- •Физико-химия и технология полимеров, полимерных композитов
- •Введение
- •ГлаВа 1. Основные определения и понятия высокомолекулярных соединений
- •Номенклатура полимеров
- •Классификация вмс
- •Сополимеры
- •Основные отличия вмс от низкомолекулярных соединений
- •Значение вмс в природе, технике, технологии
- •Вопросы для самоподготовки
- •Глава 2. Методы получения полимеров
- •Синтез полимеров реакцией цепной полимеризации
- •Мономеры реакции полимеризации
- •Радикальная полимеризация
- •Кинетические закономерности
- •Регуляторы и ингибиторы
- •Влияние различных факторов на процесс радикальной полимеризации
- •Ионная полимеризация
- •Катионная полимеризация (кп)
- •Катализаторы катионной полимеризации. Сокатализаторы
- •Механизм и кинетика катионной полимеризации
- •Факторы, влияющие на процесс катионной полимеризации
- •Анионная полимеризация
- •Механизм и кинетика анионной полимеризации
- •Анионно-координационная полимеризация
- •Полимеризация полиеновых соединений
- •Полимеризация с раскрытием цикла
- •Ступенчатая полимеризация
- •Поликонденсация
- •Факторы, влияющие на процесс поликонденсации
- •Способы проведения полимеризации и поликонденсации
- •Вопросы для самоподготовки
- •Глава 3. Физико-Механические свойства полимеров
- •Гибкость цепи полимеров
- •Термодинамическая и кинетическая гибкость
- •Параметры, определяющие гибкость цепи
- •Факторы, влияющие на термодинамическую гибкость цепи
- •Факторы, влияющие на кинетическую гибкость цепи
- •Физические состояния полимеров
- •Вопросы для самоподготовки
- •Глава 4. Растворы высокомолекулярных соединений
- •Сравнительные особенности золей и растворов высокомолекулярных соединений
- •Термодинамика растворения вмс
- •Набухание вмс
- •Свойства растворов вмс
- •Вязкость растворов вмс
- •Изоэлектрическая точка полиамфолитов
- •Мембранное равновесие
- •Устойчивость растворов вмс
- •Коллоидная защита
- •Пластификация и применение растворов вмс
- •Вопросы для самоподготовки
- •Глава 5. Химические превращения полимеров
- •Особенности химических реакций полимеров
- •Полимераналогичные превращения
- •Макромолекулярные реакции
- •Реакции концевых групп
- •Реакции деструкции
- •Химическая деструкция полимеров
- •Физическая деструкция полимеров
- •Добавки, снижающие скорость старения полимеров
- •Вопросы для самоподготовки
- •Глава 6. Композиционные материалы
- •Факторы, влияющие на процессы образования и свойства композиционных материалов
- •Совместимость компонентов композита
- •Переработка полимерных материалов
- •Некоторые представители композиционных материалов, применяемых в строительстве
- •Понятие адгезии, работа адгезии
- •Теории адгезии
- •Пленкообразующие и лакокрасочные материалы
- •Вопросы для самоподготовки
- •Лабораторные работы
- •Синтез высокомолекулярных соединений
- •Экспериментальная часть Получение полимеров методом полимеризации
- •Получение полимеров методом поликонденсации
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Физико-механические свойства полимеров
- •Массы полимеров
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Химические превращения полимеров
- •Экспериментальная часть Полимераналогичные превращения или реакции звеньев цепи
- •Макрореакции полимеров
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Научно-исследовательская работа
- •Темы рефератов
- •План и порядок оформления рефератов
- •Темы нир по полимерным композиционным материалам
- •Примерный развернутый план проведения исследований
- •Итоговое тестирование
- •Словарь терминов (глоссарий)
- •Библиографический список рекомендуемой литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Оглавление
- •3 94006 Воронеж, ул. 20-лет Октября, 84
Словарь терминов (глоссарий)
Агрегатные состояния полимеров – физические состояния полимеров, обусловленные особенностями теплового движения и взаимодействия их молекул в массе: твердое (стеклообразное), жидкое (вязкотекучее).
Адгезия – прилипание, сцепление, притяжение. Связь между разнородными конденсированными телами при их контакте.
Аморфное состояние полимеров – фазовое состояние полимеров, характеризующееся наличием только ближнего порядка во взаимном расположении элементов структуры в твердом и жидком агрегатных состояниях.
