What are Polymers?
Учебное пособие включает в себя 10 уроков, содержащих тексты по проблемам получения, строения и свойств полимеров, а так
672 52 435KB
Russian Pages 90
Polecaj historie
- Author / Uploaded
- Зиятдинова Ю. Н.
- Commentary
- decrypted from F58C2E46E3B0E78F00102FDD90CE3F9E source file
Citation preview
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» Кафедра «Иностранные языки в профессиональной коммуникации»
Ю.Н. Зиятдинова, А.Н. Безруков, Э.Э. Валеева
WHAT ARE POLYMERS? (ЧТО ТАКОЕ ПОЛИМЕРЫ?) Учебное пособие
Казань 2008
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ББК 81.2 Англ я 7 Б 86 УДК 802.0 (07)
Безруков А.Н., Зиятдинова Ю.Н., Валеева Э.Э. What are Polymers? (Что такое полимеры?): Учебное пособие / Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2008. – 90 с. Учебное пособие включает в себя 10 уроков, содержащих тексты по проблемам получения, строения и свойств полимеров, а также комплекс заданий по переводу и работе с терминологией, как для индивидуальной, так и для групповой работы. Учебное пособие предназначено для развития навыков устного и письменного перевода для студентов 4 курса Института полимеров, получающих дополнительную квалификацию «Переводчик в сфере профессиональной коммуникации», а также для обучения переводу технической литературы в группах магистрантов и аспирантов. Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета.
Рецензенты:
к.т.н., доцент кафедры ТОТ КГЭУ Хасаншин И.Я. к.ф.н., доцент кафедры романо-германской филологии КГУ Сафиуллина Г.Р.
© Казанский государственный технологический университет 2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 4 Unit 1 WHAT ARE POLYMERS? .............................................................. 5 Unit 2 POLYMERIZATION...................................................................... 13 Unit 3 SUPRAMOLECULAR STRUCTURE OF POLYMERS............... 21 Unit 4 PHASE BEHAVIOR OF POLYMERS .......................................... 30 Unit 5 PROCESSING OF POLYMERS .................................................... 39 Unit 6 POLYMERIZATION CATALYSIS ............................................... 48 Unit 7 POLYMER LIQUID CRYSTALS.................................................. 57 Unit 8 POLYELECTROLYTES ................................................................ 66 Unit 9 BIOPOLYMERS............................................................................. 74 Unit 10 RESEARCH METHODS IN POLYMER CHEMISTRY............. 82 БИБЛИОГРАФИЯ .................................................................................... 90
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Данное
пособие
технологических дополнительную
предназначено
специальностей квалификацию
для
студентов
ВУЗов, «Переводчик
4
курса
получающих в
сфере
профессиональной коммуникации», а также для обучения переводу технической литературы в группах магистрантов и аспирантов технологических специальностей. Материалы настоящего пособия включают в себя тексты, посвященные основным проблемам получения, строения, свойств, переработки, применения и экологии природных и синтетических полимеров и предназначены для развития навыков устного и письменного перевода в специализированной технической области. В состав пособия входят 10 уроков, каждый из которых посвящен отдельной тематике науки о полимерах и содержит комплекс заданий по устному, письменному переводу, интерпретации текстов и работы с терминологией, предназначенных как для индивидуальной, так и для групповой работы.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 1 WHAT ARE POLYMERS? Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Polymers are substances whose molecules have high molar masses and are composed of a large number of repeating units. There are both naturally occurring and synthetic polymers. Among naturally occurring polymers are proteins, starches, cellulose, and latex. Synthetic polymers are produced commercially on a very large scale and have a wide range of properties and uses. The materials commonly called plastics are all synthetic polymers. Polymers are formed by chemical reactions in which a large number of molecules called monomers are joined sequentially, forming a chain. In many polymers, only one monomer is used. In others, two or three different monomers may be combined. Polymers are classified by the characteristics of the reactions by which they are formed. If all atoms in the monomers are incorporated into the polymer, the polymer is called an addition polymer. If some of the atoms of the monomers are released into small molecules, such as water, the polymer is called a condensation polymer. Most addition polymers are made from monomers containing a double bond between carbon atoms. Such monomers are called olefins, and most commercial addition polymers are polyolefins. Condensation polymers are made from monomers that have two different groups of atoms which can join together to form, for example, ester or amide links. Polyesters are an important class of commercial polymers, as are polyamides (nylon). 5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. высокая молекулярная масса природный полимер синтетический полимер соединяются последовательно, образуя цепь белки, крахмал, целлюлоза и латекс малые молекулы двойная связь между атомами углерода две различные группы атомов амидная связь Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. to have high molar masses to be composed of to be produced commercially to have a wide range of properties to be joined sequentially to form a chain to be combined to be classified by to be incorporated into to be made from
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 4. Передайте на русском языке основное содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Прочитайте текст про себя. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Полимер — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в котором атомы, соединенные химическими связями, образуют
линейные
или
разветвленные
цепи,
а
также
пространственные трехмерные структуры. Часто в его строении можно выделить мономер — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимер образуется из мономеров в результате полимеризации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок. Polymer is the term used to describe large molecules consisting of repeating structural units, or monomers, connected by covalent chemical bonds. The term is derived from the Greek words: “polys” meaning 7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
“many”, and “meros” meaning “parts”. A key feature that distinguishes polymers from other molecules is the repetition of many identical, similar, or complementary molecular subunits in these chains. These subunits, the monomers, are small molecules of low-to-moderate molecular mass, and are linked to each other during a chemical reaction called polymerization. Although most polymers are organic, with carbon-based monomers, there are also inorganic polymers; for example, the silicones, with a backbone of alternating silicon and oxygen atoms. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. A polymer is a large molecule constructed from many smaller structural units called monomers joined together by covalent bonds. Polymers have existed in natural form since life began and those such as DNA, RNA, proteins and polysaccharides are some of the most important macromolecules found in plant and animal life. From the earliest times, the man has used many of these polymers as materials for providing clothing, decoration, tools, weapons and other requirements. However, the origins of today’s polymer industry commonly are accepted as being in the nineteenth century when important discoveries were made concerning to the modification of certain natural polymers, as cellulose. The use of synthetic and natural polymers as stabilizers for colloid systems (sols, dispersions, microemulsions, etc.) is becoming more
important
everyday in
contemporary life. Polymer additives can be applied in preconcentrations and dehydration of suspensions in mineral processing, purification of
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
wastewater and even in nutritional and pharmaceutical emulsions being their importance related to the characteristics of the process and the properties that they show. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие предложения. 1.
The word “polymer” literally means “many parts”.
2.
A polymeric solid material may be considered to be one that contains many chemically bonded parts or units which themselves are bonded together to form a solid.
3.
Two industrially important polymeric materials are plastics and elastomers.
4.
Polymers are often named in terms of the monomer from which they are made.
5.
Polymer signifies a chain of thousands of monomers that are covalently bonded together usually by the carbon atoms of the polymer backbone, but the backbone can consist of other atoms such as silicon.
6.
Examples of polymers include substances anywhere from proteins to stiff, high-strength Kevlar fibers.
7.
Many common classes of polymers are composed of hydrocarbons.
8.
Over the past few decades, the use of polymers in disposable consumer goods has grown tremendously.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9.
Remembering that paper is made of cellulose, which is a polymer of biological origin, if you look around the room that you are in, you will see that a good fraction of the stuff in it is made of polymers.
10. Many physical properties of a polymer depend on the molecular weight. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Мономеры
молекулы
—
низкомолекулярных
соединений,
способные в реакции полимеризации или поликонденсации превращаться в высокомолекулярные соединения. 2.
Полимеры — химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).
3.
Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
4.
Полимеры
(пластмассы)
применяются
во
всех
отраслях
промышленности, быту и производстве. 5.
Пластмассы современной
—
важнейшие
техники,
конструкционные
используемые
во
материалы
всех
отраслях
промышленности. 6.
По
происхождению
полимеры
делятся
на
природные
(биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные,
и
синтетические,
например
полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.
10
полиэтилен,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.
Биополимер — целлюлоза, крахмал, белок, нуклеиновая кислота, природная смола или другой полимер, который образуется в результате жизнедеятельности растений и животных.
8.
Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов.
9.
Полимеры с регулярным строением имеют особо ценные физикохимические и механические свойства.
