Неорганические полимеры: примеры и области применения. Полимеры

Неорганические полимеры

Практический интерес представляют линейные неорганические полимеры, которые в наиб. степени подобны органическим - могут существовать в тех же фазовых, агрегатных или релаксационных состояниях, образовывать аналогичные надмол. структуры и т.п. Такие неорганические полимеры могут быть термостойкими каучуками, стеклами, волокнообразующими и т.п., а также проявлять ряд св-в, уже не присущих орг. полимерам. К ним относятся полифосфазены, полимерные оксиды серы (с разными боковыми группами), фосфаты, силикаты.

Переработка неорганических полимеров в стекла, волокна, ситаллы, керамику и т. п. требует плавления, а оно, как правило, сопровождается обратимойдеполимеризацией. Поэтому используют обычно модифицирующие добавки, позволяющие стабилизировать в расплавах умеренно разветвленные структуры.

Силиконы

Вы уже раньше встречали неорганические полимеры; если не на этих страницах, то по крайней мере, в повседневной жизни вы, вероятно, уже видели где-нибудь силиконовыйполимер. Силиконы являются одним из наиболее часто встречающихся неорганических полимеров. Они выглядят вот так:

На самом деле их следует называть полисилоксанами. Связь между атомами кремния и кислорода очень прочная, но очень гибкая. Поэтому силиконы могут выдерживать высокие температуры, не разлагаясь при этом, но у них очень низкие температуры стеклования. Вам, наверное, прежде где-нибудь уже приходилось встречатьрезинуили замазку, сделанную из силиконов.

Полисиланы

Было потрачено немало времени для того, чтобы это произошло, но атомы кремния все-таки были выстроены в длинные полимерные цепочки. Уже где-то в 20-е или 30-е годы двадцатого века химики начали догадываться, что органические полимеры сделаны из длинных углеродных цепочек, но серьезные исследования полисиланов не были проведены вплоть до конца семидесятых годов.

Ранее, в 1949 году, в то самое время, когда писатель Курт Воннегут работал в отделе компании Дженерал Электрик по связям с общественностью, К. А. Буркхард (C.A. Burkhard) работал в отделе исследования и развития той же фирмы. Он изобрел полисилан под названием полидиметилсилан, но это вещество ни на что не годилось. Оно выглядело вот так:

Оно образовывало кристаллы, которые были столь прочными, что ничто не могло растворить их. Буркхард пытался нагреть их, но они не плавились при температурах ниже 250 o C, При более высокой температуре они разлагались, так и не расплавивишись. Это делало полидиметилсилан довольно бесполезным. Получено это вещество было при реакции металлического натрия с дихлордиметилсиланом вот так:

Это важно, поскольку в семидесятых годах двадцатого века некоторые ученые начали понимать, как делать маленькие молекулы из атомов кремния. Так, сами того не ожидая, они сделали нечто очень похожее на то, что ранее сделал Буркхард. Они заставили металлический натрий взаимодействовать с дихлордиметилсиланом, но они также добавили к этой смеси некоторое количество дихлорметилфенилсилана. И угадайте, что произошло? Я дам вам подсказку: они не получили нужные им структуры. То, что у них вышло, было вот таким сополимером:

Возможно, более понятно станет, если нарисовать этот сополимер вот таким образом:

Видите ли, эти фенильные группы начинают мешаться, когда полимер пытается кристаллизоваться, поэтому такому веществу в меньшей степени присущи кристаллические свойства, чем полидиметилсилану. Это значит, что оно растворимо и его можно обрабатывать, преобразовывать и изучать.

Ну, и на что же эти вещества годятся? Полисиланы интересны, поскольку они могут проводить электрический ток. Разумеется, не так хорошо, как медь, но гораздо лучше, чем вы могли бы ожидать от полимера, и это достойно исследования. Они также весьма термостойки, их можно нагревать почти до 300 oC. Но если вы нагреете их до гораздо более высоких температур, то вы можете получить из них карбид кремния, который является полезным абразивным материалом.

Полимеры германия и олова

Хорошо, если кремний может образовывать длинные полимерные цепочки, то что можно сказать о других химических элементах из четвертой группы таблицы Менделеева? Можно ли сделать полимеры из германия? Вы можете мне поверить, они существуют! Вы можете сделать полимерные цепочки не только из германия, но даже и из атомов олова! Такие полимеры называются, соответственно, германий-содержащие и олово-содержащие полимеры.

Полимеры олова уникальны, интересны, замечательны, просто необыкновенны, поскольку они являются единственными известными полимерами, основная цепь которых сделана целиком из атомов металлов. Как и полисиланы, полимеры германия и олова (полигерманы и полистанилены) изучаются на предмет их использования в качестве проводников электричества.

Полифосфазены

Мне очень жаль вам об этом сообщать, но элементы четвертой группы таблицы Менделеева у нас кончились. Так что последний неорганический полимер, который мы сегодня рассмотрим, дожен быть сделан из чего-нибудь другого. И это нечто - фосфор и азот. Как и полисилоксаны, полифосфазены сделаны из чередующихся атомов. В данном случае в основной цепочке у нас чередуются атомы фосфора и кремния, вот так:

Такая основная цепочка очень гибкая, как и основная цепочка полисилоксанов, поэтому полифосфазены являются хорошими эластомерами. Они также являются очень хорошими электрическими изоляторами.

Полифосфазены получают в две стадии:

Сначала мы берем пятихлористый фосфор и действуем на него хлоридом аммония для получения хлорированного полимера. Затем мы обрабатываем его спиртовой солью натрия, что дает нам эфирзамещенный полифосфазен.

На сегодняшний день существует огромное множество неорганических полимеров. Основная их часть представляет собой природные соединения, однако современные технологии позволяют искусственно получать неорганические полимеры. Как правило, их производство требует высокого давления и температуры, при этом, основой является чистое вещество, а способы остаются те же, что и при получении органических полимеров (например, полимеризация). Характерными свойствами неорганических полимеров является их устойчивость к химическим воздействиям и термическая стойкость. Кроме того, многие из этих полимеров представляют собой твердый, но достаточно хрупкий материал. Объяснением этому является пространственная кристаллическая структура или чрезмерное наличие ионов в химической связи. Среди самых известных неорганических полимерных материалов находится графит, минеральное стекло, керамика, алмазы, асбест, кварц, слюда.

Элементы химической таблицы могут образовывать различные полимерные цепи. Например, сера, селен и теллур образуют линейные цепи, которые в соответствии с ковалентностью атомов, сворачиваются в спирали. Те химические элементы, которые относятся к главной подгруппе III – V групп, могут формировать, как линейные цепи, так и плоские или пространственные структуры неорганических полимеров. Основу полимерных цепочек чаще всего составляют оксиды кремния, алюминия и ряда других металлов. Они формируют самую широкую группу неорганических полимерных материалов – силикаты и алюмосиликаты. Кроме того, они являются существенной частью земной коры. Структура молекулярной цепи силикатов может быть цепочечной, лестничной, слоистой и трехмерной. Каждая из этих структур придает неорганическим материалам определенные, характерные лишь для них, свойства. Например, лестничная структура предполагает наличие двух параллельных молекулярных цепочек, соединенных атомами кислорода. Именно эти связи обеспечивают наличие новых свойств, которые позволяют отнести полученные материалы к волокнистым (асбест). Еще одной чертой, характеризующей неорганические полимеры, является слоистая структура. Большие расстояния, находящиеся между слоями, обеспечивают соответствующим веществам (тальк, слюда) легкое расщепление. Если цепь содержит металлы, которые могут взаимодействовать с водой, то при этом процессе происходит еще большее увеличение имеющегося расстояния между слоями. Это может привести к разбуханию неорганического материала. Силикаты, обладающие трехмерной структурой, характеризуются хорошей водонепроницаемостью, твердостью и жесткостью. Как правило, отвечают таким характеристикам разновидности кварца: топаз, яшма, агат, горный хрусталь и другие.

Неорганические стекла и техническая керамика

Неорганические стекла.Ситаллы.Техническая керамика.Элементы технологиииприменение конструкционной керамики.

Химический состав стекол и их свойства.Классификация неорганических стекол.

В современном материаловедении все более видное место начинают занимать различные неорганические вещества. Многие из них используют в виде кристаллов: кварц (SiO2), корунд (a-AI2O3) и окрашенные кристаллы этого оксида - сапфир, рубин и др., а также рутил (ТiO2) , нитриды, сульфиды и т.д. Однако в гораздо больших масштабах эти же неорганические вещества используют ваморфном состоянии в виде стекол.

Наиболее распространены стекла на основе диоксида кремния - силикатные стекла. Широко используют также алюмо-силикатные, боро-силикатные стекла.

Неорганическое стекло - это химически сложный, аморфный, макроскопически изотропный материал, обладающий механическими свойствами хрупкого твердого тела. Стекло получается после охлаждения расплава смеси неорганических соединений (в основном оксидов). Их свойства одинаковы по всем направлениям, т.е. они изотропны. При нагреве они не плавятся при постоянной температуре, как кристаллы, а постепенно размягчаются в значительном диапазоне температур, переходя в жидкое состояние. Расплавление их при повышении температуры и отверждение при понижении температуры происходит обратимо. По структуре - это твердые растворы.

Среди причин аморфного состояниянеорганических стекол можно выделить две.

Первая причина заключается в том, что в области затвердевания расплав стекла имеет очень высокую вязкость (табл.6.3).

Таблица 6.3 - Вязкость некоторых веществ при температурах плавления

Вторая причина вытекает из особенностей ковалентной связи, определяющей взаимодействие атомов в оксиде. Ковалентная связь обладает двумя важными свойствами: насыщенностью и направленностью. Согласно насыщенности химической связи каждый атом стекла в пространстве имеет в соответствии со своей валентностью строго определенное количество "партнеров" по взаимодействию. Например, кремний 4-х валентен. И его атом должен иметь в непосредственном окружении четыре атома кислорода (в кварцевом стекле) с которыми он связан полярной ковалентной связью. Причем эти связи могут образовываться не произвольно, а под определенным углом друг к другу (принцип направленности). Все это очень затрудняет формирование регулярной, кристаллической структуры. В высоковязкой среде в структуре стекла при охлаждении может образоваться только ближний порядок в расположении атомов.

Химический состав стекол и их свойства

Стекла, используемые в технике, в большинстве состоят из нескольких компонентов. По функциональному назначению все компоненты стекол можно разделить на три группы:стеклообразователи, модификаторы и компенсаторы.

