Искусственные полимеры на основе целлюлозы, их свойства

Промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях — путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы — целлулоид — был получен ещё в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной плёнки из нитроцеллюлозы.

Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Л. Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу — продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трёхмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

Для производства упаковки в меньшем объеме применяют природный полимер целлюлозу и ее производные, а основной объем пленок и тары получают в настоящее время из синтетических полимеров и сополимеров. Целлофан (ЦЛ).Его получают при химической переработке целлюлозы, используют в виде пленок и волокон гидратцеллюлозы с начала XX в. По химическому строению гидратцеллюлоза относится к классу полисахаридов [С₆Н₇О₂(ОН)з]_п. Получают ЦЛ в виде пленок путем осаждения (или омыления) растворов вискозы (ксантогената целлюлозы). Целлофан — это материал, который содержит пластификатор глицерин (10—13 %), поскольку без добавления пластификатора целлофан будет жестким и ломким. Целлофан гигроскопичен, в равновесии он содержит до 7 — 10% воды. ЦЛ имеет высокие гигиенические свойства, сравнительно низкую газопроницаемость и высокую проницаемость паров воды, устойчив к жирам.

Недостатком ЦЛ считается низкая прочность во влажном состоянии, высокая намокаемость. Чтобы частично устранить это, на стадии пластификации вводится меламино-формальдегидная смола. Другим недостатком целлофана является неспособность к термической сварке, его можно только склеивать. Целлофан склеивается при помощи желатинового или декстринового клея.

Для уменьшения паропроницаемости и придания целлофану способности к термосвариванию, выпускают лакированный целлофан. Лакируют нанесением раствора нитроцеллюлозы или сополимеров винилиденхлорида с винилхлоридом. После этого повышается его прочность, влагостойкость и снижается гигроскопичность.

Пакеты и пачки из целлофана применяют для упаковывания Многих кондитерских, в том числе жирсодержащих (кексы, печенье, халва), макаронных, бараночных изделий, сухарей. Для многих пищевых концентратов предусмотрен внутренний пакет в пачке — из целлофана. Целлофаном выстилают потребительскую и транспортную тару для яичного порошка, кондитерских изделий.

Пакеты из лакированного ЦЛ используют для упаковывания Кофе молотого и в зернах, сухофруктов, а также и непродовольственных товаров: швейных, трикотажных изделий, парфюмерии, табачной продукции и др.

ЦЛ не применяют для упаковывания влажных продуктов (сырого мяса и рыбы) из-за его набухания во влажной среде; кроме того, развиваются микроорганизмы. Целлофановые пленки используют в качестве оболочек вареных колбас и сосисок.

Эфиры целлюлозы, их производные.Их получают при этерифика-ции целлюлозы. Наиболее часто применяемы сложные эфиры цел­люлозы: диацетат (ДАЦ), триацетат (ТАЦ), ацетобутират, ацетоп-ропионат, этилцеллюлоза, нитрат целлюлозы. Продукты, которые выпускает промышленность, представляют собой пластифициро­ванные и стабилизированные эфиры целлюлозы и носят название-этролы.

Для производства упаковочных пленок наиболее часто при­меняют ацетаты целлюлозы. В зависимости от степени ацетили-рования (замещения ОН — групп на ацетильные группы в основном звене целлюлозы) изменяются свойства ДАЦ: растворимость, гигроскопичность, проницаемость. Поскольку ДАЦ и ТАЦ являются жесткими полимерами, их, как и гидратцеллюлозу, используют в пластифицированном виде — с эфирами фталевой, себациновой, адипиновой кислот, камфорой, глицерином и др.

Пленки используют в качестве упаковочного материала, про­зрачного, хорошо воспринимающего печать для швейных, три-; котажных, парфюмерно-косметических товаров, галантереи.

Жиростойкость и паропроницаемость ДАЦ позволяют использовать упаковочную пленку, полученную из него для пищевых продуктов. Из рулонной пленки методом термоформования получают лот

Полиэфирные и полиамидные волокна (лавсан, капрон), реакции их синтеза. Применение в технике

ЛАВСАН

Лавсан (полиэтилентерефталат) - представитель полиэфиров:

Получают реакцией поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля:

HOOC-C₆H₄-COOH + HO-CH₂CH₂-OH + HOOC-C₆H₄-COOH + … →

→ HOOC-C₆H₄-CO – O-CH₂CH₂-O – OC-C₆H₄-CO – … + nH₂O

полимер-смола

В общем виде:

n HOOC-C₆H₄-COOH + n HO-CH₂CH₂-OH →

→ HO-(-CO-C₆H₄-CO-O-CH₂CH₂-O-)_n-H + (n-1) H₂O

Полимер пропускают через фильеры – макромолекулы вытягиваются, усиливается их ориентация:

Формование прочных волокон на основе лавсана осуществляется из расплава с последующей вытяжкой нитей при 80-120 °С.

Лавсан является линейным жесткоцепным полимером. Наличие регулярно расположенных в цепи макромолекулы полярных сложноэфирных групп -О-СО- приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, придавая полимеру жесткость и высокую механическую прочность. К его достоинствам относятся также устойчивость к действию повышенных температур, света и окислителей.Применяется лавсан в производстве:

Капрон[-NH-(CH₂)₅-CO-]_n – представитель полиамидов.

В промышленности его получают путем полимеризации производного

ε-аминокапроновой кислоты – капролактама.

H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO-OH →

ε-аминокапроновая кислота

→ H₂N-(CH₂)₅-CO-OH + H₂N-(CH₂)₅-CO- … + nH₂O

Процесс ведется в присутствии воды, играющей роль активатора, при температуре 240-270° С и давлении 15-20 кгс/см² в атмосфере азота.

Применение:

1. Полиамиды применяются прежде всего для получения синтетического волокна. Вследствие нерастворимости в обычных растворителях прядение ведется сухим методом из расплава с последующей вытяжкой. Хотя полиамидные волокна прочнее натурального шелка, трикотаж и ткани, изготовленные из них, значительно уступают по гигиеническим свойствам из-за недостаточной гигроскопичности полимера.
2. Изготовление одежды, искусственного меха, ковровых изделий, обивок.
3. Полиамиды используются для производства технических тканей, канатов, рыболовных сетей.
4. Шины с каркасом из полиамидного корда более долговечны.
5. Полиамиды перерабатываются в очень прочные конструкционные изделия методами литья под давлением, прессования, штамповки и выдувания.