Білім және ғылым
жүктеу/скачать 2,97 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Талшық түзгіш полимерлерге қойылатын талаптар
- Жасанды талшықтар
14-тарауХИМИяЛЫҚ ТАЛШЫҚТАР Химиялық талшықтар деп табиғи немесе синтетикалық поли- мерлерді химиялық өндеу арқылы алынған талшықтарды айтады. Бастапқы полимерлердің табиғатына байланысты талшықтар жасанды және синтетикалық болып бөлінеді. Жасанды талшықтарды табиғи жоғары молекулалық қосылыстарды химиялық өңдеу арқылы алады. Оларға целлюлозадан, хитиннен, хитозаннан және нәруыздардан алынған талшықтар жатады. Синтетикалық талшықтарды синтетикалық полимерлерден алады. Макромолекула тізбегінің құрамына байланысты гетеротізбекті және карботізбекті болып екіге бөлінеді. Гетеротізбекті макромолекуланың негізгі тізбегіне көміртектен басқа элементтер (оттек, азот, күкірт) де кіретін талшықтар жатады. Олардың ішінде көп тарағандары полиэфирлер, полиамидтер және полиуретандар. Карботізбектілер деп макромолекуланың негізгі тізбегі тек көміртек атомдарынан тұратын талшықтарды айтады. Ең маңыз- дылары: полиолефиндер, полиакрилонитрил, поливинилхлорид, поливинилспирт және фторы бар талшықтар. Талшық түзгіш полимерлерге қойылатын талаптар Кез-келген полимерлерден талшық алуға болмайды. Олар мынадай талаптарға сай болу керек: Полимерлер балқығанда, ыдырамауы немесе еріткіштерде тұтқыр ерітінді түзуі шарт. Полимерлерге талшықтың пішінін беру үшін жеке макромолекулалар немесе олардың агрегаттары бір-бірімен салыстырғанда, жылжымалы болуы керек. Бұл шарт молекулалар арасындағы күштердің (сутектік, дипольдік, Ван-дер- ваальс) қосындысы макромолекула тізбектеріндегі көрші атомдардың химиялық байланыстар энергиясынан кем болғанда орындалады. Макромолекуланың иілгіштігі де үлкен әсер етеді. Талшық түзгіш полимерлердің балқу температурасы 150-280°С аралығында болады. Мұның төменгі шегі талшықтарды практикада қолдануға байланысты (үтіктің температурасы ~140°С), ал жоғарғы шегі — полимерлердің термиялық тұрақтылығымен анықталады, себебі, көптеген полимерлер 310-320°С-та деструкцияға ұшырай бастайды. Талшық түзгіш полимерлердің молекулалық массасы 15000- 80000 аралығында болуы керек. Егер полимердің молекулалық массасы 15000 кем болса, онда өте берік талшық алынбайды. Молекулалық масса артқан сайын молекулааралық әсерлесудің артуына байланысты талшықтың беріктігі артады. Бірақ молекулалық масса 80000 жоғары болса, өте тұтқыр ерітінділер мен балқымалар түзілетіндіктен, талшықтарды формалау қиындайды. Талшық түзгіш полимерлердің молекулалық-массалық таралу ені аз болу керек. Өйткені, макромолекуланың полидисперстілігі артқан сайын қысқа молекулалардың саны артып, молекулааралық әсерлесу бәсеңдейді. Соның нәтижесінде полимерлерді балқымаға немесе ерітіндіге ауыстыру жеңілдейді, олардан талшық созу оңайлайды. Бірақ, түзілген талшықтардың сапасы төмендейді. Поликонденсациялау арқылы алынған полимерлердің молекула- массалық таралуының радикалдық полимерленуге қарағанда енсіз болғандықтан, олардан алынған талшықтардың беріктігі жоғары. Талшық түзгіш полимерлердің макромолекулалары сызықтық немесе аз тармақталған пішінде болуы керек. Торланған полимерлерді ерітіндіге немесе балқымаға көшіруге болмайтындықтан, олардан талшық алу мүмкін емес. Тармақтылығы