Анионная (карбанионная) полимеризация – механизм полимеризации, при котором концевой атом углерода растущей полимерной цепи несет частичный или полный отрицательный заряд.
Антипирены – химические препараты, предохраняющие материалы от воздействия огня.
Антирады – вещества, повышающие стойкость полимеров к действию ионизирующих излучений.
Бетонополимер – представляет собой бетон, пропитанный после затвердевания мономерами или жидкими олигомерами, которые после соответствующей обработки (например, нагревания) переходят в твердые полимеры, заполняющие поры и дефекты бетона.
Биополимеры – класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучуки.
Блоксополимеры – линейные сополимеры, макромолекулы которых состоят из чередующихся блоков различных гомополимеров.
Внутримолекулярные превращения – химические реакции, обусловленные внутримолекулярными перегруппировками или взаимодействиями между собой атомов или функциональных групп одной макромолекулы, изменяющие первичную структуру полимерной цепи, но не приводящие к существенному изменению степени полимеризации исходного полимера.
Вторичная структура полимеров – последовательность упорядоченных и неупорядоченных участков одной макромолекулы; конформация макромолекулы.
Вулканизация – технологический процесс взаимодействия каучуков с вулканизующим агентом (например, серой), при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. В процессе вулканизации каучук становится резиной.
Высаливание – осаждение высокомолекулярных соединений из растворов при добавлении солей.
Высокомолекулярные соединения – химические соединения большой молекулярной массы (от нескольких тысяч до многих миллионов а.е.м.) [см. Полимер].
Высокоэластичность (эластичность) – способность полимерного материала восстанавливать свою первоначальную форму через некоторое время после прекращения действия внешних сил (см. Релаксация).
Вязкотекучее состояние полимеров – аморфное состояние полимеров, характеризующееся интенсивным тепловым движением отдельных звеньев, сегментов, а также перемещением макромолекул как единого целого.
Вязкость полимеров – свойство полимерных систем оказывать сопротивление необратимому изменению формы образца.
Гель – структурированная система, состоящая из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость).
Гетерогенная полимеризация – полимеризация, в которой участники процесса находятся в разных фазах системы.
Гетерофазная полимеризация – способ синтеза полимеров в многофазной системе, в которой мономер находится в коллоидно-диспергированном состоянии. Рост цепи полимера может происходить одновременно в различных фазах, а также на границах раздела между ними (см. суспензионная, эмульсионная полимеризация).
Гетероцепные полимеры – полимеры, основная цепь которых построена из атомов различных элементов.
Гибкость макромолекул – способность полимерных цепей изменять свою конформацию в результате теплового движения звеньев, а также под влиянием внешних энергетических полей.
Гидролиз – уменьшение длины гетероцепных макромолекул под влиянием Н+ - или ОН- - ионов с присоединением молекул воды к образовавшимся фрагментам цепей.
Гидрофилизация (сродство к воде) – означает устойчивое существенное повышение полярности поверхности материала, которое сохраняется даже после испарения воды.
Гидрофобизация - это резкое снижение способности материалов смачиваться водой.
Глобулы – шаровидные частицы, образованные свернутыми макромолекулами (одной или несколькими). Характеризуются наличием только ближнего порядка во взаимном расположении осей сегментов. Имеют размеры, близкие к размерам кристаллов.
Гомополиконденсация (и гомополимеризация) – процессы синтеза полимера, в которых участвует только один тип мономера. Гомополимер – полимер, макромолекулы которого построены из одинаковых звеньев.
Гомофазная полимеризация – цепной процесс синтеза полимеров, при котором реакция осуществляется в одной фазе, а фазовые переходы в процессе синтеза в системе отсутствуют.
Гомоцепные полимеры – полимеры, основная цепь которых построена из одинаковых атомов.
Грануляция – превращение или приведение чего-либо в форму зерен.
Деполимеризация (частный случай деструкции) – процесс последовательного отщепления мономерных звеньев от полимерной цепи. Сопровождается преимущественным образованием мономера.
Деструкция полимеров – это процессы, протекающие с разрывом химических связей в макромолекулах под действием тепла, кислорода, влаги, света, проникающей радиации.
Деформация полимеров – изменение формы или объема полимерного материала под влиянием внешних энергетических полей.
Дисперсность - физическая величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах.
