZnCl2, AlCl3 и других солей деструкция начинается при более низкойтемпературе.
Покрытия из ПВАотличаются высокой светостойкостью. Хотя под действием УФ-облучения ипроисходит частичная деструкция полимера, однако она сопровождаетсярекомбинацией образующихся макрорадикалов и реакциями переноса цепи. Врезультате увеличивается ММ полимера и появляется нерастворимая фракция.Аналогичным образом действуют на ПВА малые дозы радиационного облучения. Привысоких дозах происходит деструкция ПВА с выделением уксусной кислоты. Эффектсшивания или деструкции и критическая доза облучения зависят от природырастворителя и природы полимера.
Омыление ПВАможет быть осуществлено различными способами. В зависимости от природыкатализатора и среды, в которой производится реакция, различают алкоголиз,гидролиз, аминолиз и аммонолиз ПВА. Эти реакции протекают по следующим схемам:
Алкоголиз:
/>
Кислотныйгидролиз:
/>
Щелочнойгидролиз:
/>
Аминолиз:
/>
Аммонолиз:
/>
Получение
Впромышленности поливинилацетат получают радикальной полимеризацией винилацетатав растворе, эмульсии или суспензии. Мономер винилацетата диспергирует в водепри сильном перемешивании в присутствии эмульгаторов. В этой дисперсии мономерав воде при введении ингибитора начинается процесс полимеризации. Постепенноформируется поливинилацетат, который растворяется в остаточном мономере, но нерастворяется в воде, с которой он образует эмульсию. Наряду с линейным можетобразовываться и разветвленный поливинилацетат.
В процессеполимеризации в растворе (обычно в метаноле) при 60-65 0C в присутствииинициатора получаемый поливинилацетат перерабатывается главным образом вполивиниловый спирт. В случае непрерывного процесса реакцию прекращают пристепени превращения винилацетата 50-65%; образующийся поливинилацетат имеетменьше разветвлений, его степень полимеризации достигает 1800-2000.
Эмульсионнуюполимеризацию винилацетата в воде проводят при 65-900C в присутствиизащитных коллоидов (например, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы) илиПАВ и окислительно-восстановительных инициирующих систем.
Выпускается ввиде гранул (бисера), водных дисперсий или растворов (лаков).
Способы отверждения
Отверждениеможет происходить вследствие различных механизмов, которые в основном делятсяна три группы:
1.Отверждение с добавлением солей металлов.
2.Отверждение с добавлением термореактивных смол, полученных в результатеконденсации формальдегида.
3.Отверждение с добавлением изоцианата.
Применение в промышленности
Мировоепроизводство поливинилацетата превышает 2,5 млн. т/год и имеет тенденцию кросту. Поливинилацетат впервые был получен в США в 1914.
Этототносительно дешевый термопласт находит широкое применение. Большая частьполивинилацетата выпускается в виде водных дисперсий (концентрация 50-55%,размер частиц 0,05-2 мкм), из которых изготовляют водоэмульсионные краски, клеи,шпатлевки и др. Поливинилацетат применяется в производстве лаков, где он цененблагодаря высоким свойствам прилипания (адгезии), пластичности, светостойкостии бесцветности.
Растворыполивинилацетата в органических растворителях — клеи. Высокие клеящие свойстваоткрывают возможности для его применения при склейке древесины. В виде эмульсийон применяется для мастичных полов, не подвергающихся увлажнению, и дляполучения полимербетонов.
Клей ПВА — растворполивинилацетата в воде, с пластификатором и специальными добавками. Применяютдля склеивания различных материалов друг с другом.Виды (наиболеераспространенные):
· Клей ПВАбытовой (обойный)применяется для склеивания изделий из бумаги, для приклеивания бумажных имоющихся обоев на бумажной основе на оштукатуренные, деревянные и бетонныеповерхности. По внешнему виду представляет собой однородную, без комков, массубелого или кремового цвета. Морозостойкость бытового клея ПВА составляет 6 цикловзамораживания-оттаивания при −40 °C.
