Тема 9. Органические полимерные материалы

Полимеры – высокомолекулярные соединения, которые характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Молекулы полимеров, называемые также макромолекулами, состоят из множества повторяющихся элементарных звеньев. Например, элементарным звеном полиэтилена является группировка .

Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромолекуле, называется степенью полимеризации (n).

Например: соединение молекул этилена происходит по месту разрыва двойной связи

мономер

элементарное звено

макромолекула

Сокращенно это уравнение записывается:

этилен полиэтилен

если n = 20 – то полиэтилен – жидкость;

если n = 1500-2000 – то полиэтилен твердый, но гибкий (пленки, бутылки, эластичные трубы);

если n = 5-6 тыс. – то твердое вещество (жесткие трубы, прочные нити, литые изделия).

Отдельную группу также составляют олигомеры, которые по значению молекулярной массы занимают промежуточное положение между низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями.

9.1. Классификация полимерных (высокомолекулярных) материалов

Существуют неорганические и органические высокомолекулярные соединения.

К неорганическим полимерам можно отнести такие природные соединения, как кварц, силикаты, алюминаты, алмаз, графит и др. Известны и синтетически полученные неорганические полимеры – корунд, карбид бора, карбин и др.

Органические полимеры делятся на природные (натуральный каучук, целлюлоза, крахмал и), искусственные (модифицированные), полученные в результате выделения, очистки и переработки природных полимеров (эфиры целлюлозы, белки, лигнин) и синтетические (органическое стекло, полиэтилен, искусственные волокна, пластмассы, синтетические каучуки).

По характеру построения полимерной цепи полимеры делят на три группы:

1. Карбоцепные. Их молекулярные главные цепи построены только из углеродных атомов (полиэтилен, полиизобутилен, поливинилхлорид, многие виды каучуков, полистирол и др.)

2. Гетерогенные. В молекулах этих полимеров кроме атомов углерода, содержатся атомы азота, серы, кислорода. Например, полиамидные и аминоальдегидные смолы, полиэфиры, эпоксидные смолы и др.

3. Элементорганические. Они содержат в основных цепях атомы кремния, алюминия, титана и других элементов. Например, всевозможные кремнийорганические, титанорганические соединения.

Мы будем рассматривать в основном органические синтетические полимеры.

9.2. Строение полимеров

1. Линейные макромолекулы могут иметь регулярную и нерегулярную структуру.

В полимерах регулярной структуры отдельные звенья цепи повторяются в пространстве в определенном порядке (стереорегулярные)

Полимеры, у которых отдельные звенья расположены в пространстве бессистемно, имеют нерегулярную структуру:

а) полипропилен регулярной структуры

б) полипропилен нерегулярной структуры

Образуется при полимеризации и линейной поликонденсации.

2. Разветвленные полимеры могут образовываться как при полимеризации, так и при конденсации. Разветвление полимеров может быть вызвано ростом боковых цепей за счет сополимеризации и другими причинами. Разветвленные полимеры образовываются в результате прививки к макромолекулам боковых цепей.

Линейные и разветвленные макромолекулы из-за способности атомов и групп вращаться вокруг ординарных связей постоянно изменяют свою пространственную форму, т.е. имеют много конформационных структур. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, которые могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Поэтому для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластичное состояние (способность к обратимой деформации), они способны размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении без химических превращений.

3. Сетчатые полимеры образуются в результате сшивки цепей при вулканизации, образовании термореактивных смол. При образовании сетчатой структуры термопластичность теряется, а также утрачивается и эластичность.