Диссипативная система – это открытая система, которая вдали от термодинамического равновесия. Иными словами, это устойчивое состояние, возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне.
Золь – высокодисперсная коллоидная система(коллоидный раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределах от 1 до 100 нм (10−9-10−7м).
Изоэлектрическая точка – кислотность среды (pH), при которой амфотерная молекула или поверхность не несёт электрического заряда.
Ингибиторы – вещества, приводящие к замедлению скорости процесса.
Индукционный период – время, необходимое для зарождения кинетической цепи.
Инициирование – начальная стадия синтеза полимеров, при которой происходит превращение небольшой доли молекул мономера в активные центры, способные присоединять к себе новые молекулы мономера с образованием растущей макромолекулы.
Истинные растворы – однородные (гомогенные) системы, так как между распределенным веществом и средой отсутствует поверхность раздела.
Ионная полимеризация – процесс синтеза полимеров, при котором активными центрами, возбуждающими цепную реакцию, являются ионы (см. анионная, катионная, ионно-координационая полимеризация).
Ионно-координационная полимеризация – каталитический процесс образования макромолекул, в котором стадии разрыва связи в мономере предшествует возникновение координационного комплекса между ним и катализатором.
Каландрирование – процесс, при котором размягченный термопластичный материал пропускается через зазор между горизонтальными валками, движущимися навстречу друг другу.
Карбоцепные полимеры – полимеры, основная цепь которых состоит только из атомов углерода.
Катализаторы – вещества, ускоряющие реакцию, но не входящие в состав продуктов реакции.
Катионная полимеризация – механизм реакции полимеризации, протекающей с образованием иона карбония – полярного соединения с трехвалентным атомом углерода, несущим положительный заряд.
Каучуки – натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.
Кинетическая гибкость цепи – отражает скорость перехода полимерной цепи из одного энергетического состояния в другое.
Кластер – объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами.
Клеи – вещества или смеси, а также многокомпонентные композиции на основе органических или неорганических веществ, способные соединять (склеивать) различные материалы.
Коацервация – расслоение системы с образованием скоплений (коацерватов) в виде двух жидких слоев или капель.
Когезия – сцепление молекул (ионов) физического тела под действием сил притяжения.
Композит – искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов.
Контракция (сжатие) – объемная деформация, заключающаяся в уменьшении объема системы за счет сил межмолекулярного взаимодействия.
Концентрация – величина, характеризующая содержание вещества в единице массы или объема смеси.
Конфигурация макромолекул – определенное пространственное расположение атомов и атомных групп в цепи. Оно не может быть изменено путем вращения (поворота) отдельных частей звена (мера) или макромолекулы без разрыва химических связей.
Конформация макромолекул – форма полимерной цепи, обусловленная возможностью вращения звеньев вокруг валентных связей в результате теплового движения, не сопровождающегося разрушением химических связей между атомами и атомными группами.
Кристаллическое состояние полимеров – фазовое состояние полимеров, характеризующееся наличием как ближнего, так и дальнего ориентационного и координационного порядка во взаимном расположении элементов структуры. Наблюдается в твердом агрегатном состоянии.
Лаки - растворы смол (натуральных или синтетических) в различных растворителях (углеводородах, ацетоне, воде, этаноле, олифе, эфирных маслах) жидкой или полужидкой консистенции, которые, просыхая в тонком слое, находящемся на каком-либо предмете, образуют прочную пленку (как правило, прозрачную, в отличие от краски), хорошо противостоящую различным внешним физико-химическим воздействиям.
Латекс – общее название эмульсий дисперсных полимерных частиц в водном растворе.
Макрореакции – реакции полимеров, которые сопровождаются изменением степени полимеризации, а иногда структуры полимеров.
Межмолекулярные реакции – реакции взаимодействия функциональных групп различных макромолекул друг с другом.
Межфазная поликонденсация (поликонденсация на границе раздела фаз) – реакция синтеза полимеров, протекающая на границе раздела двух несмешивающихся, но взаимодействующих жидкостей или жидкости и газа.
Мембранное равновесие – равновесие, устанавливающееся между двумя растворами, разделенными мембраной, непроницаемой хотя бы для одного вида ионов, находящихся в одном из растворов.
Механическая деструкция (механодеструкция) – снижение молекулярной массы полимеров при механических воздействиях, приводящих к разрывам основной цепи макромолекул, которое сопровождается образованием свободных радикалов.
