6.2. Классификация полимеров.

Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле полимера в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин); трёхмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза.

Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определённой периодичности, полимеры называются стереорегулярными.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блок-сополимерами. К внутренним (не концевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.

В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи, которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен. К гетероцепным полимерам относятся полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты и др.), полиамиды, мочевиноформальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.

6.2.1. Классификация по происхождению.

По происхождению полимеры делятся на три группы.

1. Природные полимеры, которые в основном являются биополимерами. К ним относятся протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс, белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы. Природные полимеры образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже.

2. Искусственные полимеры выделяют из природных, не нарушая структуры основных цепей. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

3. Синтетические полимеры, полученные синтезом из низкомолекулярных веществ (мономеров) и не имеющие аналогов в природе. Например, полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.

6.2.2. Классификация по структурным признакам.

По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветвлённые, сетчатые, пространственные.

Линейные. В макромолекуле мономеры последовательно связаны друг с другом и образуют линию. Пространственно линия чаще всего не прямолинейна, а имеет зубчатую или спиральную конфигурацию, что придает таким полимерам повышенную механическую прочность. Молекулы линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния. Если единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Линейные полимеры могут иметь как кристаллическую, так и аморфную (стеклообразную) структуру.

Разветвленные (привитые) полимеры имеют боковые цепи и более прочны, чем линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатые. Цепи макромолекул полимеров химически связаны друг с другом, что сильно ограничивает движение макромолекул и приводит к изменению как механических, так и химических свойств полимеров. Обычная резина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-O, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода. Произойдет старение полимера с потерей эластичности и работоспособности.

Пространственные. Если молекулы полимера содержат реакционно способные группы, то при нагревании они соединяются множеством прочных поперечных связей. Полимер оказывается сшитым, приобретает пространственную структуру, прочность и высокую вязкость. Становится нерастворимым и неплавким. Вследствие реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры, пространственные полимеры при нагреве необратимо изменяют свойства и относятся к термореактивным полимерам. Молекулы пространственных полимеров активны не только по отношению друг к другу, но и к поверхностям инородных тел. Термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, обладают высокой адгезионной способностью даже при низких температурах, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующего в композиционных материалах.

По виду атомов основной цепи полимеры делятся на две большие группы гомоцепные и гетероцепные. Цепь гомоцепных полимеров состоит из одинаковых атомов. Например, цепь полиэтилена, полипропилена состоит из атомов углерода. Такие полимеры называют карбоцепными. Цепь гетероцепных полимеров образована атомами разных элементов.

По применению пластмассы можно подразделить на следующие группы: конструкционные для силовых деталей и конструкций, для несиловых деталей; прокладочные, уплотнительные; фрикционные и антифрикционные; электроизоляционные, радиопрозрачные; теплоизоляционные; стойкие к воздействию огня, масел, кислот; облицовочно-декоративные.

По основным свойствам и областям применения полимерные материалы делятся на несколько основных групп:

- пластические массы (пластики);

- каучуки;

- волокна химические;

- пленки;

- покрытия;

- клеи.