有機化学

プラスチック・ゴム・セラミックスについて

投稿日:1月 31, 2021 更新日:

合成高分子のうち熱や圧力を加えると成形・加工できるものをプラスチック(合成樹脂)というにゃ!

・合成樹脂について

:2種類の性質

熱可塑性樹脂→加熱すると軟らかくなる性質をもつ合成樹脂のことをいう。(例)フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂など

熱硬化性樹脂→加熱すると硬くなる性質をもつ合成樹脂を熱硬化性樹脂という。

熱可塑性樹脂はまた後で説明するにゃ!。

:合成樹脂(イオン交換樹脂、高吸収性樹脂)

イオン交換樹脂→溶液中にあるイオンが別のイオンに交換される樹脂で2種類ある。

  • 陽イオン交換樹脂→ーSO3HなどのHをNaなどと交換する。
  • 陰イオン交換樹脂→樹脂からでるOHを溶液中の陰イオンと交換する。

陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を混合して円筒(カラム)につめ、上から塩類を含んだ水溶液を流すと、水溶液中の陽イオンはH+と陰イオンはOH-とそれぞれ交換されるので下からは塩基を含まない純水を得ることが可能です。この陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を使用したあとそれぞれ強酸と強塩基の水溶液を通すことでもとの状態に戻すことが可能です。この操作をイオン交換樹脂の再生といいます。

上の例 RーSO3H+Na→RーSO3Na+H

高吸水性樹脂→分子の中にーCOONaが多くあり水を加えると樹脂中に大量の水を含ませることができるので吸水ポリマーとも呼ばれている。

ナトリウム電離してナトリウムイオンになると樹脂中の水を回りから吸収する力が高まります。そしてCOO同士が反発するので樹脂が膨らむことで沢山の水分子を取り込めるようになる。

:付加重合で得られる熱可塑性樹脂

エチレンやプロピレンのようにビニル基CH2=CH-をもつ化合物(ビニル化合物)の多くは付加重合によって鎖状構造をもつ熱可塑性樹脂をつくります。

:付加縮合でできるおもな熱硬化性樹脂

尿素樹脂→尿素とホルムアルデヒドが付加反応と縮合反応を繰り返して得られる熱硬化性樹脂である。このような重合を付加縮合という。

フェノール樹脂→フェノールとホルムアルデヒドを付加縮合させ、硬化剤を加え加熱し付加縮合することによって得られる樹脂です。

メラミン樹脂→メラミンとホルムアルデヒドを付加縮合して得られる熱硬化性樹脂である。尿素樹脂とメラミン樹脂のようにアミノ基をもつ単量体とホルムアルデヒドとの付加縮合で得られる熱可塑性樹脂をアミノ樹脂といいます。

アルキド樹脂→多価カルボン酸と多価アルコールとの反応で得られる熱可塑性樹脂をアルキド樹脂といいます。代表例が無水フタル酸とグリセリンから作られるグリプタル樹脂でいろいろな硬さの材料をつくることが可能です。

・ゴムについて

:天然ゴム

天然ゴムはイソプレンが付加重合してできるポリイソピレンの構造をもつ。このイソピレンの二重結合はシス型の配置をとる。

天然ゴムに硫黄を加えて架橋し強い弾性をもつようになることを加硫といいます。

:合成ゴム

天然ゴムに似ていまいます。それは天然ゴムを参考に人工的に作られたものです。ブタジエンとクロロピレンは付加重合してそろぞれポリブタジエン、ポリクロロピレンができます。スチレンとブタジエンが共重合するとスチレンーブタジエンゴム(SBRゴム)ができます。

