4.Методы получения полимерных материалов

Полимеризация и поликонденсация

Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Получение полимеров реакцией полимеризации и поликонденсации - основные пути синтеза ВМС на сегодняшний день.

Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.

Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.

Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса.

Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму.

Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем.

Принципиальное отличие ценной полимеризации от ступенчатой и от поликонденсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.

Реакции в цепях полимеров

Многие полимеры нельзя получить ни полимеризацией, ни поликонденсацией, поскольку или неизвестны исходные мономеры, или мономеры не образуют высокомолекулярных соединений при получении полимеров реакцией полимеризации и поликонденсации. Синтез таких полимеров осуществляют, исходя из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых содержат реакционноспособные функциональные группы. По этим группам полимеры вступают и те же реакции, что и содержащие такие группы низкомолекулярные соединения.

Реакции в цепях полимера могут происходить без существенного изменения молекулярной массы полимера (таи называемые полимер-аналогичные превращения), с увеличением молекулярной массы полимера (синтез привитых и блок сополимеров) или с уменьшением молекулярной массы (деструкция макромолекул).

5.Химическое строение и структура полимеров

Несмотря на огромное количество атомов, входящих в состав полимерных веществ, химическое строение их (порядок соединения атомов в макромолекуле) сравнительно несложная. Химическое строение, например, поливинилхлорида схематически можно показать так: (СН2-СН2-С1)n. Число п указывает на количество элементарных звеньев мономера СН2 - СНС1 - винилхлорида, входящих в макромолекулы, и характеризует степень полимеризации полимера. Значение п колеблется в больших пределах, например, в полистирола от 1000 до 3000, поливинилхлорида - от 1500 до 3000. Структурные формулы полимеров передают только порядок соединения атомов, а не передают пространственного размещения их в макромолекуле.

Так, атомы углерода, что составляют "костяк" полиэтилена - линейного полимера, не образуют прямой цепочку, а зигзагообразный. Элементарные звенья в пространстве размещены по-разному, но структурной единицей, четко повторяется, есть один зигзаг, величина которого определяет период идентичности.

Полимеры в зависимости от их происхождения разделяют на следующие:

а) природные, которые добывают из природных материалов, например, полисахариды (целлюлоза, крахмал, белки, нуклеиновые кислоты, пектиновые вещества и др.);

б) искусственные, которые добывают с помощью химической модификации природных полимеров (например, целлюлозы вискозное и ацетатное волокна);

в) синтетические, что их добывают синтез низкомолекулярных соединений (мономеров).