Загальна інформація

Поняття про полімери та полімеризацію

Полімеризація — це послідовне сполучення однакових молекул у більші. Реакції полімеризації особливо характерні для ненасичених сполук. Так, наприклад, з етилену утворюється високомолекулярна сполука — поліетилен. Сполучення моле­кул етилену відбувається за місцем розриву подвійного зв'язку;

С Н₂=СН₂ + СН₂=СН₂+ СН₂=СН₂+ ... —СН₂—СН₂— + —СН₂—СН₂— + —СН₂—СН₂— + •••

До кінців таких молекул (макромолекул) приєднують­ся які-небудь вільні атоми або радикали (наприклад, атоми водню з етилену).

Продукт реакції полімеризації назива­ється полімером (від грецького полі — багато, мерос — частина), а вихідна речовина, що вступає в реакцію полі­меризації, називається мономером.

Характерні ознаки полімеризації

1. В основі полімеризації лежить реакція приєднання

2. Полімеризація є цепним процесом, тому що включає стадії ініціювання, росту і обриву ланцюга.

3. Елементний склад (молекулярні формули) мономеру і полімеру однаковий.

56

Наприклад, полімеризація етилену записується так:

n CH₂=CH₂     (–CH₂–CH₂–)_n

а бо   СH₂=CH₂ + CH₂=CH₂ + CH₂=CH₂ + ...  

-CH₂–CH₂- + -CH₂–CH₂- + -CH₂–CH₂- + ...     (–СН₂–СH₂–)_n

Полімер — речовина з дуже високою молекулярною масою, молекула якої складається з великої кількості пов­торюваних угруповань, що мають однакову будову. Ці угруповання називають елементарними ланками, або струк­турними одиницями. Наприклад, елементарною ланкою поліетилену є угруповання атомів — СН₂—СН₂—.

Число елементарних ланок, що повторюються в макро­молекулі, називається ступенем полімеризації (познача­ється n). Залежно від ступеня полімеризації, з одних і тих самих мономерів можна добувати речовини з різними влас­тивостями. Так, поліетилен з короткими ланцюгами (n= 20) є рідиною, що має властивості мастил. Поліетилен з довжиною ланцюга в 1500—2000 ланок — це твердий, але гнучкий пластичний матеріал, з якого можна виготовляти плівки, пляшки та інший посуд, еластичні труби тощо. Нарешті, поліетилен з довжиною ланцюга в 5—6 тис. ланок є твердою речовиною, з якої можна виготовляти литі вироби, тверді труби, міцні нитки.

Якщо у реакції полімеризації бере участь невелика кіль­кість молекул, то утворюються низькомолекулярні речо­вини, наприклад димери, тримери і т. д. Умови перебігу реакцій полімеризації дуже різноманітні. В деяких ви­падках необхідні каталізатори і високий тиск. Але основним фактором є будова молекули мономеру. В реакцію полі­меризації вступають ненасичені сполуки за рахунок розриву кратних зв'язків.

Структурні формули полімерів коротко записують такі формулу елементарної ланки беруть у дужки і справа вни­зу ставлять букву n. Наприклад, структурна формула полі­етилену (—СН2—СН2—)n. Легко збагнути, що назва поліме­ру складається з назви мономеру і префікса полі-, наприк­лад, поліетилен, полівінілхлорид, полістирол і т. д.

Для макромолекул характерні три основні різновиди геометричних форм

Лінійна форма (наприклад, поліетилен низького тиску, не вулканізований натуральний каучук и т.п.):

Розгалужена форма (поліетилен високого тиску та ін.):

57

Просторова Геометрична форма макромолекул в значній мірі впливає на властивості полімерів:

• лінійні і розгалужені полімери термопластичні , розчинні;

• лінійні полімері мають найбільшу густину, їх макромолекули здатні до орієнтації вздовж вісі направленого механічного поля (це використовується, наприклад, при формуванні волокон та плівок);

полімери сітчастої (просторової) будови, не плавляться, не розчиняються, а тільки набухають в розчинниках.

За допомогою реакцій полімеризації добувають високомолекулярні синтетичні речовини, наприклад поліетилен, політетрафторетилен (тефлон), полістирол, синтетичні кау­чуки та ін. Вони мають велике народногосподарське зна­чення.

Полівінілхлорид — продукт полімеризації хлористого вінілу (вінілхлориду)

...-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-...

полівінілхлорид

Структурна формула (-CH₂-CHCl-)_n

Цей полімер має цінні властивості: він не горючий, стійкий проти дії хімічних реагентів, легко забарвлюється. З пластмас на його основі виготовляють клейонку, плащі, портфелі, штучну шкіру для взуття тощо. Широко застосовується для ізоляції проводів і кабелів. Тефлон — продукт полімеризації тетрафторетилену. Це найінертніша органічна речовина (на неї впливають лише розплавлені калій і натрій). Має високу морозо- і теплостійкість.

Полістирол — тверда прозора пружна речовина. Добувають полімеризацією стиролу . Полістирол широко використовують як діелектрик в електро- радіотехніці. Йде на виготовлення кислототривких труб, тари, а та­кож побутових виробів — гребінців, іграшок та ін. З нього виготовля­ють легкі пористі матеріали — пінопласти.