Модификатор – вещество, способствующее изменению структуры и свойств материала.
Модифицирование – процесс изменения структуры и свойств материала путем внесения в его состав специальных веществ (модификаторов) или воздействия внешних сил (дробление, облучение и др.).
Молекулярно-массовое распределение (ММР) – соотношение количества макромолекул различной молекулярной массы в данном образце полимера.
Мономер – низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации или поликонденсации.
Набухание - процесс увеличения объёма твёрдого тела вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости или пара.
Номенклатура – система названий различных веществ.
Обрыв кинетической цепи – стадия цепного процесса, приводящая к исчезновению активного центра на частице.
Олигомеры – полимеры сравнительно небольшой молекулярной массы (103-104 а.е.м.). К олигомерам относятся многие синтетические смолы.
Осмотическое давление – избыточное гидростатическое давление, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью.
Пасты полимерные – многокомпонентные смеси или индивидуальные продукты, обладающие свойствами вязко-пластичного или упруго-вязко-пластичного тела.
Пластификация – введение в полимеры труднолетучих низкомолекулярных веществ (пластификаторов), повышающих их пластичность и (или) эластичность.
Пневмоформование – процесс формования изделий сжатым воздухом из заготовок в виде пленки или листа, нагретых до температур, при которых осуществляется высокоэластическая деформация полимера.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) – химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.
Полиамфолит – полимер, содержащий функциональные группы, способные диссоциировать по катионному и анионному типу.
Полидисперсный анализ – метод, позволяющий определить, в каких количествах в систему входят фракции с различной молекулярной массой.
Поликонденсация – процесс синтеза полимеров из полифункциональных соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп.
Полимеры – вещества, молекула которых состоит из большого количества элементарных звеньев одинакового состава и структуры, соединенных силами главных или координационных валентностей.
Полимер атактический – полимер, в макромолекулах которого беспорядочно (статистически) чередуются асимметрические атомы углерода.
Полимер изотактический – высокомолекулярное соединение, макромолекулы которого имеют цепное строение, описываемое одной последовательностью одинаковых конфигурационных основных звеньев.
Полимер синдиотактический – высокомолекулярное соединение, строение макромолекулы которого может быть описано чередующейся последовательностью конфигурационных основных звеньев.
Полимераналогичные превращения – химические реакции боковых групп или атомов основной цепи с низкомолекулярными соединениями, протекающие без разрыва химических связей между звеньями макромолекулы и не приводящие к изменению строения ее скелета. Принимается, что степень полимеризации при этом остается постоянной.
Полимербетон – разновидность бетона, в котором вместо минерального вяжущего использованы термореактивные полимеры (эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и др.).
Полимергомологи – макромолекулы, состоящие из одинаковых звеньев, но имеющие разную степень полимеризации.
Полимеризация – реакция соединения молекул мономера между собой без выделения малых молекул.
Полимеризация в растворе (лаковая) – процесс образования полимера с использованием в качестве реакционной среды вещества, являющегося растворителем как для мономера, так и для образующегося полимера (см. Гомофазная полимеризация).
Полимеризация суспензионная (микроблочная, бисерная, жемчужная, гранульная) – способ гетерофазного синтеза полимеров, осуществляемого в каплях мономера, диспергированного в жидкой среде.
Полимеризация эмульсионная – способ гетерофазного синтеза полимеров, осуществляемый в среде с высокоразвитой поверхностью раздела между несмешивающимися фазами, одна из которых содержит мономер.
Полиэлектролиты – полимеры, макромолекулы которых содержат функциональные группы, способные к электролитической диссоциации.
Привитый сополимер (крафт-сополимер) – разветвленный сополимер, у которого основная цепь состоит из звеньев одного мономера, а к ней присоединена одна или больше боковых цепей, построенных из звеньев другого мономера.
Разветвленные полимеры – полимеры, в основной цепи которых имеются статистически или регулярно расположенные ответвления. Химическая природа основной цепи и ветвлений идентична.
Реакция сшивания – реакция, в результате которой образуется сетка макромолекул, соединенных межцепными ковалентными мостиками.
Регуляторы – вещества, поддерживающие постоянную степень полимеризации (молекулярную массу полимера), обрывая растущую цепь, но не прекращая процесса полимеризации.
Сегмент Куна – наименьший жесткий участок свободно-сочлененной цепи, который используется для оценки термодинамической гибкости полимера.
