Биополимеры: естественные и искусственные

Биомолекулы

Органические соединения клеток
Высокомолекулярные органические вещества
Низкомолекулярные органические вещества

Биомолекулы
Молекулы органических соединений, участвующих в метаболизме живых систем;
Обязательные компоненты живых организмов, создающие их характерные свойства: способность к обмену веществ и энергии и самовоспроизведение;
Биомолекулы выступают в качестве субстратов этих факторов и процессов, обеспечивающих их осуществление или регуляцию.

Большинство низкомолекулярных веществ являются исходным веществом для высокомолекулярных биомолекул.
Хотя исходные вещества одинаковые, полимеры резко отличаются по свойствам.
Молекулы сахаров, целлюлозы и крахмала отличаются друг от друга только взаимным расположением атомов в мономерах. Но обладают совершенно разными свойствами.
сахароза

Асцидии
В организмах животных нет полимеров близких к целлюлозе.
Исключение составляет асцидия – примитивное хордовое животное, в оболочках которых в большом количестве содержится клетчаткоподобное вещество - туницин

Большой практический интерес представляют многие естественные полимеры, например удивительно стойкие физически и химически белковые волокна шелка, шерсти, углеводные волокна растений.
Из них с давних времен люди изготавливали прочные ткани и другие изделия.
Кокосовое волокно

Джут
Джут возделывают в Индии, Китае, Египте и Австралии.
Всего насчитывается около 40 видов.
Растение высотой до 3,5 м с прямостоячим, ветвистым стеблем
Главным преимуществом джут-волокна является то, что оно в наибольшей степени соответствуют дереву по содержанию лигнина.
Лигнин — это природный высокомолекулярный полимер, скрепляющий волокна целлюлозы в древесине.
Его наличие определяет механические характеристики и водопроницаемость дерева. Именно поэтому джут широко используется в производстве межвенцовых утеплителей для деревянных домов.

Кенаф (гибискус коноплевый)
, прядильная культура. В сухих стеблях до 21 % волокна, используемого для изготовления технических тканей, в семенах — до 20 % технического масла. Возделывают в Индии, Китае, Бразилии, США;

Кокон тутового шелкопряда

Сизаль
натуральное волокно, получаемое из листьев из листьев растения Agava sisalana, родиной которого является Южная Америка.
Сначала испанские моряки начали делать канаты из сизаля.
Теперь же сфера применения этого удивительного материала довольно широка.
Из него делают различные декоративные фигурки и панно, мочалки, упаковочную ткань, щетки, когтеточки для кошек. а также классические мишени для игры в дартс.

Рами (китайская крапива)
имеет тонкое волокно, пригодное для производства высококачественных бельевых и специального назначения технических тканей.
Как сырье для текстильной промышленности волокно соответствует льняному волокну и шелку.
Рами имеет исключительно длинные волокна, которые могут достигать 150-400 мм в длину (длина волокна льна около 33 мм, конопли — около 25 мм).
Диаметр волокна рами 25-75 мкм.
Прочность отдельного волокна достигает 17-20 г (хлопковое волокно выдерживает до 7 г).
Волокно рами поглощает влагу, быстро ее отдает, почти не садится и не растягивается.
Оно противостоит действию химических веществ лучше большинства других волокон.

В настоящее время разнообразие природных полимеров уже не удовлетворяет человека.
Расшифровав химическое строение, ученые по аналогии начали создавать искусственные полимеры с заданными свойствами.
Из таких соединений состоит подавляющее большинство современных пластмасс и искусственных тканей.
Некоторые их синтетических волокон обладают уникальными свойствами.

Кевлар
Изобретено в 1965 году
Через 25 лет было использовано в бронежилетах
Благодаря сочетанию высокой прочности на разрыв (в 5 раз прочнее стали), упругости и низкой плотности наряду с негорючестью и высокой термостойкостью кевлар нашел применение в оборонной промышленности.

Kevlar - это пара-арамидное волокно от американской фирмы DuPont.
Оно имеет небольшой вес и большую стойкость к различным воздействиям.
Обладает такими свойствами, как: негорючесть и термостойкость
. По данным, которые предоставляют разработчики, волокна Кевлар при равном весе в пять раз прочнее стали
это волокно было разработано в 1965 году.
Массовый выпуск начался в начале 70-х гг.
История Кевлара начиналась с того, что волокна этой марки стали применяться в изготовлении бронежилетов (Kevlar 29).
Успешное производство бронежилетов с использованием пара-арамидных волокон было толчком для масштабного применения Кевлара в различных областях: аэрокосмическая и автомобильная промышленность, в производстве бытовой техники, в производстве одежды и обуви и т.д.

кевлар

высокие прочность на растяжение и модуль упругости до предельного растяжения;
низкая термическая усадка и коэффициент теплового расширения, высокая устойчивость к ползучести (при производстве внешней обшивки кабелей это позволяет свести к минимуму изменения длины кабеля при изменениях температуры или перегрузки);
устойчивость к внешним повреждениям;
самогашение;
устойчивость к действию молний и магнитных полей;
легкая обработка на стандартном оборудовании, совместимость с другими композиционными материалами.
Тонкое волокно перчатки из кевлара обеспечивает высокую чувствительность пальцев при работе с мелкими предметами и обеспечивает 2-ой уровень защиты от порезов.