Модуль 1. Свойства и области применения полимерных композиций.

Свойства полимерных композиций и уровень межмолекулярного взаимодействия в них зависят от химического строения и состава звеньев в макромолекулах полимерной основы. По химическому строению основной цепи полимеры подразделяют на карбоцепные (с углеродной цепью) и гетероцепные (с элементоорганической цепью). Межмолекулярным взаимодействием определяется способность полимера к растворению в низкомолекулярных жидкостях, поведение его при низких температурах, эластические и другие свойства. Уровень его оценивают параметром растворимости – отношением произведения плотности полимера на сумму констант притяжения отдельных групп атомов в звене к молекулярной массе звена. Для этого используют также плотность энергии когезии (кДж/моль), которая эквивалентна работе удаления взаимодействующих макромолекул или групп атомов друг от друга на бесконечно большие расстояния. При температуре ниже температуры стеклования (Т_с) энергия межмолекулярного взаимодействия становится выше энергии теплового движения, и полимер переходит в твердое застеклованное состояние. Эластомерами (каучуками) называют полимеры с параметром растворимости 14-19 (М^.Дж/м³)^1/2 и Т_с ниже комнатной, а пластмассами – выше комнатной.

Общая деформация полимеров складывается из упругой, высоко-эластической и пластической. У пластмасс превалирует упругая деформация, а эластомеры из-за очень малой ее доли относят к упруговязким материалам. При деформировании с бесконечно малой скоростью напряжение в эластомерах близко к нулю, что сближает их по поведению с жидкостями. Вулканизация превращает эластомер в резину, которая благодаря сетчатой структуре теряет способность переходить в вязкотекучее состояние и как твердое упругое тело является вязкоупругим материалом. Пластмассы, подобно эластомерам и резине, подразделяют на термопласты, способные обратимо переходить в вязкотекучее состояние, и реактопласты, которые при переработке отверждаются с образованием сетчатой структуры.

Полимеры могут быть с повторяющимися одной (гомополимеры) или несколькими (сополимеры) составными звеньями. Поведение и свойства их определяются строением, химическим составом и средней молекулярной массой (ММ) макромолекул, молекулярно-массовым распределением (ММР) и взаимным расположением звеньев. Гуттаперча (пластмасса) и НК (каучук) являются примером влияния конфигурационной изомерии звеньев на свойства полиизопренов. В первой ориентированные в одном направлении метильные группы у атомов углерода с жесткой двойной связью в основной цепи встречаются через одну мономерную группу, и их период идентичности равен 0,82 нм, а во второй – в каждой мономерной группе через 0,48 нм. При стереоспецифической полимеризации бутадиена получены четыре стереорегу-лярных полимера, из которых 1,4-транс-полибутадиен и 1,2-полибутадиены синдиотактической и изотактической структуры являются пластмассами белого цвета, и только 1,4-цис-полибутадиен – эластомер. С усложнением структуры мономерного звена число стереорегулярных полимеров увеличивается. Из-за несимметричности молекулы изопрена из него можно получить еще две 3,4-структуры – изотактическую и синдиотактическую. Звенья различной конфигурации могут быть в одной макромолекуле и нарушать регулярность ее структуры, а чередование звеньев бывает произвольным (статистическим) или упорядоченным. Стереорегулярны часто отдельные участки макромолекул, а отношение числа звеньев в этих участках, к общему числу звеньев называют степенью стереорегулярности.