Синергизм – суммирующий эффект взаимодействия двух или более факторов, характеризующийся тем, что их действие существенно превосходит эффект каждого отдельного компонента в виде их простой суммы.
Смачивание поверхности – физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).
Сольватация – поверхностное явление, которое заключается во взаимодействии поверхности твёрдого тела с жидким веществом.
Сополимеризация (или сополиконденсация) – реакции синтеза полимеров, при которых одновременно взаимодействуют два или более видов различных мономеров.
Сополимер – полимер, макромолекулы которого содержат звенья различной химической природы.
Стабилизатор – вещество (добавка), которое уменьшает изменения физических или химических свойств материалов при хранении или применении (задерживает старение).
Старение – изменение свойств материала, протекающее во времени, без заметного изменения микроструктуры.
Степень полимеризации – число мономерных единиц в одной среднестатистической макромолекуле.
Студень – структурированная гомогенная система, заполненная жидкостью, каркас которой образован молекулами высокомолекулярных соединений.
Ступенчатая полимеризация – реакция образования полимера путем последовательного присоединения молекул сначала к себе подобной, а затем и к растущей молекуле с миграцией атома или группы атомов.
Суспензия – гетерогенная дисперсная система, в которой твердое вещество распределено в жидком.
Сшитые (трехмерные, сетчатые, пространственные) полимеры – полимеры, цепи которых соединены между собой химическими связями с образованием единой пространственной структуры (полимерной сетки).
Температура стеклования – температура, при которой полимер переходит при охлаждении из высокоэластичного или вязкотекучего в твердое стеклообразное состояние.
Температура текучести – температура, выше которой при любых малых напряжениях наблюдается вязкое течение.
Термопластичные полимеры – высокомолекулярные соединения, обратимо меняющие свои свойства при нагревании.
Термореактивные полимеры – высокомолекулярные соединения, необратимо меняющие свои свойства при нагревании.
Термодинамическая гибкость – характеризует способность цепи изменять свою конформацию под действием внутреннего теплового движения.
Трехмерные полимеры – см. сшитые или сетчатые полимеры.
Фазовые превращения полимеров (фазовые переходы) – переходы полимера из одного фазового состояния в другое, происходящие при изменении температуры, давления или другого внешнего термодинамического фактора и сопровождающиеся изменением взаимного расположения элементов структур и скачкообразным изменением термодинамических и структурных характеристик полимерной системы.
Усадка – уменьшение линейных размеров и объёма материалов вследствие потери ими влаги, уплотнения, затвердевания и других процессов.
Фотостабилизаторы – вещества, которые обладают свойством поглощения или отражения определённого диапазона электромагнитного излучения, защищают различные материалы от действия света.
Формование изделий – получение плотных изделий заданной формы и размеров, что обеспечивается применением специальной аппаратуры и серии технологических операций.
Цвиттер – молекула, которая, являясь в целом электронейтральной, в своей структуре имеет части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах. К цвиттер-ионным соединениям зачастую относят и внутримолекулярные соли (например, внутримолекулярные соли аминокислот) и, иногда, ионные диполярные соединения, в том числе и с зарядами на соседних атомах (например, N-оксиды аминов). Цвиттер-ионные соединения высокополярны и поэтому, как правило, обладают хорошей растворимостью в полярных растворителях (воде, диметилсульфоксиде и т. п.) и слабой – в большинстве органических неполярных растворителях.
Цепная реакция – механизм синтеза полимеров, при котором превращение мономеров в полимер осуществляется путем последовательного чередования множества реакций активных центров с их сохранением в течение всего процесса синтеза.
Экструзия – технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующее отверстие.
Элементарное звено макромолекулы (мономерное звено, повторяющееся звено) – наименьшая часть полимерной цепи, которая при многократном повторении образует макромолекулу.
Элементоорганические полимеры – полимеры с неорганическими главными цепями молекул, содержащие в боковой цепи органические радикалы (полисилоксаны, полиалюмоксаны, полититаноксаны).
Эмерджентность – наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов.
Эмульсия – гетерогенная дисперсная система, в которой частицы одной жидкости равномерно распределены в другой.
Эффект Доннана – равновесие, устанавливающееся в системе растворов, разделенных мембраной, непроницаемой хотя бы для одного вида присутствующих в системе ионов.