1 Теоретическая часть
Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются вещества, имеющие молекулярную массу от 10000 а.е.м. до нескольких миллионов. Размеры молекул ВМС в вытянутом состоянии соизмеримы с размерами частиц в коллоидных и микрогетерогенных системах. Такие огромные молекулы часто называют макромолекулами.
При полимеризации или поликонденсации получают макромолекулы различных размеров. Поэтому говорят о полидисперсности полимера и о средней молекулярной массе, которая определяется по уравнению:
(1)
где ni – число молекул, имеющих молекулярную массу Мi.
Высокомолекулярные соединения не летучи, не способны перегоняться, при повышении температуры размягчаются постепенно и не имеют определенной температуры плавления.
1.1 Классификация и особенности строения вмс
ВМС классифицируют по различным признакам.
1. По происхождению ВМС делятся на природные (натуральные) и синтетические.
Природные ВМС – это белки животного или растительного происхождения, полисахариды (белки, крахмал, целлюлоза), натуральный каучук.
Синтетические ВМС – это ВМС, получаемые в результате химического синтеза. Синтетические полимеры широко используются для получения материалов с заданными свойствами (прочностью, эластичностью, химической стойкостью), которых нет в природе. Их используют для получения разнообразных пластмасс, в качестве ионообменных материалов (ионитов) для очистки воды, в самолето- и автомобилестроении, в процессах полимеризации и поликонденсации для получения различных видов каучуков (полибутадиен, полихлоропрен), полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидных волокон (нейлон, капрон), изоляционных материалов (полисилоксаны), термостойких веществ, используемых в качестве покрытий (политетрафторэтилен).
В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные ненасыщенные или полифункциональные соединения – мономеры. Макромолекула полимера состоит из множества повторяющихся звеньев. Так, в результате полимеризации этилена образуется полиэтилен по следующей схеме:
n(CH2=CH2) (–CH2–CH2–)n,
где (–CH2–CH2–) – звено;
n – степень полимеризации (число повторяющихся звеньев в макромолекуле).
2. По химическому составу различают органические (белки, полисахариды, каучук, полиэтилен) и неорганические ВМС («пластическая» сера, слюда, алюмосиликаты, графит, алмаз).
3. По структуре молекул различают линейные, пространственные, разветвленные полимеры.
Линейные макромолекулы характерны, например, для натурального каучука, полибутадиена. Линейность молекул определяет типичные свойства полимеров: эластичность, способность образовывать прочные пленки и нити, набухать, давать вязкие растворы. Одной из особенностей строения линейных полимеров является гибкость макромолекул. Гибкость обусловлена внутримолекулярным вращением звеньев вокруг одинарных связей. Благодаря этому макромолекула может принимать различные конформации. Конформациями называют пространственные энергетически неравноценные формы макромолекул, возникающие в результате вращения звеньев вокруг химических связей (без их разрыва). В результате конформационных изменений макромолекулы могут принимать различную форму: линейную, клубка, глобулы. Глобула - это скрученная макромолекула.
Макромолекулы пространственных (сетчатых) полимеров образуют трехмерную пространственную сетку. Типичным примером полимера с пространственной структурой является вулканизированный каучук, состоящий из линейных молекул, «сшитых» друг с другом мостиками из серы. Такие полимеры не способны растворяться, не текучи, ограниченно набухают.
Разветвленные полимеры состоят из макромолекул с боковыми ответвлениями, причем боковые ветви могут иметь длину того же порядка, что и основная цепь. Разветвленные полимеры имеют свойства промежуточные между линейными и пространственными полимерами. Примером может служить крахмал.