10. Полимерные материалы — пластические массы, каучуки и химические волокна. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания. высокая молекулярная масса — natural polymer — белки, крахмал, целлюлоза и латекс — to be joined sequentially — амидная связь — small molecules — двойная связь между атомами углерода — to form a chain — быть сделанным из — linear chains — разветвленные цепи — three-dimensional structures — повторяющийся структурный фрагмент — organic compounds — неорганический полимер — covalent chemical bond — реакция полимеризации — alternating silicon and oxygen atoms — химическое превращение — DNA (deoxyribonucleic acid) — natural polymer — современная жизнь — solid material — соединяться последовательно — waste water treatment — линейные цепи — nutritional emulsion — полимерные наполнители — plastics and elastomers — твердое вещество — disposable consumer goods —
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
очистка сточных вод — high molecular weight — образовывать цепь — contemporary life — трехмерные структуры Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What are polymers? 2. What is the difference between natural and synthetic polymers? 3. What is the origin of the word “polymer”? 4. How are polymers formed? 5. Where can polymers be applied? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 2 POLYMERIZATION Упражнение 1. Прочитайте и переведите текст. Polymerization is a process of reacting monomer molecules together in a chemical reaction to form three-dimensional networks of polymer chains. There are many forms of polymerization and different systems exist to categorize them. The main categories are addition polymerization (also known
as
“chain-growth
polymerization”)
and
condensation
polymerization (also known as “step-growth polymerization” or “step polymerization”). Addition polymerization involves the linking together of molecules incorporating double or triple chemical bonds. These unsaturated monomers (the identical molecules which make up the polymers) have extra internal bonds which are able to break and link up with other monomers to form the repeating chain. Addition polymerization is involved in the manufacture of polymers such as polyethylene, polypropylene and polyvinyl chloride (PVC). Condensation polymerization occurs when monomers bond together through condensation reactions. Generally, a condensation reaction is a chemical reaction in which two molecules combine to form one single molecule, together with the loss of a small molecule. Typically, condensation polymerization reactions can be achieved through reacting molecules incorporating alcohol, amine or carboxylic acid functional groups. When an amine reacts with a carboxylic acid, an amide or peptide 13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
bond is formed, with the release of water (hence condensation polymerization.) This is the process through which amino acids link up to form proteins, as well as how kevlar is formed. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. молекулы мономера трехмерные сети полимерные цепи реакция роста цепи поликонденсация ступенчатая полимеризация тройная химическая связь ненасыщенные мономеры реакция конденсации выделение воды Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. to form polymer chains to categorize step polymerization incorporating double chemical bonds to link up with other monomers to bond together the loss of a small molecule functional groups 14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 4. Передайте на русском языке основное содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Прочитайте текст про себя. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Полимеризация — процесс синтеза высокомолекулярного вещества
путём
последовательного
присоединения
молекул
низкомолекулярного вещества к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Обычно в процессе полимеризации принимают участие
соединения,
содержащие
кратные
связи,
способные,
раскрываясь, образовывать новые с другой молекулой мономера, обеспечивая рост цепи. Поликонденсация
—
процесс
синтеза
полимеров
из
полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, сопровождающийся
выделением
низкомолекулярных
продуктов
спиртов
т.
(воды,
и
п.)
при
побочных
взаимодействии
функциональных групп. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок. Condensation polymers are any class of polymers formed through a condensation reaction, releasing (or condensing) a small molecule byproduct such as water or methanol, as opposed to addition polymers which involve the reaction of unsaturated monomers. Types of condensation polymers include polyamides, polyacetals and polyesters.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Condensation polymerization, a form of step-growth polymerization, is a process by which two molecules join together, with the loss of a small molecule which is often water. The type of end product resulting from a condensation polymerization is dependent on the number of functional end groups of the monomer which can react. Monomers with only one reactive group terminate a growing chain, and thus give end products with a lower molecular weight. Linear polymers are created using monomers with two reactive end groups and monomers with more than two end groups give three dimensional polymers which are crosslinked. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. In polymer chemistry, a series of condensation reactions take place whereby monomers or monomer chains add to each other to form longer chains. This may also be termed as “condensation polymerization” or “stepgrowth polymerization”. It occurs either as a homopolymerization of an AB monomer or a polymerization of two co-monomers A-A and B-B. Small molecule
condensates
are
usually
liberated,
unlike
in
addition
polymerization where there is no liberation of small molecules. A high conversion rate is required to achieve high molecular weights. In general, condensation polymers form more slowly than addition polymers, often requiring heat. They are generally lower in molecular weight. Monomers are consumed early in the reaction; the terminal
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
functional groups remain active throughout and short chains combine to form longer chains. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие предложения. 1.
In the synthesis of polymers, monomers react and become covalently bonded with one another through the loss of a water molecule.
2.
A condensation reaction may be considered as the opposite of a hydrolysis reaction.
3.
Most commonly known condensation polymers are proteins, and fabrics such as nylon, silk, or polyester.
4.
Addition polymerization involves the breaking of double or triple bonds, which are used to link monomers into chains.
5.
Chain growth polymers grow to high molecular weight at a very fast rate.
6.
Condensation polymers, unlike addition polymers are bio-degradable.
7.
The first useful addition polymer was made by accident in 1933 by chemists Reginald Gibson and Eric Fawcett.
8.
Addition polymers are widely used today in the form of rubber.
9.
Addition polymers are non-biodegradable and hard to recycle.
10. An addition polymer is a polymer which is formed by an addition reaction, where many monomers bond together via rearrangement of bonds without the loss of any atom or molecule.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
В реакции поликонденсации могут вступать как один мономер с двумя различными функциональными группами, так и два мономера, несущие различные функциональные группы.
2.
Практически все биополимеры (белки, ДНК и РНК, целлюлоза, хитин
и
пр.)
синтезируются
в
живых
организмах
поликонденсацией с участием соответствующих комплексов ферментов. 3.
Полимеризационными называют полимеры, образующиеся из мономеров
без
выделения
низкомолекулярных
побочных
продуктов. 4.
Конденсационными называют полимеры, которые образуются из полифункциональных поликонденсации,
мономеров
различными
протекающими
с
реакциями выделением
низкомолекулярного продукта. 5.
Полимеризация — это процесс получения высокомолекулярных веществ, при котором молекула полимера (макромолекула) образуется путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру на конце растущей цепи.
6.
Полимеризация — это метод синтеза полимеров, при котором взаимодействие
молекул
мономера
18
(или
мономеров)
не
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сопровождается
обычно
выделением
побочных
низкомолекулярных соединений. 7.
Поликонденсация — это процесс получения полимеров из би- или полифункциональных
соединений
(мономеров),
сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.). 8.
Поликонденсация или подобные ей процессы лежат в основе биосинтеза белков, нуклеиновых кислот, целлюлозы.
9.
По числу участвующих в реакции мономеров полимеризацию разделяют
на
гомополимеризацию
(один
мономер)
и
сополимеризацию (два и более). 10. Методами полимеризации получают около 3/4 общего мирового выпуска синтетических полимеров, в том числе такие наиболее крупнотоннажные,
как
полиолефины,
полистирол,
поливинилхлорид, а также основную массу синтетических каучуков. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания. monomer molecules — трехмерные сети — step-growth polymerization — ненасыщенные мономеры — triple chemical bond — выделение воды — to incorporate double chemical bonds — функциональные группы — multiple bond — бифункциональное соединение — byproduct — линейный полимер — crosslinked polymer — скорость преобразования — synthetic rubber — побочный продукт — three-
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
dimensional networks — ступенчатая полимеризация — triple chemical bond — реакция конденсации — non-saturated monomers — release of water — кратная связь — сшитый полимер — conversion rate — реакция гидролиза Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What is addition polymerization? 2. What is condensation polymerization? 3. What are the examples of addition polymers? 4. What are the examples of condensation polymers? 5. What kind of polymers is generally lower in molecular weight? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 3 SUPRAMOLECULAR STRUCTURE OF POLYMERS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Polymer molecules come in many shapes and sizes. A polymer may be a long chain of a single monomer repeated over and over again or a complex network containing dozens of different types of monomers. The identity, variety, and arrangement of monomers in a polymer molecule affect the chemical and physical properties of the polymer molecule. The arrangement of macromolecules defines bulk properties of the polymer material. A synthetic polymer may be described as crystalline if it contains regions
of
three-dimensional
ordering
on
atomic
(rather
than
macromolecular) length scales, usually arising from intramolecular folding and/or stacking of adjacent chains. Synthetic polymers may consist of both crystalline and amorphous regions; the degree of crystallinity may be expressed in terms of a weight fraction or volume fraction of crystalline material. Few synthetic polymers are entirely crystalline. Polymer crystals frequently do not display the perfection that is usual for low-molar-mass substances. A crystallite may have irregular boundaries and parts of its constituent macromolecules may extend beyond its boundaries. The smallest, regularly repeating material portion contained in a parallelepiped from which a crystal is formed by parallel displacements in three dimensions is called a unit cell. Unlike in the case of low-molar-mass substances, the unit cell of 21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
polymer crystals usually comprises only parts of the polymer molecule and the regularity of the periodic repetition may be imperfect. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. периодически повторяющийся кристаллический сложно организованная сеть атомарный масштаб параллельный перенос внутримолекулярный массовая доля выходить за пределы межмолекулярный аморфная область наложение смежных цепей дефекты упорядоченности единичная ячейка взаимное расположение молекул мольная доля
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. unit cell arrangement of molecules degree of crystallinity intramolecular folding crystallite volume fraction crystalline region three-dimensional ordering constituent macromolecule imperfect regularity macromolecular length scale stacking of adjacent chains repeating material portion parallel displacement complex network Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Для молекул белков и нуклеиновых кислот характерно наличие нескольких уровней организации — первичной, вторичной и
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
третичной
структур.
последовательностью
Первичная мономеров.
