4.2. Синтетические высокомолекулярные соединения.

Су­ществует два способа получения синтетических высокомоле­кулярных соединений: полимеризация и поликонденсация.

Полимеризацией называется реакция получения высоко­молекулярных соединений из низкомолекулярных, не со­провождающаяся выделением побочных продуктов и изме­нением элементарного состава. Методом полимеризации получают следующие полимеры (ПМ) : полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен и другие соединения.

Известны два механизма полимеризации: цепной и сту­пенчатый. Первая стадия по любому из них — переход молекулы исходного низкомолекулярного вещества (моно­мера) в активное состояние. Затем, если полимеризация протекает по цепному механизму, активная частица взаи­модействует с другой молекулой мономера — образуется более крупная активная частица, состоящая из двух молекул мономера. Эта частица вновь взаимодействует с молекулой мономера, образуя частицу еще крупнее.

Присоединение молекул мономера к растущей активной частице продолжа­ется до тех пор, пока не произойдет столкновение ее с другой активной частицей или молекулой вещества, которое может образовывать малоактивные радикалы. К таким веществам относятся хиноны, соединения металлов переменной валент­ности и др. Присоединение молекул мономера к активной частице происходит при различном их пространственном расположении. Например мономер типа СН₂=СНХ присое­диняется двумя способами:

Из приведенного примера следует, что пространственное чередование атомов самое разнообразное. Д. Натта установил, что, применяя особые катализаторы, можно получить полимеры со строго постоянным чередованием отдельных групп атомов. Такие полимеры называются стереорегулярными.

Ступенчатая полимеризация происходит в результате перемещения какого-либо атома или их группы от одной молекулы к другой. Например полимеризация изобутилена в присутствии BF₃ и небольшого количества воды протекает так:

Второй способ получения высокомолекулярных соедине­ний — поликонденсация. Поликонденсацией называется ре­акция присоединения одинаковых или различных молекул друг к другу, приводящая к образованию высокомолекуляр­ных соединений и сопровождающаяся выделением низкомо­лекулярных побочных продуктов. Например при конден­сации этиленгликоля с терефталевой кислотой получают полиэтилентерефталат:

Реакцией поликонденсации пользуются для получения полимеров (ПК) с неорганическими главными цепями. При конденсацин силандиолов образуются кремнийорганические полимеры:

Характеристики некоторых синтетических полимеров приведены в таблице «Характеристики некоторых полимеров».

4.3. Строение молекул высокомолекулярных соединений.

По­лимеры, молекулы которых состоят из цепей, содержащих одинаковые атомы, называются гомоцепными. Если же в состав цепи входят разные атомы, то такие полимеры назы­ваются гетероцепными. Гомоцепные полимеры чаще всего получают полимеризацией непредельных соединений (по­лиэтилен, полистирол и др.), а гетероцепные — поликон­денсацией (полиэфиры, полиамиды и др.).

Полимерные молекулы некоторых соединений можно представить в виде отдельных нитей. Такие полимеры назы­ваются линейными. Пространственное расположение атомов в линейных молекулах показано на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Схемы строения макромолекул синтетических полимеров: а — линейные макромолекулы; б — макромолекулы разветвленного строения; в — сетчатая структура полимера.

Рис. 2. Схема линейных макромолекул с повторяющимся звеном ––CH₂CHX––:

а – атактические полимеры; б – изотактические полимеры; в – синдиотактические полимеры.

Некоторые макромолекулы, например полиэтилен вы­сокого давления, имеют разветвленное строение (рис. 1, б). Известны полимеры в виде пространственной сетки (рис. 1, в).

Сетчатая структура полимера образуется либо непосред­ственно в ходе реакции его получения:

либо в результате специальной реакции (сшивание макромо­лекул):

Полимеры сетчатого строения не способны растворяться, они только набухают в растворителях.