Стеклообразователи являются основной составной частью стекла. Стеклообразователи - неорганические полимеры, имеющие сетчатую структуру. Поэтому стекла обладают некоторыми чертами полимерных структур и соответствующими физическими свойствами, характерными для полимерных материалов.

Чаще всего в качестве стеклообразователей используют SiO2 (силикатное стекло), Аl2О3 и SiO2 (алюмосиликатное), В2О3 и SiO2 (боросиликатное), В2О3, Аl2О3 и SiO2 (бороалюмосиликатное).

Модификаторы вводят в стекло для придания стеклам нужных свойств: для упрощения технологии, удешевления материала и т.д.

Например, при введении в кварц оксидов щелочных и щелочноземельных металлов уменьшается температура размягчения стекла, упрощается технология. Добавки оксидов хрома, железа, кобальта и др. придают нужный цвет стеклу. Оксиды тяжелых металлов, например, свинца, повышают коэффициент преломления.

Часто введение какой-то добавки улучшает одни свойства и ухудшает другие показатели материала. Тогда вводят добавки - компенсаторы, назначение которых подавить негативное проявление основных модификаторов.

Одним из важных свойств стекол является термостойкость. У большинства стекол термостойкость колеблется от 90 до 200оС, а у кварцевого стекла, самого прочного, термостойкого и не расширяющегося, достигает 800-1000оС.

Температурная зависимость прочности стекол имеет минимум при 200°С. Максимальная рабочая температура обычно не превышает 400-500оС, что примерно соответствует температуре стеклования. Кварцевое стекло допускает длительную эксплуатацию при 1100-1200°С (прочность повышена на 50 %) и кратковременное использование при нагреве до 1400-1500оС.

Термическое упрочнение (закалка) стекла осуществляется быстрым и равномерным его охлаждением, нагретого выше температуры стеклования в потоке воздуха или в маслах. Упрочнение стекла закалкой связано с появлением в стекле достаточно равномерно распределенных напряжений, которые в наружных слоях стекла вызывают напряжения сжатия, а во внутренних слоях - напряжения растяжения. Предел прочности стекла при сжатии примерно в 10-15 раз больше, чем предел прочности при растяжении.

Термохимическое упрочнение основано на закалке стекла и, кроме того, на изменении самой структуры и свойств его поверхностного слоя. Такое упрочнение производится быстрым охлаждением стекла, нагретого выше температуры стеклования, в подогретых полимерных кремнийорганических жидкостях. Дополнительное упрочнение объясняется образованием на поверхности стекла полимерных пленок.

Классификация неорганических стекол, их свойства, применение

Одним из самых распространенных высококачественных стекол, применяемых в авиационных конструкциях, является алюмоборосиликатное малощелочное стекло.

По назначению техническое стекла подразделяются на оптическое, лабораторное, электротехническое, транспортное, приборное, защитное, теплозвукоизоляционное, светотехническое, стекловолокно и др. Плотность неорганических стекол колеблется от 2200 кг/м3 у легких щелочных силикатных стекол (показатель преломления n= 1,44) до 5200…8000 кг/м3 у тяжелых, содержащих до 65% оксидов свинца, бария, висмута (n=1,9); светопрозрачность неокрашенных стекол составляет в видимой части спектра до 92%.

Химическая и гидролитическая стойкость стекол в кислых средах (кроме фосфорной кислоты Н2РО3 и плавиковой HF, полностью растворяющей стекло) довольно высока. В щелочных средах стойкость снижается. Силикатные стекла с содержанием 20-30%Na2O или LiO растворимы в горячей воде и образуют «жидкое стекло».

Недостатком закаленного стекла является чувствительность к ударам в края (у самой кромки) и в углах. При разрушении закаленное стекло покрывается густой сеткой трещин, сильно затрудняющих видимость.

Если два листа стекла склеить прозрачной гибкой и упругой полимерной пленкой, то получается так называемый триплекс. При разрушении его образовавшиеся осколки удерживаются на полимерной пленке, к которой они прикреплены, и не высыпаются.

Ситаллы, их свойства, применение

Выдающимися свойствами обладают новые конструкционные материалы - ситаллы (термин образован из слов стекло и кристалл), получаемые путем кристаллизации неорганических стекол на основе некоторых оксидов.

Ситаллы - это частично закристаллизованные стекла. Они получаются регулируемой кристаллизациейстекла при повышенных температурах. В ходе этого процесса в объеме материала формируются микрообласти кристаллического строения размером до 1 мкм. Концентрация таких областей в ситаллах может превышать 50% по объему.

По химическому составу ситаллы отличаются от стекол тем, что в них добавляют катализаторы (затравки) кристаллизации. В качестве катализаторов кристаллизации используют микрочастицы золота, серебра, платины, меди (сотые доли процента) или оксиды титана, циркония, цинка, хрома, ванадия и др.

По структуре ситаллы занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой.В связи с этим ситаллы иногда называют стеклокерамикой. Ситаллы - многокомпонентные, гетерогенные, многофазные системы, обладают очень высоким уровнем свойств: высокой механической прочностью, твердостью, химической и термической устойчивостью, малым термическим расширением и другими полезными свойствами. Например, ситалл, известный под названием "пирокерам", прочнее прокатанного стекла, высокоуглеродистой стали, легче алюминия, а по коэффициенту термического расширения и термостойкости не отличается от кварца.

При превращении стекла в ситалл начале стекло проходит стадию варки (температура Тm) , затем стекло формируется в изделие и охлаждается до температуры Тn - температуры образования центров кристаллизации. При этой температуре cтекло выдерживают около 1 ч. В результате в объеме материала образуются мелкие кристаллы и становится возможным повысить температуру до Tg. При температуре Tg происходит рост кристаллов, материал теряет прозрачность. Время выдержки стеклоизделия при Тg составляет 4-6 ч.

Микрокристаллические сплавы, полученные из стекол

Высокопрочные кристаллические сплавы из металлических стекол получают способом, похожим на процесс образования пирокерамик. Это сплавы на основе Fe, Ni, Cr, Mo, Co, W в различных комбинациях с металлоидами (преимущественно бором), содержание которых не превышает 12%, в аморфном состоянии хрупкие. Ленты из аморфного сплава, полученные струйным методом из расплава, могут легко превратиться в порошок, который затем подвергается горячей экструзии или газовому изостатическому прессованию и одновременно кристаллизуются с образованием микрокристалической структуры, стабилизированной мельчайшими частицами бора. Если в сплаве имеется углерод, можно провести упрочняющую термообработку. Такие сплавы очень тверды и износостойки и могут использоваться в качестве быстрорежущих сталей.

Техническая керамика

Керамика - это многокомпонентный, гетерогенный материал, получаемый спеканием высокодисперсных минеральных частиц, (глин, оксидов, карбидов, нитридов и др.). Если в состав керамики входят металлы, то этот вид керамики называют керметами.

Технологический процесс изготовления изделий из керамики складывается из нескольких стадий. Основные технологические операции при получении керамических материалов следующие: подготовка исходных компонентов в виде порошков, перемешивание компонентов, формование изделий, обжиг заготовки, концевые операции (механическая обработка, металлизация и др.).

Структура керамики

Множество видов структур керамических материалов можно разделить на две группы: макроизотропные и анизотропные.

Макроизотропные материалы. На атомарном или молекулярном уровнях - это анизотропные материалы, но размер надмолекулярных образований, зерен, невелик по сравнению с размерами керамического изделия. Можно обозначить четыре вида макроизотропных материалов.

1. Микрокристаллическая керамика. Примерами этой керамики могут служить различные сорта фарфора. Ситаллы имеют ту же структуру. На рис. 6.3 а точками обозначены микрокристаллические области, окруженные аморфной средой. Содержание кристаллической и аморфной фазы в материале могут быть различными, различно и размещение этих фаз в объеме материала. Материал же в целом изотропен. Эти материалы обладают высокой плотностью, хрупки.

Виды керамики:

а - микрокристаллическая, б - зернистая, в -пористая (TiС), г - армированная (ВТСП керамика системы Y-Ba-Cu-O).

2. Зернистая структура . Этот вид структуры является наиболее типичным для керамических материалов. Зерна в структуре керамики могут отличаться размерами, формой и свойствами. Распределение зерен разной природы в объеме материала, прочность сцепления частиц в материале также различны. Все эти факторы сложным образом влияют на свойства керамики. На практике в ограниченных рамках используют эмпирические уравнения вида:

,

где s - прочность; sо - константа, близкая к прочности монокристалла; k - константа; d - размер зерна.

3. Пористая структура . Вообще многие керамики пористы. Однако иногда поры создают специально: для снижения массы керамического изделия, для того, чтобы сделать его проницаемым для газа или жидкости и т.д.

Обычно прочность пористой керамики ниже прочности зернистой керамики. Форма пор также влияет на прочность материала. Пора может также обрывать развитие трещины при разрушении и распределять нагрузку в объеме материала.

4. Армированная структура. Этот вид керамики содержит вытянутые зерна высокой прочности. В объеме материалов эти зерна не ориентированы в каком-либо определенном направлении. Поэтому в макрообьеме материал ведет себя как изотропный. Прочность такой керамики, благодаря армированию, бывает очень высокой.

Анизотропная керамика. В этих материалах структурные элементы намеренно ориентированы в нужном направлении. К анизотропной керамике относятся слоистая керамика, волокнистая керамика, либо керамика с ориентированной структурой.

Элементы технологии керамических материалов

1 - Получение порошков. Существуют механические и физико-химические методы получения порошков. Первые из них связаны с дроблением материала. Вторые заключаются в процессах агломерации продуктов химического синтеза. Обычно используют порошки с частицами микронных размеров. Если необходима плотная упаковка частиц в материале, то применяют смесь частиц, имеющих разные размеры - полидисперсные порошки.

2 - Смешение компонентов и формование изделий.

3 - Спекание частиц происходит при обжиге отформованного изделия при высокой температуре (обычно от 900 до 2000оС). При спекании происходят такие процессы, как дегидратация компонентов, деструкция органических технологических примесей (полимеры, поверхностно активные вещества), диссоциация нестойких неорганических соединений, процессы окисления и восстановления, плавление некоторых компонентов, полиморфные превращения и т.д. В итоге, после охлаждения стекловидный, может быть, частично закристаллизованный расплав, связывает зерна более огнеупорного материала, образуя прочный монолит.

