7.Особенности строения полимерных фаз

Молекулы, несмотря на разнообразие их химических и физических свойств, имеют общие черты и поэтому образуют определенную категорию материальных систем. Однако, когда в молекуле число атомов, соединенных друг с другом ковалентными химическими связями, очень велико, возникают сначала кластеры (как установилось называть в неорганической химии и материаловедении объединения нескольких атомов или группировок в одну) или олигомеры (как принято называть в химии высокомолекулярных соединений вещества, свойства которых ощутимо изменяются при изменении на одну или несколько числа элементарных звеньев в молекуле) и, наконец, полимеры. В полимерах изменение степени полимеризации макромолекулы на одну или несколько единиц не изменяет свойств полимера.

Макромолекулы (гигантские молекулы) полимеров по многим свойствам качественно отличаются от обычных молекул. Некоторые из их свойств не встречаются у обычных молекул. К ним относятся: гибкость, скручиваемость молекул, их способность свертываться в спирали и клубки, медленное изменение свойств со временем (старение), сильная зависимость свойств полимеров от их формы макромолекул и др.

Линейные (цепочечные) полимеры различной структуры или формы значительно отличаются по своим свойствам, но имеются и некоторые общие характерные для этого вида полимеров особенности. Полностью линейный полимер может растворяться в соответствующем растворителе, так как между его молекулами (более или менее вытянутыми вдоль прямых или свернутыми в клубки) действуют ван-дер-ваальсовые силы того же порядка величины, как и между молекулами растворителя и макромолекулами. Поэтому молекулы соответствующего растворителя ослабляют связи между макромолекулами.

Линейные макромолекулы расположены и веществе более или менее параллельно друг другу. Этим объясняется относительно высокая прочность на разрыв н упругость линейных полимеров. Оси таких макромолекул лежат вдоль прочных ковалентных связей; перпендикулярно им из-за приблизительно параллельного положения молекул во многих местах возникают хотя и слабые в отдельности, но сильные в своей совокупности ван-дер-ваальсовым связи. Так что прочность на разрыв оказывается не малой и в направлении, перпендикулярном оси макромолекулярной конструкции. Все же эти вещества подвержены воздействию растворителя, поскольку из-за гибкости макромолекулы небольшие молекулы последнего могут отщеплять ван-дер-ваальсовые связи по группам. Многие линейные полимеры удается расплавлять и без расщепления макромолекул, так как под действием энергии теплового движения могут последовательно разрываться отдельные слабее связи.

Разветвленные полимеры также способны растворяться в соответствующих растворителях, причем даже лучше, чем линейные полимеры того же химического состава и равной молярной массы. Разветвление макромолекул препятствует их параллельному расположению даже при плотной упаковке, в результате связи, удерживающие соседние макромолекулы, ослабляются, а относительно рыхлая упаковка облегчает проникновение молекул растворителя. Поэтому прочность на разрыв у разветвленных полимеров меньше, чем у линейных.

Свойства сетчатых полимеров существенно отличаются от свойств линейных и разветвленных полимеров. Без расщепления они не растворяются и не могут быть расплавлены. Образование сетки приводит к возникновению химических связен между линейными макромолекулами, которые достаточно сильны н поэтому молекулы растворителя не могут расщепить их. Физические свойства этих веществ существенно зависят от вида и числа химических связей между молекулами. С увеличением числа связей повышается твердость веществ и уменьшается их эластичность; в известном смысле эти материалы по своим свойствам приближаются к кристаллу.[7]