Постникова М.В., Носкова О.А. Химия древесины и синтетических полимеров. Часть 1 - файл n1.doc

приобрести
Постникова М.В., Носкова О.А. Химия древесины и синтетических полимеров. Часть 1
скачать (1714 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1714kb.18.09.2012 08:57скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7


Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Кафедра технологии целлюлозно-бумажного производства

м.в.постникова, О.А. Носкова

химия древесины

и синтетических полимеров
(часть 1)
Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве конспекта лекций

для студентов заочного и дневного обучения

специальности 260 300 «Технология

химической переработки древесины»

Пермь 2003




УДК 630*813. + 541.6 + 547.458.8

П 63



Рецензенты:

Начальник лаборатории В.С.Постников

(Пермский НИИ полимерных материалов),
канд.техн.наук Т.Н.Ковтун

(Пермский государственный технический университет)

Постникова М.В., Носкова О.А.

П63 Химия древесины и синтетических полимеров: Конспект лекций/

Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2003. Ч.1. 60 с.

Приведены сведения по основам химии и физико-химии полимеров, по анатомии древесины, строению клеточной оболочки, химическому составу древесины, физическим и физико-химическим свойствам древесины.

Предназначен для студентов специальности 260 300 «Технология химической переработки древесины».

УДК 630*813. + 541.6 + 547.458.8



 Пермский государственный


технический университет, 2003

оглавление
Введение 5

Раздел I. Основы химии и физико химии полимеров 6

1. Основные понятия о полимерном состоянии вещества 6

  1. Классификация полимеров 7

  2. Особенности строения полимеров 9

  3. Получение полимеров 11

    1. Природные и искусственные полимеры 11

    2. Получение синтетических полимеров 11

    3. Химические превращения полимеров 16

  4. Физическая структура полимеров 18

    1. Гибкость макромолекул 19

    2. Межмолекулярное взаимодействие 19

    3. Надмолекулярная структура полимеров 20

  5. Релаксационные (физические) состояния полимеров 24

  6. Растворы полимеров 25

7.1.Механизм растворения полимеров 25

7.2. Разбавленные растворы полимеров 26

7.3. Концентрированные растворы полимеров 28

7.4. Пластификация полимеров 28

  1. Отдельные представители синтетических полимеров 29

Раздел II. Структура, химия и физика древесины 32

  1. Растительное сырье для производства целлюлозы и других

волокнистых полуфабрикатов 32

  1. Строение древесины 32

    1. Элементы дерева 32

    2. Макроскопическое строение древесины 33

    3. Анатомическое строение древесины 36




  1. Химический состав древесины 41

    1. Компоненты древесины 41

    2. Химический состав древесины хвойных и лиственных пород 45

  2. Строение и состав клеточной оболочки 46

    1. Слои клеточной оболочки 46

    2. Распределение компонентов древесины в клеточной оболочке 48

    3. Строение целлюлозных микрофибрилл 49

    4. Ультраструктура клеточной оболочки 51

  3. Гетерокапиллярная структура древесины и особенности

набухания целлюлозных волокон 53

  1. Пороки древесины 54

  2. Микростроение и состав коры 56

  3. Физико-химические и физические свойства древесины 57

    1. Влажность древесины и взаимодействие древесины с водой 57

    2. Физические и механические свойства древесины 59

Библиографический список 60


ВВЕДЕНИЕ
Древесина – органическое сырье, используемое в процессах химической и химико-механической переработки древесины. Для химической переработки древесина интересна своим комплексом природных органических высокомолекулярных веществ (полимеров) – целлюлозы, нецеллюлозных полисахаридов, лигнина, а также разнообразных низкомолекулярных соединений – экстрактивных веществ.

Химический состав древесины, свойства и поведение ее компонентов в процессах химической и химико-механической переработки тесно связаны с анатомическим строением древесины и строением ее клеточных стенок.

Основные компоненты древесины являются природными полимерами. Для понимания химического строения, физической структуры, свойств и химических превращений основных компонентов древесины будущему специалисту по данной специальности необходимы знания основ физики и химии полимеров.