В процессе спекания происходит срастание частиц и уменьшение пористости материала вплоть до теоретической плотности. При повышении температуры поры меняют свою форму, становясь сферически­ми, и уменьшаются в размерах. На практике в керамике сохраняется некоторая остаточная пористость.

Степень и скорость спекания зависят от многих факторов: температуры, длительности процесса, дисперсности частиц, коэффициентов диффузии, вязкости и др. Очень сильное влияние на развитие процесса спекания и на структуру керамики оказывает расплав (жидкость) наиболее легкоплавкого компонента.

Применение конструкционной керамики

К основным областям применения керамических материалов относятся режущий инструмент, детали ДВС, ГТД и др.

Режущая кромка характеризуется высокой твердостью, износостойкостью, химической инертностью. По комплексу свойств керамический режущий инструмент превосходит традиционные режущие материалы, такие как быстрорежущие стали (БРС), твердые сплавы (ТС)

Теоретически возможно существование неорганических полимеров, образованных химическими элементами III-VI групп системы элементов.

Наиболее важным химическим элементом для создания неорганических полимеров является кислород - самый распространенный на земле элемент. Он легко создает гетероцепные элементооксановые высокомолекулярные соединения, поэтому полиэлементооксаны являются основным классом гетероцепных безуглеродных, или неорганических, полимеров.

К неорганическим полимерам относят все безуглеродные полиэлементооксаны со связями типа Р-О, В-О, S-О, Si-О, А1-О и др., а также многие безуглеродные гетероядерные соединения типа боридов, сульфидов, силицидов, карбидов и др.

Общепринято, что к высокомолекулярным соединениям относятся вещества, состоящие из атомов, связанных в макромолекулярную структуру ковалентными связями. Установлено, что содержание ковалентных связей в неорганических полимерах составляет от 50 до 80%.

Макромолекулы неорганических полимеров могут быть не только гетероцепными, но и гомоатомными. Хорошо известны органические гомоатомные полимеры углерода - алмаз и графит, о которых говорилось выше (гл. 4).

Менее известны гомоатомные неорганические полимеры серы, селена, теллура. Гомоатомные полимеры серы имеют молекулярную массу от 5000 до 300 000, температуру стеклования 248-250 К и проявляют высокоэластические свойства при температуре 273-353 К. Но большинство химических элементов не способно к образованию устойчивых гомоатомных высокомолекулярных соединений.

Гетероцепные неорганические полимеры известны значительно шире. Благодаря своему строению они более стабильны и устойчивы к различным воздействиям.

Гетероцепные неорганические полимеры, так же как и органические, могут иметь линейное и сетчатое строение. К линейным относятся силикатные стекла на основе оксида кремния, полифосфаты и полибораты (соединения на основе солей полифосфорной и поли- борной кислот соответственно). Высокомолекулярную природу силикатов наш великий соотечественник Д.И. Менделеев предсказал еще в XIX в. и писал о кремнеземе как о полимере.

Другой неорганический гетероцепной полимер на основе диоксида кремния - кварц - имеет трехмерное сетчатое строение.

Хорошо известны другие природные неорганические полимерные материалы на основе силикатов - асбест, слюда, тальк. Разработаны технологии синтеза этих полимеров, причем технические характеристики искусственных материалов выше, чем природных.

Важнейшую группу неорганических гетероцепных полимерных материалов составляют керамики различного состава.

Что же позволяет считать эти материалы полимерными? Прежде всего, наличие высокой анизотропии макромолекулы и соединение атомов между собой прочными ковалентными связями. Наряду с этим для безуглеродных полимеров так же, как и для органических полимеров, неизвестно газообразное состояние. Так же как и органические высокомолекулярные соединения, безуглеродные полимеры делятся на термопласты (например, силикатные стекла) и реактопла- сты (например, оксидная керамика).

Растворы и расплавы неорганических полимеров по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ имеют повышенную вязкость, которая возрастает с увеличением молекулярной массы. Сетчатые неорганические полимеры так же, как и сетчатые органические полимеры, не способны к растворению.

Неорганические полимерные материалы линейного строения способны находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. На рис. 17.1 показаны термомеханические кривые органических и неорганических полимеров. Кривые построены путем измерения при различных температурах угла кручения ф круглого стержня из исследуемого материала.

Из приведенных данных видно, что неорганические стекла, так же как и органические полимеры, имеют два температурных перехо-

Рис. 17.1. Термомеханические кривые органических и неорганических полимеров: 1 - оргстекла; 2- эбонита; 3, 4, 5 - силикатных стекол (свинцового, щелочного и малощелочного соответственно)

да, при которых их свойства (в данном случае угол закручивания стержня) резко изменяются, что связано с их переходами из стеклообразного в высокоэластическое и из высокоэластического в вязкотекучее состояние.

Многие неорганические полимеры имеют сетчатое строение и, как органические реактопласты, не могут проявить высокоэластич- ность. Для сетчатых неорганических полимеров, как и для органических, имеющих трехмерную сетку, понятие «макромолекула» теряет смысл, поскольку все их атомы соединены в единую сетчатую структуру, образующую гигантскую сверхмакромолекулу.

Технология получения неорганических высокомолекулярных соединений, так же как и органических, основана на полимеризации и поликонденсации. Синтез неорганических полимеров сетчатого строения и формование из них изделий происходят одновременно, так же как и при изготовлении изделий из реактопластов.

Пластификация неорганических полимеров производится низкомолекулярными веществами и позволяет снизить температуру стеклования, аналогично тому, как это происходит при пластификации органических полимеров органическими пластификаторами. В качестве пластификаторов неорганических полимеров используют воду, спирты, аммиак, газы - азот и кислород, позволяющие снизить уровень межмолекулярного взаимодействия и увеличить интервал между температурами стеклования и текучести.

Неорганические полимеры склонны к образованию надмолекулярных структур. Различными методами установлено, что в структуре стекол имеются микронеоднородности, обладающие строгой упорядоченностью. Один структурно-упорядоченный элемент в стекле приходится на объем 1(Г 28 см 3 . Размеры таких элементов, как правило, чрезвычайно малы (от 1 до 300 нм), поэтому существенного влияния на свойства стекол они не оказывают. В некоторых материалах с помощью зародышей кристаллизации специально создается двухфазная аморфно-кристаллическая структура, которая позволяет получать материалы с заданными свойствами.

На рис. 17.2 приведены фотографии микроструктуры неорганических полимеров на основе оксидов металлов, на которых отчетливо видны надмолекулярные образования, свидетельствующие о структурной упорядоченности этих материалов.

Рис. 17.2. Надмолекулярные структуры неорганических полимеров (х10 000): а - топливной таблетки U0 2 ; б - шпинели MgAl 2 0 4

Макромолекулы безуглеродных линейных полиэлементооксанов, так же как и органических полимеров, обладают гибкостью. Распространенное мнение об отсутствии гибкости у макромолекул неорганических полимеров основано на том, что большинство безуглеродных природных полимеров (силикатов) имеют трехмерную структуру, жестко ограничивающую сегментальную подвижность макромолекул.

Физические и химические свойства неорганических полимеров принципиально отличаются от свойств органических и элементоорганических полимеров, что является следствием различий в структуре главной цепи. Они обладают высокой прочностью и твердостью, тугоплавкостью и жаростойкостью, износостойкостью и отличными диэлектрическими свойствами, химически и биологически инертны.

Благодаря этим свойствам неорганические полимеры находят широкое применение в качестве огнеупорных, жаропрочных и сверхпрочных конструкционных материалов. Из них делают катализаторы и адсорбенты, клеи и герметики с высокой теплостойкостью, эти материалы применяются при изготовлении лазерного и электронного оборудования. Широко используются неорганические полимеры в качестве строительных материалов, а также в ортопедии и стоматологии. И это только начало.

Таблица 17.1. Прогноз развития исследований и разработок в области керамических материалов и стекла

В табл. 17.1 приведены прогнозы развития исследований в области неорганических полимерных материалов, которые показывают, что это направление материаловедческой науки должно привести к революционным изменениям в области создания новой техники.

Дальнейшее развитие использования этих материалов связано с необходимостью снижения их стоимости и расширения объемов производства.

Контрольные вопросы

• 1. Какие химические элементы могут образовывать неорганические полимерные материалы?
• 2. Какими связями соединены атомы в неорганических полимерных материалах?
• 3. Приведите примеры неорганических конструкционных материалов.
• 4. Какими важнейшими свойствами, присущими высокомолекулярным соединениям, обладают неорганические полимеры?
• 5. Какие физические состояния известны для неорганических полимеров?
• 6. Как можно классифицировать неорганические полимеры по отношению к нагреванию?
• 7. Можно ли пластифицировать неорганические полимеры?
• 8. Применимо ли понятие о надмолекулярной структуре к неорганическим полимерам?
• 9. Каковы отличительные свойства неорганических конструкционных материалов?

Неорганические полимеры - термин, который приобрел известность благодаря широкому применению в литье по выплавляемым моделям . А все благодаря свойствам, которые присущи этим материалам. Но значение неорганических полимеров для человека намного шире, и сфера применения далеко выходит за рамки этой технологии.

Что такое неорганические полимеры

Более распространены неорганические полимеры природного происхождения, содержащиеся в земной коре

Чаще всего это продукт синтеза элементов III-VI группы периодической системы Менделеева. Неорганическими они называются потому, что в основе лежат неорганические главные цепи и не имеют органические боковые радикалы. Связи появляются в результате одного из двух процессов - поликонденсация или полимеризация.

Говоря обобщенно, неорганические полимеры - это искусственно синтезированные материалы, которые пришли на смену природным. При этом создатели преследовали цель сделать их дешевле. Современные полимеры превосходят имеющиеся природные аналоги по своим характеристикам. Были созданы материалы, которыми природа не обладает вовсе. Это обеспечивает их популярность и разнообразие.

Классификация

Пока еще не сформирован четкий перечень видов, но есть несколько основных групп неорганических полимеров, которые разнятся по своей структуре. Такие материалы бывают:

• линейными;
• плоскими;
• разветвленными;
• трехмерные и т.д.

Также различают по происхождению:

• природные;
• искусственные.

По образованию цепей:

• гетероцепные;
• гомоцепные.

Виды неорганических полимеров

Асбест - один из самых распространенных полимеров. По своей структуре это тонковолоконный материал - силикат. В своем составе он включает молекулы железа, магния, кальция и натрия. Производство этого полимера относится к числу вредных для человека, но изделия из него абсолютно безопасны.

