Химия в нашей жизни
Скачать 4.31 Mb.
|
Таблица 3. Некоторые красители для волокон, тканей и нетекстильных материалов
Продолжение таблицы 3
Продолжение таблицы 3
Продолжение таблицы 3
Окончание таблицы 3
Из других полимерных материалов нельзя не упомянуть об оптических отбеливателях, искусственной коже и композиционных материалах. Оптические отбеливатели — это органические соединения, обычно серосодержащие, обладающие способностью поглощать УФ–составляющую солнечного света и преобразовывать ее в видимый свет, преимущественно в голубой части спектра. При этом возникает флуоресценция, придающая материалу белизну. Оптические отбеливатели намного превосходят по эффективности традиционные химические отбеливатели (хлор, перекись водорода) или ультрамарин, называемый в быту «синькой». Оптические отбеливатели применяют в виде добавок к моющим средствам при стирке, а также для отбеливания хлопка, шерсти, шелка, бумаги, кожи, меха, искусственных и синтетических волокон, пластмасс, лаков, воска, жиров и т.д. Не будучи сами по себе полимерами, они применяются в виде добавок или в сочетании с полимерными материалами. Поэтому они и рассматриваются в этой главе. Введение некоторых оптических отбеливателей в полимерные материалы повышает устойчивость последних к разрушающему действию УФ–радиации. По химической природе оптические отбеливатели относятся к ароматическим и гетероциклическим соединениям с развитой системой сопряженных двойных связей, которая и является люминесцентным хромофором. Большинство оптических отбеливателей — производные стильбена [145]. Промышленное производство оптических отбеливателей существует в России, Германии, Польше, Болгарии, Англии, США, Японии и других странах. Наиболее интенсивные исследования и разработки по новым видам оптических отбеливателей ведутся в Японии. Так, сравнительно недавно японская фирма «Ниппон Кагаку» запатентовала в Европе эффективное средство для оптического отбеливания целлюлозы, бумаги и хлопчатобумажных тканей [146]. Этот оптический отбеливатель представляет собой многофункциональную ароматическую полисульфокислоту (или ее соли): Э  та сложная молекула содержит люминесцентный хромофор, образованный девятнадцатью сопряженными двойными связями и четырьмя неподеленными электронными парами аминного азота. Является производным бис-(фениламино-1,3,5-триазиниламино)-транс-стильбена с шестью сульфогруппами, обеспечивающими водорастворимость. Наличие ди-(2-гидроксипропил)аминогруппы в качестве заместителя при одном из триазиновых колец усиливает поверхностно-активные свойства системы. В целом это изобретение является прекрасным примером целенаправленного создания наукоёмкого химического продукта с заданным комплексом ценных свойств. Думается, продолжение исследований в этом направлении приведет к еще более интересным результатам. Кожа бывает натуральная и искусственная. Натуральная кожа изготавливается из шкур животных по специальной технологии [147]. Она высоко ценится за красивый внешний вид, прочность, долговечность, за теплозащитные и другие ценные качества. Что касается искусственной кожи, то она является полимерным материалом, которому можно придавать жиро–, масло–, огнестойкость и другие особые свойства, отсутствующие у натуральной кожи. Искусственная кожа дешевле, так как ее производство может быть организовано поточным методом с высоким уровнем механизации и автоматизации. Искусственная кожа состоит из волокнистой основы (ткань, трикотаж, нетканый материал, бумага, и пр.) с нанесенным на нее полимерным покрытием, например каучуковым, полиамидным, поливинилхлоридным, полиуретановым и т.д. Такая искусственная кожа является мягкой и применяется в швейной, кожгалантерейной, полиграфической, обувной и других отраслях промышленности. В обувной промышленности из мягкой искусственной кожи изготавливают верх, подкладку и другие внутренние детали обуви. Жесткая искусственная кожа типа картона изготавливается проклеиванием различного волокна латексами полимеров, с последующей сушкой и обработкой на специальных машинах по такой же технологии, как в бумажно–картонном производстве. Из такой кожи делают жесткие части обуви (стелька, задники и др.), дорожные сумки, чемоданы и аналогичные изделия. Разновидностями искусственной кожи являются и синтетические подошвенные материалы для изготовления подошв, каблуков, набоек обуви. Это — формованные или штампованные детали из резины, формованные детали из полиуретанов, поливинилхлорида, полиамидов, полипропилена и т.