62.Полимерные материалыи их классификация

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются соединения с большой молекулярной массой, выражающейся в десятках или сотнях тысяч и миллионах дальтон.

Полимеры - это другое название ВМС, которое получило в настоящее время широкое применение, хотя оно является и менее точным.

Полимеры содержат большое число чаще всего одних и тех же групп атомов, называемых звеньями, которые соединены друг с другом в определённом порядке ковалентной связью.

С древнейших времён люди использовали природные ВМС: белки и крахмал в пище, целлюлозу хлопка и льна, кератин шерсти для одежды, коллаген кожи для обуви.

Лишь в конце XIX века при переработке целлюлозы начали получать искусственные ВМС для получения искусственных волокон и пластмасс.

В начале XX века были разработаны методы получения синтетических ВМС путём синтеза из соединений с небольшой молекулярной массой.

В настоящее время мировое производство синтетических и искусственных ВМС получило большое развитие и темпы его роста выше, чем производств металлов, а также и природных ВМС.

Такой стремительный рост производства ВМС обусловлен присущей только им совокупностью разнообразных свойств: эластичности и жёсткости, твёрдости, высокой прочности, прозрачности и непрозрачности для света, малой плотности, химической стойкости и термостойкости.

Некоторые ВМС по сочетанию разнообразных свойств не имеют аналогов среди природных материалов.

Стоимость изделий из ВМС в большинстве случаев ниже, чем таких же изделий из традиционных материалов.

Поэтому ВМС нашли широкое применение в авто-, судо- и самолётостроении, в электротехнической, радиоэлектронной, космической, химической, пищевой медицинской и других отраслях промышленности в виде разнообразных изделий.

12.1.2 Классификация полимеров

Классификацию полимеров осуществляют по происхождению, составу главной цепи, структуре макромолекул, способу получения и т. д.

По происхождению. По происхождению полимеры делят на природные и синтетические полимеры. Природные полимеры: целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, а также химически модифицированные природные полимеры, например нитроцеллюлоза и ацетилцеллюлоза.

Синтетические полимеры - это полимеры, полученные из мономеров (органических веществ с небольшой молекулярной массой): пропилен, полистирол, бутадиеновый каучук и т. д.

По химическому составу главной цепи макромолекулы все полимеры делятся на три группы:-

1) органические - в состав главной цепи макромолекулы входят только атомы углерода - каучуки, полиамиды, полиуретаны;

2) элементорганические - главная цепь состоит из атомов кремния, бора, титана, фосфора, соединённых через кислород, к которым присоединены органические радикалы - титаноксаны, алюмоксаны;

3) неорганические - в составе главной цепи и боковых заместителях отсутствует углерод.

Полимеры, главные цепи которых состоят из одинаковых атомов, называются гомоцепными.

Наиболее широко распространены карбоцепные полимеры, главная цепь которых состоит только из атомов углерода, например, полиэтилен и большинство синтетических каучуков.

Полимеры, главные цепи которых состоят из разных атомов, называются гетероцепными.

Гетероцепные полимеры в главной цепи содержат наряду с атомами углерода ещё и атомы других элементов - кислорода, азота, серы, фосфора и др.

В зависимости от структуры макромолекул различают линейные, разветвлённые и трёхмерные (пространственные, сшитые, сетчатые) полимеры

1. В полимерах с линейным строением макромолекул каждое элементарное звено соединено только с двумя соседними: -М-М-М-М-М-М-М- Хотя в пространстве макромолекулы могут быть изогнуты, переплетены или свёрнуты в клубок. Полимеры с линейной структурой, обычно прочны, эластичны, способны растворяться и размягчаться. Такую структуру имеют полиэтилен, каучуки, целлюлоза.

2. Разветвлённая структура характерна для полимеров, макромолекулы которых имеют боковые ответвления меньшей длины, чем основная цепь: Рис 12.1. Схема строения полимера с разветвлённой структурой Такой структурой обладают крахмал, полистирол и др.

3. Полимеры, в которых линейные макромолекулярные цепи соединены посредством атомов или групп атомов (поперечных связей), называются трёхмерными: Рис. 12.2. Схема строения полимера с трёхмерной структурой Полимеры с трёхмерной структурой тверды, нерастворимы и неспособны размягчаться, например, резины, фенопласты и аминопласты.

По механическим свойствам полимеры делятся на: - пластомеры, характеризующиеся высокой прочностью и низкой способностью к растяжению; - эластомеры, характеризующиеся высокой упругостью и способностью к растяжению.

По отношению к действию температур полимеры могут быть термопластичными и термореактивными. К термопластичным полимерам относятся полимеры, которые при нагревании размягчаются, переходят в пластичное состояние, а при охлаждении вновь затвердевают и, сохраняя свои первоначальные свойства: растворимость, способность к размягчению и др. К термореактивным полимерам, относятся полимеры, которые при нагревании становятся пластичными (способными к формованию), но затем под влиянием температуры и благодаря наличию химически активных групп приобретают трёхмерную структуру вследствие соединения линейных макромолекул между собой.

После затвердевания такие полимеры становятся неплавкими и нерастворимыми, например фенолформальдегидные пластмассы.