2. Высокомолекулярные соединения. Основные виды. Макромолекулы полимеров. Строение и основные особенности свойств. Химические реакции в полимерах. Физико-механические свойства полимеров.

Полимерами являются высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых или различных звеньев, соединенных химическими связями в длинные цепи. Полимер означает много частей (от греческого polus-много и meros-части). Наглядной моделью полимера является ожерелье из бусин. Звеньями цепи могут быть как отдельные атомы, так и группы атомов (например, полимерная сера –S–S–S–S– и полиэтилен –СН2–СН2–СН2– ). Число повторяющихся звеньев в цепи – степень полимеризации (Р). Она определяет молекулярную массу полимера (М)

М=m · Р,

где m – молекулярная масса звена.

В зависимости от значений М различают высокомолекуляные соединения, олигомеры и низкомолекулярные соединения. При М>5000–10000 – высокомолекулярное соединение, М=500 – 5000 – олигомер, М<500 – низкомолекулярное соединение. Названия полимеров и олигомеров складывается из названия мономера и приставки «поли» или «олиго» (например, полиэтилен, полистирол, олигостирол, олигобутадиен, сополимер этилена с пропиленом). Химические формулы пишут без концевых групп [ например, – СН2–СН2–СН2– или (– СН2–СН2–)n ]. Для некоторых полимеров используются торговые названия (например, найлон или поли–ε–капролактам, фенопласт или фенолформальдегидная смола, тефлон или политетрафторэтилен).

По числу мономерных звеньев в цепи полимеры классифицируют на гомополимеры и сополимеры. Гомополимеры состоят из одинаковых звеньев (например, –А–А–А–), а сополимеры – из двух или более звеньев (например, –А–В–С). Сополимеры подразделяют на статистические

–А–В–В–А–В–А–А–А–В–В–

(имеют нерегулярное расположение звеньев) и чередующиеся А–В–А–В– (имеют регулярное расположение звеньев).

Различают блок-сополимеры и привитые сополимеры Блок-сополимеры имеют длинные последовательности звеньев каждого типа ~АААААВВВВВААААА~ и в названии указываются составляющие звенья [например, поли(стирол–блок–метилакрилат)]. Привитые сополимеры основную цепь имеют из звеньев одного мономера, а боковую – из звеньев другого мономера

~ААААААААААА~.

| |

ВВВВВ ВВВВВ

По структурной форме полимеры делят на линейные, разветвленные и сшитые.

Линейные имеют цепи с большой асимметрией. Разветвленные имеют длинную основную цепь с боковыми ответвлениями. Сетчатые имеют длинные цепи, соединенные химическими связями.

По строению основной цепи полимеры делят на гомоцепные и гетероцепные. Гомоцепные полимеры имеют основную цепь из одинаковых атомов (например, из серы –S–S–S–, углерода –С–С–С–, фосфора –Р–Р–Р–). Полимеры, построенные из атомов углерода называются карбоцепными. Гетероцепные полимеры имеют основную цепь из различных атомов (например, –С–О–, –Si–О–, –P=N–). Устойчивость гомоцепных и гетероцепных полимеров зависит от прочности связей между атомами. Наиболее прочными являются связи между атомами углерода, а наименее прочными являются связи между атомами азота и между атомами кислорода, все остальные элементы могут образовывать гомоцепные полимеры (например, –S–S–S–, –Р–Р–Р–, –Si–Si–Si–, –Te–Te–Te ). У гетероцепных полимеров энергия связи между атомами выше, чем у гомоцепных. Поэтому гетероцепные полимеры являются высокоплавкими и высокопрочными. По происхождению полимеры делят на природные, синтетические и искусственные. Примерами природных полимеров являются натуральный каучук, целлюлоза, белки, алмаз, графит. Синтетическими полимерами, полученными в колбе или реакторе, являются полиэтилен, полистирол, полипропилен. Искусственными являются модифицированные природные полимеры например, нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.

По химическому строению повторяющегося звена полимеры делят на классы: органические, неорганические и элементоорганические. Органические полимеры в основной цепи содержат атомы углерода, а также кислорода, азота и серы. В боковые группы могут входить водород и галогены, соединенные непосредственно с углеродами или другие атомы, непосредственно не соединенные с углеродом в основной цепи.

Неорганические полимеры имеют основную цепь из неорганических атомов и не имеют органических боковых групп.

Элементоорганические полимеры наряду с атомами углерода имеют неорганические фрагменты. По составу основных цепей их делят на три группы: 1) соединения с неорганическими цепями, обрамленными боковыми органическими группами; 2) соединения с органическими цепями, обрамленными неорганическими группами; 3) соединения с органонеорганическими основными цепями.

Полимеры каждого класса делят на гомоцепные и гетероцепные.