д. В заключение этого раздела кратко рассмотрим композиционные материалы (композиты), т.е. многокомпонентные материалы, состоящие из какой-либо основы, армированной наполнителями из волокон, тонкоизмельченных частиц и т.д. Основа может быть полимерной, металлической, углеродной, керамической. Ее иногда называют матрицей. Подбирая состав матрицы и наполнителя, можно целенаправленно получать материалы с нужными свойствами: армированные пластики, стеклопластики, углепластики, органопластики и другие. Некоторые композиты с волокнистыми наполнителями и полимерными матрицами превосходят по прочности металлы и сплавы. Более того, они могут превосходить металлы по усталостной выносливости, термостойкости, вибростойкости, ударной вязкости и другим важным конструкционным характеристикам. Например, жаропрочные сплавы никеля, армированные полимерными волокнами, могут работать при температуре выше 1300 С. Наиболее доступны для использования в технике полимерные композиционные материалы. Они широко применяются в химической, текстильной, горнорудной, металлургической промышленности, на транспорте и пр. Уникальные свойства композиционных материалов делают их незаменимыми для применения в некоторых изделиях специальной техники [149]. 1.10. Реагенты для производства и улучшения свойств полимерных материалов Известно много веществ, неорганических и органических, которые, не будучи полимерами, являются неотъемлемой составной частью тех или иных полимерных материалов. Они вводятся в качестве добавок на стадии получения полимерного материала и либо вызывают нужный процесс, либо улучшают полезные свойства материала. Среди этих веществ много органических соединений серы. Рассмотрим некоторые из них. Инициаторы и ускорители вулканизации. Выше уже упоминалось о вулканизации — процессе превращения каучука в резину. Вулканизацию вызывают добавки в резиновую смесь специальных инициаторов (агентов вулканизации). Их перечень довольно велик. Традиционным агентом вулканизации является сера. Серную вулканизацию широко применяют для получения резин общего назначения на основе диеновых каучуков — полибутадиена, полиизопрена, сополимеров диенов с другими мономерами. Такую вулканизацию используют в производстве автомобильных камер и покрышек, многих резино-технических изделий, обуви [150, 151]. Наряду с серой в резиновую смесь обычно вводят ускорители вулканизации [152]. Наиболее широко используются органические соединения серы — замещенные тиазолы, сульфенамиды, тиурамы, дитиокарбаматы и ксантогенаты. При получении резин специального назначения в качестве агентов вулканизации применяются органические пероксиды, синтетические смолы, полигалогенпроизводные углеводородов, диамины, полиолы, нитрозосоединения и др. Ведутся научные исследования и технологические разработки по вулканизации под действием радиации и других физических факторов. Модификаторы. Многие вещества, добавляемые в небольших количествах к полимерному материалу, приводят к повышению его устойчивости в процессе эксплуатации и улучшению других рабочих свойств (механизм действия многих таких модификаторов остается невыясненным). В частности, модификация позволяет придавать полимерным материалам повышенную прочность, долговечность в работе, устойчивость к атмосферным воздействиям, повышенную окрашиваемость, гидрофильность или гидрофобность, совместимость с другими полимерными материалами и т.д. Это относится и к резинам. Для иллюстрации можно назвать некоторые модификаторы резин, найденные в Ярославском политехническом институте (ныне — техническом университете). Введение 4,4’-дихлордифенил-сульфона в количестве 0,5–1,5 % в резиновую смесь на основе цис–полиизопренового каучука повышает ее стойкость к подвулканизации и в 1,5 раза снижает истираемость получаемой резины [152]. Введение 3,3’-дихлор-4,4’-димеркапто-дифенилсуль-фона в количестве 3-5 % в резиновую смесь на основе хлоропренового каучука существенно повышает сопротивление тепловому старению, а также увеличивает динамическую выносливость при знакопеременной нагрузке на изгиб [153]. Еще одним модификатором резин на основе хлоропренового каучука является 4.4’-бис-(пара-аминофенокси)-дифенил-сульфон. Он