Силикон также нашел свое применение благодаря тому, что по многим характеристикам превосходит природный каучук. Прочность и эластичность обеспечивает соединение кислорода и кремния. Полисиликонсан выдерживает механические, температурные, деформационные воздействие. При этом форма и структура остается неизменной.

Карбин пришел на смену алмазу. Он также прочен, что необходимо во многих отраслях промышленности. Для этого полимера характерна способность выдерживать температуру до 5 000 ºC. Особенность - увеличение электропроводности под воздействием световых волн.

Графит известен всем, кто когда-либо брал в руки карандаш. Особенность углеводородистых полимеров - плоскостная структура. Они проводят электрические разряды, тепло, но полностью поглощают световую волну.

Также производятся полимеры, в основе которых применен селен, бор и другие элементы, что обеспечивает разнообразие характеристик.

Характеристики неорганических полимеров

При создании полимерных материалов за основу качеств конечного продукта берут:

• гибкость и эластичность;
• прочность на сжатие, кручение, разрыв;
• агрегатное состояние; температурная стойкость;
• электропроводность;
• способность пропускать свет и т.д.

при изготовлении берут чистое вещество, подвергают его специфическим процессам полимеризации, и на выходе получают синтетические (неорганические) полимеры, которые:

1. Выдерживают запредельные температуры.
2. Способны принимать изначальную форму после деформации под действием внешних механических сил.
3. Становятся стеклообразными при нагревании до критической температуры.
4. Способны менять структуру при переходе от объемной к плоскостной, чем обеспечивается вязкость.

Способность преобразовываться используется при формовом литье. После остывания неорганические полимеры твердеют, и приобретают также различные качества от прочного твердого до гибкого, эластичного. При этом обеспечивается экологическая безопасность, чем не может похвастаться обычный пластик. Полимерные материалы не вступают в реакцию с кислородом, а прочные связи исключают высвобождение молекул.

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон - отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.

Особые свойства, применяемые человеком

Суть в том, что в результате синтеза образуются макромолекулы объемного (трехмерного) типа. Прочность обеспечивается сильными связями и структурой. Как химический элемент неорганические полимеры ведут себя аморфно, и не вступают в реакцию с другими элементами и соединениями. Это особенность позволяет использовать их в химической промышленности, медицине, при производстве продуктов питания.

Термическая стойкость превышает все показатели, которыми обладают природные материалы. Если волокна используются для формирования армированного каркаса, то такая конструкция выдерживает на воздухе температуру до 220 градусов. А ели речь идет о борном материале, то предел температурной прочности поднимается до 650 градусов. Именно поэтому полеты в космос без полимерсан были бы невозможными.

Но это если говорить о качествах, превосходящих природные. Те же изделия, которые изготовлены из этих соединений, которые похожи по качеству к натуральным, имеют особое значение для человека. Это дает возможность снизить стоимость одежды, заменив, например, кожу. При этом внешних отличий практически нет.

В медицине на неорганические полимеры возлагаются особые надежды. Их этих материалов планируется изготавливать искусственные ткани и органы, протезы и т.д. Химическая устойчивость позволяет обрабатывать изделия активными веществами, что обеспечивает стерильность. Инструмент становится долговечным, полезным и безопасным для человека.

Неорганические полимеры - высокомолекулярные соедине­ния, которые состоят полностью из неорганических атомных звеньев.

Особенностью неорганических полимеров является то, что они образуются в неживой природе. Они также распростране­ны в минеральном мире, как и органические полимеры в жи­вой природе. Неорганические полимеры образуют окислы кремния, алюминия и других многовалентных элементов, кото­рые имеют на земле наибольшее распространение. Более 50% всей массы земного шара состоит из кремниевого ангидрида, а в наружной части земной коры (гранитный слой) его содержа­ние достигает 60%, причем большая часть кремния находится в виде полимеров чистого кремниевого ангидрида и сложных си­ликатов.

Многие ювелирные камни также являются полимерами. Так, горный хрусталь и аметист - почти чистый полимерный кремниевый ангидрид; рубин, сапфир, корунд - полимер окн-си алюминия. Алмаз, графит - это полимеры углерода.

Кварц - важнейшая составная часть горных пород и пес­ка - представляет собой модификацию кремниевого ангидрида. Следовательно, стеклянные изделия, получаемые путем плавле­ния песка, состоят из полимеров кремниевого ангидрида.

Глина состоит из высокомолекулярных алюмосиликатов пе­ременного состава, поэтому получаемые из нее керамические изделия также содержат неорганические полимеры.

Неорганические полимеры в зависимости от происхождения подразделяются на природные, искусственные и синтетиче­ские.

Природные полимеры образуются в природе и относятся чаще к сырьевым ресурсам. Товарами они становятся лишь после их добычи и технологической обработки, чаще механической, пу­тем шлифовки, огранки и других операций. Примером могут служить алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные и по­делочные камни. Наиболее распространенными природными полимерами являются полисилоксаны, полиалюматы и полиуг-лсроды. К последним относится алмаз, графит, каменный и бу­рый уголь, карбин (минерал чароит). В чистом виде эти поли­меры встречаются редко, чаще с примесями других минераль­ных и органических веществ.

Искусственные полимеры образуются из природного поли­мерного сырья путем переплавки и других операций технологи­ческого производства. Примером таких полимеров могут слу­жить стекло, керамика и изделия из них (стеклянная, керами­ческая посуда и др.).

Синтетические полимеры - высокомолекулярные соедине­ния, создаваемые синтетическим путем. К ним можно отнести синтетические поделочные камни: корунды, фианиты, рубины и т. п. По многим потребительским свойствам (цвету, блеску и т. п.) эти полимеры не уступают природным. Однако есть и отличия. Например, бриллианты превосходят фианиты по про­зрачности, особенно заметной при большом увеличении.

Газы

Газы - составная часть многих товаров с пористой структу­рой, клеточным строением или специально насыщаемых (на­полняемых) газами. В количественном соотношении газы зани-

§ 3. Сухие неорганические вещества

мают небольшой удельный вес в товарах, однако для некоторых из них они имеют существенное значение для качества.

Наиболее распространенными являются газы атмосферного воздуха (Н 2 , Ы 2 , О 2 , СО 2) в том же или измененном (модифици­рованном) соотношении, что и нормальный газовый состав (21% О 2 , 78% Ы 2 , 0,03% СО 2 и инертные газы). Именно такой состав характерен для большинства товаров с пористой струк­турой. У «живых» товаров газы находятся в межклеточном про­странстве, при этом газовый состав изменяется за счет дыха­ния, интенсивности вывода СО 2 и поступления в ткани О а, а также газов из окружающей среды. Сохраняемость таких това­ров зависит от газового состава внутренней и внешней среды. При неблагоприятном газовом составе (например, отсутствии О 2 или избытке СО 2) могут возникать значительные дефекты, приводящие к гибели, а затем и порче живых организмов това­ров.

Газы поступают в товары из атмосферного воздуха через по­ры, микрокапилляры и другие отверстия на поверхности (на­пример, у плодов и овощей есть устьица, чечевички). Кроме то­го, газы могут образовываться биологическим или химическим путем в процессе производства или хранения. Например, при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, спирта, вин, квашеных овощей, сыров за счет спиртового и/или молочнокислого брожения выделяется углекислый газ, который формирует пористую структуру готовой продукции или создает игристый эффект (у игристых вин).

При производстве некоторых товаров их искусственно на­сыщают газами. Так, в шипучие вина и газированные напитки вводят углекислый газ (диоксид углерода), массовая доля кото­рого служит одним из идентифицирующих признаков ассорти­ментной принадлежности вида и разновидности товара (силь­но- и слабогазированные напитки). Повышенное содержание СО 2 улучшает также сохраняемость газированных, шипучих и игристых напитков, придает кислый вкус.

Многие товары пенистой структуры производят путем сби­вания и насыщения массы воздухом. К таким товарам относит­ся пастила, суфле, косметические пенки и т. п. Пористая структура хлебобулочных изделий формируется за счет газов, образующихся при брожении.

К числу неорганических газов относят и аммиак, который является одним из продуктов распада белков и аминокислот.

Наряду с указанными газами, при производстве и хранении могут образовываться или вводиться и другие газы. Так, воз­душные шарики заполняют водородом перед продажей. При брожении капусты выделяется сероводород и меркаптан - се-росодержащие газы, придающие продукции неприятный запах, поэтому их необходимо удалять. При микробиологической пор­че некоторых пищевых продуктов выделяются газы с гнилост­ным запахом.

Газы, попадающие к массу продукции, могут вызывать обра­зование внутренних пустот (раковин, полостей и т. п.), что снижает качество товаров. Такие дефекты иногда встречаются у металлических, керамических, стеклянных изделий, а также в хлебе, сырах, колбасах и других изделиях.

Таким образом, содержащиеся в товарах газы, несмотря на низкое их содержание, могут влиять на формирование и изме™ нение товароведных характеристик товаров.

Органические вещества товаров - это соединения, в состаЩ) которых входят атомы углерода и водорода. Они подразделяют*! ся на мономеры, олигомеры и полимеры.

Мономеры

Мономеры - органические вещества, состоящие из одного соединения и не подвергающиеся расщеплению с образовани­ем новых органических веществ. Распад мономеров происходит в основном до углекислого газа и воды.

Перечень основных веществ, относящихся к мономерам, представлен на рис. 25. Большинство из этих веществ характер­ны в основном для пищевых продуктов. В непродовольственных товарах мономеры встречаются в парфюмерно-косметической продукции (спирты, глицерин, жирные органические кислоты), изделиях бытовой химии (спирты и другие органические раство­рители), нефтепродуктах (углеводороды).

Моносахариды - мономеры, относящиеся к классу углево­дов, в состав молекулы которых входят углерод, водород и ки­слород (СН 2 О) П. Наибольшее распространение из них имеют гексозы (С 6 Н| 2 О 6) - глюкоза и фруктоза. Они встречаются в ос­новном в пищевых продуктах растительного происхождения

§ 4. Сухие органические вещества

(плодах и овощах, вкусовых напитках и кондитерских издели­ях). Промышленностью выпускается также чистая глюкоза и фруктоза как продукт питания и сырье для производства кон­дитерских изделий и напитков для диабетиков. Из натуральных продуктов больше всего глюкозы и фруктозы (до 60%) содер­жит мед.