структура
Вторичная
определяется
структура
белков
образуется при взаимодействии аминокислот с помощью водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Третичная структура зависит от взаимодействия вторичных структур, четвертичная, как правило, образуется при объединении нескольких молекул с третичной структурой. Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов в цепи. Вторичная структура — это структура, образованная за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов и водородных связей. Двойная спираль ДНК является классическим примером вторичной структуры. Это самая распространенная в природе форма ДНК, которая состоит из двух антипараллельных комплементарных полинуклеотидных цепей. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок: The attractive forces between polymer chains play a large part in determining a polymer’s properties. Because polymer chains are so long, these interchain forces are amplified far beyond the attractions between conventional molecules. Different side groups on the polymer can lend the polymer to ionic bonding or hydrogen bonding between its own chains. These stronger forces typically result in higher tensile strength and melting points.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
The attractive forces between polyethylene chains arise from weak Van der Waals forces. Molecules can be thought of as being surrounded by a cloud of negative electrons. As two polymer chains approach, their electron clouds repel one another. This has the effect of lowering the electron density on one side of a polymer chain, creating a slight positive dipole on this side. This charge is enough to actually attract the second polymer chain. Van der Waals forces are quite weak, however, so polyethylene can have a lower melting temperature compared to other polymers. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Branching of polymer chains also affect the supramolecular properties of polymers. Long chain branches may increase polymer strength and toughness, due to an increase in the number of entanglements per chain. Short side chains may likewise reduce crystallinity due to disruption of the crystal structure. Reduced crystallinity may also be associated with increased transparency due to light scattering by small crystalline regions. A good example of this effect is related to the range of physical attributes of polyethylene. High density polyethylene (HDPE) has a very low degree of branching, is quite stiff, and is used in applications such as milk jugs. Low density polyethylene (LDPE), on the other hand, has significant numbers of short branches, is quite flexible, and is used in applications such as plastic films.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
The branching index of the polymer is a parameter that characterizes the effect of long-chain branches on the size of a branched macromolecule in solution. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Tie molecule: a molecule that connects at least two different crystals.
2.
Stem: a crystallized, sticklike portion of a polymer chain connected to non-sticklike portions, or chain ends.
3.
Chain folding: the conformational feature in which a loop connects two parallel stems belonging to the same crystal.
4.
Globular-chain crystal: a type of crystal comprised of macromolecules having globular conformation.
5.
Dendrite: a crystalline body produced by skeletal growth, leading to a ‘tree-like’ supramolecular structure.
6.
Fibrous crystal: a type of crystal significantly longer in one dimension than in either of the other two.
7.
Shish-kebab structure: a polycrystalline structure consisting of fibrous crystals surrounded by lamellar crystals, the stems of which are parallel to the fibre axis.
8.
Spherulite: a polycrystalline, roughly spherical morphology consisting of lath, fibrous or lamellar crystals emanating from a common centre.
9.
Lath crystal: a lamellar crystal prevailingly extended along one lateral dimension.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Extended-chain crystal: a polymer crystal in which the chains are in an essentially fully extended conformation. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны
образование,
возникающее
при
ускоренной
кристаллизации, когда кристалл расщепляется по определенным законам. 2.
Степень кристалличности полимера определяет его многие объемные свойства.
3.
Кристаллическая структура полимеров менее совершенна по сравнению с низкомолекулярными соединениями.
4.
Надмолекулярная структура полимеров представляет собой участки кристаллической и аморфной фаз.
5.
Полисахариды, синтезируемые живыми организмами, состоят из большого
количества
моносахаридов,
соединённых
гликозидными связями. 6.
К макроконформационным полимерным образованиям относят дендриты, сферолиты, а также фибриллярные и ламеллярные структуры.
7.
ДНК удерживается в двойной спирали за счет комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8.
Третичная структура белка образуется при взаимодействии вторичных структур и стабилизуется ковалентными, ионными, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.
9.
Полиэтилен низкого давления имеет более высокую степень кристалличности по сравнению с полиэтиленом высокого давления.
10. Многие
полимерные
системы
обладают
свойством
самоорганизации на супрамолекулярном уровне. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания crystallite — дефекты в упорядоченности — intramolecular folding — аморфная область — constituent macromolecule — fourth order structure — единичная ячейка — parallel displacement — наложение смежных цепей — arrangement of molecules — периодически повторяющийся — кристаллический
—
macromolecular
length
scale
—
сложно
организованная сеть — атомарный масштаб — stacking of adjacent chains — volume fraction — массовая доля — crystalline region — выходить за пределы — imperfect regularity — межмолекулярный — three-dimensional ordering — взаимное расположение молекул — параллельный перенос — unit cell — мольная доля — tertiary structure —
degree
of
crystallinity
—
repeating
material
portion
—
внутримолекулярный — complex network — supramolecular level — первичная структура — двойная спираль
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What
scale
of
polymer
structure
and
properties
is
called
supramolecular? 2. Describe two main types of organization in supramolecular polymer aggregates. 3. What is a crystalline phase? 4. What is more amorphous: HDPE or LDPE? 5. Are polymer crystals more regular than the low molecular weight ones? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 4 PHASE BEHAVIOR OF POLYMERS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Consider a polymer which is slowly cooling down. At a certain temperature, the average kinetic energy of macromolecules no longer exceeds the binding energy between neighbouring molecules and the growth of organized solid crystal begins. Formation of an ordered system takes a certain amount of time since the molecules must move from their current location to energetically preferred points at crystal nodes. As temperature falls, molecular motion slows down further and, if the cooling rate is fast enough, molecules never reach their destination — the substance enters dynamic arrest and a disordered, glassy solid (or supercooled liquid) forms. Such arrest apparently takes place at a certain temperature, which is called the glass transition temperature. Above Tg, the secondary, non-covalent bonds between the polymer chains become weak in comparison to thermal motion, and the polymer becomes rubbery and capable of elastic or plastic deformation without fracture. Polymer macromolecules start to reform due to thermal motion. Application of a stress favors some conformations over others, so the molecules of the polymer will gradually “flow” into the favored conformations over time. This state of a polymer is called a viscous flow state. Therefore the phase behavior of polymer materials is more complex 30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
in comparison with low molecular weight substances. Although crystalline fragments have a melting point, the amorphous structures have a glass transition temperature separating glass and rubber states. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. медленно охлаждающийся определенное время замедление движения динамическая блокировка сверхохлажденная жидкость нековалентная связь приложение нагрузки пластическая деформация разлом с течением времени вязкотекучее состояние фазовые свойства стеклование разупорядоченный стеклообразное состояние Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. binding energy neighbouring molecules 31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
organized solid crystal ordered system energetically preferred points crystal node glassy solid glass transition temperature thermal motion stress viscous flow state favored conformation melting point elastic deformation rubber state Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. К термопластичным материалам или термопластам относятся полимеры, которые при нагревании из стеклообразного состояния в высокоэластическое и вязкотекучее). В зависимости от температуры аморфные
термопласты
имеют
3
физических
стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.
32
состояния:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования. При повышении температуры термопластичный материал переходит
из
высокоэластического
состояния
в
вязкотекучее.
Температура такого перехода называется температурой текучести. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок: The glass transition temperature corresponds to the temperature where when you heat to and above this temperature, the polymer goes from a hard glassy material to a rubbery material. On a plot of strength vs. temperature, as you go through the glass transition temperature you lose mechanical strength. A material’s glass transition temperature is the temperature below which molecules have little relative mobility is usually applicable to wholly or partially amorphous phases. Above the glass transition temperature, a motion started at one point on a polymer chain will produce results, say 50 atoms along the chain
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
away from where the initial disturbance occurred. Thermoplastic (non-crosslinked) polymers are proved to be complex because, in addition to a melting temperature, Tm, above which all their crystalline structure disappears, such plastics have a second, lower Tg below which they become rigid and brittle, and can crack and shatter under stress. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Polymer bulk properties are strongly dependent upon their structure and mesoscopic behavior. A number of qualitative relationships between structure and properties are known. Increasing chain length tends to decrease chain mobility, increase strength and toughness, and increase the glass transition temperature (Tg). This is a result of the increase in chain interactions such as Van der Waals attractions and entanglements that come with increased chain length. These interactions tend to fix the individual chains more strongly in position and resist deformations and matrix breakup, both at higher stresses and higher temperatures. Crosslinking tends to increase Tg and increase strength and toughness because crosslinking includes formation of chemical bonds between chains. Inclusion of plasticizers tends to lower Tg and increase polymer flexibility. Plasticizers are generally small molecules that are chemically
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
similar to the polymer and create gaps between polymer chains for greater mobility and reduced interchain interactions. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
The glass transition temperature is the temperature below which the physical properties of amorphous materials vary in a manner similar to those of a solid phase.
2.
Proteins also possess a glass transition temperature below which both anharmonic motions and long-range correlated motion within a single molecule occur.
3.
When a stress is applied to a viscoelastic material such as a polymer, parts of the long polymer chain change position.
4.
Polymers remain a solid material even when these parts of their chains are rearranging in order to accompany the stress, and as this occurs, it creates a back stress in the material.
5.
Vitrification (glass formation below the melting point) can occur when starting with a liquid such as water, usually through very rapid cooling or the introduction of agents that suppress the formation of ice crystals.
6.
If a plastic with some desirable properties has a Tg which is too high, it can sometimes be combined with another in a copolymer or composite material with a Tg below the temperature of intended use.
7.
The Space Shuttle Challenger disaster was caused by rubber O-rings that were below their glass transition temperature on an unusually cold
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Florida morning, and thus could not flex adequately to form proper seals between sections of the two solid-fuel rocket boosters. 8.
The term “melting point” when applied to polymers suggests not a solid-liquid phase transition but a transition from a crystalline or semicrystalline phase to a solid amorphous phase.
9.
The boiling point of a polymer substance is never defined due to the fact that polymers will decompose before reaching theoretical boiling temperatures.
10. Thermosetting polymers will decompose at high temperatures rather than melt. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы.
2.
Переход из высокоэластического состояния в вязкотекучее происходит в определенном интервале температур.
3.
Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %.
4.
При
нагревании
наблюдается
аморфного
нефазовый
материала
переход,
обычно
напоминающий
визуально процесс
плавления для кристаллизующихся термопластов. 5.