・セラミックスについて

①ガラス→ガラスはケイ砂と種々の化合物を混ぜて融解させ製品の形に整え冷却したものになります。ケイ砂はSiO2です。

②セメント→石灰石(CaCO3)と粘度(SiO2)を混ぜ加熱しセッコウを加えてつくったものがセッコウになります。セメント+砂+砂利がコンクリートです。

③陶磁器

・演習問題

問題()にあてはまる語句を答えよ。

分子量が1万を超えるような巨大な分子からなる化合物を一般に(1)化合物という。多くの(1)化合物は小さな構成単位が繰り返し結合した構造をしている。構成単位となる分子量が小さい分子を(2)といい、これらが結合してできる(1)化合物を(3)という。(1)化合物にはタンパク質などの天然に存在している化合物と人工的に合成された化合物が存在する。後者の中には熱や圧力を加えることによって目的の形に成型することができる合成(4)や独自の弾性をもつ合成ゴム、衣料等に使用される合成(5)などがあげられる。

合成樹脂は熱に対する性質の違いにより(6)性樹脂と(7)性樹脂に分類される。(6)性樹脂は一般に一次元(8)構造をもち温度の上昇に伴い軟化して流動性を示すが冷えると再び固まる性質をもつ。一方(7)性樹脂は一般に三次元(9)状構造をもち、温度が上昇しても軟化せずそれ以上に加熱すると分解する性質をもつ。耐熱性の高い接着剤には強固な立体構造をもつ(7性樹脂が向いている。一方、バイオリン等で見られるように湿気によりひずみにおこりやすい木材などの接着にはにわかのような(6)樹脂が好まれるような場合がある。

アセチレンに(10)を付加させてから付加重合させると、接着剤やガムベースなどに利用されている高分子化合物(11)が得られる。(11)を水酸化ナトリウム水溶液でけん化すると偏向フィルムなどに利用されている高分子化合物(12)が得られる。

ベンゼンのジカルボン酸であるテレフタル酸は工業的には(13)を酸化して合成される。テレフタル酸とエチレングリコールとの縮合重合によって分子中んひ多数のエステル結合をもったポリエチレンテレフタラートができる。これはペット(PET)とも呼ばれ合成樹繊維や合成樹脂に使われている。

熱硬化性樹脂にはフェノールと(13)から合成されるフェノール樹脂や尿素と(13)から合成される尿素樹脂などがあり、電気機器の容器や回路基板、食器などに用いられる。

スチレンに少量のp-ジビニルベンゼンを混ぜて(14)重合させると架橋構造をもったポリスチレンが得られこれを濃硫酸によってスルホン化すると、架橋構造をもつポリスチレンスルホン酸が樹脂として得られる。この樹脂をカラム(筒状容器)に詰め、上から塩化ナトリウム水溶液を流すと、樹脂中の(15)が水溶液中の(16)で置換される。また(16)で完全に置換された樹脂を用いると溶液中の(17)イオンを(16)イオンで置き換えることができる。このような樹脂を(18)という。同じように(17)イオンではなく(19)イオンを置換することができる(20)樹脂も存在する。

天然ゴムはイソプレンが(21)重合したものであり分子中に炭素ー炭素二重結合をもつ。生ゴム中に数%の(22)を添加して加熱するとポリマー分子同士が(23)構造を形成し、生ゴムの弾性が向上する。この操作を(24)という。

ガラスの主成分は(25)であり、これを融解し微量の(26)を加えることでステンドガラスに用いられる着色したガラスをつくることができる。高純度の(25)を高温で融解後、冷却して得られる(27)は紫外線電球や耐熱ガラスなどに用いられる。さらに不純物を除去して透明度を高め繊維状にしたものが(28)であり大容量通信に利用されている。

  1. 高分子
  2. 単量体(モノマー)
  3. 重合体(ポリマー)
  4. 樹脂
  5. 繊維
  6. 熱可塑
  7. 熱硬化
  8. 鎖状
  9. 網目
  10. 酢酸
  11. ポリ酢酸ビニル
  12. ポリビニルアルコール
  13. ホルムアルデヒド
  14. 水素イオン
  15. ナトリウムイオン
  16. 陽イオン交換
  17. 陰イオン交換
  18. 付加
  19. 硫黄
  20. 架橋
  21. 加硫
  22. 二酸化ケイ素
  23. 金属酸化物
  24. 石英ガラス
  25. 光ファイバー

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