- •Санкт-петербургский университет государственной противопожарной службы мчс россии
- •Тема 1. Физико-химическая природа горения Введение
- •Определение горения.
- •Механизм химических реакций при горении.
- •1.3.Влияние различных факторов на скорость химических реакций при горении
- •1.4. Основные процессы, происходящие при горении.
- •1.5. Опасные факторы пожара и их воздействие на человека
- •Материальный баланс процессов горения
- •Тема 2. Пожарная опасность неорганических веществ
- •2.1. Пожарная опасность металлов
- •Образуют водород
- •2.2.2. VII группа (подгруппа VII а) Галогены (солероды)
- •2.2.3. VI группа (подгруппа VI а) Кислород и халькогены (рождающие медь)
- •2.2.4. V группа (подгруппа V а) Подгруппа азота
- •2.2.5. IV группа (подгруппа IV а) Подгруппа углерода
- •2.2.6. III группа (подгруппа III а) Подгруппа алюминия
- •2.2.7. II группа (подгруппа II а) Щелочноземельные металлы
- •2.2.8. VIII группа (подгруппа VIII а) Инертные газы
- •2.2.9. Водород
- •2.3. Классификация горючих веществ и материалов.
- •2.3.1. Окислители.
- •Тема 3. Пожароопасные свойства углеводородов
- •3.1. Ациклические предельные углеводороды (алканы)
- •1. Основные реакции алканов – реакции замещения водорода, идущие по свободно-радикальному механизму.
- •3.2. Ациклические непредельные углеводороды
- •Непредельные углеводороды
- •3.3. Галогенпроизводные углеводородов
- •3.4. Насыщенные циклические соединения (циклоалканы)
- •3.5. Ароматические углеводороды (арены)
- •3.5.1. Конденсированные циклические системы
- •Тема 4. Пожароопасные свойства кислородсодержащих органических соединений
- •4.1. Спирты
- •Классификация спиртов
- •4.1.1. Предельные одноатомные спирты
- •4.1.2. Многоатомные спирты
- •4.1.3. Фенолы
- •4.2. Простые эфиры спиртов
- •4.3. Органические перекисные соединения
- •4.4. Альдегиды и кетоны
- •4.5. Карбоновые кислоты
- •Классификация карбоновых кислот
- •4.5.1. Предельные одноосновные карбоновые кислоты
- •4.5.2. Непредельные карбоновые кислоты
- •4.5.3. Высшие жирные кислоты
- •4.5.4. Мыла
- •4.6. Сложные эфиры
- •4.6.1. Жиры
- •4.6.2. Воски
- •Тема 5. Органические соединения, содержащие серу и азот
- •5.1. Сероорганические соединения
- •5.1.1. Тиолы
- •5.1.2. Органические сульфиды
- •5.1.3. Эфиры серной кислоты
- •5.2. Азотсодержащие органические соединения
- •5.2.1. Амины
- •Первичные алифатические амины
- •Вторичные алифатические амины
- •Первичные ароматические амины
- •Химические свойства солей диазония
- •5.2.2. Цвет и строение вещества
- •5.2.3. Нитросоединения
- •Тема 6. Полимеры и полимерные материалы
- •Классификация полимеров
- •Отличительные особенности полимеров
- •6.1. Способы получения полимеров
- •6.1.1. Реакции полимеризации
- •6.1.2. Реакции поликонденсации
- •6.2. Деструкция полимеров
- •6Редельно допустимые концентрации в воздухе
- •6.3. Факторы, влияющие на термостойкость полимеров
- •6.4. Полимерные материалы
- •6.4.1. Каучуки
- •6.4.2. Пластмассы
- •6.4.3. Химические волокна
- •Тема 7. Химия огнетушащих веществ
- •7.1. Способы прекращения горения
- •Отв и способы прекращения горения
- •Применение отв для тушения пожаров различных классов
- •7. 2. Вода как отв
- •Преимущества воды как отв
- •1. Дешевизна, доступность, простота: применения, хранения, транспортировки, подачи.
- •Недостатки воды как отв
- •1. Высокая температура замерзания.
- •Если угол не устанавливается, то смачивание полное, капля тонкой пленкой растекается по поверхности твердого тела.
- •Пути повышения эффективности воды как отв
- •7.3. Пены как отв
- •7.3.1. Общая характеристика пенообразователей
- •Классификация пенообразователей по составу и назначению
- •7.3.4. Пенообразователи целевого назначения
- •7.4. Негорючие газы как отв
- •7.5. Ингибиторы горения
- •7.5.1. Хладоны как отв
- •7.5.2. Тушение порошковыми составами
- •Литература
- •Нормативные правовые акты*
6.4. Полимерные материалы
Полимерные материалы – материалы на основе высокомолекулярных соединений, важнейший класс современных материалов.
Основные достоинства материалов на основе полимеров: низкая стоимость, сравнительная простота, высокая производительность, малая энерго-емкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, низкая теплопровод-ность, высокие оптические, радио- и электротехнические свойства.