Большинство
промышленных
полимеров
используются
высокоэластическом или стеклообразном состояниях
36
в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Реактопласты отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
7.
Есть
материалы,
которые
могут
быть
аморфными
или
кристаллизоваться в зависимости от условий переработки.. 8.
Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (центры кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.
9.
В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться.
10. При
повышении
температуры
стекловании
повышается
температура эксплуатации аморфного материала. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания binding energy — с течением времени — замедление движения — glass transition temperature — organized solid crystal — пластическая деформация — crystal node — медленно охлаждающийся — фазовые свойства — thermal motion — нековалентная связь — neighboring molecules — определенное время — сверхохлажденная жидкость — energetically preferred points — динамическая блокировка — favored conformation — elastic deformation — стеклообразное состояние — thermoplastic polymers — приложение нагрузки — viscous flow state — melting point — glassy solid — вязкотекучее состояние — rubber state — разупорядоченный — stress — стеклование — ordered system — разлом — термореактивные полимеры 37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. Is there any difference between glass transition and crystallizing? 2. Describe three types of amorphous polymer phase states. 3. What structure of a polymer body corresponds to glass state? 4. Does glass-transition temperature correspond to a single temperature point or temperature range? 5. Can we take a crystal (even a low molecular weight one) and transform it into a glass state body? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 5 PROCESSING OF POLYMERS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Processing is the source of much of the variability in properties of synthetic polymers. Different processing conditions determine the difference between a milk jug and, to a great extent, high strength PE fibers (ultra oriented). Processing is one component of a series of steps that lead to a plastic product or component from raw feed stocks. Although each commodity polymer has a somewhat different sequence of industrial stages involved in bringing it to market, a simple and fairly exemplary case is a polyethylene bottle of shampoo. The various grades polymers are partly composed of blends of different branch content, molecular weight and density from different synthetic reaction conditions. For example, a film blowing grade of polyethylene might contain a blend of linear low density polyethylene, branch content metallocene polyethylene and low density polyethylene. Polymers offer certain unique problems in processing. They are viscoelastic fluids which display high viscosity and broad transition temperatures. Machinery is large and involves a significant energy input. Polymers degrade (chain breakup) resulting in a loss of properties with exposure to high temperatures and stress for an extended period of time. Some basic processing operations and machinery are extrusion, screw extruder, fiber drawing, injection molding, blow molding, dip
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
coating, calendering, mixing/dispersion, melting, modification, and introduction of additives. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. условия переработки последовательность промышленных процессов марка полимерного материала оборудование разрушение полимера воздействие высоких температур воздействие нагрузок экструзия вытягивание волокна литье под давлением нанесение покрытия погружением диспергирование модификация сверхвысокоориентированный вывод на рынок Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. variability in properties to a great extent
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
raw feed stock commodity polymer exemplary case blends branch content metallocene polyethylene significant energy input loss of properties processing operations screw extruder fiber drawing blow molding calendering additives Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Экструзия — это непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, 41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оболочки кабелей и т.д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные и двухчервячные экструдеры. Главным требованием, предъявляемым к червячным машинам, является гомогенизация расплава (равномерное перемешивание и распределение различных добавок,
равномерность
температурного
поля)
при
высокой
производительности. По характеру протекающих в канале червяка экструдера процессов можно условно разделить червяк на несколько зон: - зона питания или транспортировки твердого материала - зона плавления или пластикации - зона дозирования или транспортирования расплава. Упражнение 6. Переведите на русский язык следующий отрывок: Polymer processing is of importance to a variety of parts of a fairly intricate industrial complex. Understanding some of the features of polymer processing can be an asset in dealing with production problems encountered not only in the polymer and plastics industry but in almost every area of manufacturing ranging from biomedical devices to microelectronics. Following the motives of other chemical engineering disciplines, polymer processing can be categorized according to type of equipment used (unit operations): extrusion, injection molding, blow molding, calendering, mixing/dispersion, rotational molding. The unit operations approach is a
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
historic approach and was largely given up in the chemical engineering field with the rapid advent of new and diverse operations. The modern chemical engineering approach is to study the elementary steps (or physical stages) of all unit operations in a single focal area and to then demonstrate how these elementary steps fit into each of the typical unit operations. For example, elementary steps of polymer processing
may
include:
particulate
solids
processing,
melting,
pressurization and pumping, mixing, molding, devolitilization and etc. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Additives are used in polymers to prevent polymer degradation, resulting from exposure to heat, shear and light. They broaden the property and application range by providing higher functionality and enhanced performance. Synergistic
antioxidant
blends,
comprising
phosphites
or
phosphonites and phenols, are used to ensure thermal and processing stability during pelletization, processing and end-use. Ultraviolet light, the same type that causes skin to sunburn, can initiate chemical reactions in polymers, resulting in polymer chain destruction and loss of chemical and physical properties. The light stabilizers can improve the light stability of polypropylene. These are, for example, ultraviolet light absorbers or hindered amine/amide light stabilizers.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Besides additives for thermal, processing and light stability, other additives, such as nucleating agents, antistats, slip agents and colorants may also have to be added to achieve the desired property portfolio of a given polymer grade. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Because of its simplicity and ability to deliver high shear rates the screw extruder is a crucial component of almost every polymer processing operation.
2.
Injection molding is a manufacturing technique for making parts from both thermoplastic and thermosetting plastic materials in production.
3.
Typically, HDPE grades for blow molding are pelletized under high shear and high temperatures (often above 260 °C).
4.
Extrusion is a manufacturing process used to create long objects of a fixed cross-sectional profile.
5.
Vacuum forming is a process where a sheet of plastic is heated to a forming temperature, stretched onto or into a single-surface mold, and held against the mold by applying vacuum between the mold surface and the sheet.
6.
Molten plastic is injected at high pressure into a mold, which is the inverse of the product’s shape.
7.
Thermoforming is a manufacturing process for thermoplastic sheet or film. The sheet or film is heated between infrared, natural gas, or other heaters to its forming temperature.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8.
Casting is a manufacturing process by which a liquid material such as a polymer melt is introduced into a mould, allowed to solidify within the mould, and then ejected or broken out to make a fabricated part.
9.
Blow molding or blow forming is a manufacturing process by which hollow plastic parts are formed.
10. In extrusion blow molding, plastic is melted and extruded into a hollow tube that is then captured by closing it into a cooled metal mold. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
В широком смысле переработку полимеров можно рассматривать как
некую
инженерную
специальность,
занимающуюся
превращением исходных полимерных материалов в требуемые конечные продукты. 2.
В настоящее время имеется множество процессов и методов переработки
полимеров,
основными
из
них
каландрование, литье, прессование, литье под
являются давлением,
экструзия и т.д. 3.
Процесс
введения
в
полимер
модифицирующих
добавок
полимеризации,
обычно
называется компаудированием. 4.
Полимеры,
полученные
путем
представляют собой мелкие гранулы или порошок и должны быть подготовлены к дальнейшей переработке.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.
В расплав или раствор полимера перед переработкой вводят такие компоненты, как пластификаторы, стабилизаторы, наполнители и т.д.
6.
Процесс каландрования обычно применяют для производства непрерывных пленок и листов.
7.
Полые изделия, такие, как мячи и куклы, получают в процессе, называемом «ротационное литье».
8.
Наиболее удобным процессом для производства изделий из термопластичных
полимеров
является
процесс
литья
под
используется
для
давлением. 9.
Метод
прямого
прессования
широко
производства изделий из термореактивных материалов. 10. Вспенивание
является
простым
методом
получения
пенообразных и губкообразных материалов. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания условия переработки — fiber drawing — воздействие нагрузок — blends — вытягивание волокна — разрушение полимера — commodity polymer — диспергирование — variability in properties — raw feed stock —
марка
полимерного
материала
—
последовательность
промышленных процессов — loss of properties — calendering — screw extruder — нанесение покрытия погружением — to a great extent — сверхвысокоориентированный — processing operations — воздействие высоких температур — exemplary case — литье под давлением — 46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
модификация — branch content metallocene polyethylene — экструзия — вывод на рынок — significant energy input — оборудование Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What are the main stages of polymer processing? 2. What is the typical machinery for polymer processing? 3. How do we call the stage when additives are introduced into a polymer melt? 4. Describe a unit for production of polymer films. 5. Can we just take a polyethylene out of the reactor and make a shampoo bottle? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 6 POLYMERIZATION CATALYSIS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. A catalyst is a substance which alters the rate of a chemical reaction but is chemically unchanged at the end of the reaction. Most catalysts make chemical reactions go faster (“positive catalysts” or “promoters”). However, sometimes we want a chemical reaction to go more slowly. So we choose a “negative catalyst” (an “inhibitor”). Catalysts work by providing an alternative mechanism of reaction involving a different transition state and lower activation energy. Catalysts can be either heterogeneous or homogeneous. Biocatalysts are often seen as a separate group. Catalysis is of paramount importance in the polymer industry. The production of most industrially important polymers involves catalysis. For example,
coordination
polymerization
is
a
form
of
catalyzed
polymerization in which monomer adds to a growing polymer macromolecule through an organometallic active center. The development of this polymerization technique started in the 1950s with heterogeneous Ziegler-Natta catalysts based on titanium tetrachloride and an aluminum co-catalyst such as methylaluminoxane. In many applications Ziegler-Natta polymerization is succeeded by metallocene catalysis polymerization. Polymerizations catalysed by metallocenes occur via the Cossee-Arlman mechanism.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. гетерогенный быть чрезвычайно важным для технология полимеризации альтернативный путь реакции уступать место энергия активации химически неизменный скорость химической реакции ускорять реакцию замедлять реакцию центр роста отрицательный катализ полимеризация на металлоцене влиять на скорость реакции Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. chemically unchanged promoter inhibitor transition state activation energy biocatalysts 49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
coordination polymerization organometallic active center Ziegler-Natta catalysts co-catalyst metallocene catalysis сossee-Arlman mechanism polymerization technique polymerizations Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Открытое Циглером и Натта явление стереоспецифического катализа позволило синтезировать высокомолекулярные полимеры моно- и диолефинов, в том числе все четыре стереорегулярных полибутадиена.