Крупнейшей отраслью химической переработки древесины является целлюлозно-бумажная промышленность, вырабатывающая техническую целлюлозу и другие волокнистые полуфабрикаты для производства различных видов бумаги и картона, а также целлюлозу для химической переработки с целью получения искусственных волокон, пленки, лаков, клеев. Повышению экономической эффективности и экологической безопасности целлюлозно-бумажного производства способствует утилизация побочных продуктов – лигнинов, талловых продуктов и др.

Данное учебное пособие и предназначено для оказания помощи студентам при изучении курса «Химия древесины и синтетических полимеров», который является теоретической основой технологии целлюлозно-бумажного производства.

РАЗДЕЛ I. основы химии и физико химии полимеров





  1. Основные понятия о полимерном состоянии вещества


Низкомолекулярные соединения (НМС), например фенол, уксусная кислота и др., характеризуются постоянными и четко выраженными физическими свойствами. Они обладают определенной температурой плавления и кипения, при затвердевании, как правило, кристаллизуются; их молекулярная масса – величина строго определенная.

Высокомолекулярные соединения (ВМС) представляют собой соединения, состоящие из больших молекул (макромолекул) и обладающие специфическими свойствами. К ВМС относят соединения с молекулярной массой выше 5000 – 10 000. Молекулярная масса у ВМС может достигать очень больших значений – до нескольких миллионов. Граница между ВМС и НМС условна.

ВМС называют также полимерами. Для ВМС не обязательно наличие в молекулах повторяющихся единиц, тогда как молекулы полимера состоят из большого числа повторяющихся группировок атомов, представляющих остатки или целые молекулы исходного низкомолекулярного вещества – мономера. Пренебрегая этим различием, термин ВМС и полимеры используют как синонимы. Число мономерных звеньев в макромолекулах ВМС называют степенью полимеризации. Степень полимеризации обозначается n, Р или СП.
Молекулярная масса макромолекулы

Сп = ----------------------------------------------------------------------

молекулярная масса звена
К числу природных ВМС (полимеров) относятся: натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты и ряд других веществ. Как видно, эти те вещества, из которых построены клетки и ткани жировых организмов. Это органические полимеры.

Среди природных полимеров есть и неорганические полимеры. К ним относятся различные силикаты (полевые шпаты, глинистые минералы, слюды, асбест и др.).

Синтетические полимеры – это многочисленные пластмассы, волокна, каучуки. Эти полимерные материалы могут быть получены с помощью реакций полимеризации или поликонденсации.

Каждый полимер всегда состоит из макромолекул различной длины, т.е. представляет смесь полимергомологов (соединения одинакового химического строения, отличающиеся по молекулярным массам). Поэтому полимеры всегда характеризуют средней молекулярной массой. Неоднородность ВМС по молекулярной массе называется молекулярной неоднородностью или полидисперсностью.

Кроме неоднородности по молекулярной массе многим полимерам свойственна химическая (композиционная) неоднородность.

Свойства ВМС определяются химическим составом, строением молекул, средней молекулярной массой и молекулярной неоднородностью, формой макромолекул, физической структурой и т.д.

Свойства, характерные для полимеров:

- невозможность находиться в газообразном состоянии, не летучи и не способны перегоняться, так как температура кипения полимера всегда выше температуры разложения;

- не имеют точек плавления, а размягчаются постепенно в определенном температурном интервале;

- при растворении проявляют характерную особенность: растворению всегда предшествует набухание;

- растворы полимеров (даже разбавленные) имеют вязкость намного выше, чем более концентрированные растворы низкомолекулярных веществ;

- только у полимеров существует особое физическое состояние – высокоэластическое, отсутствующее у НМС;

- полимеры проявляют особые механические свойства: ведут себя одновременно как твердые тела и как жидкости и могут выдерживать большие напряжения до разрушения;

- из растворов некоторых полимеров, имеющих определенную степень полимеризации, при удалении растворителя образуются пленки и волокна.

Все это позволяет говорить об особом состоянии вещества – полимерном состоянии.


  1. Классификация полимеров


Полимеры классифицируют по разным признакам. Наиболее важное значение имеют классификации по происхождению и химическому составу.

