Строение и свойства вмс

Структура полимерных цепей существенно влияет на физические свойства полимеров. Так, линейные макромолекулы могут плотно располагаться друг около друга, за счет чего межмолекулярное взаимодействие усиливается и полимеры могут образовывать кристаллическую структуру. Это определяет их высокою плотность, теплостойкость и другие свойства. Разветвленные макромолекулы не упаковываются легко в кристаллическую решетку и поэтому физические свойства их ухудшаются. Сильно сшитые полимеры неплавки, нерастворимы в любых растворителях (но могут ограниченно набухать), не способны к высокоэластичным деформациям. Даже биологическая активность одного и того же полимера различна в зависимости от структуры цепи макромолекулы.

Специфические свойства полимеров обусловлены главным образом двумя особенностями: 1) существованием двух типов связей - химических и межмолекулярных, удерживающих макромолекулярные цепи друг около друга; 2) гибкостью цепей, связанной с внутренним вращением звеньев.

Химические связи между мономерными звеньями можно представить в виде - М - М - М -. Это прочные связи с энергией Е_с400 ^кДж/_моль. Молекулярные связи возникают между полимерными цепями или разными участками одной цепи. Энергия одной молекулярной связи Е_с10 ^кДж/_моль. Это значение невелико: в 40 раз меньше энергии химической связи. Но таких связей много, и их влияние на свойства полимерных веществ не менее существенно, чем влияние химических связей.

Вторая особенность строения полимеров определяется гибкостью цепей, связанной со свободой вращения их звеньев, в результате чего макромолекула может изменять пространственную форму путем перехода из одной конформации к другой. Конформациями называют энергетически неравноценные формы молекул, переходящие одна в другую без разрыва химической связи путем простого поворота звеньев. В результате конформационных изменений макромолекулы могут либо свертываться, образуя глобулы и клубки или выпрямляться и укладываться в ориентированные структуры - пачки. Наиболее вероятной конформацией молекулы ВМС является клубок, или глобула. Гибкость цепей полимеров зависит от химического строения цепи, природы заместителей, их числа и распределения по длине цепи, числа звеньев в цепи. Кроме того, гибкость цепей полимеров зависит от температуры, природы растворителя и межмолекулярных взаимодействий макромолекул.

Фазовые состояния вмс

Фазовое состояние для полимера означает определенную его структуру и характер взаимного расположения молекул. ВМС могут находиться в аморфном и кристаллическом состоянии. В кристаллическом состоянии макромолекулы ВМС образуют единообразно сложенные надмолекулярные образования: стержни, пластинки, сферы. Внутри этих образований у макромолекул одинаковая конформация.

В аморфных полимерных веществах надмолекулярные образования представляют собой пространственные структуры из хаотически сложенных макромолекул в разных конформациях. Широко используемые полистирол и полиметилметокрилат-аморфные ВМС. При определенных условиях они могут быть получены и в кристаллическом состоянии. Необходимое условие кристаллизации - регулярность строения полимера. Структурные свойства полимеров могут изменяться при механических нагрузках. Аморфное фазовое состояние линейного полимера в зависимости от температуры имеет три физических состояния: упруготвердое (стекло-образное), высокоэластичное (каучукообразное) и пластическое (вязкотекучее). Переходы полимеров из одного физического состояния в другое происходят постепенно в некотором диапазоне температур. В этих состояниях полимеры обладают различными механическими свойствами. Факторы, уменьшающие межмолекулярные воздействия, приводят к увеличению пластичности полимеров и обусловливают возможность переработки полимерных материалов: вытягивание нитей, пленок, формирование различных деталей. Наличие числа межмолекулярных связей придает полимерам большую механическую жесткость и прочность. Факторы, вызывающие увеличение жесткости цепей (мостичные связи, полярные группы), уменьшают или полностью исключают пластичность. В практике для увеличения пластичности в линейные полимеры вводят специальные вещества - пластификаторы. Эти вещества внедряются между макромолекулами или блоками (пачками) и раздвигают их, ослабляя межмолекулярные силы. Пластификаторы, взаимодействуя с макромолекулами, как бы “сольватируют” их. Для неполярных полимеров применяют неполярные пластификаторы, для полярных - полярные.

Таким образом, основные параметры, определяющие структурно- механические свойства полимерных материалов, являются функциями строения полимеров. Изучив природу этой связи, можно скреплять или раздвигать цепи, вводить полярные группы, заместители больших размеров и так далее, то есть можно конструировать новые материалы с требуемыми свойствами, заранее заданными, сообразно с целью их практического применения.