Недостатки полимерных материалов: низкая тепло- и термрстойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений, для многих полимерных материалов – горючесть.
Основные типы полимерных материалов – пластические массы и композиционные материалы, синтетические волокна, каучуки, лакокрасочные материалы и покрытия, клеи.
6.4.1. Каучуки
По мере развития науки и техники роль каучука и резиновых изделий возрастает. В настоящее время ассортимент резиновых изделий составляет более 50 тысяч наименований.
История открытия и практического использования каучука драматична.
Впервые каучук привез в Европу Колумб. Когда испанские конкистадоры в конце XV века высадились в Южной Америке, их внимание привлекли мячи, которыми индейцы пользовались в спортивных играх. Эти мячи были сделаны их неизвестного в Испании упругого и пластичного вещества, которое индейцы получали из млечного сока огромного дерева гевеи. Слезы дерева – као очу – так индейцы называли это вещество. Из этого вещества изготовляли водонепроницаемую обувь и обрабатывали им ткани, чтобы сделать ее непромокаемой.
Мяч, привезенный Колумбом, более трех столетий оставался музейным экспонатом. Однако этим деревом, которое росло в огромных девственных лесах Амазонки и получило у биологов название Hevea brasiliensis, в последующие годы продолжали интересоваться и наблюдали, как местные жители добывали его сок – каучу.
Напоминающая молоко белая жидкость еще не была каучуком. Она состояла на 65-75 % из воды, в которой в коллоидном состоянии были диспергированы 25-30 % каучуковых частиц. Кроме этого, в растворе содержались до 1,5-2 % белка, 1,5-2 % смолы и 0,5-1 % минеральных солей. После выпаривания воды оставался сам каучук – упругая и пластичная масса.
Ввозимый в Европу и Америку в небольших количествах каучук употребляли для пропитывания тканей. В 1823 году в Глазго был заложен фундамент будущего огромного здания резиновой промышленности: фабрика Макинтоша начала выпуск прорезиненных тканей для непромокаемых плащей.
В России первая резиновая фабрика была построена в Петербурге в 1832 году (ныне завод "Красный треугольник") для изготовления обуви с резиновым верхом.
Прорезиненная одежда и обувь в то время имели неприятные свойства – на холоде они становились жесткими и ломкими, а в тепле вязкими и пачкающими. И хотя скоро узнали еще об одном свойстве каучука – способности стирать с бумаги карандашные надписи, производство каучука в Бразилии существенно не увеличилось. Но вскоре все изменилось. Появились первые автомашины. Понадобился материал для изготовления амортизаторов на машинах и мотоциклах.
В 1839 году американцы Гудьир и Хейворд после многолетних и упорных опытов обнаружили, что при обработке сырого каучука серой происходит его вулканизация. После такой обработки каучук теряет вязкость, становится гораздо эластичнее и сохраняет эту эластичность в широком температурном интервале. Полученный материал назвали резиной. Теперь открылись новые области применения каучука.
Из резины стали изготавливать шины и камеры для автомашин. Бурное развитие электротехники сделало резину необходимым изоляционным материалом для электрических проводов и кабелей. Каучук очень подходил для этой цели, так как не проводил тока, а его эластичность делала провода с изоляцией гибкими. Уже в 1840 году было переработано 400 тонн каучука, и в последующие десятилетия потребление его непрерывно возрастало. В 1890 году оно составило уже свыше 29000 тонн.
Все надежды тогда возлагали на росшую в необозримых лесах Бразилии гевею. Началась нещадная эксплуатация индейцев. Тысячи индейцев поплатились своей жизнью и здоровьем за огромные прибыли компаний, поставляющих каучук в Европу и Америку. Так в одном из районов бассейна реки Путамайо, где были большие заросли гевеи, за несколько лет индейское население уменьшилось с 50 000 до 8000 человек.
Каучуковых деревьев становилось все меньше. В Бразилии под страхом смерти было запрещено перевозить через границу семена и молодые растения, так как Бразилия хотела остаться монополистом по добыче каучука.
В 1870 году англичанин Генри Викхем после тщательной подготовки сумел вывезти контрабандой 70 000 семян гевеи и доставить их в Англию. Семена высадили в Лондонском ботаническом саду. Выросло всего 3000 молодых растений, и лишь 1100 деревьев гевеи сумели высадить на уже подготовленных плантациях на Цейлоне. Вскоре монополия Бразилии была сломлена, и Англия стала главным производителем каучука. Из 869 000 тонн каучукового сырья, которые добывались в 1936 году, только 2 % шли из Бразилии.
К началу ХХ века было уже достаточно плантаций. Однако для многих государств каучук был большой проблемой. Деревья, дающие латекс, росли только в экваториальной зоне, и некоторые индустриальные государства в любой момент лишиться его привоза. С другой стороны, они должны были платить за каучук любую запрашиваемую цену. Тогда вспомнили о химии. Началась новая эпоха в истории каучука.