жоғары макромолекулалар- дың өзара әсерлері нашарлайды және талшықты формалау барысында макромолекулалардың бағдарлануымен пластификациялануы қиындайды. Талшық түзгіш полимерлердің иілгіштігі жоғары болуы қажет. Макромолекуланың иілгіштігі артқан сайын полимерлерді балқымаға немесе ерітіндіге ауыстыру және талшықты формалау кезінде кристалдануы жеңілдейді. Иілгіштік жоғарылағанда макромолекуланың жылулық тербелісі артады және полимердің ыдырау температурасы төмендейді. Талшықтар 100°С (судың қайнауы) төмен температурада жұмсармауы керек. Қатаң тізбекті макромолекулаларда, мысалы, негізгі тізбекте ароматты топтар басым болса, белгілі әдіспен талшық формалау мүмкін емес, себебі ондай полимерлер ыдырамай балқымайды және кәдімгі еріткіштерде ерімейді. Жұмсару температурасы төмен болғандықтан (100°С) өте иілгіш полимерлерден талшық алуға жарамсыз. Макромолекула құрамында полярлық және реакцияға түсуге қабілетті топтардың болғаны тиімді. Полимерлер тізбегінде -ОН, > СООН , -NН2 және басқа гидрофильді топтардың болуы су және оның буларын өзіне сіңіре алатын көп мөлшерде қолданылатын талшық- тар алуға қажет. Бірақ, -ОН және -СООН топтарға бай полимерлер суда және әлсіз сода ерітіндісінде жақсы ериді. Сондықтан олардан гипюр, шілтер, хирургиялық дәке дайындалады. Полимер құрамында -С1, -Ғ және -СN топтары гидрофобты, сондықтан химиялық төзімді талшықтар алуға қажет. Гиброфобты талшықтардың диэлектрлік қасиеттері жоғары және күшті электр- ленеді, сондықтан оларды электризоляциялауға қолданады. Жылуға төзімді талшықтар алу үшін полярлығы жоғары тобы бар полимерлер қолданады немесе дайын талшыққа көлденең химиялық байланыстар енгізіп, торланған құрылым береді. Мұндай талшықтар- ды негізгі тізбегінде ароматты буындар немесе -Ғ орынбасарлары бар полимерлерден де алуға болады. Егер макромолекула құрамында -СN тобы болса, мысалы ПАН, онда радиациялық сәулеге төзімді талшық түзіледі. Талшықтардың қасиеттеріне ионогендік топтар (-NН2, -СООН, -SО3Н) үлкен әсер етеді. Бұл топтар макромолекулаға ион алмастыр- ғыш қасиеттер береді, аниондық және катиондық бояулармен байланыс түзетіндіктен оңай боялады, оларды жуу немесе өңдеу кезінде бояуға төзімділігі артады. Жасанды талшықтар Жасанды талшықтарды табиғи полимерлерден-целлюлоза, хитин және белоктардан алады. Бұл талшықтардың болашақ мүмкіндіктері зор. Ол негізінен техникалық-экономикалық факторлармен түсін- діріледі: − синтетикалық полимерлерді алу үшін қажет мономерлер негізінен мұнай, газ және тас көмірден өңдіріледі. Бұл шикізаттар қорының біртіндеп азаюы; − табиғи талшықтар түзгіш полимерлерді қайта қалпына келтіруге болады және гендік инженерия мүмкіндіктері табиғи қорларды сақтауға септігін тигізеді. Бұл бағытта ғылыми-техникалық прогрестің жетістіктерінің жасанды талшықтар алуда қарқынды түрде қолданылатыны ақиқат. Целлюлоза. Целлюлоза− табиғи, буындары түзу сызықты, арнайы ретті тізбектелген полисахарид. Оның тізбегі Д-глюкозаның молекулаларының бір-бірімен β-глюкозид байланысымен қосылған синдиотактикалық құрылым: Целлюлоза көп таралған табиғи полимерлердің бірі (мақта, зығыр, ағаш үгінділері және т.