Моносахариды придают продуктам сладкий вкус, обладают энергетической ценностью (1 г - 4 ккал) и влияют на гигро­скопичность содержащих их продуктов. Растворы глюкозы и фруктозы хорошо сбраживаются дрожжами и используются другими микроорганизмами, поэтому при содержании до 20% и повышенном содержании воды ухудшают сохраняемость.

Органические кислоты - соединения, в составе молекулы которых находится одна или несколько карбоксильных групп (-СООН).

В зависимости от числа карбоксильных групп органические кислоты подразделяются на моно-, ди- и трикарбоновые ки­слоты. Другими классификационными признаками этих кислот служит Число атомов углерода (от С 3 до С 4 о), а также амино- и фенольных групп. Классификация органических кислот пред­ставлена на рис. 26.

Монокарбоновые кислоты - соединения, содержащие одну карбоксильную группу; представлены уксусной, молочной, масляной, пропионовой и другими кислотами. Дикарбоновые кислоты ~ соединения с двумя карбоксильными группами; включают яблочную, щавелевую, винную и янтарную кислоты. Трикарбоновые кислоты - соединения е тремя карбоксильными группами, к ним относятся лимонная, щавелево-янтарная и другие кислоты. Моно-, ди- и трикарбоновые кислоты относят­ся, как правило, к низкомолекулярным.

Природные органические кислоты содержатся в свежих пло­дах и овощах, продуктах их переработки, вкусовых товарах, а также в кисломолочных продуктах, сырах, кисломолочном сли­вочном масле.

Органические кислоты - соединения, придающие продук­там кислый вкус. Поэтому они используются в виде пищевых добавок в качестве подкислителей (уксусная, лимонная, молоч­ная и другие кислоты) для сахаристых кондитерских изделий, алкогольных и безалкогольных напитков, соусов, а также неко­торых косметических товаров (кремов и т. п.).

Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют молочная, уксусная, лимонная, яблочная и винная кислоты, а в непродовольственных товарах - лимонная кислота. Отдельные виды кислот (лимонная, бензойная, сорбиновая) обладают бак­терицидными свойствами, поэтому их используют в качестве консервантов. Органические кислоты пищевых продуктов от­носятся к дополнительным энергетическим веществам, так как при их биологическом окислении выделяется энергия.

Жирные кислоты - карбоновые кислоты алифатического ряда с не менее шести атомов углерода в молекуле (С 6 -С 22 и выше). Они подразделяются на высшие (ВЖК) и низкомолеку­лярные (НЖК).

Жирные кислоты могут быть природными и синтетически­ми. Природные жирные кислоты - преимущественно одноос­новные кислоты с четным числом атомов углерода. Наиболее распространены природные высшие жирные кислоты с 12- 18 атомами углерода в молекуле. Жирные кислоты с числом атомов водорода от С 6 до С, 0 называют низкомолекулярными.

§ 4. Сухие органические вещества

ВЖК могут быть насыщенными и ненасыщенными (с двой­ными, реже тройными связями). Последние обладают высокой химической активностью: могут окисляться по месту разрыва двойных связей, присоединять галогены (йод, хлор и др.), водо­род (гидрогенизация), кислород.

Свободные ВЖК встречаются в природе редко, в основном как продукты неполного синтеза жиров в незрелых семенах масличных растений или гидролиза жиров при их хранении.

Важнейшие природные насыщенные ВЖК - стеариновая и пальмитиновая, а ненасыщенные - олеиновая, арахидоновая, линолевая и линоленовая. Из них последние две относятся к полиненасыщенным незаменимым жирным кислотам, обуслов­ливающим биологическую эффективность пищевых продуктов. Природные ВЖК могут содержаться в виде жиров во всех жи-росодержащих продуктах, однако в свободном виде они встре­чаются в небольшом количестве, так же как и НЖК.

Синтетические жирные кислоты (СЖК) - это смесь моно-карбоновых кислот с четным и нечетным числом атомов угле­рода. Их получают в промышленности из нефтехимического сырья (например, окисление парафина при высоких температу­рах и атмосферном давлении). СЖК применяют в производстве пластичных смазок, синтетических спиртов, лакокрасочных ма­териалов для улучшения смачиваемости и дисперчирования пигментов, предотвращения их оседания, изменения вязкости красок. Кроме того, СЖК используются при производстве ла-тексов и каучука в качестве эмульгатора при полимеризации бутадионсодержащих мономеров и искусственной кожи, а так­же в свечном производстве.

Синтетические ВЖК отличаются от природных большим диапазоном числа атомов углерода - от С 6 до С 25 , в то время как в природных ВЖК этот диапазон значительно меньше (С ]2 -С 18 , главным образом С 16 и С 18).

ВЖК в свободном виде - умеренно токсичные вещества, они оказывают раздражающее действие на неповрежденную ко­жу и слизистые оболочки. Поэтому их содержание в пищевых продуктах ограничивается определенным, максимально допус­тимым уровнем показателя «кислотное число».

Аминокислоты ~ карбоновые кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп (МН 2). В зависимости от природы кислотной фракции они подразделяются на моноаминомонокар-боновые (например, глицин, валин, лейцин и др.), диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин), гидрооксиаминокислоты (серии, треонин, тирозин), тиоаминокислоты (серосодержащие - цис-* тин, цистеин, метионин) и гетероциклические (гистидин, трип-**: тофан, пролин).

Аминокислоты в товарах могут находиться в свободном виде;, и в составе белков. Всего известно около 100 аминокислот, из. них почти 80 встречаются только в свободном виде. Плотами-* новая кислота и ее натриевая соль широко применяются в ка^ честве пищевой добавки в составе приправ, соусов, пищевых " концентратов на мясной и рыбной основах, так как усиливают; вкус мяса и рыбы. Ароматические аминокислоты используют; при производстве красителей. г Фенолкарбоновые (фенольные) кислоты - карбоновые кисло-;, ты, содержащие бензольное кольцо. Они могут встречаться в! свободном виде, а также входить в состав полифенолов. К фе-!, нольным относятся галловая, кофейная, ванилиновая, салици- т ловая, оксибензойная и коричные кислоты. Эти кислоты обла­дают бактерицидными свойствами, улучшают сохраняемость? товаров и повышают иммунные свойства организма человека. < Они содержатся в основном в свежих плодах и овощах, а также.* в продуктах их переработки и винах. I Амины и амиды - производные аммиака (МН 3). Амины - вещества, в молекуле которых один или несколько атомов во-; дорода замещены углеводородными радикалами (К). По числу- 1 , аминогрупп различают моно-, ди-, три- и полиамины. Назва-*; 1 , ния аминов образуют из названий органических остатков моле- 1 ^ кул, связанных с атомом азота. Например, метиламин, диметил-Ц амин, триметиламин образуются при гидролизе белков рыбы и мяса и служат признаком утраты свежести этих продуктов. а Амины придают продуктам неприятные запахи: аммиачный,*! гнилостный (запах гнилой рыбы).

Амины легко вступают в различные химические реакции с неорганическими и органическими кислотами, ангидридами карбоновых кислот, сложными эфирами с образованием раз­личных веществ: нитрозаминов (с азотной кислотой и нитрита­ми) красителей, полиамидов (при поликонденсации аминов и их производных), амидов.

Амины - промежуточные продукты при производстве кра­сителей, пестицидов, полимеров (в том числе полиамидов и по-лиуретанов), адсорбентов, ингибиторов коррозии, антиокси-дантов.

§ 4. Сухие органические вещества

Амиды - ацилпроизводные аммиака или аминов. Природ­ные амиды входят в состав пищевых продуктов (в основном в виде амидов аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспараги-на и глютамина), а также непродовольственных товаров, при производстве которых используются синтетические амиды (на­пример, пластификаторы бумаги, искусственной кожи, сырье для полимеров, красителей и т. п.).

Свойства. Амины в повышенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека: поражают нервную систему, нарушают проницаемость стенок кровеносных сосудов и кле­точных мембран, вызывают нарушение функций печени и раз­витие дистрофии. Некоторые ароматические амины - канце­рогены, вызывающие у человека рак мочевого пузыря.

Аспарагин в организме человека оказывает положительное действие: связывает аммиак, переносит его к почкам, что спо­собствует обезвреживанию и выведению из организма этого сильного яда, образующегося при глубоком распаде белков и дезаминировании аминокислот.

Витамины - низкомолекулярные органические соединения, являющиеся регуляторами или участниками процессов обмена веществ в организме человека.

Витамины могут самостоятельно участвовать в обмене ве­ществ (например, витамины С, Р, А и т. п.) или входить в со­став ферментов, катализирующих биохимические процессы (витамины В ь В 2 , В 3 , В 6 и др.).

Кроме указанных общих свойств, каждый витамин имеет специфические функции и свойства. Эти свойства рассматри­ваются в товароведении продовольственных товаров.

В зависимости от растворимости витамины подразделяют­ся на:

водорастворимые (В, В 2 , В 3 , РР, В 6 , В 9 , В, 2 , В 15 , С и Р

жирорастворимые (А, Д, Е, К).

К группе витаминов относят также витаминоподобные веще­ства, часть из которых называют витаминами (каротин, холин, витамин и, тартароновая кислота и др.).

Спирты - органические соединения, содержащие в молеку­лах одну или несколько гидроксильных групп (ОН) у насыщен­ных атомов углерода (С).

По количеству этих групп различают одно-, двух- (гликоли), трех- (глицерин) и многоатомные спирты.

Одноатомные спирты, содержащие одну гид роке ильную группу в зависимости от числа атомов С, подразделяются на низшие (С,-С 5) и высшие жирные (С 6 -С 2П) спирты. К н и з-шим спиртам относятся метанол (СН 5 ОН), этанол (С 2 Н 5 ОН), пропанол (С 3 Н 7 ОН) и др., а к высшим - гексиловый (С 6 Н П ОН), гептиловый (С 7 Н| 5 ОН), октиловый (С 8 Н, 7 ОН), но-ниловый (С 9 Н, 9 ОН) и другие спирты.

