Связи в полимерах

В полимерах, как и в других веществах, существуют химические и физические связи.

Химические связи - это связи внутри повторяющихся составных звеньев и между ними. Их энергия достаточно велика и определяет тип соединения.

Физические связи внутри макромолекул и между ними имеют электрическую природу. Их образование не сопровождается смещением или переходом электронов и происходит на расстояниях, превышающих длину химических связей. Они делятся на дисперсионные, ориентационные и индукционные. Энергия таких связей возрастает с повышением поляризуемости и дипольного момента и резко уменьшается с ростом расстояния между атомами.

Промежуточное положение между химическими и физическими связями занимает водородная связь, которая образуется между электро-отрицательными атомами (F, O, N, Cl, S ) и атомами водорода.

Эти связи характерны и для низкомолекулярных соединений, но для полимеров они могут приобретать определяющее значение. Благодаря наличию длинных цепных макромолекул вероятность физических контактов повышается. Поэтому суммарная энергия межмолекулярного физического взаимодействия даже для неполярных макромолекул может достигать существенных значений, а для полярных - стать соизмеримой с энергией химических связей или даже в отдельных случаях превышать ее.

Т.о., в полимерах, наряду с химическими связями внутри повторяющихся звеньев и между ними существует сетка из физических связей. Эти связи подвижны, так как возникают при сближении атомов и разрушаются при их удалении. Поскольку любая система находится в тепловом движении, то физическая сетка непрерывно флуктуирует по объему. Поэтому ее называют флуктуационной.

Химическое строение повторяющегося звена полимера определяет:

1. энергию химических связей в звене и между звеньями;

2. тип и уровень физического взаимодействия (сетки) внутри и между макромолекулами.

Зависимость свойств полимеров от строения макромолекулы

Линейные полимеры состоят из отдельных макромолекул, соединенных межмолекулярными физическими связями. Поэтому при подборе соответствующего растворителя или при нагревании, разрушающем флуктуационную сетку, линейные макромолекулы могут быть переведены в раствор или расплав. Это свойство линейных полимеров используется при их переработке, причем они могут перерабатываться неоднократно.

Сетчатые полимеры ведут себя различно в зависимости от строения и густоты сетки. Редкосшитые пространственные полимеры только набухают в растворителе, но не могут быть переведены в раствор. Пространственно-сшитые полимеры с частой густотой сетки не растворяются в органических растворителях и не набухают.

Таким образом, растворение характерно только для линейных полимеров. Однако надо помнить, что растворимость полимера в том или ином растворителе зависит от химической природы полимера и растворителя. Соблюдается принцип - подобное растворяется в подобном.

Неполярные полимеры растворяются в неполярных растворителях (бензин, четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен) и не могут растворяться в полярных органических растворителях (ацетон, этилацетат и др.). Полярные полимеры растворяются в полярных и не растворяются в неполярных растворителях.

На этих свойствах основан выбор полимера для эксплуатации в той или иной среде. Если необходим полимер, работающий в соприкосновении с бензином, нельзя брать неполярный полимер.