Основной структурной единицей полисиликатов является SiO4. Линейные макромолекулы SiO2 – основа природного материала асбеста.
Органические природные полимеры образуются в растительных и животных организмах. Это полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты.
Молекулы нуклеиновых кислот являются носителями наследственности, обеспечивают точное повторение и воспроизведение всех деталей живого организма, а также белковый синтез внутри клетки.
Белки – являются катализаторами химических реакций, за счет которых поддерживается жизнь клетки, являются строительным материалом для мышечных волокон, играют роль природного защитного материала (кожа, мех, перья и т. д.)
Из полисахаридов наиболее известна и широко применяется целлюлоза. Целлюлоза содержится в коре и древесине деревьев, стеблях растений.
Синтетические полимеры получают из целлюлозы или из органических низкомолекулярных соединений.
Классификация в соответствии с химической природой:
Примеры:
|
органические |
|
|
неорганические |
|
|
элементоорганические |
|
Гомоцепные и гетероцепные полимеры
Гомоцепные полимеры построены из одинаковых атомов, а гетероцепные – из разных.
Примеры:
гомоцепной полимер гетероцепной полимер
Линейные, разветвленные и сшитые полимеры
линейный
полимер
разветвленный
полимер (ответвления – макромолекулярные
цепи)
сшитый
полимер
Классификация по используемым свойствам
Эластомеры обладают растяжимостью более, чем на 1000% и при постоянной температуре способны обратимо восстанавливать свою форму. Они образуют материалы: каучуки и резину.
Термопласты- вещества, которые деформируются при механическом или термическом воздействии, но после прекращения воздействия сами уже не могут возвратиться в исходную форму.
Ректопласты подвергаются при переработке механическому или термическому воздействию и необратимо изменяют форму, причем после этой обработки они теряют способность вновь подвергаться деформациям. Термопласты и ректопласты (пластмассы) – это полимеры и сополимеры на основе алкенов, винилхлорида, стирола, акрилатов, а также полиамиды, фенопласты, аминопласты.
Волокна. В волокнах макромолекулы ориентированы преимущественно в одном направлении, причем их прочность на разрыв в этом направлении велика (полиамиды, полиэфиры, полипропилен, полиакрилонитрил).
Номенклатура полимеров
Для обозначения синтетических полимеров ставят перед названием мономера приставку поли– (полиэтилен, полистирол и др.). В других случаях используют вместе с приставкой поли─ название характеристических групп, образующихся в ходе образования макромолекул (полиамид, полиэфир).
По рекомендации ИЮПАК: приставка поли─ присоединяется к систематическому названию структурного элемента.
[поли(метилен)] [поли(1-фенилэтилен)]
Способы получения. Химические превращения Реакция полимеризации
Термином «полимеризация» называют реакцию взаимодействия двух или более молекул ненасыщенных соединений или легко размыкаемых циклов, называемых мономерами, самопроизвольно или под действием инициатора приводящую к образованию димеров, тримеров и т.д. вплоть до высокополимеров. Макромолекула имеет тот же самый состав, что и исходное соединение. Полимеризация никогда не сопровождается отщеплением атомов или молекул. Часто связана с присоединением по концам полимера концевых групп (например, осколков инициатора). Реакции полимеризации бывают следующих типов.
Линейная цепная полимеризация
По механизму такие реакции делят на:
- радикальную полимеризацию;
- ионную полимеризацию (катионную или анионную);
-координационную полимеризацию.
Свободнорадикальная полимеризация
Реакция инициируется свободными радикалами, которые образуются при термическом распаде инициаторов типа пероксидов:
R-O-O-R 2RO•;
Зарождение цепи: СН2 = СН2 + RO• RO-CH2 –СН2•
Рост цепи:
RO-CH2–СН2• + СН2 = СН2 RO-CH2–СН2- СН2-СН2• и т.д.
RO-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n-СН2-СН2•
Обрыв цепи:
а) 2RO-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n-СН2-СН2•
RO-[-CH2-СН2-]n+1-СН2-СН2-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n+1OR
б) RO-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n-СН2-СН2• + •OR
RO-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n-СН2-СН2-OR
в) 2RO-CH2 –СН2-[-CH2-СН2-]n-СН2-СН2•
RO-[-CH2-СН2-]n+1-СН=СН2 + RO-[-CH2-СН2-]n+1-СН2-СН3
Этим методом получают полиэтилен «высокого давления», так как температура полимеризации 2000С, а давление – 1000-1500 ат. Такой полиэтилен имеет недостатки: низкая термическая устойчивость и механическая прочность.
По радикальному механизму ведут полимеризацию стирола, винилхлорида, акрилонитрила, метилметакрилата.
Ионная полимеризация
Пример: катионная полимеризация изобутилена при температуре -1000С в присутствии BF3. При катионной полимеризации инициаторами могут быть H+, AlCl3 и др.
Зарождение цепи:
Рост цепи:
Обрыв цепи:
Координационная полимеризация
В этом случае используется металлоорганический смешанный катализатор (катализатор Циглера-Натта), напримр, (C2H5)3Al•TiCl4. Эти катализаторы позволяют получать полимеры с заместителями в строго определенном положении.
Пример: полимеризация этилена при t 750C и Р 10 ат.
Этим способом получают полиэтилен «низкого давления». Такой полиэтилен имеет плотную упаковку молекул, высокую термическую и механическую прочность.
Пример: полимеризация 1,3 – бутадиена.
Пример:
цис-полиизопрен (натуральный каучук)
При нагревании каучука с серой (130-1400С) получают резину. Этот процесс называют вулканизацией каучука.
резина
В промышленности применяют ускорители вулканизации: сажу, SiO2 и др.