IV. Высокомолекулярные соединения (стр. 6 )

белый

осадок

Образование двойных связей доказывают реакцией с бромной водой.

– СН == СН – + Br2 ® – СНBr – СНВr –

Деструкция полимера ведёт к образованию низкомолекулярных соединений, за исключением мономера.

Проведение опыта

В пробирку поместите кусочек (1–2 г) поливинилхлорида. Пробирку закрепите в штативе в горизонтальном положении и закройте пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опустите в раствор азотнокислого серебра. Осторожно нагрейте вещество в пробирке.

Наблюдайте за характером изменения вещества.

ВНИМАНИЕ! Не перегрейте пробирку. Не обязательно вести деструкцию полимера до конца с выделением большого количества вредных газов.

Как только появится белый осадок хлористого серебра, нагрев пробирки прекратите.

После охлаждения пробирки определите наличие двойных связей. Для этого в пробирку добавьте 2 мл бромной воды и пробирку встряхните. Опишите, что происходит.

Опыт № 2. Полимеризация стирола

Объяснение опыта

При повышенной температуре (около 135 оС) полистирол быстро полимеризуется. Применение инициаторов полимеризации позволяет снизить температуру до 80–90 оС.

n С6Н5СН = СН2 ® (– СН(С6Н5)СН2 –)n

мономер полимер

Проведение опыта

В пробирку налейте 1 мл стирола, добавьте несколько крупинок перекиси бензоила или 3 капли перекиси водорода. Пробирку слегка нагрейте при встряхивании. Опишите, что происходит.

Опыт № 3. Отношение высокомолекулярных соединений

к растворителям

Проведение опыта

В пробирки поместите кусочки (около 1 г) каучука, резины, полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена, полиметилметакрилата. Добавьте 2 мл ацетона и закройте пробирки пробками. Периодически встряхивайте пробирки (через 3–5 минут). Через некоторое время (20–30 мин) проверьте изменение состояния полимеров.

Повторите опыт с бензолом.

Сформулируйте вывод о зависимости растворимости полимеров от их строения. По какому принципу подбирают растворитель для полимеров?

IV.10. Задания для самоконтроля

1) Какие соединения называют полимерами? Какие существуют структуры полимеров?

2) Объясните различие в свойствах между термопластичными и термореактивными полимерами.

3) Укажите, какие основные химические реакции лежат в основе синтеза полимеров. Приведите примеры.

4) Укажите, в каком случае следует говорить о нелинейных макромолекулах: а) каучук; б) полиэтилен; в) полистирол; г) фенолоформальдегидная смола; д) резина.

5) Существуют полимеры, вся масса которых соединена в одну гигантскую макромолекулу. Какую структуру имеют эти полимеры: а) линейную; б) пространственную?

6) Что представляют собой пластмассы? Объясните необходимость составных частей пластмассы.

7) Что представляют собой пенопласты? Какими свойствами они обладают? Где применяются в строительстве?

8) Опишите три физических состояния линейных полимеров: стеклообразное, высокоэластичное, пластичное, а также деформацию полимеров в этих состояниях.

9) Опишите строение, свойства и применение полиэтилена.

10) Опишите различие в свойствах стереоизомеров полипропилена.

11) Опишите строение, основные свойства и применение в строительстве поливинилхлорида.

12) Опишите строение, основные свойства и применение в строительстве поливинилацетата.

13) Напишите реакции образования фенолоформальдегидных полимеров: резола и резита.

14) Опишите строение, свойства и применение в строительстве кремнийорганических полимеров.

15) Опишите свойства, способы отверждения и применение в строительстве эпоксидных полимеров.

V. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

V.1. Битумы

Битумы представляют собой вещества, состоящие, главным образом, из смеси высокомолекулярных углеводородов, метанового, нафтенового и ароматического рядов и их кислородных и сернистых производных. В зависимости от исходного сырья различают битумы природные и искусственные нефтяные. По консистенции (при температуре 18 °С) битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие; по преимущественному назначению – на дорожные, строительные и кровельные.

Природный битум в чистом виде бывает редко. Чаще встречаются пропитанные битумом горные породы (известняки, доломиты, песчаники, грунт). Природный битум образуется из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также под влиянием процессов полимеризации и окисления. В верхние слои земной коры нефть попала в результате миграции, при этом под влиянием тепловых воздействий и давления на протяжении тысячелетий происходило заполнение пустот и пор горных пород и их пропитывание нефтью.