повышает стойкость к подвулканизации и выносливость при многократной деформации, а также снижает остаточную деформацию резины [154]. Антиоксиданты и стабилизаторы. Антиоксиданты (противоокислители) замедляют процесс окисления полимерного материала, сопровождающийся ухудшением его полезных свойств. В более широком смысле говорят о стабилизаторах — добавках к полимерному материалу, замедляющих его «старение» и сохраняющих его полезные свойства. Часто эти термины являются синонимами. Традиционными антиоксидантами являются замещенные фенолы, нафтолы, амины и аминофенолы. Их относят к типу ингибиров термоокислительной деструкции полимерных материалов: они предотвращают их разрушение в условиях возможного окисления при высоких температурах. Примерами т  аких антиоксидантов являются “ионол–“ и “неозон Д” А  ктивными стабилизаторами являются нитроксильные радикалы органические сульфиды, фосфиты и др. [155,156]. Важную роль играют и органические соединения серы. В ярославском НИИМСК (ныне ОАО НИИ «Ярсинтез») М.А. Коршунов и В.А. Мазаев разработали и внедрили на Салаватском нефтехимическом комбинате процесс получения трет–додецилмеркаптана. Он является эффективным антиоксидантом, стабилизатором и регулятором полимеризации в производстве синтетических каучуков. К.С. Минскер с сотрудниками предложили использовать в качестве стабилизатора и антиоксиданта для полимеров винилхлорида элементную серу [157]. Цель этого изобретения — замена серой известных дорогостоящих и труднодоступных стабилизаторов, при сохранении всех технических требований к изделиям из ПВХ. Несколько ранее для стабилизации поливинилхлорида от действия тепла и света было предложено использовать труднодоступные в наших условиях фторалкансульфоновые кислоты и их соли [158]. Пластификаторы. Пластификаторами называют вещества, добавляемые к полимерным материалам для придания им пластичности при переработке и эксплуатации. С тех пор, как во второй половине XIX века англичане применили первый пластификатор (камфору) для первой пластмассы (целлулоида), эта область науки и техники получила большое развитие. К современным пластификаторам предъявляется комплекс требований. Они должны быть эффективными в применении, доступными и экономичными в производстве, иметь хорошую совместимость с полимерами, быть нелетучими и не иметь запаха, быть химически инертными, нетоксичными и т.д. Механизм и закономерности процесса пластификации полимерных материалов рассмотрены в монографиях [159, 160]. Классификация пластификаторов основана на их химическом строении и степени совместимости с полимерами. Наиболее распространены сложные эфиры фталевой кислоты (фталаты). Кроме того, используются сложные эфиры других карбоновых кислот, эфиры фосфорной кислоты, парафины, некоторые эпоксиды, жидкие кремнеорганические соединения. Некоторые пластификаторы являются одновременно и модификаторами. Так, эфиры тримеллитовой и пиромеллитовой кислот повышают теплостойкость полимерных материалов. Фосфатные пластификаторы (триалкил– и триарилфосфаты) придают полимерным материалам огнестойкость в сочетании с морозостойкостью. Пластификаторами являются и некоторые полиэфиры с небольшой (до 6000) молярной массой. Это — продукты этерификации полиэтилен– и полипропиленгликолей. Достоинствами полиэфирных пластификаторов являются низкое содержание летучих примесей и пониженная токсичность. Основными потребителями пластификаторов является производство пластмасс. При этом около 85 % всех пластификаторов используется в производстве поливинилхлорида. Порообразователи. Порообразователи (вспенивающие реагенты) предназначены для получения пористых материалов: пенопластов, пеностекла, пористых резин и т.