Эти спирты могут быть природными и синтетиче­скими. Природные спирты встречаются в растительных орга­низмах в небольшом количестве п свободном и связанном виде (сложные эфиры). Этиловый спирт получают в качестве гото­вой продукции в спиртовой промышленности, а также в вино­делии, ликеро-водочной, пивоваренной промышленности, при производстве вин, водок, коньяка, рома, виски, пива. В качест­ве нежелательных примесей образуются метиловый, бутиловый и высшие спирты, снижающие качество и безопасность готовой продукции. Кроме того, этиловый спирт в небольших количе­ствах образуется при производстве кефира, кумыса и кваса. Высшие жирные спирты в пищевых продуктах не встречаются в свободном виде, а присутствуют в виде эфира в восках.

Спирты, особенно этиловый, входят в состав и ряда непро­довольственных товаров: парфюмерно-косметических, бытовой химии в качестве растворителей ароматических и красящих ве­ществ, жирных кислот и жиров. Спирты применяют как сырье для синтеза различных органических соединений (формальде­гида, ацетона, диэтилового эфира, сложных эфиров карбоно-вых кислот), а также в производстве красителей, синтетических волокон, душистых веществ, моющих средств и т. п. Метило­вый спирт используется в качестве моторного топлива.

Набольшее значение в товарах имеют следующие спирты: этиловый, амиловый, бутиловый, бензиловый, метиловый, про-пидовый, высшие жирные спирты, этилснгликоль.

Свойства. Спирты - жидкости или твердые вещества, хоро­шо растворимые во многих органических растворителях. Низ­шие спирты хорошо растворяются в воде, а высшие - плохо.

§ 4. Сухие органические вещества

Многие одноатомные спирты - токсичные вещества. Их токсичность зависит от дозы. Один из наиболее токсичных спиртов - метанол, смертельная доза которого 100-150 мл. Смертельная доза этанола значительно выше - 9 г на 1 кг мас­сы тела. Высшие жирные спирты С 6 -С 10 раздражают слизистые оболочки, слабо - кожу, поражают зрение и паренхимныс тка­ни. Предельно допустимый уровень для них - 10 мг/м 3 . Спир­ты С,-С 2П - практически не токсичны.

Двухатомные (гликоли) и многоатомные спирты практически не токсичны, за исключением этиленгликоля, образующего в организме ядовитую щавелевую кислоту.

Особое место среди спиртов занимает глицерин как один из компонентов жиров. Поэтому этот спирт мы рассмотрим более подробно.

Глицерин (от греч. ё1укего$ - сладкий) - трехатомный спирт, представляющий собой бесцветную вязкую жидкость сладкого вкуса без запаха. Он смешивается в любых соотношениях с во­дой, этанолом, метанолом, ацетоном, но нерастворим в хлоро­форме и эфире, обладает высокой гигроскопичностью. Глице-риново-водные растворы замерзают при низких температурах (например, водная смесь с 66,7% глицерина замерзает при тем­пературе -46,5 °С).

В природе глицерин встречается только в виде эфиров с высшими жирными кислотами - жиров, из которых его и по­лучают путем омыления. Глицерин входит в состав ряда пар­фюмерно-косметических изделий, ликеров, сахаристых конди­терских изделий. Кроме того, он используется в качестве мяг-чителя для тканей, кожи, бумаги, смазок, кремов для обуви, мыла.

Углеводороды - органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Различают алифатические и ациклические углеводороды. Алифатические углеводороды харак­теризуются наличием линейных или разветвленных цепей (ме­тан, этан, ацетилен, изопрен). В отличие от них ациклические углеводороды имеют молекулы, состоящие из циклов (колец) трех и более атомов углерода (например, фенол, бензол).

В зависимости от химической природы различают насыщен­ные (с простыми связями) и ненасыщенные (двойные, тройные связи), а по консистенции - газообразные, жидкие и твердые углеводороды. К газообразным веществам относятся низшие углеводороды (С,-С 4): метан, этан, пропан, бутан и изобутан, причем метан и пропан используются как бытовой газ, топливо и сырье для перерабатывающей промышленности. Эти газы не имеют цвета и запаха.

Жидкие углеводороды представлены веществами, имеющи­ми количество атомов углерода от С 5 до С 17 . Это бесцветные жидкости с характерным «бензиновым» запахом. К ним отно­сятся пентан, изопентан, гексан, гептан, октан, нонант и др.

Твердые углеводороды - это бесцветные вещества, относя­щиеся к высшим насыщенным углеводородам с С 18 и более (на­пример, эйкозан, гектан и др.)- Смесь твердых насыщенных уг­леводородов (С 18 -С 35) представляет собой парафин, а смесь различных газообразных, жидких и твердых углеводородов, по­лучаемых из нефти, - нефтепродукты.

Насыщенные углеводороды входят в состав бытового газа, моторного топлива. Жидкие углеводороды применяют в качест­ве растворителей, твердые (парафин, перезин) - при производ­стве пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств. Парафин используется при производстве свечей, спи­чек, карандашей, для защитных покрытий тары (например, дошников для квашения капусты), упаковочных материалов (вощеная бумага), апперетирования тканей, а также для произ­водства синтетических жирных кислот.

Ненасыщенные углеводороды широко применяют в химиче­ской промышленности для получения синтетических полиме­ров: полиэтилена, полипропилена, различных каучуков, уксус­ной кислоты.

В природе ненасыщенные углеводороды встречаются редко из-за их высокой реакционной способности. Так, этилен обра­зуется при созревании плодов и овощей, ускоряя этот процесс на материнском растении и при хранении. Терпены - высшие ненасыщенные углеводороды входят в состав эфирных масел свежих плодов и овощей. Красящие вещества оранжевого и ро­зового цвета - каротин, ликопин, содержащиеся во многих плодах и овощах (абрикосы, персики, облепиха, морковь, тык­ва, томаты, арбузы и др.), относятся к ненасыщенным углево­дородам. Терпены содержатся также в скипидаре и печени акул (сквален).

Завершая рассмотрение мономеров, следует отметить, что за редким исключением они содержатся в продовольственных и непродовольственных товарах растительного и животного про-

§ 4. Сухие органические вещества

исхождения в небольшом количестве. Это объясняется тем, что растения и животные стремятся строить свои ткани за счет по­лимеров, а запасать резервные вещества в виде олигомеров и полимеров. В неживой природе мономеры чаще накапливаются в углеводородной форме.

Олигомеры

Олигомеры - органические вещества, состоящие из 2-10 ос­татков молекул однородных и разнородных веществ.

В зависимости от состава олигомеры подразделяются на од-нокомпонентные, двух-, трех- и многокомпонентные. К одно-компонентным олигомерам относятся некоторые олигосахари-ды (мальтоза, трегалоза), к двухкомпонентным - сахароза, лак­тоза, жиры-моноглицериды, в состав которых входят остатки молекул глицерина и только одной жирной кислоты, а также гликозиды, сложные эфиры; к трехкомпонентным - рафиноза, жиры-диглицериды; к многокомпонентным - жирььтриглице-риды, липоиды: фосфатиды, воска и стероиды.

Олигосахариды - углеводы, в состав которых входят 2-10 ос­татков молекул моносахаридов, связанных гликозидными связя­ми. Различают ди-, три- и тетрасахариды. Наибольшее распро­странение в пищевых продуктах имеют дисахариды - сахароза и лактоза, в меньшей мере - мальтоза и трегалоза, а также триса-хариды - рафиноза. Указанные олигосахариды содержатся только в пищевых продуктах.

Сахароза (свекловичный, или тростниковый, сахар) - диса-харид, состоящий из остатков молекул глюкозы и фруктозы. При кислотном или ферментативном гидролизе сахароза распа­дается на глюкозу и фруктозу, смесь которых в соотношении 1: 1 раньше называли инвертным сахаром. В результате гидро­лиза усиливается сладкий вкус продуктов (например, при со­зревании плодов и овощей), поскольку фруктоза и инвертный сахар обладают повышенной степенью сладости, чем сахароза. Так, если степень сладости сахарозы принять за 100 условных единиц, степень сладости фруктозы будет равна 220, а инверт-

ного сахара - 130.

Сахароза является преобладающим сахаром следующих пи­щевых продуктов: сахара-песка, сахара-рафинада (99,7-99,9%), сахаристых кондитерских изделий (50-96), некоторых плодов и овощей (бананы - до 18%, дыни - до 12, лук - до 10-12%),сладких и десертных ароматизированных вин, ликеров, нали­вок и т. д. Кроме того, сахароза может содержаться в неболь­ших количествах и в других пищевых продуктах растительного происхождения (зерномучных товарах, во многих алкогольных и безалкогольных напитках, слабоалкогольных коктейлях, муч­ных кондитерских изделиях), а также сладких молочных това­рах - мороженом, йогуртах и т. п. Сахароза отсутствует в пи­щевых продуктах животного происхождения, табачных издели­ях и непродовольственных товарах.

Лактоза (молочный сахар) - дисахарид, состоящий из остат­ков молекул глюкозы и галактозы. При кислотном или фермен­тативном гидролизе лактоза распадается до глюкозы и галакто­зы, которые и используются живыми организмами: человека, дрожжей или молочнокислых бактерий.

Лактоза по степени сладости значительно уступает сахарозе и глюкозе, которая входит в ее состав. Уступает она им и по рас­пространенности, так как содержится в основном в молоке раз­ных видов животных (3,1-7,0%) и отдельных продуктах его пе­реработки. Однако при использовании молочнокислого и/или спиртового брожений в процессе производства (например, ки­сломолочных продуктов) и/или сычужного фермента (при про­изводстве сыров) лактоза полностью сбраживастся.

Мальтоза (солодовый сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Это вещество встречается как про­дукт неполного гидролиза крахмала в солоде, пиве, хлебе и мучных кондитерских изделиях, приготовленных с использова­нием проросшего зерна. Она содержится только в небольших количествах.

Трегалоза (грибной сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Этот сахар мало распространен в природе и содержится в основном в пищевых продуктах одной группы - свежих и сушеных грибах, а также в натуральных консервах из них и дрожжах. В квашеных (соленых) грибах тре-галоза отсутствует, поскольку расходуется при брожении.

Рафиноза - трисахарид, состоящий из остатков глюкозы, фруктозы и галактозы. Как и трегалоза, рафиноза мало распространенное вещество, встречающееся в небольших количествах в зерномучных товарах и свекле.