Данный
тип
полимеризации
обеспечивает
возможность получения полимеров заданной регулярной структуры и молекулярно-массового распределения. Ионно-координационная полимеризация — каталитический процесс образования макромолекул, в котором стадии разрыва л-связи предшествует возникновение координационного комплекса между мономером и катализатором. Структура мономера и тип катализатора оказывают
основное
воздействие
как
на
комплексообразования, так и на стереорегулярность полимера. 50
процесс
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из катализаторов Циглера-Натта в производстве полимеров обычно
используют
галогенпроизводные
титана
комплексы и
ванадия.
алюминийалкилов Катализаторами
и могут
являться также п-аллильные комплексы переходных металлов и оксидно-металлические катализаторы. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок: Catalysts can be divided into two main types — heterogeneous and homogeneous. In a homogeneous reaction, the catalyst is in the same phase as the reactants. Heterogeneous catalysis involves the use of a catalyst in a different phase from the reactants. Typical examples involve a solid catalyst with the reactants as either liquids or gases. Most examples of heterogeneous catalysis go through the same stages. One or more of the reactants are adsorbed onto the surface of the catalyst at active sites. Then there is some sort of interaction between the surface of the catalyst and the reactant molecules which makes them more reactive. The reaction happens. The product molecules are desorbed. A good catalyst needs to adsorb the reactant molecules strongly enough for them to react, but not so strongly that the product molecules stick more or less permanently to the surface. Metals like platinum and nickel make good catalysts because they adsorb strongly enough to hold and activate the reactants, but not so strongly that the products can’t break away.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Acid catalysis is mainly used for organic chemical reactions. This is a typical example of a homogeneous catalysis reaction. There are many possible chemical compounds that can act as sources for the protons to be transferred in an acid catalysis system. A compound such as sulfuric acid can be used. Usually this is done to create a more likely leaving group, such as converting an OH group into an H2O+ group. With carbonyl compounds such as esters, synthesis and hydrolysis go through a tetrahedral transition state, where the central carbon has an oxygen, an alcohol group, and the original alkyl group. Strong acids protonate the carbonyl, which makes the oxygen positively charged, so that it can easily receive the double bond electrons when the alcohol attacks the carbonyl carbon. This enables ester synthesis and hydrolysis. The reaction is an equilibrium between the ester and its cleavage to carboxylic acid and alcohol. On the contrary, strong bases deprotonate the attacking alcohol or amine, which also promotes the reaction. However, bases also deprotonate the acid, which is irreversible. Therefore, in a strongly basic, aqueous environment, esters only hydrolyze. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Typically 1 gram of a commercial catalyst is capable of producing 10 kg of polymer. This figure may be higher or lower depending on the
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
exact formulation of catalyst, and on the polymerization conditions used. 2.
Catalytic, rather than stoichiometric reactions are preferred in environmentally friendly green chemistry due to the reduced amount of waste generated.
3.
The titanium catalyst compounds are deposited on pores in the support and these very porous particles expose many active sites to the monomer.
4.
In nature enzymes are catalysts in the metabolic pathway.
5.
Metallocenes as olefin polymerization catalysts are a class of organometallic complexes with a metal sandwiched between organic ligands such as cyclopentadienyl.
6.
A single chemical reaction is said to have undergone autocatalysis, or be autocatalytic, if the reaction product is itself the catalyst for that reaction.
7.
One common type of fuel cell electrocatalyst is based upon tiny nanoparticles of platinum which adorn slightly larger carbon particles.
8.
Phase boundary catalysis is a type of heterogeneous catalytic system which facilitates the chemical reaction of a particular chemical component in immiscible phase react on a catalytic active site located at phase boundary.
9.
A simple model for heterogeneous catalysis involves the catalyst providing a surface on which the reactants (or substrates) temporarily become adsorbed.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. The Ziegler-Natta catalysts represented a major breakthrough in polymerization chemistry because they produce a variety of commercially important polymers and can be highly stereoselective. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую поверхность и зачастую распределяются на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.).
2.
Активатор
в
химии
катализа
—
вещества
(промоторы),
добавление которых к катализатору увеличивает его активность, избирательность или устойчивость. 3.
Каталитические яды — посторонние примеси в реакционной смеси, приводящие к частичной или полной потере активности катализатора.
4.
Катализаторы Циглера-Натта позволили получать полиэтилен и полипропилен с чрезвычайно высокой молекулярной массой, малоразветвленной
структурой
и
высокой
степенью
кристалличности. 5.
При
гомогенном
катализе
катализатор
вступает
во
взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Молекулы мономеров, входя в координационную сферу металлакомплексообразователя, активируются, что обеспечивает легкость их дальнейшего взаимодействия.
7.
Биохимические реакции в растительных и животных организмах ускоряются биохимическими катализаторами — ферментами.
8.
В промышленности часто используют т.н. иммобилизованные ферменты, которые осаждаются на высокопористую инертную подложку.
9.
Катализ может быть положительным (когда скорость реакции увеличивается) и отрицательным (когда скорость реакции уменьшается — ингибирование).
10. Металлокомплексный
катализ
основан
на
взаимодействии
субстрата с реагентом в координационной сфере комплекса металла. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания энергия активации — Cossee-Arlman mechanism — polymerization technique
—
отрицательный
катализ
—
polymerizations
—
гетерогенный — promoter — уступать место — влиять на скорость реакции — metallocene catalysis — coordination polymerization — технология полимеризации — activation energy — biocatalysts — альтернативный
путь
реакции
—
chemically
unchanged
—
полимеризация на металлоцене — co-catalyst — organometallic active center — химически неизменный — скорость химической реакции —
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
быть чрезвычайно важным для — ускорять реакцию — transition state — замедлять реакцию — центр роста — Ziegler-Natta catalysts — inhibitor Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. Give a definition of catalysis. 2. What is the term for biocatalysts? 3. Describe the essential stages of heterogeneous catalysis. 4. Why do catalyzed reactions go faster? 5. Why do we call Zigler-Natta catalysts stereospecific? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 7 POLYMER LIQUID CRYSTALS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Liquid crystals are substances that may flow like a liquid, but have the molecules in the liquid arranged and/or oriented in a crystal-like way. In the 1960s, a French theoretical physicist, Pierre-Gilles de Gennes turned his interest to liquid crystals and soon found fascinating analogies between liquid crystals and superconductors as well as magnetic materials. His work would later be rewarded with the Nobel Prize in Physics in 1991. Today, liquid crystals are found in every home, for example in thermometers and computer screens. There are many different types of LC phases, which can be distinguished based on their different optical properties (such as birefringence). When viewed under a microscope using a polarized light source, different liquid crystal phases will appear to have a distinct texture. Each “patch” in the texture corresponds to a domain where the LC molecules are oriented in a different direction. Within a domain, however, the molecules are well ordered. Liquid crystals can be divided into thermotropic and lyotropic LCs. Thermotropic LCs exhibit a phase transition into the LC phase as temperature is changed, whereas lyotropic LCs exhibit phase transitions as a function of concentration of the mesogen in a solvent (typically water) as well as temperature.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Liquid crystals find wide use in liquid crystal displays, which rely on the optical properties of certain liquid crystalline substances in the presence or absence of an electric field. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. жидкокристаллическая фаза оптическая анизотропия анизотропия физических свойств упорядоченная ориентация макромолекул мезогенные факторы термотропные кристаллы лиотропные кристаллы структурный домен мезогенный полимер зависеть от концентрации текстура жидкокристаллической фазы переход в жидкокристаллическую форму Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. crystal-like way superconductors theoretical physicist fascinating analogies to be rewarded with the Nobel Prize 58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
LC phase birefringence effect polarized light source distinct texture well ordered thermotropic LC lyotropic LC liquid crystalline substance exhibit a phase transition Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Жидкокристаллические полимеры представляют собой класс уникальных термопластов, которые содержат, в первую очередь, бензольные
кольца
стержнеобразными
в
полимерных
структурами,
цепях,
которые
организованными
являются большими
параллельными матрицами. Молекулы жидкокристаллических полимеров остаются хорошо упорядоченными в расплаве, и легко проскальзывают мимо друг друга при механическом сдвиге. В результате они характеризуются крайне низкой вязкостью расплава, что позволяет легко заполнять очень тонкие стенки и воспроизводить самые сложные формы деталей.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Жидкокристаллические полимеры дают очень небольшую (или нулевую) усадку в направлении потока, и им требуется очень мало времени для застывания или отвердевания. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок: Liquid crystals can be considered to be crystals which have lost some or all of their positional order, while maintaining full orientation order. Imagine a large number of toothpicks put into a rectangular box and shaken. When you open the box, the toothpicks will be facing in about the same direction, but will have no definite spatial organization. They are free to move, but like to line up in about the same direction. This is a primitive model for nematic liquid crystals. Smectic liquid crystals are different from nematics in that they have one more degree of orientational order than do the nematics. Smectics generally form layers within which there is a loss of positional order, while orientational order is still preserved. If a nematic liquid crystal is made of chiral molecules, i.e. the molecules differ from their mirror image, a cholesteric liquid crystal (from cholesterol acetate, the first kind of this type) is obtained. Locally, cholesterics can be practically not distinguished from nematics but the preferred orientation forms a helical structure, with the helical axis perpendicular to the director. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Liquid crystals usually consist of steric “rod-like” or “disk-like” organic molecules which tend to align themselves with a long range order due to anisotropic intermolecular forces. As a result of orientational order, most physical properties of liquid crystals are anisotropic. Examples are heat diffusion, magnetic susceptibility, dielectric permittivity or optical birefringence. Liquid crystal state transition is typical of many polymers. Liquid crystal polymers (LCPs) consist of densely packed fibrous polymer “chains”. Liquid crystal polymers are capable of forming regions of highly ordered structure while in the liquid phase. However, the degree of order is somewhat less than that of a regular solid crystal. Typically LCPs have outstanding mechanical properties at high temperatures, excellent chemical resistance, inherent flame retardancy and good weatherability. Liquid crystal polymers come in a variety of forms from sinterable high temperature to injection moldable compounds. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Liquid crystals are also not quite liquid and not quite solid. Physically, they are observed to flow like liquids, but they have some properties of crystalline solids.
