1. Понятие структуры макромолекулы

Структура макромолекулы – это сложное понятие, включающее химическое строение, пространственное расположение звеньев, форму макромолекул, распределение по длинам и молекулярным массам.

По химическому строению повторяющегося звена полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические, а по характеру цепи основных валентностей на карбоцепные и гетероцепные.

Макромолекула кристаллического полиэтилена представляет собой плоскую зигзагообразную углеводородную цепь, периодичность которой определяется размером одного зигзага этой цепи: (рисунок)

Если молекулы полимера построены из нескольких элементарных звеньев, различающихся по химическому составу, то они называются полимерами и делятся на привитые и блокосополимеры. (рисунок)

К сополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, смешанные полисахариды, а также синтетические вмс.

При изучении строения макромолекулы полимера наряду с определением химического состава элементарных звеньев, порядка их чередования и пространственного расположения большое значение приобретает определение геометрической формы макромолекулы.

По форме макромолекулы полимеры разделяются на линейные, разветвленные и сетчатые.

К линейным полимерам относятся целлюлоза, натуральный каучук, некоторые белки (казеин) и все синтетические волокнообразующие полимеры.

Макромолекулы разветвленного полимера представляют собой цепи с боковыми ответвлениями. К ним относятся амилопектин (одна из составных частей крахмала), Трехмерные сетчатые полимеры называют пространственно-структурированными, т.к. сшивающие цепи во много раз короче основных цепей и являются как бы «мостиками» между длинными цепями. Из органических природных полимеров к пространственным вмс относится шерсть.

Линейные и разветвленные полимеры построены из макромолекул, связанных межмолекулярными силами, энергия которых в 10-15 раз меньше энергии химических связей, поэтому они могут быть переведены в раствор или расплав при нагревании.

В сетчатых полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями. Макромолекулами в этом случае обычно называют основные линейные цепи главных валентностей, не включая в это понятие «поперечные связи», соединяющие цепи. Всякая попытка разделить такие полимеры на отдельные частицы приводит к разрушению структуры полимера.

Несмотря на различную природу атомов в повторяющихся звеньях, их объединяет общее: связи между атомами и между звеньями являются химическими.

2. Химическое строение полимеров

ВМВ состоят из различных хим. элементов и по составу хим. элементов подразделяются на

1. органические

а) карбоцепные б) гетероцепные

2. неорганические

а) гомоатомные б) гетероатомные

3. элементоорганические

а) кремнийорганические б) титанорганические

в) фосфорорганические г) другие

К органическим полимерам относят соединения, молекулы которых содержат атомы углерода, азота, кислорода, серы и галогенов, входящих в состав главной цепи и боковых групп

В элементоорганических полимерах главная молекулярная цепь состоит из атомов углерода и других неорганических элементов гетероатомов, а боковые группы включают атомы углерода и гетероатомы, непосредственно соединенные с атомами цепи.

Неорганические полимеры – это соединения, которые не содержат атомов углерода в составе макромолекул.

Органические полимеры подразделяют на карбоцепные и гетероцепные. Главная цепь карбоцепных полимеров состоит только из атомов углерода. В состав цепи макромолекул гетероцепных полиме входят гетероатомы (O, N, S)

В класс карбоцепных полимеров входят вещества, макромолекулы которых образованы соответствующими углеводородными мономерами (предельными или непредельными) – полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полибутадиен и др.; галогеносодержащими мономерами – поливинилхлорид, полихлороплен и др.;

Совокупность гетероцепных полимеров образуют полиэфиры, полиамиды, полиацетали, полисульфиды и др.

В совокупность элементоорганических полимеров входят полимеры, содержащие элементы всех групп периодической системы. Наибольшее практическое значение имеют кремнийорганические полимеры, макромолекулы состоят из атомов кремния и углерода.

Неорганические полимеры подразделяют на две группы. В первой из них макромолекулы состоят из гомоатомных (т.е. образованных одинаковыми атомами) цепей. Во второй макромолекулы имеют гетероатомную структуру, т.е. представляют собой комбинацию разных атомов.

3. Молекулярная масса полимеров

Для вмс молекулярная масса М является константой, характеризующей данное соединение.

Полимер состоит из макромолекул, содержащих различное число звеньев, имеющих различную длину и молекулярную массу, т.е. является полидисперсным.

Полидисперсность является следствием случайного (статистического) характера реакций образования полимера, а в некоторых случаях и следствием разрушения или соединения макромолекул. Поэтому когда говорят о молекулярной массе полимера, всегда имеется ввиду ее усредненное значение Мср. Но при одинаковом значении Мср полимеры могут различаться полидисперсностью. Этот факт свидетельствует о необходимости рассматривания в качестве характеристики полимера кривых молекулярно-массового распределения (ММР).

ММР полимера бывает узким и широким. Оно оказывает существенное влияние на его физико-механические свойства. Образцы 1 и 2 имеют одинаковую среднюю молекулярную массу Мср. Однако, кривая 1 соответ-ствует так называемому узкому ММР, когда основная масса полимера содержит фракцию с определенной молекулярной массой, а для фракций с большими или меньшими значениями молекулярных масс значительно меньше.

Кривая 2 соответствует широкому ММР, когда содержание фракций с близкими значениями молекулярных масс велико, а содержание преобладающей фракции лишь незначительно больше в сравнении с другими фракциями.

Неоднородность оказывает значительное влияние на основные свойства полимера, и чем она больше, тем хуже качество полимера.