д. Эти вещества обладают способностью разлагаться при относительно небольшом нагревании с выделением газов, которые и создают вспенивание материала. К порообразователям тоже предъявляется свой комплекс требований. Прежде всего, они должны быть растворимы в соответствующих материалах. Далее, температуры их разложения должны быть близки к температурам плавления материалов. Скорость выделения газа должна быть достаточно высокой и надежно регулируемой. Образующиеся газы и продукты разложения порообразователей должны быть нетоксичными, не вызывать коррозии материала, не иметь легкой воспламеняемости во избежание пожаро– или взрывоопасности. Процесс разложения порообразователей не должен быть слишком экзотермичным (во избежания разрушения вспениваемого материала). Порообразователи и продукты их разложения не должны оказывать значительного влияния на скорость полимеризации и отверждения в материале. Они не должны иметь запаха или окраски. Они должны быть устойчивыми при хранении и транспортировке. И, конечно, они должны получатся из доступного сырья, технологичными и дешевыми методами. Обеспечение столь широкого комплекса требований является весьма сложной научной и технико-экономической задачей. В качестве неорганических порообразователей обычно используют карбонаты и гидрокарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, выделяющих при термическом разложении CO2, а также карбонат аммония, разлагающийся на NH3, CO2 и воду. Но, в свете перечисленных выше требований, они далеко не всегда могут решить проблему. Поэтому пользуются и органическими порообразователями, иногда дорогими и труднодоступными [161]: азодикарбоксамид («порофор СХЗ-21» или «целлоген-AZ»)  д  иазоаминобензол («порофор ДАБ», «целлоген DAB»)д  инитрозопентаметилентетрамин («порофор ЧХЗ-18» или «женитрон DNPT») Есть среди порообразователей и серосодержащие соединения: б  ензолсульфонилгидразид («порофор ЧХЗ-9», «женитрон BSH»)б  ензол-1,3-бис (сульфонилгидразид) («порофор ДФ-9)Как видно из приведенных примеров, задача создания оптимальных порообразователей остается актуальной. Дубители. Дубление — это процесс обработки материала (пленки, кожи, меха и пр.) с целью повышения прочности, пластичности, износоустойчивости и т.д. Для дубления используются специальные реагенты — дубильные вещества (дубящие вещества, дубители). По механизму дубление сходно с отверждением, вулканизацией и другими процессами образования поперечных химических связей между молекулами материала. Дубители бывают неорганические и органические, животные и растительные, искусственные и синтетические. Наиболее перспективны синтетические органические дубители с заданным комплексом нужных свойств. К таким дубителям относятся многие органические соединения серы: продукты поликонденсации фенолов с последующим сульфированием; продукты сульфирования многоядерных ароматических гидроксилсодержащих соединений; продукты конденсации фенолформальдегидных смол с ароматическими сульфокислотами и другие. Ценной особенностью синтетических дубителей является то, что им можно придавать и другое модифицирующее действие для повышения качества материала. Так, ценным дубителем комбинированного действия для обработки кино–фотопленок является бис(винилсульфонил)этан [162]  Хотя технология изготовления кино–фотопленок за минувшие три десятилетия после издания книги [162] значительно усовершенствована, но практическое значение сераорганических модификаторов сохранилось. В производстве кожи высокого качества применяются полимерные дубители: различные синтетические смолы, низкомолекулярные полимеры метилметакрилата и этилакрилата и др. [163]. Антирады. Антирадами называются вещества, обладающие способностью повышать устойчивость материалов, главным образом полимерных, к действию ионизирующего излучения (радиации). Это, в основном, ароматические углеводороды и их производные: амины, фенолы, хиноны и др. Свойствами антирадов обладает сера и многие сераорганические соединения: тетраметилтиурамдисульфид и другие сульфиды, тиофенолы и тионафтолы, фенотиазин и его производные. Хотя механизм защитного действия антирадов окончательно не установлен, существует много общего между антирадами и антиоксидантами. Вероятно, подобно тому, как антиоксиданты являются «ловушками» для свободных радикалов, антирады действуют похожим образом на ионы, вызываемые радиацией. В ряде случаев применение антирадов совместно с антиоксидантами наиболее эффективно [164–165]. А  нтипирены. Важная техническая задача — придание материалам, чаще всего полимерным, негорючести, а в случае невозможности — максимально возможное замедление воспламенения. Она решается с помощью специальных добавок — антипиренов (замедлителей горения). Антипирены вводятся в древесину, пластмассы, резины, волокна, ткани и др. для повышения их огнестойкости. Их действие можно объяснить выделением негорючих газов, ингибированием окисления, образованием защитных пленок на поверхности материала и другими аналогичными эффектами [166]. Наиболее распространенными антипиренами являются неорганические соединения (оксиды бора и сурьмы, карбонаты и сульфаты аммония, фосфаты и др.) и галогенсодержащие органические соединения (высокохлорированные парафины С20–С25, гексанбромбензол, тетрабромциклооктан, гексабромциклододекан и т.