Природный битум – органическое вещество черного или темно-коричневого цвета, которое при нагревании постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении затвердевает. Природный битум нерастворим в воде, но легко растворяется в сероуглероде, хлороформе, бензоле и трудно в бензине. Структура природных битумов, их физико-химические и физико-механические свойства близки к нефтяным битумам.

Природные битумы можно извлекать из битумных пород вываркой в котлах или растворением в органических растворителях (экстрагирование). Извлечение битума из асфальтовых пород целесообразно лишь в том случае, когда содержание его в породе составляет не менее 10–15 %. Более экономичным является извлечение природного битума вываркой в воде, для чего асфальтовую породу измельчают до крупности 6–8 мм и загружают в котел с водой, подкисленной соляной кислотой. Воду в котле подогревают до кипения, при этом битум отделяется от породы и всплывает в виде пены. Этот битум переводят в отстойники для отделения от воды и минеральных примесей. Если битум имеет недостаточную вязкость, его продувают перегретым паром или воздухом.

Битуминозные известняковые и доломитовые породы без извлечения битума используют в виде тонкого порошка (асфальтовый порошок) для получения асфальтовой мастики и асфальтовых бетонов.

Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие, а в зависимости от способа переработки – на остаточные гудроны, окисленные, крекинговые и экстрактные.

Остаточные гудроны получают при атмосферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти после отбора бензина, керосина и масляных фракций. Они представляют собой черные твердые или почти твердые при нормальной температуре вещества темного или темно-коричневого цвета.

Окисленные битумы получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки. В процессе производства окисленных битумов кислород воздуха реагирует с водородом, содержащимся в остатках, образуя водяные пары. Потеря водорода сопровождается уплотнением нефтяных остатков ввиду их полимеризации и сгущения.

Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел с целью получения большого выхода бензина. Продувка воздуха через эти остатки дает окисленные крекинговые битумы.

Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и после остывания направляют по назначению.

Свойства битумов

Физико-механические свойства битумных материалов должны характеризовать материал с точки зрения его молекулярного строения, а также по совокупности свойств, присущих вяжущему.

Твердые и полутвердые битумы делят на марки. В основу этого деления положена вязкость, пластичность и поведение битума при изменении температуры.

Вязкость – свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температуры. При пониженных температурах вязкость битума велика, и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается, и битум переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются условным показателем твердости – глубиной проникновения иглы (пенетрацией). При действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при 25 °С и 0 °С глубину проникания определяют на специальном приборе – пенетрометре. Она выражается в градусах (1о = 0,1 мм) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала во время испытания).

Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра (рис. V.1.1). Испытаниям подвергают образцы битума в виде восьмерок стандартной формы и размеров. Показателем растяжимости битума служит величина деформации шейки образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при скорости растяжения 5 см/мин и температурах 25 °С и 0 °С.

Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, группового состава и характера структуры. Пластические свойства наблюдаются у битумов, содержащих значительное количество смол, оптимальное количество асфальтенов и масел и небольшое количество карбенов и карбоидов.

Рис. V.1.1. Дуктилометр и форма для изготовления образцов:

1 – ящик; 2 – маховичок; 3 – подвижные салазки; 4 – шкала;

5 – неподвижные салазки; 6, 7, 9 – разборные части формы;

8 – битумный образец-восьмерка

Вязкие битумы, содержащие твердые парафины, при низких температурах имеют небольшую тягучесть.

Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов; определяют ее на приборе «кольцо и шар». Латунное кольцо с диаметром 16 мм и высотой 6, 4 мм заполняют битумом, на поверхность последнего укладывают шарик диаметром 9, 5 мм и массой 3, 5 г. Температуру размягчения определяют по температуре воды в приборе, когда битум размягчится и шарик опустится на нижнюю полочку этажерки.

Наряду с основными свойствами битумов, определяющими их марку, битумы характеризуются также другими показателями, например, устойчивостью битумов в водной среде, кото­рая обусловливается: содержанием масел, смол и асфальтенов; когезией, прочностью межмолекулярных связей; прилипанием битума к каменным материалам (адгезия), которая зависит от физико-химических свойств битумов; погодоустойчивостью битумов, т. е. способностью противостоять воздействию атмосферных факторов в элементах сооружений.