Полимерные материалы и пластики — свойства и применение

С.В. Котомин, О.И. Романко, Е.А. Якушева

Полимерные материалы и пластики — 

свойства и применение

Учебное пособие

Московский государственный технический университет 

имени Н.Э. Баумана

УДК 547
ББК 24.2
 
К73

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  

по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/111/book1625.html

Факультет «Фундаментальные науки»

Кафедра «Химия»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Котомин, С. В.

Полимерные материалы и пластики — свойства и применение : 

учебное пособие / С. В. Котомин, О. И. Романко, Е. А. Якушева. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 45, [3] c. : ил.

ISBN 978-5-7038-4649-0

Рассмотрены свойства полимеров и пластиков. Описаны наиболее 

распространенные полимеры. Представлены химические основы безопасной утилизации полимерных отходов и пластиков. Приведены двенадцать принципов «зеленой» химии.

Предназначено для самостоятельной подготовки студентов, обуча
ющихся по специальности 20.03.01 «Техносферная безопасность». Может быть полезно всем изучающим органическую химию.

УДК 547
ББК 24.2

 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017

 
                                                                                   © Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-4649-0 
 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017

К73

Предисловие

Учебное пособие содержит материалы для обучения студентов 

по теме «Полимеры» дисциплины «Органическая химия» в соответствии с программой подготовки бакалавров по специальности 
20.03.01 «Техносферная безопасность».

Полимерные материалы играют важную роль в современном 

мире. Благодаря уникальным свойствам полимеры нашли применение во многих областях жизни человека — в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, автомобилестроении, в быту. Однако с ростом производства 
и потребления полимеров встает вопрос об их утилизации. Лишь 
немногие полимеры способны разлагаться естественным путем. 
Перед учеными встает задача — создание биоразлагаемых полимеров, а также разработка новых безопасных методов производства 
и утилизации полимерных материалов.

В пособии подробно рассмотрены свойства полимеров и пла
стиков, их взаимодействие с водой, причины и механизмы деструкции. Описано строение, физические и химические свойства, 
области применения наиболее распространенных полимеров. 
Проанализированы проблемы загрязнения окружающей среды 
полимерами, показаны химические основы безопасной утилизации полимерных отходов и пластиков. Представлены основные 
положения нового научно-технического направления «“Зеленая” 
химия».

Для закрепления полученных знаний в конце пособия приведе
ны контрольные вопросы.

Введение

Высокомолекулярные соединения (ВМС) — химические вещества, 

молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся 
группировок (мономерных звеньев), соединенных между собой 
химическими связями. Молекулы ВМС имеют высокую молекулярную массу (от нескольких тысяч до многих миллионов) и называются макромолекулами. ВМС часто называют просто полимерами 
(от греч. роlу — много, mеrоz — часть).

Химия ВМС начала выделяться в самостоятельный раздел хи
мической науки в начале 30-х гг. XX столетия. Основоположниками 
этой дисциплины были Г. Штаудингер, высказавший предположение о существовании макромолекул, размеры которых определяют 
их особенности, и У. Карозерс, внесший большой вклад в установление природы химических связей в макромолекулах.

Дальнейшее развитие химии макромолекул обязано исследова
ниям русских химиков — П. Флори, В. А. Каргина, И. Л. Кнунянца, П. П. Шорыгина, В. В. Коршака, П. П. Кобеко, С. С. Медведева и др.

Подавляющее большинство синтетических полимеров облада
ет лучшими эксплуатационными свойствами по сравнению с природными полимерами. Это позволяет использовать их в качестве 
конструкционных материалов, с успехом заменять ими даже некоторые металлы. Появились полимеры, способные выдерживать 
высокие температуры, противостоять различным излучениям. Полимерные материалы находят широкое применение в машиностроении, автомобильной и авиационной промышленности, радио- 
электронике, медицине, космических технологиях.

Современные исследования в области химии полимеров направ
лены на создание синтетических материалов, обладающих нетрадиционными свойствами, например водоотталкивающими (синтетическое волокно). Большое внимание при этом уделяется таким 
полимерам, которые не ухудшали бы экологическую обстановку.

Пример синтетических полимеров — полиэтилен и поливи
нилхлорид (ПВХ), имеющие формулы соответственно

4

(—CH2  — CH2—)n
—CH2  — CH2—

                    Cl
(

 n

(

и

Молекулы этих веществ построены из элементарных звеньев — 

остатков мономеров:

—CH2  — CH2—
—CH2  — CH—

                   Cl

  полиэтилен
         ПВХ

Число элементарных звеньев n в макромолекуле является од
ной из главных характеристик полимера и называется степенью 
полимеризации Р полимера:

Р = М/т, М = Рт,

где М — молярная масса всего полимера; т — относительная молекулярная масса элементарного звена.

Большинство полимеров, применяемых в промышленных целях, имеют степень полимеризации 10 2…10 4.

По происхождению различают следующие полимеры:
— природные (целлюлоза, крахмал, белки);
— искусственные — продукты обработки природных полиме
ров (ацетатное и вискозное волокна);

— синтетические (основная масса полимеров, получаемая 

в промышленности).

В зависимости от формы макромолекул различают следующие 

ВМС (рис. 1):

— линейные;
— разветвленные;
— пространственные (трехмерные).

а
б
в

Рис. 1. Формы макромолекул:
а — линейная; б — разветвленная; в — пространственная

5