Свойства. Все олигосахариды являются запасными пита­тельными веществами растительных организмов. Они хорошо растворимы в воде, легко подвергаются гидролизу до моносаха-

§ 4. Сухие органические вещества

ридов, обладают сладким вкусом, но степень их сладости раз­лична. Исключение составляет лишь рафиноза - несладкая на

Олигосахариды гигроскопичны, при высоких температурах (160-200 °С) происходит их карамелизация с образованием темноокрашенных веществ (карамелинов и др.). В насыщенных растворах олигосахариды могут образовывать кристаллы, кото­рые в ряде случаев ухудшают консистенцию и внешний вид продуктов, вызывая образование дефектов (например, засаха­ривание меда или варенья; образование кристаллов лактозы в сгущенном молоке с сахаром, сахарное поседение шоколада).

Липиды и липоиды - олигомеры, в состав которых входят ос­татки молекул трехатомного спирта глицерина или других вы­сокомолекулярных спиртов, жирных кислот, а иногда и других

Липиды - это олигомеры, являющиеся сложными эфирами глицерина и жирных кислот - глицеридами. Смесь природных липидов, в основном триглицеридов, принято называть жира­ми. В товарах содержатся именно жиры.

В зависимости от количества остатков молекул жирных ки­слот в глицсридах различают моно-, ди- и три&шцериды, а в за­висимости от преобладания предельных или непредельных ки­слот жиры бывают жидкие и твердые. Жидкие жиры бывают чаще всего растительного происхождения (например, расти­тельные масла: подсолнечное, оливковое, соевое и т. п.), хотя есть и твердые растительные жиры (какао-масло, кокосовое, пальмоядровое). Твердые жиры - это в основном жиры живот­ного или искусственного происхождения (говяжий, бараний жир; коровье масло, маргарин, кулинарные жиры). Однако среди животных жиров есть и жидкие (рыбий, китовый, ко­пытный и т. п.)-

Жиры содержатся во всех пищевых продуктах, кроме от­дельных их групп, указанных далее в классификации как шес­тая группа. В непродовольственных товарах жиры содержатся в ограниченном количестве групп: в косметических изделиях (кремах, лосьонах) и в строительных товарах (олифе, масляных красках, замазке, смазочных маслах и т. п.), В небольшом ко­личестве жир находится в меховых и кожаных изделиях, изго­товленных из натуральных материалов животного происхожде­ния, так как в состав оболочек и органелл животной клетки обязательно входят липоиды и липиды.

В зависимости от количественного содержания жиров в потребительские товары можно подразделить на следующие*! группы. -,

1. Товары с супервысоким содержанием жиров (97,0-99,9%)." К ним относятся растительные масла, животные и кулинарные жиры, коровье топленое масло, олифа, технические масла.

2. Товары с преимущественным содержанием жиров (60- 82,5%) представлены сливочным маслом, маргарином, шпиком свинины, орехами: грецкими, кедровыми, фундуком, минда* лем, кешью и т. п.; масляными красками.

3. Товары с высоким содержанием жиров (25-59%). В эту группу входят концентрированные молочные продукты: сыры, мороженое, молочные консервы, сметана, творог, сливки с по­вышенной жирностью, майонез; жирные и средней жирности мясо, рыба и продукты их переработки, икра рыб; яйцо; не­обезжиренная соя и продукты ее переработки; торты, пирож­ные, сдобное печенье, орехи, арахис, шоколадные изделия, хал­ва, кремы на жировой основе и др.

4. Товары с низким содержанием жиров (1,5-9,0%) - бобо­вые крупы, закусочные и обеденные консервы, молоко, сливки, кроме высокожирных, кисломолочные напитки, отдельные ви­ды нежирной рыбы (например, семейства тресковых) или мяса II категории упитанности и субпродуктов (кости, головы, нож­ки и т. п.).

5. Товары с очень низким содержанием жиров (0,1 - 1,0%) - большинство зерномучных и плодоовощных товаров, кроме сои, орехов, обеденных и закусочных консервов; мучных кон­дитерских изделий, вошедших в третью группу; меховые и ко­жаные изделия.

6. Товары, не содержащие жиров (0%) - большинство непро­довольственных товаров, кроме вошедших в другие группы, вспомогательные пищевые продукты, вкусовые напитки, са­харистые кондитерские изделия, кроме карамели и конфет с молочными и ореховыми начинками, ириса; сахар; мед; алко­гольные, слабоалкогольные и безалкогольные напитки, кроме эмульсионных ликеров на молочной и яичной основах; табач­ные изделия.

Общие свойства. Жиры являются запасными питательными веществами, обладают самой высокой энергетической ценно­стью среди других питательных веществ (I г - 9 ккал), а также биологической эффективностью, если содержат лолиненасы-

§ 4. Сухие органические вещества

шенные незаменимые жирные кислоты. Жиры имеют относи­тельную плотность меньше 1, поэтому легче воды. Они нерас­творимы в воде, но растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе и др.). С водой жиры в присутствии эмульгаторов образуют пищевые эмульсии (кремы, маргарин, майонез).

Жиры подвергаются гидролизу при действии фермента ли­пазы или омылению под действием щелочей. В первом случае образуется смесь жирных кислот и глицерина; во втором - мы­ла (солей жирных кислот) и глицерина. Ферментативный гид­ролиз жиров может происходить и при хранении товаров. Ко­личество образующихся свободных жирных кислот характери­зуется кислотным числом.

Усвояемость жиров во многом зависит от интенсивности липаз, а также температуры плавления. Жидкие жиры с низ­кой температурой плавления усваиваются лучше, чем твердые с высокой температурой плавления. Высокая интенсивность усвоения жиров при наличии большого количества этих или других энергетических веществ (например, углеводов) приво­дит к отложению их избытка в виде жира-депо и ожирению. Поэтому при организации рационального питания должны преобладать твердые животные жиры (50-60% суточной по­требности).

Жиры, содержащие непредельные (ненасыщенные) жирные кислоты, способны к окислению с последующим образованием перекисей и гидроперекисей, которые оказывают вредное воз­действие на организм человека. Товары с прогоркшими жира­ми утрачивают безопасность и подлежат уничтожению или промпсреработке. Прогоркание жиров служит одним из крите­риев окончания срока годности или хранения жиросодержащих товаров (овсяной крупы, пшеничной муки, печенья, сыров и др.). Способность жиров к прогорканию характеризуется йод­ным и псрекисным числами.

Жидкие жиры с высоким содержанием непредельных жир­ных кислот могут вступать в реакцию гидрогенизации - на­сыщения таких кислот водородом, при этом жиры приобре­тают твердую консистенцию и выполняют функцию замени­телей некоторых твердых животных жиров. Данная реакция положена в основу производства маргарина и маргариновой продукции.

При высокой температуре жиры плавятся, кипят, а затем и разлагаются с образованием вредных веществ (при температуре более 200 °С).

Липоиды - жироподобные вещества, в состав молекул кото­рых входят остатки глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных и фосфорной кислот, азотистых и других ве­ществ.

К липоидам относятся фосфатиды, стероиды и воска. От ли-пидов они отличаются наличием фосфорной кислоты, азоти­стых оснований и других веществ, отсутствующих в липидах. Это более сложные вещества, чем жиры. Большинство их объе­диняет наличие в составе жирных кислот. Второй компонент - спирт - может иметь разную химическую природу: в жирах и фосфатидах - глицерин, в стероидах - высокомолекулярные циклические спирты-стерины, в восках - высшие жирные спирты.

Наиболее близки по химической природе к жирам фосфати­ды (фосфолипиды) - сложные эфиры глицерина жирных и фосфорной кислот и азотистых оснований. В зависимости от химической природы азотистого основания выделяют следую­щие разновидности фосфатидов: лецитин (новое название - фосфатидилхолин), в составе которого содержится холин; а также кефалин, содержащий этаноламин. Наибольшее распро­странение в природных продуктах и применение в пищевой промышленности имеет лецитин. Лецитином богаты желтки яиц, субпродукты (мозги, печень, сердце), молочный жир, бо­бовые крупы, особенно соя.

Свойства. Фосфолипиды обладают эмульгирующими свой­ствами, благодаря чему лецитин используется в качестве эмуль­гатора при производстве маргарина, майонеза, шоколада, моро­женого, а также некоторых кремов.

Стероиды и воска являются сложными эфирами высокомо­лекулярных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот (С, 6 -С 3 б)- Они отличаются от других липоидов и липидов от­сутствием в их молекулах глицерина, а друг от друга -спирта­ми: стероиды содержат остатки молекул стеринов - цикличе­ских спиртов, а воска - одноатомные спирты с 12-46 атомами С в молекуле. В зависимости от происхождения стерины под­разделяются на растительного - фитостерины; животного - зоостерины и микробиологического происхождения - микро-стерины. Основной стерин растений - р-ситостерин, живот-

ных - холестерин, микроорганизмов - эргостерин. Ситосте-рином богаты растительные масла, холестерином - коровье масло, яйцо, субпродукты. В шерсти и мехе животных в значи­тельных количествах содержится холестерин и другие зоостери­ны, в частности ланостерин.

Свойства. Стероиды нерастворимы в воде, не омыляются щелочами, имеют высокую температуру плавления, обладают эмульгирующими свойствами. Холестерин и эргостерин под воздействием ультрафиолетовых лучей могут превращаться в

витамин О.

Стерины и стероиды встречаются вместе с липидами в пи­щевых продуктах, а также в шерстяных и меховых изделиях.

Воска подразделяются на природные и синтетические, а природные - на растительные и животные. Растительные воска входят в состав покровных тканей листьев, плодов, стеблей. Некоторые растительные воска (карнаубский, пальмо­вый) используют в пищевой промышленности в качестве глази-рователей. Животные воска - пчелиный, ланолин овечь­ей шерсти, спермацет кашалотов - используются при произ­водстве косметических товаров, а пчелиный воск - в качестве глазирователя поверхности пищевых продуктов.

Синтетические воска в зависимости от типа исход­ного сырья подразделяют на частично и полностью синтетиче­ские. Их применяют при производстве политур, защитных ком­позиций, изолирующих материалов, компонентов кремов в косметике и мазей в медицине.

Таким образом, воска встречаются в небольшом количестве в пищевых продуктах растительного происхождения, а также в непродовольственных товарах: косметических (кремы, губная помада, мыло), бытовой химии (мастики для натирки полов, восковые свечи), шерстяных и меховых изделиях (шерстяной

Воска выполняют защитную функцию благодаря своим свойствам: пластичности, химической инертности. Они не смачиваются водой, водонепроницаемы, нерастворимы в воде, этаноле, но растворимы в бензине, хлороформе, диэтиловом

Гликозиды - олигомеры, в которых остаток молекул моноса-харидов или олигосахаридов связан с остатком неуглеводного вещества - аглюкона через гликозидную связь.