2.
A lyotropic liquid crystal consists of two or more components that exhibit liquid-crystalline properties in certain concentration ranges.
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.
If the temperature is raised too high, thermal motion will destroy the delicate cooperative ordering of the thermotropic liquid crystal phase, pushing the material into a conventional isotropic liquid phase.
4.
Smectic liquid crystals are different from nematics in that they have one more degree of orientational order than do the nematics.
5.
The smectic phases, which are found at lower temperatures than the nematic, form well-defined layers that can slide over one another like soap.
6.
Nematics are polarizable rod-like organic molecules on the order of 20 Angstroms in length.
7.
In the lyotropic phases solvent molecules fill the space around the compounds to provide fluidity to the system.
8.
Nematics have fluidity similar to that of ordinary (isotropic) liquids but they can be easily aligned by an external magnetic or electric field.
9.
Knowledge in the field of liquid crystals is crucial for an understanding of biological membranes, thus biologists, medical researchers and pharmacists are also interested in liquid crystal research.
10. There is a range of temperatures at which we observe thermotropic liquid crystal; and most of them have several “subphases” (nematic, smectic etc.), which we may observe by modifying temperature.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Некоторые органические материалы переходят из твердого состояния в жидкое, испытывая ряд переходов, включающих образование
новой
фазы,
которую
называют
жидкокристаллическим состоянием. 2.
Впервые
образование
жидкокристаллической
фазы
было
замечено австрийским ботаником Рейнитцером в 1888 году для полученного
им
нового
органического
вещества
—
холестерилбензоата. 3.
Лиотропные
жидкие
кристаллы
могут
быть
образованы
амфифильными молекулами, включающими гидрофильные и гидрофобные фрагменты. 4.
Холестерические
жидкие
кристаллы
имеют
длинные
оси,
повернутые друг относительно друга так, что они образуют спирали, очень чувствительные к изменению температуры. 5.
Жидкокристаллические мониторы изготавливаются, в основном, на базе нематических жидких кристаллов, которые могут упорядочиваться в электрическом поле.
6.
Если расплав жидкокристаллического полимера подвергается сдвигу
или
растяжению,
то
жесткие
макромолекулы
самопроизвольно упорядочиваются в волокна и фибриллы.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.
Характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности промышленного применения.
8.
Жидкие кристаллы образуют внутриклеточные гетерогенные поверхности, они регулируют взаимоотношения между клеткой и внешней средой.
9.
Жидкокристаллическое термодинамически
состояние
устойчивым
и
вещества имеет
является
определенный
температурный или концентрационный интервал существования. 10. В нанотехнологиях жидкие кристаллы очень часто используют в качестве шаблонов для создания упорядоченных наноструктур, например, наноструктурированных электродов. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания термотропные кристаллы — зависеть от концентрации — theoretical physicist — LC phase — crystal-like way liquid crystalline substance — текстура жидкокристаллической фазы — birefringence effect — мезогенный полимер — polarized light source — структурный домен — well ordered — переход в жидкокристаллическую форму — thermotropic LC — жидкокристаллическая фаза — superconductors — оптическая анизотропия — lyotropic LC — анизотропия физических свойств — fascinating analogies — to be rewarded with the Nobel Prize in… — упорядоченная ориентация макромолекул — exhibit a phase
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
transition — мезогенные факторы — distinct texture — лиотропные кристаллы Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. Can we consider a liquid crystal state to be a fourth state of matter? 2. What physical properties should a polymer have to form a liquid crystal? 3. What are the two main criteria of liquid crystals classification? 4. What is anisotropy of properties in liquid crystals? 5. Describe some of the main advantages of LCD monitors. Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 8 POLYELECTROLYTES Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Polyelectrolytes are polymers whose repeating units bear an electrolyte group. These groups will dissociate in aqueous solutions, making the polymers charged. Polyelectrolyte properties are thus similar to both electrolytes and polymers, and are sometimes called polysalts. Like salts, their solutions are electrically conductive. Like polymers, polyelectrolyte solutions are often viscous. Charged molecular chains play a fundamental role in determining structure, stability and the interactions of various molecular assemblies. Theoretical approaches to describing their statistical properties differ profoundly from those of their electrically neutral counterparts, while their unique properties are being exploited in a wide range of technological and industrial fields. One of the major roles of polyelectrolytes seems to be the one played in
biology
and
biochemistry.
Many
biological
molecules
are
polyelectrolytes. For instance, polypeptides (thus, all proteins) and DNAs are polyelectrolytes. Both natural and synthetic polyelectrolytes are used in a variety of industries. The physical properties of polyelectrolyte solutions are usually strongly affected by this degree of charging. Since the polyelectrolyte dissociation releases counter-ions, this necessarily affects the solution’s ionic strength, and, therefore, the Debye length. This, in turn, affects other properties, such as electrical conductivity. 66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. высокомолекулярные соединения быть основополагающим молекулярные ассоциаты статистическое поведение природные полиэлектролиты полипептидная цепь низкомолекулярные противоионы ионная сила раствора образование противоионов удельная электропроводность Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. electrolyte group electrically conductive neutral counterparts theoretical approach electrically neutral counterpart differ profoundly to be used in a variety of industries to be strongly affected by degree of charging Debye length 67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
counter-ions electrical conductivity to be exploited Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. В
растворе
макромолекула
полиэлектролита
окружена
эквивалентным количеством противоионов. Размеры полииона на несколько порядков больше, чем противоионов. Различают поликислоты, полиоснования и полиамфолиты. Сильные
полиэлектролиты
в
водных
растворах
полностью
ионизованы независимо от значения рН. Заряд слабых поликислот и полиоснований определяется величинами констант диссоциации, количества ионогенных групп и существенно зависит от рН раствора. Типичные слабые поликислоты содержат карбоксильную группу, напр. полиакриловая кислота и, слабые
полиоснования
—
первичные,
вторичные,
третичные
аминогруппы, способные протонироваться в водных средах. Поли-амфолиты содержат как кислотные, так и основные группы. Суммарный заряд полиамфолитов при изменении рН р-ра может менять знак. Значение рН, при котором он равен нулю, называют изоэлектрической точкой. Полиамфолитами являются белки и нуклеиновые кислоты. 68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок: Polyelectrolytes have many applications, mostly related to modifying flow and stability properties of aqueous solutions and gels. For instance, they can be used to either stabilize colloidal suspensions, or to initiate flocculation (precipitation). They can also be used to impart a surface charge to neutral particles, enabling them to be dispersed in aqueous solution. They are thus often used as thickeners, emulsifiers, conditioners, flocculents, and even drag reducers. They are used in water treatment and for oil recovery. Many soaps, shampoos, and cosmetics incorporate polyelectrolytes. Additionally, they are added to many foods. Some of the polyelectrolytes that
appear
on
food
labels
are
pectin,
carrageenan,
alginates,
polyvinylpyrrolidone and carboxymethyl cellulose. All but the last two are of natural origin. Finally, they are used in a variety of materials, including cement. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. In order to make polymers dissolve in water, something that is of considerable technological interest, it is necessary to add charged groups along the hydrophobic backbone. These charged macromolecules display a rich variety of properties not found in neutral polymers and are therefore of considerable interest from a basic scientific standpoint. For example, altering the solvent conditions may cause coil-globule and coil-rod
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
transitions in polyelectrolytes, which are not always observed in neutral polymers under similar conditions. While their importance as biological molecules such as proteins and nucleic acids has been known for a long time, their significance in industry has only been realized in the last two decades. They now have a wide range of technological uses: as processing aids such as flocculants, dewatering agents, demulsifiers, and drag reduction agents; as additives in detergents and cosmetics; and in the manufacture of membranes, ion-exchange resins, gels, and modified plastics, wastewater treatment, separations, colloid science, and petroleum recovery. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Polyelectrolytes are used in water treatment systems for a variety of applications
including
coagulation,
flocculation,
ballasted
sedimentation, filtration and dissolved air flotation. 2.
