Вопрос 27. Органические полимеры. Смолы.

Органические полимеры

Получаемые искусственным путем высокомолекулярные ма­териалы могут быть разделены на два класса:

Искусственные материалы, изготовляемые путем химиче­ской обработки природных высокомолекулярных веществ: так, например, при переработке целлюлозы получаются эфиры целлюлозы.

Синтетические высокомолекулярные материалы, изготовляемые из низкомолекулярных веществ. Многие из этих материалов обладают ценными техническими свойствами: к тому же некоторые из них могут быть получены из дешевого и легко доступ­ного сырья (природный газ, нефть, ископаемые угли и пр.).

Практически важные высокомолекулярные соединения по своей химической природе являются полимерами, т. е. веществами, моле­кулы которых представляют совокупность весьма большого числа имеющих одинаковое строение групп атомов, и получаются в результате объединения друг с другом молекул сравнительно весь­ма простых по своему составу веществ, так называемых мономе­ров. Реакция образования полимера из мономера носит название полимеризации. При полимеризации молекулярная масса, естест­венно, увеличивается; возрастает температура плавления и кипе­ния, повышается вязкость: в процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состоя­ние весьма густой жидкости и далее в состояние твердого тела; уменьшается растворимость и т. д.

Простой пример: стирол — жидкий ненасыщенный углеводород, имеющий элементарный состав С₈Н₈ и строение молекулы благодаря наличию двойной связи между двумя соседними атомами углерода обладает способностью легко полимеризоваться. Образую­щийся в результате полимеризации из стирола (мономера) полимер стирола — так называемый полистирол — является уже твердым веществом; его молекула имеет строение и может быть представлена как цепочка, состоящая из одинаковых повторяющихся звеньев, каждое из которых представляет собой одну молекулу мономера — стирола, но с измененным характером связей между атомами С (простая связь С—С, а не двойная С=С): где п — степень полимеризации, т. е. число молекул мономера, объединившихся в одну молекулу полимера.

При определенных условиях (воздействие сравнительно высокой температуры, механическая обработка и др.) полимер может разла­гаться на вещества с меньшей степенью полимеризации, Такой процессе, противоположный процессу полимеризации, называется де­полимеризацией.

Полимеры делятся на две группы: линейные и пространственные полимеры. Молекулы линейных полимеров имеют вид цепочек или нитей (вообще говоря, не прямых, а изогнутых и переплетенных друг с другом). Молекулы простран­ственных (трехмерных) полимеров развиты в пространстве в различных направлениях более равномерно, так что они имеют бо­лее компактную форму, приближаясь, грубо говоря, к форме шара.

Полимеры делятся на две группы по степени полимеризации при нагреве:

Термопластичные материалы при достаточно низких темпера­турах тверды, но при нагреве становятся мягкими (пластичными) и легко деформируются; они могут растворяться в соответствующих растворителях. Характерной особенностью термопластичных ма­териалов является то, что нагрев до температуры, соответствующей их пластичному состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств. После охлаждения эти материалы сохраняют способ­ность растворяться и при новом подъеме температуры размяг­чаться.

Термореактив­ные (термоотверждающиеся) материалы (реактопласты) при на­греве претерпевают необратимое изменение свойств: как говорят, они запекаются (отверждаются), т. е. приобретают значительную механическую прочность и твердость, теряя при этом свойства раст­воримости и плавкости.

Смолы

Смолы — применяемое в практике, хотя и не вполне строгое с научной точки зрения, название обширной группы материалов, которые характеризуются как некоторым сходством химической природы (это сложные смеси органических веществ, главным обра­зом высокомолекулярных), так и некоторыми общими для них физи­ческими свойствами. При достаточно низких температурах смолы — это аморфные, стеклообразные массы, более или менее хрупкие.

Смолы широко применяются в виде важнейшей составной части лаков, компаундов, пластических масс, пленок, искусственных и синтетических волокнистых материалов и т. п. По своему происхо­ждению смолы делятся на природные, искусственные и синтетические.

Природные смолы представляют собой продукты жизнедеятель­ности животных организмов (пример — шеллак) или растений-смолоносов (канифоль); их получают в готовом виде и лишь под­вергают сравнительно несложным операциям очистки, переплавки и т. п. Сюда же относятся ископаемые смолы (копалы), предста­вляющие собой остатки разложившихся в земле деревьев-смолоносов.

Синтети­ческие смолы (имеют наибольшее значение в электрической изоляции) — полимеризационные и конденсационные. Общим недостатком конденсационных смол является то, что при их отверждении происходит выделение воды или других низкомолекулярных веществ, остатки которых могут ухудшить электроизо­ляционные свойства смолы. Кроме того, молекулы конденсацион­ных смол, как правило, содержат полярные группы, что повышает их угол диэлектрических потерь и гигроскопичность; полимериза­ционные же смолы могут быть и неполярными (примеры: полимеры углеводородного состава, политетрафторэтилен).

П олиолефин С₂Н_4, поливинилхлорид С₂Н₃Cl, фенолформальдегид, и др. =2,1-2,3, tg=0.0008-0.0003, =10¹⁶Ом/м, f=50-10Гц.