Контрольная работа по "Химии". 68
Содержание:
1. |
Привитая
диблоксосопомеризация как |
2стр. |
а. |
Что такое сополимеры? |
2стр. |
б. |
Привитые сополимеры. |
3стр. |
в. |
Методы получения блок и привитых сополимеров. |
5стр. |
2. |
Реакции модифицирования растительных масел: |
13стр. |
3. |
Список литературы: |
19стр. |
Привитая
диблоксосопомеризация как
Что такое сополимеры?
Cополимеры - разновидность
полимеров, цепочки молекул
Типы сополимеров:
Мономеры, из которых изготавливаются сополимеры, могут быть по-разному скомбинированы. Наиболее вероятные способы:
- чередующийся (A-B)n
- периодический (A-B-A)n
- статистический (A-A-B-A-A-A-B-B-A-B)
- блок-сополимер (A)n-(B)m
- привитой (A-A-A-A-A-A-A-A-A-A)
Блок-сополимеры
Cостоят из линейных макромолекул, содержащих чередующиеся блоки полимеров различного состава или строения, соединенные между собой химическими связями. Строение макромолекул м. блок-сополимеры представлено, например, схемами:
*(А)n-(В)m;
*(А)n-(В)m-(А)l-(В)k;
*(А)n-(В)m-(С)l;
*(А)n-Х-(В)m-Х-(А)l,
где А, В, С-мономерные звенья;
n, m, l, k-число этих звеньев в блоке;
Х - фрагмент молекулы бифункционального низкомолекулярного вещества (сшивающего агента). [2]
Частный случай блок-сополимеров
– стереоблок-сополимеры, содержащие
в макромолекуле блоки
Число мономерных звеньев в блоке должно быть достаточным для проявления в нем всей совокупности свойств данного полимера.
Если блоки состоят из несовместимых полимеров, то блок-сополимеры приобретают микрогетерогенную структуру и в них сочетаются с вещества полимеров, образующих отдельные блоки. На этом основан один из эффективных путей химического модифицирования полимеров.
К числу блок-сополимеры, имеющих важное промышленное значение, относятся термоэластопласты, макромолекулы которых состоят из блоков термопластов (полистирол, полиэтилен, полипропилен) и гибких блоков эластомеров (полибутадиен, полиизопрен, статистические сополимеры бутадиена со стиролом или этилена с пропиленом).
Блок-сополимеры, образуемые полимерами, резко различающимися по растворимости (напр., полиэтиленоксид - полипропиленоксид), используют для получения неионогенных ПАВ.
Гидрофилизация
Привитые сополимеры.
Разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу и/или строению. Схематично привитые сополимеры можно изобразить так:
~AAA - (A)n - AAA~ ~AAA - (A)n - AAA~
| | | |
(B)k (B)l X X
| |
(B)k (B)l
(А и В - мономерные звенья различного типа, Х – промежуточная группа, k, n и l показывают число мономерных звеньев в последовательностях). Основная и боковые цепи могут быть гомо- (показаны на схеме) и сополимерами. [3]
Привитые сополимеры, состоящие из последовательностей дифильного характера, претерпевают микрорасслаивание не только в растворах, но и в твердой фазе. Этот процесс может происходить уже при синтезе и выделении привитые сополимеры либо при послед. их переработке. Химические связи между различными частями препятствуют его макрорасслаиванию. Это свойство резко отличает привитые сополимеры от соответствующих термодинамически неустойчивых механических смесей полимеров, поэтому привитые сополимеры применяют там, где необходимы совместимые полимерные системы.
Благодаря наличию микрообластей,
обогащенных тем или иным компонентом,
привитые сополимеры существенно отличаются
по свойствам от статистических сополимеров
того же состава и характеризуются
в большинстве случаев
Для таких привитых сополимеров,
состоящих из несовместимых или
мало совместимых компонентов
Существование областей микрорасслаивания определяет наиболее ценные в практическом отношении механические свойства привитых сополимеров. Связыванием воедино гибких и жестких сегментов в макромолекулах привитые сополимеры получают ударопрочные пластики прививкой бутадиена, изопрена и некоторых а-олефинов на полистирол, полиакрилонитрил, ПВХ (например, АБС-пластик, полистирол ударопрочный). Привитую сополимеризацию широко используют для модификации поверхностных свойств (напр., жесткости, атмосфере-, термо- и химической стойкости, адгезии, электрических характеристик) полимерных и неполимерных материалов, для придания антитромбогенных свойств поверхности искусственных сосудов и др. эндопротезов, для иммобилизации ферментов. С помощью прививки можно регулировать проницаемость полимерных покрытий и мембран.
Методы получения блок и привитых сополимеров.
Блоксополимеры и привитые сополимеры отличаются по свойствам от статистических сополимеров.
Блок- и привитые сополимеры обычно сочетают свойства составляющих компонентов (блоков или основных цепей и привитых цепей), а статистические сополимеры не проявляют свойств, характерных индивидуальным компонентам.
Для получения блок- и привитых сополимеров не подходят методы прямой сополимеризации и используются реакции химических превращений полимеров, которые осуществляются двумя основными способами:
1) реакциями в системе полимер – мономер,
2) реакциями в системе полимер-полимер.
Реакции в системе полимер – мономер
Для получения блок- и
привитых сополимеров необходимо в
макромолекуле создать
Радикальную атаку макромолекул можно осуществлять в одну и две стадии и в зависимости от этого будут получаться различные продукты.
(А) Радикальная полимеризация (одностадийный метод)
1) В мономере В растворяют
гомополимер, состоящий из
2) Под действием радикала, образовавшегося при распаде инициатора, происходит радикальная полимеризация мономера В.
3) Затем осуществляется
передача цепи от
В результате в основной цепи полимера из звеньев А образуется радикал и происходит привитая полимеризация мономера В.
Например, прививка стирола к полибутадиену идёт по схеме:
Полученный привитой сополимер называется полибутадиен-пр-стирол, где первым в названии указывается мономер, образующий основную полимерную цепь, а вторым – прививаемый мономер.
В результате рассмотренного одностадийного метода образуется смесь продуктов, состоящая из привитого сополимера, гомополимера из звеньев мономера А и гомополимера из звеньев мономера В.
Эффективность такого метода получения привитого сополимера зависит от скорости передачи цепи на полимер, которая определяется температурой, соотношением полимера и мономера, концентрацией инициатора, подвижностью отрываемого от цепи атома, реакционной способностью мономера В и полимера. Метод характеризуется технологической простотой и широко применяется в промышленности.
В общем виде прививку путем передачи цепи можно изобразить схемой:
(Б) Радикальная полимеризация (двухстадийный метод)
Получить привитой сополимер без примесей гомополимеров можно путем проведения реакции в две стадии. На первой стадии на гомополимер действуют свободными радикалами (R•) или γ−облучением, а затем на второй стадии реакции вводят мономер В. Реакция осуществляется по схеме:
Рассматриваемый метод позволяет получить чистый привитой сополимер, однако скорость реакции в этом случае меньше, чем при облучении смеси гомополимера и мономера.
Получение макрорадикалов:
Для получения привитых сополимеров генерирование макрорадикалов может быть осуществлено разными путями:
- При УФ-облучении полимера:
- При окислении полимеров на воздухе с последующим разложен
ием гидропероксидных групп при нагреве:
Разложение гидропероксидных групп в макромолекуле возможно в присутствии восстановителя:
Прививку методом передачи цепи проводят в массе, растворе, суспензии и эмульсии. Этим методом в промышленности получают ударопрочный ПС, сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (АВС-пластик)
(В) Ионная полимеризация
При анионной полимеризации
отсутствие обрыва цепей приводит к
образованию "живых” полимеров, когда
длительно сохраняется
Пример: К "живому” полимеру, состоящему из звеньев мономера А, добавляют второй мономер В и при этом рост цепи продолжается с образованием блока из звеньев мономера В:
"Живые” полимеры можно
дезактивировать введением
(Г) Механохимический синтез
Для получения блоксополимеров
проводят механическую деструкцию смесей
гомополимера, состоящего из звеньев
мономера А, с мономером В. В результате
механической деструкции гомополимера
образуются макрорадикалы, на которых
протекает полимеризация
Механическую деструкцию полимеров проводят путём вальцевания, измельчения, экструзии, вибропомола, облучении ультразвуком, при замораживании растворов полимеров и их размораживании и др. При проведении таких реакций необходимо учитывать протекание побочных реакций деструкции и рекомбинации макрорадикалов.
Реакции в системе полимер – полимер
Основой этого метода получения блоксополимеров и привитых сополимеров является взаимодействие полимеров или олигомеров путем конденсации функциональных групп или путем рекомбинации макрорадикалов различных полимеров.
(А) Конденсационный метод
Получение блоксополимеров и привитых сополимеров возможно реакциями функциональных групп различных гомополимеров, когда функциональные группы одного гомополимера способны реагировать с функциональными группами другого гомополимера. Если функциональные группы гомополимеров являются концевыми, то образуются блоксополимеры:
Если функциональные группы у одного гомополимера рапределены вдоль цепи, а у другого гомополимера являются концевыми, то при их взаимодействии получаются привитые сополимеры:
Пример получения
Пример получения привитого
сополимера путём конденсации
Образование привитых сополимеров возможно и с помощью низкомолекулярных бифункциональных сшивающих агентов (диизоцианатов, диаминов, дихлорангидридов и др.)
Пример:
Преимуществом такого способа получения привитых сополимеров является возможность использования в качестве боковых цепей готовых полимеров с требуемыми свойствами, а недостатками является низкая скорость конденсации и небольшие выходы привитых сополимеров вследствие трудности проведения реакции до полного превращения реагентов.
Введение функциональных групп в макромолекулы
сополимер реакция ионный синтез
Если в полимерах нет
реакционноспособных
1) Сополимеризация исходного
мономера с набольшими
Например, метилметакрилат сополимеризуют с небольшим количеством акриловой кислоты и получают сополимер, содержащий в макромолекулах небольшое число карбоксильных групп:
Аналогично можно ввести в цепи гидроксильные, эпоксидные, изоцианатные и хлорангидридные группы.
2) Функциональные группы
в состав макромолекул
Например, частичный гидролиз нитрильных групп в макромолекулах ПАН приводит к появлению в цепи карбоксильных групп:
(Б) Рекомбинация
При механических воздействиях на полимер (вальцевание, экструзия, действие ультразвука, гидравлический удар и др.) макромолекулы разрываются с образованием активных осколков цепей (главным образом радикальной природы). Механической деструкцией смеси двух гомополимеров получают макрорадикалы с различными звеньями А и В. Затем в результате рекомбинации различных по природе макрорадикалов получаются блоксополимеры:
Обычно механохимический метод применяют для получении блоксополимеров из различных эластомеров с малыми добавками жесткоцепных полимеров с целью улучшения их физико-механических свойств (прочности, жесткости и др.), а также для повышения ударной прочности ряда жесткоцепных полимеров (ПАН, ПС) путём добавления к ним малых добавок эластомеров.
Однако при механодеструкции
образование блоксополимеров
Реакции модифицирования растительных масел:
При производстве твердых
жировых основ для получения
маргаринов и различных жиров
специального назначения основным является
изменение показателей
В процессе гидрогенизации, в результате взаимодействия с водородом, из жидких растительных масел получаются жировые продукты с полужидкой или твердой консистенцией. При этом полученные гидрированные жиры имеют не только низкую стоимость, но и обладают рядом функциональных преимуществ: устойчивостью при жарке, пластичностью, быстрым плавлением, хорошей взбиваемостью и т.д.
Однако, процесс гидрогенизации
не является простым насыщением двойных
связей водородом в растительных
маслах в присутствии никелевого
катализатора. Этот процесс сопровождается
протеканием реакций
Другим методом модификации растительных масел является переэтерификация. Термин «переэтерификация» относится к реакции жиров и масел, при которой триглицериды обмениваются (внутри- и межмолекулярно) остатками жирных кислот с образованием триглицеридов нового жирно-кислотного состава. Процесс обмена остатками жирных кислот носит случайный характер и поэтому часто называется рандомизацией. Процессы переэтерификации, изменяя первоначальное распределение жирных кислот в триглицеридах, изменяют и их физическо-химические характеристики. В отличие от гидрогенизации, переэтерификация не влияет на степень насыщения и не вызывает изомеризации двойных связей в жирных кислотах и потому не приводит к образованию опасных для здоровья транс-изомеров. В настоящее время в мире широко используют переэтерификацию взамен гидрогенизации для получения основ для маргаринов, спредов, альтернатив масла какао, кулинарных и других жиров специального назначения.
По типу используемого катализатора переэтерификацию подразделяют на химическую и энзимную. Первоначальное развитие получила химическая переэтерификация, протекающая при использовании в качестве катализаторов этилатов или метилатов щелочных металлов. Как любой химический процесс, она требует тщательной очистки конечного продукта с целью удаления остатков катализатора и побочных продуктов реакции, требует значительных затрат энергии для проведения всех стадий, связанных с получением (температура процесса 110-125 оС) и очисткой продукта, утилизацией отходов, а следовательно - наносит серьезный урон окружающей среде.
Дальнейшие работы в развитии процессов энзимной переэтерификации были сосредоточены на поиске методов иммобилизации ферментов для решения следующих задач:
-увеличение термической стабильности и времени жизни фермента,
-максимальное сохранение активности фермента в течение всей процедуры иммобилизации,
-воспроизводимость и экономическая эффективность процесса,
Для нового поколения ферментов в качестве неорганического абсорбента стали применять ионообменные смолы. Их применение было лишено недостатка присущего иммобилизации на кизельгуре. При использовании ионообменных смол не требовалось дополнительно вносить воду, так как они удерживали достаточное количество воды, необходимой для активности фермента. Один из таких продуктов, Novozyme 435, широко используется во всем мире в различных реакциях синтеза. В этом препарате использована самая распространенная среди 23000 известных на настоящий момент - липаз, липаза Candida Antarctica B. Эта иммобилизованная форма липазы способна работать как в присутствии органических растворителей, так и в их отсутствии.
Развитие процесса энзимной переэтерификации продолжалось как по пути поиска новых продуцентов липаз, так и новых способов их иммобилизации. С применением генной инженерии был создан стабильный экономически эффективный препарат липазы на основе продуцента Thermomyces lanuginosus с встраиванием гена из штамма Aspergillus. Исследования по иммобилизации этой липазы на силикагеле с целью получения бестрансовых маргаринов методом энзимной переэтерификации показали, что полученный препарат стабилен при температурах 55-85оС и исходной влажности 3%. Использование его в реакторах периодического действия в течение 9-11 циклов не требовало дополнительного внесения воды для поддержания активности, что, следовательно, значительно снижало образование свободных жирных кислот в процессе реакции .
В сентябре 2001 года совместными
Для развития процесса энзимной переэтерификации
также тщательно изучаются
Установлено, что для осуществления процесса переэтерификации оптимальной температурой для липазы является 70 оС. Эта температура является также достаточной для расплавления многих жировых смесей. На небольшой промежуток времени, если это необходимо, температура может быть увеличена до 80оС без потери активности фермента.
Было установлено, что
сильное негативное действие на активность
липазы оказывают неорганические кислоты
из отбельной глины, использующейся
для удаления красящих и некоторых
других веществ масел, а также
лимонная кислота, использующаяся в
процессах дезодорации масел. Эти
кислоты из очищенного масла попадают
в гранулу с иммобилизованным
ферментом и снижают рН внутри
нее, тем самым уменьшают активность
липазы, имеющей оптимум в щелочной
зоне. Необходимо также отметить, что
при щелочных значениях рН наблюдается
и наибольшая термостабильность
фермента. Следовательно, снижение рН
внутри гранулы снижает и
Количество образующихся
в реакции свободных жирных кислот
не оказывает негативного влияния
на стабильность ферментов, но вызывает
увеличение потребления катализатора
на один килограмм загружаемого масла
и снижает конечный выход продукта
из-за образования мыл, которые также
захватывают и часть
Содержание фосфатидных веществ и никеля (при использовании гидрированых жиров) в жирах и маслах для энзимной переэтерификации тоже негативно сказывается на процессе. В этом случае иммобилизованный фермент работает как фильтрующее вещество, это снижает его эффективность для процесса переэтерификации.
Стабильность фермента также
снижается в присутствии
Таким образом, низкие значения
кислотного, перекисног и анизидинового
чисел для исходных масел и
жиров являются залогом более
высокой эффективности
Исследования по влиянию
исходного состава
Огромным плюсом использования энзимной переэтерификации для модификации растительных масел является возможность максимального сохранения в них токоферолов и других биологически активных веществ. Это обусловлено использованием умеренных температур проведения процесса и меньшего количества стадий очистки конечного продукта, также осуществляемых при умеренных температурах, в отличие от химических методов модификации масел. Сохранение исходных токоферолов в энзимно переэтерифицированных маслах позволяет сократить использование других антиоксидантов при производстве маргаринов и жиров специального назначения на их основе.
Исследования по совершенствованию процесса энзимной переэтерификации масел и жиров продолжаются. Так, при использовании sn-1,3-специфических липаз из Rhizomucor miehei для получения эквивалентов масла какао проблема заключается в поиске не очень дорогого носителя для иммобилизации фермента, позволяющего максимально сохранить его стереоспецифичность. Имеются обнадеживающие результаты в данном направлении при использовании силикагеля в качестве носителя .
Развитие процессов
Негативное влияние на
здоровье человека транс-изомеров жирных
кислот привело к необходимости
разработки процессов получения
жиров с определенными
Производство маргаринов
и жиров специального назначения
методом энзимной переэтерификации
обеспечивает этим продуктам свойства,
эквивалентные таковым в
В настоящее время в мире действует 25 заводов по получению маргаринов, заменителей масла какао, шортенингов и других жиров специального назначения с использованием технологии энзимной переэтерификации.
В России в июне 2009 года Корпорацией
«СОЮЗ» был запущен первый крупномасштабный
комбинат по переработке растительных
масел с применением технологии
энзимной переэтерификации, позволяющий
производить до 1 млн. тонн продукции
в год. С использованием в качестве
основ энзимно

- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"
- Контрольная работа по "Химии"