If the solution is free of added electrolytes the polymer coil expands as the polymer concentration decreases. This is known as the “polyelectrolyte effect”.
3.
The conformation of any polymer is affected by a number of factors: notably, the polymer architecture and the solvent affinity. In the case of polyelectrolytes, charge also has an effect.
4.
Polyelectrolytes have many applications, mostly related to modifying flow and stability properties of aqueous solutions and gels.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.
It is known that the presence of polyelectrolytes induces aggregation of the oppositely charged surfactant.
6.
There
is
currently
much
research
in
using
biocompatible
polyelectrolytes for implant coatings, for controlled drug release, and other applications. 7.
Polyelectrolytes which bear both cationic and anionic repeating groups are called polyampholytes. Many proteins are polyampholytes, as some amino acids tend to be acidic while others are basic.
8.
DNA molecule functioning as long-term storage of genetic information is in fact a polyelectrolyte, which is highly stable in weakly alkaline aqueous solutions.
9.
If the solution contains a great deal of added salt, the charges will be screened and consequently the polyelectrolyte chain will collapse to a more conventional conformation.
10. Although the statistical conformation of polyelectrolytes can be captured using variants of conventional polymer theory, the long-range Coulomb interactions are necessary to properly model polyelectrolyte chains. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Электростатическое отталкивание одноименно заряженных групп приводит к изменению конформаций макромолекул в растворах полиэлектролитов.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.
Полиэлектролиты делятся на полимерные кислоты, полимерные основания и полиамфолиты (сополимеры, в состав которых входят как основные, так и кислотные группы).
3.
В промышленности большое значение имеют ионообменные смолы, которые представляют собой полиэлектролиты на основе сетчатых полимеров, модифицированных диссоциирующими группами.
4.
Сильное электростатическое поле, создаваемое зарядами в молекуле вблизи
полиэлектролита, молекулы
достаточно
значительное
прочно
число
удерживает
противоположно
заряженных ионов. 5.
Полиэлектролиты используют как флокулянты, стабилизаторы коллоидных
систем,
в
пищевой
и
парфюмерной
промышленности, добавки к ПАВ. 6.
Взаимодействие полиэлектролитов с поверхностно-активными веществами приводит к образованию самоорганизующихся систем — полимер-коллоидных комплексов.
7.
Низкомолекулярные полярных оболочку
групп около
ионы,
возникающие
при
диссоциации
создают
диффузную
заряженной
поверхности
полиэлектролитов, противоположно
полимера. 8.
Теории, описывающие поведение низкомолекулярных ионов в растворах, не применимы к полиэлектролитам.
9.
В
настоящее
время
возрастает
интерес
к
природным
полиэлектролитам, так как они являются экологически чистым сырьем для промышленности.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Ион полиэлектролита в растворе называется макроионом, а окружающие его низкомолекулярные ионы — противоинами. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания Debye length — образование противоионов — electrolyte group — молекулярные ассоциаты — to be strongly affected by — ионная сила раствора — to be used in a variety of industries — низкомолекулярные противоионы — electrically neutral counterpart — degree of charging — природные полиэлектролиты — demulsifier полипептидная цепь — wastewater treatment — быть основополагающим — differ profoundly — удельная электропроводность — electrically conductive — neutral counterparts — colloidal suspensions — theoretical approach — высокомолекулярные соединения — counter-ions — статистическое поведение — electrical conductivity — to be exploited Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What is the main difference between polyelectrolyte and ordinary polymer? 2. What structure does polyelectrolyte have in water solution? 3. How will you classify polyelectrolytes? 4. Give 2-3 examples of application fields for polyelectrolytes. 5. Provide examples of natural polyelectrolytes. Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 9 BIOPOLYMERS Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. Biopolymers are a class of polymers produced by living organisms. Biopolymers have been around for billions of years longer than synthetic polymers like plastics. Well-known biopolymers include starch, proteins, DNA, and RNA. Together these make up much of our bodies and the majority of the biosphere. The starch polymer is made up of sugar monomers. When you consume starch, it gets broken down into sugar within the body. Starch provides an extended-release form of nutrition in contrast to more quicklymetabolized sugars. Protein and peptide biopolymers have amino acids as their constituents. This is why amino acids are often referred to as “the building blocks of life”. DNA and RNA are made up of nucleic acids, which alternate in precise patterns to encode large quantities of data. Biopolymers are used as an environmentally friendly alternative to petroleum-based polymers, which may take thousands of years to biodegrade. Biopolymers can be produced without toxic byproducts and biodegrade quickly, leaving a minimal human footprint on the environment. In contrast to synthetic polymers, biopolymers tend to have a welldefined structure. Perhaps, this is because evolution tends to select for chemical reactions and structures that are largely predictable. Biopolymers 74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
have an evenly distributed set of molecular weights and are built using a template-directed process. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. протеины или пептиды рибонуклеиновая кислота полисахаридная цепь биоразлагаемые полимеры разлагаться до сахара синтез по матрице синтез белка «строительные кирпичики» жизни токсичные побочные продукты быстро организмом
перерабатываемый
Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. living organism RNA DNA sugar monomer get broken down environmentally friendly minimal footprint on the environment
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
quickly-metabolized set of molecular weights petroleum-based polymer Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Если представить молекулу биополимера в виде цепочки, состоящей из одинаковых звеньев, отдельное звено (мономер) в белках — аминокислота, в нуклеиновых кислотах — нуклеотид, в полисахариде — углевод. Сырьем для материалов на основе биополимеров могут служить растения. Биополимеры могут рассматриваться, как экологически безопасная альтернатива традиционным полимерным материалам. Эти новые материалы по своим характеристикам не уступают, а подчас даже превосходят традиционные пластмассы. В
условиях
грамотного
компостирования
биополимеры
полностью разлагаются на такие безвредные компоненты, как вода, углекислый газ и гумус, которые естественным образом участвуют в природном цикле. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Deoxyribonucleic acid (DNA) is a nucleic acid that contains the genetic instructions used in the development and functioning of all known living organisms. DNA is a long polymer made of repeating units called nucleotides. DNA polymers can be enormous molecules containing millions of nucleotides. The backbone of the DNA strand is made of alternating phosphate and sugar residues. The sugar in DNA is 2-deoxyribose, which is a pentose (five-carbon) sugar. The sugars are joined together by phosphate groups that form phosphodiester bonds between the third and fifth carbon atoms of adjacent sugar rings. The DNA double helix is stabilized by hydrogen bonds between the bases attached to the two strands. The four bases found in DNA are adenine (abbreviated A), cytosine (C), guanine (G) and thymine (T). These four bases are attached to the sugar/phosphate to form the complete nucleotide. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Polysaccharides are carbohydrate polymers consisting of tens to hundreds to several thousand monosaccharide units. All of the common polysaccharides
contain
glucose
as
the
monosaccharide
unit.
Polysaccharides are synthesized by plants, animals, and humans to be stored for food, structural support, or for energy. The term “starch” is used to describe a biopolymer system comprising predominantly of two polysaccharides — amylose and amylopectin. Amylose molecules consist of single mostly-unbranched
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
chains with a molecular weight of up to 20,000. Each amylopectin molecule is branched and contains up to two million glucose residues in a compact structure with hydrodynamic radius of 21-75 nm. Glycogen is a polysaccharide that is found in animals and is composed of a branched chain of glucose residues. It is stored in liver and muscles. The structural components of plants are formed primarily from cellulose. Wood is largely cellulose and lignin, while paper and cotton are nearly pure cellulose. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
The structure of DNA is illustrated by a right handed double helix, with about 10 nucleotide pairs per helical turn.
2.
Certain animals can digest cellulose, because bacteria possessing the enzyme are present in their gut. The classic example is the termite.
3.
The sequence, or protein primary structure is specified by the sequence of the DNA containing a gene for that protein, and the sequence is unique to the individual protein.
4.
Knowledge of the tertiary structure of proteins is often necessary to understand, since their most significant actions may involve only a single small active site on a very large molecule.
5.
Biopolymers could also prove an asset to waste processing. Replacing the polyethylene used in coated papers by a biopolymer could help eliminate plastic scraps occurring in compost.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Proteins are large organic compounds made of amino acids arranged in a linear chain and joined together by peptide bonds between the carboxyl and amino groups of adjacent amino acid residues.
7.
Enzymes are very specific protein catalysts. Complementary shape, charge and hydrophilic/hydrophobic characteristics of enzymes and substrates are responsible for this specificity.
8.
Biochemists define four levels of protein structure: primary, the amino acid sequence; secondary, helix stabilized by hydrogen bonds; tertiary, the overall shape of a protein molecule; quaternary, two or more polypeptides.
9.
Ribonucleic acid or RNA is a nucleic acid, consisting of many nucleotides that carry information about a protein sequence to the ribosomes, the protein synthesis factories in the cell.
10. Unlike petrochemical polymers, biopolymers are renewable, because they are made from biodegradable plant materials and are ecologically friendly. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые,
саморегулирующиеся
и
самовоспроизводящиеся
системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. 2.
Все
нуклеиновые
кислоты
образованы
из
мономеров
(нуклеотидов) и являются линейными гетерополимерами —
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сахарофосфатными цепочками, к звеньям которых присоединены боковые группы (азотистые основания). 3.
Пространственная структура молекулы ДНК образована двумя комплементарными полимерными цепями и представляет собой двойную спираль.
4.
Приготовление куриного яйца — пример распада третичной и вторичной структуры прозрачного белка овальбумина: он становится плотным и непрозрачным.
5.
Известны смешанные биополимеры, например липопротеины (комплексы, содержащие белки и липиды) и гликопротеины (полисахаридные цепи, ковалентно связанные с пептидными цепями).
6.
Хитин — природное соединение из группы азотсодержащих полисахаридов, является основным компонентом экзоскелета насекомых.
7.
Крахмалом называется смесь двух полисахаридов, построенных из остатков циклической a-глюкозы: амилозы и амилопектина.
8.
Белки
(протеины,
полипептиды)
представляют
собой
высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединенных в цепочку пептидной связью аминокислот. 9.
Ферменты являются полипептидными молекулами, обладающими каталитической активностью, которые катализируют реакции в процессах жизнедеятельности живых организмов.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Свойства биополимеров обусловлены их макромолекулярной и полиэлектролитной
природой,
а
также
межмолекулярными
взаимодействиями, составом растворителя и свойствами среды. Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания phosphodiester bonds — полисахаридная цепь — phosphodiester bonds — синтез по матрице — DNA — «строительные кирпичики» жизни — токсичные побочные продукты — биоразлагаемые полимеры — быстро перерабатываемый организмом — разлагаться до сахара — peptide bond — minimal footprint on the environment — протеины или пептиды — glucose residue — комплементарные полимерные цепи — рибонуклеиновая кислота — living organism — синтез белка — set of molecular weights — экологически безопасная альтернатива — RNA — sugar monomer — get broken down — environmentally friendly — quickly-metabolized — процесс жизнедеятельности — petroleum-based polymer — азотистые основания — природное соединение — ecologically friendly Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What is a genetic code? 2. What are biological catalysts? 3. Describe the main biopolymers of human living cells. 4. Why do we think of biopolymer materials as environmentally friendly? 5. What happens to starch when we consume it? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках. 81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Unit 10 RESEARCH METHODS IN POLYMER CHEMISTRY Упражнение 1. Прочитайте текст вслух. A variety of lab techniques are used to determine the properties of polymers. Techniques such as wide angle X-ray scattering, small angle Xray scattering and small angle neutron scattering are used to determine the crystalline structure of polymers. Gel permeation chromatography is used to determine the number average molecular weight, weight average molecular weight, and polydispersity. FTIR, Raman and NMR can be used to determine composition. Thermal properties such as the glass transition temperature and melting point can be determined by differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis. Pyrolysis followed by analysis of the fragments is one more technique for determining the possible structure of the polymer. An important tool of the polymer chemist is infrared spectroscopy, or “IR”. IR spectra are acquired on a special instrument, called an IR spectrometer. IR is used to gather information about compound’s structure, assess its purity, and sometimes to identify it. The scanning electron microscopy SEM is especially useful for routine examination of plastics, elastomers and biopolymers. There are many instruments that test the mechanical and viscoelastic properties of polymer materials. These instruments apply varied shear
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
stress and shear rate to polymer samples to estimate their response to deformation and mechanical strength. Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. лабораторный метод рассеяние нейтронов дифференциальная калориметрия
сканирующая
коэффициент полидисперности температура стеклования точка плавления оценка химической чистоты ИК — спектры инфракрасная спектроскопия структура соединения Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть. wide angle X-ray scattering small angle X-ray scattering gel permeation chromatography number average FTIR NMR calorimetry
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
infrared spectroscopy scanning electron microscopy routine examination weight average Упражнение
4.
Передайте
на
английском
языке
основное
содержание текста упражнения 1. Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), применяемый для исследования полимеров, основан на взаимодействии внешнего магнитного поля с ядрами атомов, имеющими магнитный момент. Одни и те же ядра атомов в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый “химический сдвиг”, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения. Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в химии для исследования полимеров, но и в медицине для исследования органов человека. Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Thermogravimetric analysis, or TGA, is a type of testing that is performed on samples to determine changes in weight in relation to change in temperature. Such analysis relies on a high degree of precision in three measurements: weight, temperature, and temperature change. As many weight loss curves look similar, the weight loss curve may require transformation before results may be interpreted. A derivative weight loss curve can be used to tell the point at which weight loss is most apparent. Again, interpretation is limited without further modifications and deconvolution of the overlapping peaks may be required. TGA is commonly employed in research and testing to determine characteristics of materials such as polymers, to determine degradation temperatures, absorbed moisture content of materials, the level of inorganic and organic components in materials, decomposition points of explosives, and solvent residues. It is also often used to estimate the corrosion kinetics in high temperature oxidation. Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок. Wide angle X-ray scattering (WAXS) is an X-ray diffraction technique that is often used to determine the crystalline structure of polymers. According to this method the sample is scanned in a wide angle X-ray unit. When X-rays are directed in solids they will scatter in predictable patterns based upon the internal structure of the solid. A crystalline solid consists of regularly spaced atoms (electrons) that can be described by
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
imaginary planes. Every crystalline solid will have a unique pattern of Xray scattering. Small-angle X-ray scattering is carried out at very low angles (typically, 0.1 — 10°). This method is used for the determination of the microscale or nanoscale structure of particle systems in terms of such parameters as averaged particle sizes, shapes and distribution. Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения: 1.
Small-angle X-ray scattering is used to study the structure of ordered systems like lamellar structures, fractal-like materials and etc.
2.
Dynamic mechanical analysis is a technique used to study and characterize polymer materials and it is also useful for observing their viscoelastic nature.
3.
Infrared spectroscopy is widely used in both research and industry as a simple and reliable technique for measurement, quality control and dynamic measurement.
4.
Differential scanning calorimetry is a thermoanalytical technique in which the difference in the amount of heat required to increase the temperature of a sample and reference are measured as a function of temperature.
5.
The atmosphere inside the thermogravimetric analysis unit may be purged with an inert gas to prevent oxidation or other undesired reactions.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.
Oxidation stability of polymers is studied by heating them to a certain high temperature when they are oxidized much faster and then estimating their oxidation rate in normal conditions.
7.
Liquid samples for IR-spectroscopy are placed between two plates of a high purity salt (commonly sodium chloride), that are transparent to the infrared light.
8.
Differential
thermal
analysis
curve
provides
data
on
the
transformations that have occurred, such as glass transitions, crystallization, melting and sublimation. 9.
Raman spectroscopy is a spectroscopic technique used in chemistry to study vibrational, rotational, and other low-frequency modes in a system.
10. Small angle neutron scattering is a laboratory technique similar to the light scattering that provides valuable information on chemical aggregation, colloids, proteins, viruses and macromolecules. Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения. 1.
Методы исследования полимеров можно условно разделить на методы для изучения структуры, химических и физических свойств, прочностных и механических характеристик.
2.
Деформационные и прочностные свойства полимеров можно определить,
подвергая
их
механической
деформации
определенной скоростью и при определенной температуре.
87
с
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.
Термогравиметрический
анализ
основан
на
непрерывной
регистрации изменения массы образца в зависимости от времени или температуры при нагревании. 4.
Для определения распределения частиц по размеру в растворах полимеров используют метод динамического светорассеяния.
5.
При изучении полимера с помощью электронного микроскопа используется очень тонкий образец материала, помещенный в вакуум.
6.
С помощью малоуглового рентгеновского рассеяния можно получить ценную информацию о размере и форме полимерных макромолекул.
7.
Термический анализ — метод исследования физико-химических процессов по регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ при заданном изменении температуры.
8.
Широкоугловое
рентгеновское
рассеяние
используется
для
определения морфологии кристаллических полимеров. 9.
Вязкостные свойства полимеров изучают методом вискозиметрии по скорости истечения образца через капилляр заданного радиуса.
10. Элементный анализ используется для определения элементного состава полимера и основан на определении доли определенных элементов в образце (азота и серы). Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
high temperature oxidation — коэффициент полидисперности — gel permeation chromatography — оценка химической чистоты — ИКспектры — NMR — инфракрасная спектроскопия — small angle X-ray scattering — дифференциальная сканирующая калориметрия — рассеяние нейтронов — differential thermal analysis — температура стеклования — лабораторный метод — ядерный магнитный резонанс — weight average — точка плавления — магнитный момент — структура соединения — high degree of precision — химический сдвиг — wide angle X-ray scattering — thermogravimetric analysis — number average — calorimetry — infrared spectroscopy — scanning electron microscopy — FTIR — routine examination — тепловой эффект Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока. 1. What are the main methods to study the structure of polymers? 2. Which method will you use to study degradation of polymers? 3. What parameters of polymers are obtained by gel permeation chromatography? 4. Which structural property of solid matter forms the basis for X-ray scattering? 5. What properties of polymers does high temperature oxidation characterize? Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Миньяр-Белоручев Р.К. Как стать переводчиком?. — М.: Готика, 1996. — 176 с. 2. Кочнев А.М., Заикин А.Е., Галибеев С.С., Архиреев В.П. Физикохимия полимеров. — Казань: Изд-во “Фэн”, 2003. — 512 с. 3. Уотсон Дж. Молекулярная биология гена, пер. с англ. — М., 1967. — 460 c. 4. Rice, S. A. & Nagasawa, М. Polyelectrolyte solutions: A theoretical introduction, L.-N. Y., 1961. — 367 p. 5. Definitions of Terms Relating to Crystalline Polymers, Pure Appl. Chem. 61, pp. 769-785 (1989). 6. Godefroy, S. & Callaghan, P. T. Magnetic Resonance Imaging 21 (2003), pp. 381 — 383. 7. www.wikipedia.org 8. www.xumuk.ru 9. www.сhemport.ru
90