К неорганическим относятся полимеры, макромолекулы
которых имеют неорганические главные цепи и не содер­жат органических боковых радикалов (обрамляющих групп).

Неорганические полимеры классифицируются по про­исхождению (синтетические и природные), конфигура­ции макромолекул (линейные, разветвленные, лестнич­ные, регулярные и нерегулярные плоскосетчатые, регу­лярные и нерегулярные пространственно-сетчатые и т. д.), химической структуре главной цепи - гомоцепные (гомоатомные) и гетероцепные (гетероатомные). Природные неорганические полимеры, относящиеся к группе сетчатых, чрезвычайно распространены и в виде минералов входят в состав земной коры.

Неорганические полимеры отличаются по химиче­ским и физическим свойствам от органических или элементоорганических полимеров главным образом различ­ной электронной структурой главной цепи и отсутствием органических обрамляющих групп. Область существова­ния неорганических полимеров ограничена элементами III-IV групп Периодической системы. Большинство не­органических полимеров относится к категории минера­лов и кремнийсодержащих материалов.

БЕНТОНИТЫ

Бен­тонитовые глины - дешевое природное сырье. Благода­ря своим физико-химическим свойствам они привлекли большое внимание исследователей всего мира. Бентониты являются дисперсными системами с размером час­тиц менее 0,01 мм.

Глинистые минералы имеют сложный состав и пред­ставляют в основном алюмогидросиликаты.

Различие в строении кристаллических решеток обусловливает неодинаковую степень дисперсности глинистых минералов. Степень дис­персности каолинитовых частиц невелика и определяет­ся порядком нескольких микрон, в то время как монт­мориллониты при распаде диспергируются до элемен­тарных ячеек.

Бентониты характеризуются активным физико-хими­ческим взаимодействием с водой. Вследствие образова­ния гидратной оболочки частицы глинистых минералов способны прочно удерживать воду.

Широкое применение нашли бентониты в производстве зубных паст. По существу­ющим рецептурам в зубные пасты входят до 50% глицерина. Однако производство глицерина ограничено дефи­цитностью сырья, поэтому необходимо найти более де­шевый и доступный заменитель глицерина.

Глицерин в зубных пастах способствует стабилиза­ции твердых нерастворимых в воде веществ, предохра­нению пасты от высыхания, укреплению зубной эмали и в больших концентрациях консервирует их. Для стаби­лизации твердых нерастворимых веществ в последнее время широко используются монтмориллонитовые гли­ны. Предложено также использовать в зубных пастах вместо карбонита кальция в качестве абразивного сред­ства каолинит. Использование глинистых минералов (монтмориллонита в виде 8% геля и каолинита) в зуб­ных пастах позволяет освободить значительные количе­ства глицерина (до 27%) без ухудшения их свойств, осо­бенно при длительном хранении.

Монтморил­лониты могут быть использованы для повышения вязко­сти суппозиторных основ в суппозиториях, содержащих большие количества лекарственных препаратов. Уста­новлено, что добавление 5-15% монтмориллонита по­вышает вязкость суппозиторной основы, что обеспечивает равномерное распределение суспендированных лекар­ственных веществ в основе. Благодаря их адсорбционным свойствам глинистые минералы используются для очи­стки различных антибиотиков, ферментов, белков, ами­нокислот, витаминов.

АЭРОСИЛЫ

Аэросилы, так же как и бентониты, относятся к неорга­ническим полимерам. В противоположность бентонитам, которые являются природным сырьем, аэросилы отно­сятся к синтетическим продуктам.

Аэросилколлоидальная двуокись кремния, представляющая собой очень легкий белый по­рошок, который в тонком слое кажется прозрачным, го­лубоватым. Это высокодисперсный, микронизированный порошок с размером частиц от 4 до 40 мкм (в основном 10-30 мкм), плотностью 2,2 г/см3. Особенность аэросила состоит в его большой удельной поверхности - от 50 до 400м2/г.

Существует несколько марок аэросила, которые раз­личаются в основном по величине удельной поверхности, степени гидрофильности или гидрофобности, а также сочетаний аэросила с другими веществами. Стандарт­ный аэросил марок 200, 300, 380 имеет гидрофильную поверхность.

Аэросил получают в результа­те парофазного гидролиза четыреххлористого коемния в пламени водорода при температуре 1100-1400°С.

Многочисленными ис­следованиями установлено, что аэросил при применении внутрь хорошо переносится больными и является эффек­тивным средством при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта и других воспалительных процессов. Имеются сведения, что аэросил способствует сокращению гладкой мускулатуры и сосудов и обладает бактерицид­ными свойствами.

Благодаря фармакологи­ческой активности аэросила он нашел широкое примене­ние в фармации в различных лекарственных формах как при создании новых, так и при совершенствовании су­ществующих.

Аэросил широко применя­ется для стабилизации суспензий с различной дисперси­онной средой и суспензионных масляных линиментов. Введение аэросила в состав масляных и водно-спиртово-глицериновых суспензионных линиментов способствует повышению седиментационной и агрегативной устойчи­вости этих систем созданию достаточно прочной прост­ранственной структуры, способной удержать в ячейках иммобилизированную жидкую фазу с суспендированны­ми частицами. Установлено, что осаждение частиц твердой фазы в стабилизированных аэросилом масляных ли­ниментах происходит в 5 раз медленнее, чем в нестабилизированных.

В водных и водно-спиртовых суспензиях стабилизи­рующее действие аэросила обусловлено, в основном, электростатическими силами.

Одним из свойств аэросила является его заглушаю­щая способность. Это свойство используется для полу­чения аэросилсодержащих гелей с целью использова­ния их в качестве мазевых основ, или являются самостоятельными лекарственными препаратами при лечении ран, язв, ожогов.

Изучение биологических свойств аэросилсодержащих гелей показало, что они не оказывают раздражающего и общетоксичеокого действия.

Для мазей неомициновых и неомицин-преднизолоновых (с содержанием неомицина сульфата и преднизолона ацетата соответственно 2 и 0,5%) предложена эсилон-аэросильная основа. Мази, содержащие аэросил, гидрофобны, легко выдавливаются из туб, хорошо удержива­ются на коже и обладают пролонгирующим действием.

Аэросил находит широкое применение в качестве вспомогательного вещества в производстве таб­леток: он сокращает время распадаемости таблеток, об­легчает гранулирование и гидрофилирование липофильных лекарственных веществ, улучшает текучесть, позво­ляет вводить несовместимые и химически нестойкие лекарственные вещества.

Введение аэросила в суппозиторную массу способст­вует повышению вязкости, регуляции интервала плава­ния, придает массе гомогенный характер и уменьшает расслоение, обеспечивает равномерное распределение лекарственных веществ и более высокую точность дози­ровки, позволяет вводить жидкие и гигроскопические ве­щества. Суппозитории, содер­жащие аэросил, не раздражают слизистую оболочку прямой кишки. В пилюлях аэросил используется для со­хранности их в сухом виде.

Аэросил входит в состав зубоврачебного пломбировочного материала как наполнитель, обеспечивающий хорошие структурно-механические свойства пломбиро­вочного материала. Он используется также в различных лосьонах, применяемых в парфюмерии и косметике.

Заключение

При подведении итогов курсовой работы, можно сделать вывод о существенной роли высокомолекулярных соединений в технологии лекарственных препаратов. Из приведенной классификации видно, насколько широк спектр использования рассматриваемых соединений, а отсюда вытекает вывод об эффективности их использования в фармацевтическом производстве. Во многих случаях нам не обойтись без их использования. Это имеет место в использовании пролонгированных лекарственных формах, для сохранения стабильности препарата при его хранении, упаковки готовых препаратов. Немаловажную роль высокомолекулярные вещества играют при получении новых лекарственных форм (напр. ТДС).

Но не только в фармации высокомолекулярные соединения нашли свое применение. Эффективно использование их в таких отраслях как пищевая, при производстве СМС, в химическом синтезе, а также других отраслях.

На сегодняшний день, я считаю, рассматриваемые мною соединения в полной мере используются в фарм производстве, но все же, хотя методы и способы их использования давно известны и зарекомендовали себя с положительной стороны, все глубже продолжают изучать их роль и цели при производстве лекарственных препаратов.

Список литературы

1. Биофармация: Учеб. для студ. фармац. вузов и фак./ А.И. Тихонов, Т.Г. Ярных, И.А. Зупанец и др.; Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2003.– 240 с. ;

2. Гельфман М.И. Коллоидная химия / Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. – С.Пб. и др.: Лань, 2003. - 332 с.;

3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фармац. вузов и факультетов / Под ред. К.И. Евстратовой. – М.: Высш. шк., 1990. – 487 с.;

4. Машковский М.Д. Лекарственные средства: В 2 т.– 14-е изд., перераб., испр. и доп. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2000. – Т. 1.– 540 с.;

5. Полимеры медицинского назначения /Под ред. Сэноо Манабу. – М.: Медицина, 1991. – 248 с.;

6. Тихонов А.И., Ярных Т.Г. Технология лекарств: Учеб. для фармац. вузов и фак.: Пер. с укр. / Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2002. – 704 с.;

7. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.;

8. Фармацевтическая технология: технология лекарственных форм. Под ред. И.И. Краснюка и Г. В. Михайловой, - М: «Академия», 2004г., 464с.;

9. Энциклопедии полимеров, т. 1, ред. В. А. Каргин, М., 1972 – 77с;

10. Шур А.М., Высокомолекулярные соединения, 3 изд., М., 1981;

11. Алюшин М.Т. Силиконы в фармации, - М., 1970. – 120с.;

12. Муравьев И.А. Физико-химические аспекты использования основообразующих и вспомогательных веществ в лекарственных суспензионных системах: учебн. пособие / И.А. Муравьев, В.Д. Козьмин, И.Ф. Кононихина. – Ставрополь, 1986. – с.61;

13. ПАВ и ВМС в технологии лекарственных форм. Лекарственные средства. Экономика, технология и перспективы получения. Обзор информации/ Г.С. Башура, О.Н. Клименко, З.Н. Ленушко и др. – М.: ВНИИСЖТИ, 1988. – вып. 12. – 52с.;

14. Полимеры в фармации / Под ред. А.И. Тенцовой и М.Т. Алюшина. – М., 1985. 256с.

15. ru.wikipedia.org/wiki/Полимер

16. www. pharm vestnik. ru