д.). Весьма эффективны галогенизированные сераорганические соединения. В частности, запатентовано применение в качестве ингибиторов горения производных 4,4’-бис(фталимид)дифенилсульфона общей формулы(где R, R1, R2 и R3 — галогены). Например, тетрабромфталевый ангидрид вводят в реакцию с 4,4’-бис(аминофенил)сульфоном по схеме  Полученный многофункциональный гетероароматический сульфон может быть, при необходимости, дополнительно прогалогенирован. Он является эффективным органическим антипиреном многоцелевого назначения [167]. Антистатики. Добавки к полимерным материалам, уменьшающие скопления на нем зарядов статического электричества, называют антистатиками. Они повышают электропроводность материалов, чем способствуют утечке (рассеиванию) электрических зарядов [168, 169]. К антистатикам относят три группы веществ: электропроводящие вещества, поверхностно-активные вещества и пленкообразующие полимеры. Электропроводящие вещества (металлы, их соли, сажа, графит и др.) обычно вводят в состав полимерного материала как наполнители. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) применяют в виде разбавленных растворов или эмульсий, которыми обрабатывают ткани и синтетические волокна. Пленкообразующие полимеры наносят на поверхность изделий из растворов. По химической природе антистатики весьма разнообразны. Наиболее важны полимерные антистатики. Они содержат в качестве заместителей различные функциональные группы, в том числе и серосодержащие, как например полистиролсульфокислота. Применяемые в качестве антистатиков ПАВ будут рассмотрены отдельно. Среди них — полигликоли, их эфиры, триэтаноламин и его производные, стеараты и пальмитаты, алкилфосфаты, соли алкилбензолсульфокислот и диалкилдитиофосфорных кислот и т.д. В качестве примера таких антистатиков можно привести полиоксиэтиленалкилэфирсульфат в сочетании с алкилсульфонатами и диалкилсульфосукцинатами натрия [170]. Этот комбинированный антистатик предложено применять для протекторных резиновых смесей на основе диеновых каучуков общего назначения. Текстильно-вспомогательные вещества. Вещества, применяемые в текстильной промышленности для облегчения переработки волокон или нитей, а также для повышения качества текстильных изделий, называются текстильно-вспомогательными. Ассортимент этих веществ очень широк. На каждой стадии текстильного производства используются свои специфические реагенты. Одни необходимы для придания волокнам и нитям гибкости, мягкости, способности к склеиванию (технологические операции «авиважа», «шлихтования», «замасливания» и др.), другие — для придания тканям жесткости, несминаемости, негорючести и других специальных свойств («аппретирование»), третьи — для облегчения и повышения качества окрашивания. В качестве текстильно-вспомогательных веществ широко используются поверхностно-активные вещества (ПАВ), которым посвящен специальный раздел этой книги. При обработке вискозных волокон используют полимеры и сополимеры акриловой кислоты, ее производных, а также поливиниловый спирт. При получении особо прочной вискозной нити для корда к вискозе добавляют полиэтиленгликоль и другие реагенты. Для придания изделиям жесткости используют крахмал, целлюлозу и ее эфиры, поливиниловый спирт; для придания несминаемости — синтетические смолы; для придания эластичности — синтетические латексы различных полимеров; для защиты от статического электричества — различные антистатики; для придания огнестойкости — антипирены; для антимикробной обработки — бактерициды и т.д. [171, 172]. Таким образом, современное текстильное производство является наукоемкой отраслью. Здесь наглядно прослеживается использование достижений химической науки и техники для создания изделий с заданным комплексом ценных потребительских свойств. Среди текстильно-вспомогательных веществ много органических соединений серы. Это многие ПАВ («смачиватели» для повышения эффективности технологической обработки материала), продукты конденсации алкиларилсульфокислот с формальдегидом («диспергаторы» для получения устойчивых дисперсий при окрашивании), сульфированные производные нафталина («переносчики» для облегчения проникновения красителя в глубь структуры волокна) и т.