Несмотря на то, что в последующие годы были созданы различные марки синтетических каучуков, производство и переработка натурального каучука – одно из основных в таких странах как Малайзия, Индонезия, Таиланд, Индия, Шри-Ланка, Китай, Вьетнам.
Мировое производство натурального каучука в настоящее время достигает 4,5 млн. тонн/год.
Нагревая каучук, англичанин Вильямс в 1860 году получил масло, которое назвал изопреном. Он сумел определить его состав С5Н8. Тольку спустя 22 года английский ученый Тильден установил структурную формулу изопрена:
СН3
СН2= ССН = СН2
Изопрен оказался ненасыщенным соединением с двумя двойными связями в молекуле; это жидкость с низкой температурой кипения 34,30С.
Было установлено, что структурной единицей натурального каучука является изопреновая группировка
СН3
СН2 С = СНСН2,
и соответственно формулу натурального каучука можно записать как
СН3
[ СН2 С = СНСН2]n.
Установлено, что средняя молекулярная масса натурального каучука составляет от 15 до 500 тыс.
Получить удовлетворительный синтетический изопреновый каучук (который все-таки уступал и уступает по своим свойствам натуральному) удалось только после второй мировой войны, когда были разработаны методы синтеза изопрена и метод его полимеризации с использованием специально подобранных катализаторов.
Решающие успехи в получении синтетического каучука были достигнуты, когда ученые отказались от изопрена как исходного вещества и стали осуществлять полимеризацию других мономеров.
В 1926 году в СССР был объявлен конкурс на лучший промышленный способ получения каучука. Через 2 года, 30 декабря 1928 года Сергей Васильевич Лебедев представил первые 2 кг синтетического бутадиенового каучука, а 7 июля 1932 года ярославский завод выдал 400 кг каучука, полученного по методу Лебедева. (В Германии синтетический каучук начали выпускать только в 1937 году, а в США – в 1942 году).
Этот метод заключался в полимеризации бутадиена-1,3:
Na
nСН2= СН – СН = СН2[– СН2– СН = СН – СН2 –]n
бутадиен-1,3 полибутадиен
(бутадиеновый каучук)
В качестве сырья для производства бутадиена-1,3 использовали этиловый спирт
t,Al2O3
2С2Н5ОНСН2= СН – СН = СН2+ 2Н2О + Н2
Для получения резины каучук подвергают вулканизации.
Вулканизация – процесс обработки сырого каучука серой. В результате вулканизации происходит сшивание отдельных цепей каучука серными мостиками:
– СН2– СН = СН – СН –
SРезина содержитот 0,5 до3,5 % серы.
– СН – СН = СН – СН –Эбонит – 30 % серы.
S
– СН – СН = СН – СН2 –
В настоящее время существует очень большое количество марок каучуков.
90 % от общего числа – это бутадиеновый и бутадиен-стирольный каучук.
nСН2= СН – СН = СН2+nСН2= СН[– СН2– СН = СН – СН2 –CН2– СН – ]n
С6Н5 С6Н5
бутадиен-1,3 стирол бутадиен-стирольный каучук
В сравнительно небольших количествах производят синтетический изопреновый каучук:
СН3СН3
nСН2= ССН = СН2[СН2С = СНСН2 ]n
изопрен полиизопрен
(изопреновый каучук)
Основной недостаток этих каучуков – горючесть. Кроме того, наличие двойных связей в каучуках обусловливает способность их к самовозгоранию.
Хлоропреновый каучук (наирит) получают полимеризацией хлоропрена. Этот каучук обладает высокой клейкостью. Вулканизируют оксидами цинка и магния. Полученные резины обладают масло-, бензо-, тепло- и износостойкостью. Они не горючи, устойчивы к действию кислот и щелочей.
СlСl
nСН2= ССН = СН2[СН2С = СНСН2 ]n
хлоропрен хлоропреновый каучук
Хлоропреновый каучук применяют в производстве резинотехнических изделий, клеев, изоляций.
Большей термостойкостью обладают силоксановые каучуки. Эти вещества относят к классу каучуков не по своему строению (они не относятся к диенам), а по физическим свойствам (эластичность в определенном интервале температур). Однако его недостатком является неустойчивость к маслам и бензинам.
C2H5 C2Н5
[Si–O–Si–O– ]n силоксановый каучук
С2Н5С2Н5
Сочетание химической стойкости и термостойкости удалось получить в фторсилоксановом каучуке:
CH3 CН3
[Si–O–Si–O– ]n фторсилоксановый каучук
С3Н4F3С3Н4F3
Единственный каучук, устойчивый к высокоэнергетическим агрессивным топливам ракет – каучук “вайтон”.
CF2=CF2+CF2=CF–CF3[CF2–CF2–CF2–CF– ]n
CF3
Наиболее стойкий к истиранию – полиуретановый каучук:
СН2– СН2 + С =N–C6H4–N=CСН2– СН2 – О – С –NН –C6H4–NН –C–
ll ll ll ll
ОН ОН О О О – О О
этиленгликоль фенилендиизоцианат полиуретан