б.). Оның молекулалық массасы 7000- 10000 аспайды, себебі, целлюлозаны өңдеу немесе бөлу үдерісі кезінде макромолекулада деструкция жүруі мүмкін. Алайда, ультра- центрифуга әдісімен анықталған целлюлозаның кейбір түрлерінің молекулалық массасы 6·106 болған. Целлюлоза полидисперсті, құрамында төмен молекулалық заттардың болуы одан алынған өнімдердің механикалық қасиеттерін нашарлатады. Целлюлоза макромолекуласында көп мөлшерде -ОН тобының болуы және тізбектің реттілігі молекулааралық сутектік байланысты тудырады, сондықтан полимер тізбектері бір-бірімен берік байланысқан. Осының әсерінен целлюлозаның кристалдану дәрежесі өте жоғары (70% шамасында). Оның балқу температурасы да жоғары, балқудан бұрын ыдырайды. Целлюлоза көптеген еріткіштерде ерімейді, ол сутектік байланыстардың нәтижесінде суда ісінеді. Целлюлозаның суда ісінуін толығырақ зерттегенде, ісіну тек аморфты бөлігінде болатыны анықталды. -ОН тобындағы сутек атомының орнын басқа топтарға ауыстырса, этерификация реакциясы нәтижесінде алынған өнімнің ерігіштігі артады, балқу температурасы төмендейді. Өнеркәсіпте целлюлозаны ерітіп, қайта тұндырса, ол таза түрінде бөлінеді. Осылай алынған өнім «регенирленген целлюлоза» деп аталады. Целлюлозаны химиялық түрлендірудің өзіне тән ерекшеліктер бар: реакциялардың кинетикалық заңдылықтарына және алынатын өнімдердің қасиеттеріне тікелей әсер етеді және былай тұжырымдауға болады: Целлюлозаның көптеген еріткіштерде ерімеуі оның туынды- ларын алуға қажетті реакцияларды (тотығу, этерификациялау, алкилдеу) гетерогенді ортада жүргізуге мәжбүр етеді. Целлюлоза талшығындағы макромолекулалардың немесе молекуладан ірі құрылымдардың әртүрлі текшеленуі реагенттердің талшық бойына диффузиялану жылдамдығына әсер етеді. Целлюлоза макромолекуласындағы біріншілік және екіншілік гидроксил топтарының реакциялық қабілеттері әр түрлі. Сондықтан целлюлозаны түрлендірудегі барлық реакцияларды екіге бөледі: Гомогенді ортада жүретін реакциялар. Гетерогенді ортада жүретін реакциялар. Целлюлоза және оның туындылары талшық алуда қолданылады. Сілтілердің сұйық ерітінділері төменгі температурада іс жүзінде әсер етпейді, тек аздап ісінеді. Ал сілтінің концентрлі ерітіндісімен (10% жоғары) әсер етсе, целлюлозада көптеген химиялық және физика- химиялық өзгерулер болады. Соның нәтижесінде целлюлозаның молекулалық ірі құрылымы өзгереді және жаңа химиялық қосылыс пайда болады, оны сілтіленген целлюлоза деп атайды. Осы күнге дейін бұл қосылыстың құрылысы туралы бірыңғай көзқарас жоқ: C6H7O2(OH)2ONa n C6H7O2(OH)3 n C6H7O2(OH)2OH NaOH n C6H7O2(OH)3 n Сілтілік целлюлоза тұрақсыз қосылыс, сумен әрекеттескенде оңай гидролизденеді де, химиялық құрамы целлюлозаға ұқсас қосылыс түзеді, бірақ одан физика-химиялық қасиеттері біршама өзгеше. Бұл қосылыс гидратцеллюлоза немесе мерсерленген целлюлоза деп аталады. Сілтімен өңдеу нәтижесінде талшықтың гигроскопиялық қасиеті жақсарады, оңай боялады, химиялық актив- тігі жоғарылайды. Гидратцеллюлозадан вискоза,полиноз, жоғары-модульді визкоза және мыс-аммиакты талшықтар алады. Вискоза талшығын алу үшін сілтіленген целлюлозаны күкіртті көміртекпен әрекеттестіріп, целлюлоза ксантогенатын алады. Реакция нәтижесінде целлюлозаның күрделі эфирінің натрий тұзы түзіледі: S C6H7O2(OH)3 NaOH n + n CS2 C6H7O2(OH)2 O-C SNa n + n H2O жүктеу/скачать 2,97 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|