д. Одним из серосодержащих текстильно-вспомогательных средств является «авироль». Основным компонентом этого средства является аммониевая соль н-бутилового эфира 9-сульфооктадекановой кислоты:  (н-бутилоктадеканоато-9-сульфат аммония) Его получают этерификацией олеиновой кислоты н-бутанолом, с последующим сульфатированием бутилолеата серной кислотой и нейтрализацией сульфоэфира аммиачной водой. Применяют в качестве эмульгатора (авиважного и замасливающего средства) в производстве химических волокон. Применение авироля придает волокну блеск, мягкость и красивый внешний вид. На примере авироля хорошо видна связь химического строения с потребительскими свойствами. Авироль относится к группе анионных ПАВ. Длинная углеродная цепь придает молекуле гидрофобность, обеспечивая растворимость в неполярных и малополярных растворителях (парафинах, бензоле, четыреххлористом углероде, дихлорэтане). С другой стороны, наличие этерифицированной карбоксильной группы способствует гидрофильности и растворимости в полярных органических растворителях (этаноле, ацетоне, диэтиловом эфире). И, наконец, наличие сульфогруппы еще больше усиливает гидрофильность, делая вещество водорастворимым. Сочетание этих структурных особенностей обеспечивает прекрасную эмульгирующую способность авироля и его активное воздействие на полимерные молекулы химического волокна. |
рямые
ислот-ные
ктив-ные 
убовые
испер-сные
атионные
игменты
игментыПохожие:
 | Аналитическая химия учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | | Устный журнал «Химия в нашей жизни» Ведущий 1 Рабочая программа составлена на основании рабочего учебного плана по фгос, переутвержденного ученым советом юргту (нпи) протоколом... |
| Пасха красная «Молитесь за монахов — они корень нашей жизни. И как бы ни рубили древо нашей жизни, оно даст еще зеленую поросль, пока жив его животворящий... | | Высокомолекулярные соединения учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... |
| Химические основы биологических процессов учебно-методический комплекс «Химия», профили подготовки: «Неорганическая химия и химия координационных соединений», «Физическая химия», «Химия окружающей среды,... | | Информатика в нашей жизни Тематический вечер «Информатика в нашей жизни» — это внеклассное занятие для учащихся viii—xi классов средней школы. Вечер – заключительное... |
 | Урок закрепления-повторения Защита проектов По теме «Средства массовой информации в нашей жизни» Социокультурный аспект – знакомство с мнениями одноклассников о том, какое место занимают сми в нашей жизни, характеристикой различных... | | Рабочая программа элективного курса по химии «Химия в нашей жизни» Программа включает как теоретический материал, так и практический. Кроме того, данный курс направлен на удовлетворение познавательных... |
| Урок в шестом классе по теме «Животные в нашей жизни» Задачи урока: активизация навыков монологической речи по теме «Животные в нашей жизни»;актуализация навыков письма, чтения и аудирования;... | | Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... ... |
| Программа вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих... «Неорганическая химия»; «Аналитическая химия»; «Органическая химия»; «Физическая химия» | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Образование». Никто и не мечтал о чуде. Но оно свершилось… «Научно – технический прогресс проник во все области нашей жизни». Так... |
| Рабочая программа по дисциплине б пищевая химия Ооп впо направления 260100. 62 Продукты питания из растительного сырья. Дисциплина преподается в 5 семестре и методически взаимосвязана... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Один из важных моментов здоровых отношений это умонастроение оптимизма. Но когда это доходит до нашей духовной практики его важность... |
| Урок обобщения по теме: «Право в нашей жизни» Урок – обобщения по теме: «Право в нашей жизни». Для учащихся 11 «А» профильного класса | | Разработка урока одноатомные спирты и их роль в жизни человека По дисциплине «химия» Методическая разработка предназначена для проведения теоретического занятия по дисциплине «Химия» по теме «Одноатомные спирты и их... |
