1. Загальні методичні вказівки

Курс " Хімія та фізика полімерів" викладається студентам денної та заочної форми навчання згідно навчального плану. Він складається з лекцій, лабораторних та практичних занять. Також студенти виконують домашні завдання. Підсумковий бал оцінки знань складається з балі за активну роботу на практичних заняттях, виконання та захист лабораторних робіт, виконання та захист домашнього завдання, модульних контрольних робіт та тестів за темами, що вивчаються самостійно. Наприкінці курсу складається іспит.

2 . Хімічні процеси синтезу полімерів

2.1. Загальна характеристика полімерів

Загальні поняття о полімерах. Класифікація полімерів. Молекулярна маса та молекулярно-масовий розподіл (ММР).

Насамперед необхідно з`ясувати загальні положення та терміни, які вико-ристовуються для характеристики полімерів. Це такі терміни як : мономер, полімер, порядок побудови назви полімерів, елементарна ланка, макромолекула, ступінь полімеризації, основний ланцюг макромолекули,

бокові відгалуження [1-6].

Класифікація полімерів здійснюється за кількома принципами:

1. За походженням : природні та синтетичні.

2. За складом макромолекули, полімери бувають - карболанцюговими, гетероланцюговими, елементорганічними.

3. За кількістю типів елементарних ланок - гомополімери, сополімери. Останні у свою чергу поділяються на : статистичні сополімери, блоксополімери та прищеплені ( або графт-) сополімери.

4. За побудовою макромолекули: лінійні або ланцюгові, розгалужені, ступінчасті, сітчасті плосткостні та сітчасті просторові.

5. За характером побудови основного ланцюга макромолекули: регулярні, нерегулярні, стереорегулярні.

Знання класифікації полімерів допомагає свідомо встановлювати зв'язок між будовою полімерів та їх властивостями.

Вирішальний вплив на властивості полімерів має характер побудови основного ланцюга. Елементарні ланки можуть бути поєднанні у єдиному порядку та утворювати регулярно побудовану макромолекулу, або у випадковому порядку з утворенням нерегулярно побудованого ланцюга. Порушення регулярності будови макромолекули може бути пов'язане з характером просторового розташування замісників у елементарній ланці. Полімери, в яких спостерігається порядок в розташуванні замісники у просторі по відношенню до площини основного ланцюга називаються стереорегулярними. Полімери, в яких порядок розташування замісники порушений називаються нестереорегулярними. Особливий вплив на властивості полімерів набуває просторове розташування замісників у разі наявності у основному ланцюгу подвійного зв'язку. У цьому випадку утворюються стабільні стереоізомери - цис- або транс- форми.

При вивченні класифікації необхідно обов'язково на кількох прикладах спробувати розібратися з належністю полімеру до того чи іншого класу, написати усі можливі форми утворення основного ланцюга з даного мономеру.

Наприклад: З мономера ізопрену СН₂=С(СН₃)-СН=СН₂ можна синтезувати полімер - поліізопрен, який є згідно за класифікацією карболанцюговим гомополімером лінійної будови. Щодо характеру складу основного ланцюга, то у цьому випадку можуть бути реалізовані усі відомі варіанти побудови макромолекули.

Насамперед розрив подвійних зв'язків у мономері може здійснюватися з утворенням елементарних ланок трьох типів:

- СН₂- СН= С - СН₂- -СН₂- СН- - СН₂ -С ( СН₃) -

¦ ¦ ¦

СН₃ СН₃ -С = СН₂ СН=СН₂

1,4 3,4 1,2

Усі вони мають несиметрично розташовані замісники, що значно поширює варіанти з'єднання їх у основний ланцюг. Кожна з наведених ланок поміж собою може з'єднуватися по типу : голова до голови, голова до хвосту, або нерегулярно. Тобто, утворення регулярно побудованої макромолекули потребує особливих умов одержання полімеру.

Наявність замісників призводить до можливості отримання різних просторових ізомерів:

- для макромолекули, побудованої з елементарних ланок 1,4 за рахунок наявності подвійного зв'язку існують два стереоізомери - цис та транс конфігурації. Стереорегулярний полімер утворюється тільки у разі регулярної будови основного ланцюга та реалізації однієї з конфігурації;

- у макромолекул, побудованих з елементарних ланок 3,4 та 1,2 також утворюються стереоізомери - при упорядкованому розташуванні замісників у просторі та регулярній будові основного ланцюжка утворюються ізотактичні чи сіндіотактичні стереорегулярні полімери. Якщо у просторовому розміщенні замісників нема ладу, то отримуємо атактичні полімери.

Особливість полімерів виявляється і при розгляді такого поняття як молекулярна маса. Неорганічні та органічні хімічні речовини, не залежно від метода одержання, мають постійну молекулярну масу, яка є основною характеристикою речовини. При синтезі полімерів отримати макромолекули з однаковим ступенем полімеризації ( а отже і однаковою молекулярною масою) практично не можливо. Зі збільшенням молекулярної маси різниця в фізичних властивостях гомологів (температура кипіння) майже зникає. Тому фізичними методами можна виділити лише вузькі фракції, які є сумішшю гомологів з близькою молекулярною масою. Полімери майже завжди полідисперсні по молекулярній масі. Полідисперсність описується молекулярно-масовим розподілом (ММР), середньочисельною та середньоваговою молекулярною масою.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Дайте визначення, що таке: полімер, мономер, ступінь полімеризації, елементарна ланка.

2. Перерахуйте основні ознаки полімерів, за якими ведеться їх класифікація.

3. Дайте визначення, що таке: карболанцюгові, гетероланцюгові, елементорганічні полімери, сополімери, регулярно- та нерегулярно побудовані полімери, стереорегулярні полімери, ізо-, сіндіо-, цис- та транс- ізомери, атактичні полімери.

4. Поясніть різницю між середньочисельною та середньоваговою молекулярною масою. Причину полідисперсністі полімеру по молекулярній масі. Що таке широкий, вузький, бімодальний та мультімодальний ММР.

5. Спробуйте написати формули перерахованих нижче мономерів, всі можливі типи елементарних ланок в полімерах, охарактеризувати полімери за наданою класифікацією ( дивись приклад): етилен, пропілен, ізобутілен, вінілхлорид, стирол, акрил нітрилової кислоти, бутадієн, ізопрен, хлоропрен.