17. Высокомолекулярные соединения (вмс), строение, агрегатное состояние. Набухание и растворение вмс. Химические реакции полимеров.

ВМС – вещества, состоящие из больших молекул с большой молекулярной массой, подавляющая часть ВМС это полимеры. Молекулярная масса ВМС больше 1000.

Полимеры – это ВМС молекулы, которых (макромолекулы) состоят из большого числа одинаковых повторяющихся группировок.

Самая главная отличительная физическое свойство полимера, это гибкость полимерных цепей.

Гибкость – это способность принимать множество различных положений в пространстве (конформации). За счет внутреннего вращения вокруг одинарных связей.

Полимерное вещество полимолекулярна и полидисперстна т.е. в веществе макромолекулы имеют разную длину, т.е. разное количество полимерных звеньев. Поэтому, характеризуются средней молекулярной массой и молекулярно массовым распределение ММР.

1- Узкое ММР, 2 – Широкое ММР, n – количество молекул с определенной молекулярной массой М.

Полимеры с узким ММР имеют лучшие прочностные характеристики.

Полимеры по строению классифицируются:

• По химическому строению основной цепи: гомоцепные, гетероцепные, элементо-органические.

• По пространственному строению макромолекул: линейные, разветвленные и сшитые.

• По пространственному строению звеньев макромолекул: Стериорегулярные и нестериорегулярные, цисс- и транц-изомерия, изотактические, синдиотактические, атактические.

Агрегатное состояние полимеров: жидкое и твердое.

Фазовые состояния полимеров: аморфные (Ж, Т), кристаллические (Т).

Набухание и растворение ВМС: при растворении действует правило «подобное растворяется в подобном». Полярные полимеры растворяются в полярных, а не полярные полимеры в неполярных растворителях.

Растворение полимеров идет в три стадии:

1. Растворитель проникает в нодмолекулярные структуры.

2. Разрушение надмолекулярных структур.

3. Полное растворение.

Для сшитых полимеров невозможна III стадия. I, II стадия – это набухание. Для сшитых полимеров существует равновесная степень набухания, которая определяется параметрами сетки.

Химические реакции полимеров:

• С сохранением длины макромолекулы.

• Протекающие с увеличением молекулярной массы –вулканизация.

• Реакции протекающие с уменьшением молекулярной массы – дисструкция (старение)

18. Термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол, политетрафторэтилен) свойства и применение.

Термопласты – это полимеры, которые при нагревании плавятся и могут принять любую заданную форму, которую используют при обычных температурах, если нагреть еще раз, то изменение в структуре не будет. Эти полимеры подвергаются вторичной переработке без изменения химического строения.

Полиэтилен. Устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже концентрированной серной кислоты, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора.

При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде. Под высоким давлением может быть растворён в перегретой до 180 °C воде.

Со временем, деструктурирует с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или высокой плотности (HDPE), применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твёрдых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.

• Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочная, например, пузырчатая упаковка или скотч),

• Тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады)

• Полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения.

• Электроизоляционный материал.

• Полиэтиленовый порошок используется как термоклей^[5].

• Броня (бронепанели в бронежилетах)^[6]

• Корпуса для лодок^[7], вездеходов, деталей технической аппаратуры, диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода и др.;

Полипропилен. Полипропилен химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены,олеум. Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60 °C и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 °C он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол,толуол.

Применение. Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для вибро- и шумоизоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению. Для вибро- и теплоизоляции также широко применяется пенополипропилен (ППП). Близок по характеристикам к пенополиэтилену. Также встречаются декоративные экструзионные профили из ППП, заменяющие пенополистирол. Атактический полипропилен используют для изготовления строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и липких пленок.

Полистирол. Степень полимеризации промышленно выпускаемых полистиролов n = 600—2500, коэффициент полидисперсности   (  — среднемассовая,   — среднечисловая молекулярные массы). В зависимости от метода синтеза и степени полимеризации индекс текучести составляет 2-30, температура размягчения (по Вика, 200 МПа) 97 °С для аморфного и 114 °С для частично кристаллизованного полистирола^[1].

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований.

Полистирол — жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до −40 °C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Растворяется в ацетоне, толуоле, дихлорэтане, медленнее в бензине. Не растворим в воде. Термопластичный материал. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Хорошо склеивается. Обладает низким влагопоглощением, высокой влагостойкостью и морозостойкостью.

Применение: Выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, которые перерабатываются в готовые изделия литьем под давлением либо экструзией при 190—230 °С. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок.

Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная декоративная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производствеконденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).

Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать все ещё подвижные растворы,^[2] обусловила использование полистирола в составе напалма^[3] в качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола.^[2].

Политетрафторэтилен. Физические свойства. Тефлон — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см³. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей. Фторопласт мягкий и текучий материал, имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. DuPont указывает температуру начала деструкции согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260°С до 327°С.^[5]

Химические свойства. По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влияниемщелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий. Наибольшую известность тефлон получил благодаря широкому применению в производстве посуды с антипригарным покрытием.