Высокомолекулярные соединения

Высокомолекулярными соединениями, ВМС или полимерами, называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч и миллионов), мо­лекулы которых построены из множества повторяющихся эле­ментарных звеньев, образующихся в результате взаимо­действия и соединения друг с другом одинаковых или разных про­стых молекул — мономеров.

Полимеры можно получить следующими процессами:

а) Реакция полимеризации — процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей, образуя новое вещество (полимер), молекулярная масса которого в целое число раз больше, чем у мономера; полимеризация характерна, главным образом, для соединений с кратными (двойными или тройными) связями:

1 Получение полиэтилена:

2 Получение полипропилена:

3. Получение полистирола:

4 Получение бутадиенового каучука (метод Лебедева):

б) Реакция поликонденсации — процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за низкомолекулярных веществ как вода, аммиак, галогеноводород и т. п. Состав элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава исходного мономера:

1 Получение фенолформальдегидной смолы:

в) Реакции сополимеризации – процесс образования полимеров из двух или нескольких различных мономеров

1 Получение бутадиен-стирольного каучука:

Классификация ВМС по способам получения

Природные – ВМС растительного и природного происхождения Примерами природных высокомолекулярных соединений могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (α-глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки.

Химические:

а) Искусственные ВМС – получают путем переработки природных ВМС (эфиры целлюлозы и т.д.);

б) Синтетические ВМС – получают путем синтеза из низкомолекулярных веществ (полиэтилен, полистирол, синтетические каучуки, лавсан, капрон, нитрон).

Среди ВМС большее значение приобретают синтетические высокомолекулярные соединения (синтетические высокополимеры). Это разного рода материалы, обычно получаемые из доступного и дешевого сырья, на их основе получают пластические массы, синтетические волокна.

Полимеры и пластмассы на их основе являются ценными заменителями многих природных материалов (металлов, дерева, кожи, клеев и т. п.). Синтетические волокна успешно заменяют натуральные — шелковые, шерстяные, хлопчатобумажные. При этом важно подчеркнуть, что по ряду свойств материалы на основе синтетиче­ских полимеров часто превосходят природные. Можно получать пластические массы, волокна и другие соединения с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет решать многие задачи современной техники, которые не могли быть решены при использовании только природных материалов.

Классификация полимеров по свойствам и применению

- пластмассы (термореактивные и термопластичные);

- эластомеры (каучуки, резины);

- волокна.

Общие свойства ВМС:

- не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком интервале температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления;

- не подвергаются перегонке, так как разлагаются при нагревании;

- не растворяются в воде или растворяются с трудом;

- обладают высокой прочностью;

- инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.

23. По характеру процессов, сопутствующих формованию изделий, полимерные материалы делят на:

— термопластичные (термопласты) — затвердевающие обратимо, сохраняющие способность при нагревании вновь переходить в вязкотекучее состояние. Термопласты легко формуются и надежно свариваются в изделия сложной формы. Большая часть термопластов растворима в органических растворителях, отличается снижением механических свойств при повышении температуры. Это обусловлено линейным строением молекул полимера: слабой связью молекул друг с другом, ее ослабеванием при нагревании и неспособностью к образованию сшитых макромолекул. Наиболее часто используемые термопласты — полиэтилен, полистирол, поливи-нилхлорид и др. Теплостойкость термопластов (ненаполненных) лежит в пределах 60-100°С, коэффициент термического расширения ~ 10~4 "С"1. Их свойства резко изменяются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. Они отличаются хорошей растяжимостью, гибкостью. Термопластичными чаще всего являются полимеры, полученные реакцией полимеризации;

— термореактивные (реактопласты) — отвердевающие при нагревании необратимо. Первоначальные свойства и способность плавиться не восстанавливаются. Их отверждение — результат химических реакций образования трехмерных полимеров (вследствие сшивания линейных молекул в пространственные структуры, происходящего с помощью сшивающих агентов или за счет активных групп самих полимеров). Реактопласты после отвердевания не растворяются в растворителях, но могут набухать в некоторых из них. При повышении температуры до некоторого предела они незначительно изменяют свои свойства, а затем происходит их термодеструкция — разложение. Их теплостойкость — до 250-300°С. Прочность и твердость отвержден-ных реактопластов выше, чем у термопластов. Они отличаются также водостойкостью. Реактопластами являются поликонденсационные смолы: фенолоформальдегидные, эпоксидные и др.