По происхождению полимеры подразделяются:

- на природные полимеры, содержащиеся в природных материалах и живых организмах или выделенные из них;

- искусственные полимеры, получаемые из природных полимеров в результате химических превращений;

- синтетические полимеры, получаемые синтезом из мономеров (низкомолекулярных соединений).

По типу мономерных звеньев полимеры подразделяются на гомополимеры, макромолекулы которых состоят из одинаковых звеньев, и гетерополимеры (сополимеры), макромолекулы которых образуются из двух или более видов мономерных звеньев.

По химическому составу полимеры подразделяются:

- на органические, макромолекулы которых построены из атомов углерода и могут также кроме атомов водорода содержать гетероатомы, такие как O, N, S, галогены;

- элементоорганические, макромолекулы которых построены из атомов углерода, могут содержать атомы водорода, кислорода, азота, галогенов, а также обязательно включают другие гетероатомы, например Si, Al и другие;

- неорганические, макромолекулы которых не содержат углерода или содержат модификации полимерного углерода – алмаз и графит.

Органические полимеры подразделяются на карбоцепные и гетероцепные полимеры. У карбоцепных полимеров цепи построены только из атомов углерода по типу ~ С – С ~. Гетероатомы (O, N, S, галогены) могут содержаться в заместителях, в виде различных функциональных групп, таких как гидроксильные – ОН, альдегидные – , карбоксильные – СООН, аминогруппы –NH2 и т.д.

Карбоцепные полимеры классифицируют в соответствии с классификацией, принятой в органической химии, или же подразделяют на классы, объединяющие однотипные полимеры.

У гетероцепных полимеров цепи построены из атомов углерода и гетероатомов O, N, S. Они подразделяются:

– на кислородсодержащие ~ С – О - С ~, например, простые и сложные эфиры;

азотсодержащие ~ С – N - С ~, например, белки, а также синтетические полиамиды;

серосодержащие, в цепях которых кроме углерода присутствует сера ~ С – (S)х - С ~, различные полисульфиды;

полиацетали (полимерные ацетали); к ним относятся полисахариды.

По поведению при нагревании полимеры делятся на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопласты при нагревании размягчаются, при охлаждении затвердевают, но сохраняют способность к размягчению при последующем нагревании. Реактопласты при нагревании необратимо переходят в твердое неплавкое состояние.

По направлениям использования полимеры подразделяются на несколько групп. Наиболее многочисленную группу составляют полимеры, предназначенные для получения пластических масс. Группу волокнообразующих полимеров составляют полимеры природных волокон или используемые для получения химических волокон (искусственных и синтетических). Большинство из этих полимеров используется и для пластиков.

Еще более условные группы связующих и пленкообразующих полимеров. Они являются основой лакокрасочных материалов. Связующие служат для получения клеев и клеевых композиций, а также высоконаполненных композиционных материалов. В группу эластомеров входят полимеры, находящиеся при температуре эксплуатации в высокоэластичном состоянии. К ним относятся каучуки – натуральный и синтетический, которые используют для получения резин.


  1. Особенности строения полимеров


Остатки мономеров могут соединяться друг с другом с образованием полимеров линейного, разветвленного и пространственного строения. У линейных полимеров макромолекулы представляют собой длинные цепи:

… - А –А –А – А – А – А - …

Цепи линейных полимеров могут содержать заместители (радикалы, функциональные группы). Линейные полимеры могут быть гомополимерами и сополимерами. Линейные сополимеры подразделяются:

– на нерегулярные … – А –А – В – А – В – А – А – А – В – …

– регулярные … – А – В – А – В – А – В – А – В – …

– блоксополимеры … – А – А – А – А – А – А – В – В – В – В – В – В – …

Линейные полимеры могут плавиться (размягчаться) и растворяться в подходящих растворителях. Некоторые природные линейные полимеры имеют волокнистое строение (целлюлоза), другие очень эластичны (каучук).

У разветвленных полимеров макромолекулы представляют собой длинные цепи с ответвлениями: |

А

|

- А – А – А – А – А – А – А – А – А -

| |

А А

| |
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации