Общая химия (АиАХ, ПТМ, ПТЭ, РС, МиТЭ) / лекции / олигомеры

ТЕМА №6: «ПОЛИМЕРЫ И ОЛИГОМЕРЫ, ИХ РОЛЬ

В МАШИНОСТРОЕНИИ»

Вопросы лекции:

1. Реакции полимеризации и поликонденсации

2. Природные полимеры: целлюлоза, белки, природный каучук.

3. Синтетические полимеры. Классификация и физико-химические свойства. Применение в машиностроении

4. Конденсационные смолы: фенолформальдегидные, полиэфирные, полиамидные, эпоксидные.

5. Кремнийорганические полимеры: высокотемпературные смазочные масла и защитные высокомолекулярные материалы.

ВОПРОС 1. Полимеры – это высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из повторяющихся звеньев, соединенных между собой химическими связями. Полимеры получают путем полимеризации и поликонденсации.

Полимеризацией называют реакцию соединения большого числа одинаковых молекул низкомолекулярных веществ (мономеров) за счет разрыва кратных ковалентных связей с образованием молекулы полимера. Полимер имеет такой же элементарный состав, как и исходный мономер

;

Если в полимеризации участвуют различные мономеры, то процесс называют сополимеризацией, а вещества, получаемые при этом – сополимерами. Таким веществом является, например, бутадиен-стирольный каучук, при образовании которого в реакцию сополимеризации вступают бутадиен и стирол

x.

Поликонденсацией называется реакция образования полимеров за счет взаимодействия функциональных групп мономеров, которая сопровождается выделением побочных соединений ( и т.п.), поэтому элементарный состав мономеров и получаемого полимера не одинаков. Мономерами для реакции поликонденсации могут быть соединения, содержащие не менее двух реакционноспособных функциональных групп, например –ОН, -СООН, -NH₂, -COH и др.

Если в поликонденсации принимает участие один мономер, то процесс называют гомополиконденсацией, если же в процессе поликонденсации участвуют разнородные мономерные молекулы, то его называют гетерополиконденсацией.

Примером гомополиконденсации может явиться процесс получения капрона, а гетерополиконденсации – лавсана.

.

Количество звеньев, входящих в состав молекулы полимера, оценивают степенью полимеризации

,

где n – степень полимеризации.

Полимеры отличаются от низкомолекулярных веществ рядом особых специфических свойств, обусловленных гибкостью цепных молекул полимера. Как и низкомолекулярные твердые тела, полимеры обладают значительной прочностью, но в отличие от первых, они способны к существенным обратимым деформациям, то есть обладают высокоэластичностью. В органических жидкостях (бензин, масло) полимеры могут набухать. Многие полимеры склонны к образованию волокон, пленок.

Физические свойства полимера зависят от его состава, молярной массы, строения. Полимеры могут иметь линейное, разветвленное и пространственное (сетчатое) строение. Если в полимере (твердом или жидком) при нагреве в определенном интервале температур изменяются лишь физические свойства (плотность, вязкость и т.п.) и не происходит химических превращений, то он называется термопластичным полимером или термопластом. Структура термопластов обычно линейная. Твердые (стеклообразные) термопласты при нагреве становятся вначале высокоэластичными, а затем вязкотекучими (жидкими). При охлаждении вязкотекучий термопласт переходит в стеклообразное (твердое) состояние. При повторном же нагреве твердый термопласт вновь переходит в вязкотекучее состояние.

Если в полимере при нагреве в определенном интервале температур происходят химические реакции сшивания цепных молекул полимера, которые изменяют структуру полимера, что приводит к его превращению в жесткое, неплавкое, труднорастворимое в органических растворителях состояние, то такой полимер называется термореактивным. Термореактивный полимер после нагревания имеет сетчатую (пространственную) структуру и не размягчается при повторном нагревании.

Структура поликонденсационного полимера существенно зависит от соотношения участвующих в реакции мономеров и кислотности (щелочности) среды. Так, при поликонденсации мочевины и формальдегида, осуществляемой при недостатке формальдегида в кислой среде, получается линейный полимер

При поликонденсации этих же мономеров, осуществляемой в слабощелочной среде при избытке формальдегида, получается термореактивный полимер (смола), превращающийся при нагревании в твердый полимер сетчатой структуры:

Полимеры широко используются для получения клея, каучука, резины, пластмасс. Пластмассы – особый вид промышленного полимерного материала, который в условиях переработки находится в вязкотекучем (жидком) состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном (твердом) состоянии. Пластмассы бывают простые, состоящие из одного полимера (полиэтилен, капрон, полистирол и другие) и сложные (композиционные). Последний вид пластмасс состоит из связующего (полимерной смолы), наполнителя (ткань, стекловолокно, бумага, древесная стружка и пр.), стабилизатора, пластификатора, красителя.