· Клей ПВАканцелярский (ПВА-К)применяется для склеивания бумаги, фотобумаги, картона. По внешнему видупредставляет собой вязкую жидкость белого или слегка желтоватого цвета, безкомков и механических включений; допускается поверхностная плёнка. Клейневодостоек, неморозоустойчив.
· Клей ПВАуниверсальный (ПВА-МБ) применяется для склеивания изделий из дерева, бумаги, картона, кожи, дляприклеивания бумаги, ткани на деревянные, стеклянные, металлическиеповерхности, в качестве компонента рецептур шпатлевок, грунтовок, бетонныхсмесей на водной основе. По внешнему виду представляет собой вязкую массубелого или слегка желтоватого цвета, без комков и посторонних включений.Морозостойкость составляет 6 циклов замораживания-оттаивания при −20 °C.
· Клей ПВА супер(ПВА-М) применяетсядля склеивания изделий из дерева, бумаги, картона, стекла, фарфора, кожи,тканей, а также приклеивания фотографий, линолеума, облицовочных плиток приремонте. По внешнему виду представляет собой вязкую массу белого или слегкажелтоватого цвета, без комков и посторонних включений. Морозостойкостьсоставляет 6 циклов замораживания-оттаивания при −40 °C.
· Дисперсия ПВА - водный раствор полимера,стабилизированный защитным коллоидом, как правило, другим высокомолекулярнымсоединением (например поливиниловым спиртом), отличается высокой клеящейспособностью. По внешнему виду представляет собой вязкую жидкость белого илислегка желтоватого цвета (желтизну придает в основном пластификатор), безкомков и посторонних механических включений; допускается поверхностная пленка. Морозостойкостьнепластифицированной дисперсии составляет 4 цикла замораживания-оттаивания.Дисперсия ПВА находит широкое применение:
· в строительстве,как добавка в строительные растворы;
· в стекольной,текстильной, полиграфической, обувной и кожевенной промышленности;
· в производствевододисперсионных красок, сигарет, упаковок, техно-тканей, бытовой химии;
· при склеиваниидерева, бумаги и картона.
Добавление встроительные растворы ПВА повышает адгезию растворов к основам и пр., придаетпластичность, увеличивает прочность конечного изделия.
Заключение
Живаяприрода представляет собой форму существования высокомолекулярных соединений.Она развивается в окружении и действии с неорганическим миром, построенным восновном из ВМС. Только вода и воздух распространены на земном шаре так жешироко, как ВМС.
Человечестводля удовлетворения своих нужд так же создает и использует высокомолекулярныематериалы. По своей значимости для человечества с высокомолекулярныематериалами конкурируют лишь металлы, как конструкционные материалы, топливокак источник энергии и пищевые продукты. Такое широкое распространение инеобычайно высокое значение ВМС вытекает из их общих свойств, обусловленныхгромадной величиной и сложностью макромолекул.
Многообразие ВМС неограниченно.Отсюда вытекает еще большее многообразие явлений природы, особенно жизненныхявлений, т.к. подавляющее большинство природных процессов представляют собойпроцессы образования, изменения и превращения высокомолекулярных тел.Характеризуя значения многообразия органических ВМС, один из создателеймакромолекулярной химии – Герман Штаудингер в 1932г. указывал, что дляпонимания жизненных процессов биологическая химия требует бесконечного числаорганических веществ, и, соответственно, бесконечного ряда возможных реакций.
Устойчивостьк физико-химическим превращениям и многообразие ВМС являются темифундаментальными принципами, которые определяют их роль и распространение вприроде.
В условиях земного шаранепрерывно протекают разнообразные взаимные превращения низко- ивысокомолекулярных соединений.
Используемая литература
1. Линдеман M. Полимеризациявиниловых мономеров. — M., 1973. – 5112 с.
2. Розенберг М.Э. Полимеры на основевинилацетата, Л., 1983. – 856 с.
3. А.М. Шур Высокомолекулярныесоединения. Изд. «Высшая Школа» М-1966 г.
4. dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/238278.htm
5. www.krugosvet.ru/articles/43/1004368/1004368a5.htm
6. slovari.yandex.ru/dict/krugosvet/article/6/60/1004368.htm