Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Вводна лекция Структура полимеров.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
16.11.2019
Размер:
1.43 Mб
Скачать

Комплекс специфических эксплуатационных свойств каждого полимера обусловлен структурой полимера.

Структура полимера – это это физическая структура, которая формируется в результате устойчивого взаимного расположения в пространстве всех элементов, образующих полимер, включает в себя внутреннее строение этих элементов и учитывает характер взаимодействия между ними.

Структура полимера зависит от структуры каждой отдельной макромолекулы, входящей в полимер, и от того, как располагаются, укладываются макромолекулы относительно друг друг в пространстве.

Структура полимеров - это физическая структура, которая формируется в результате устойчивого взаимного расположения в пространстве всех элементов, образующих полимер, включает внутренее строение этих элементов и учитывает характер взаимодействия между ними

Структура отдельных макромолекул

Надмолекулярная структура

Химическая природа: органические, неорганические, элементорганические; гомо-, гетероцепные; насыщенные и ненасыщенные; полиуглеводороды, поликислоты, полигалогенпроизводные, полспирты, полиамиды, полиэфиры и др.

Молекулярная масса полимера и его полидисперсность

Конфигурация макромолекул: линейная, разветвленная, циклоцепная, плоскосетчатая, пространственно сшитая

Конформация макромолекул: клубок, глобула, спираль, вытянутая палочка, складка, зигзаг, кривошип

Структурная и стереоизомерия: присоединение голова к голове, голова к хвосту и др; изотактические, синдиотактические, цис и транс каучуки

Лекция 3.

Тема 2: Основные понятия и определения, характеризующие структуру полимеров

Любое макроскопическое тело состоит из набора более мелких структурных единиц (подсистем). В газах такими мелкими структурными единицами являются молекулы или атомы; в жидкостях – молекулы и ассоциаты (группы, совокупность) молекул.

В полимерных телах важнейшей структурной единицей (главной подсистемой) считаются макромолекулы. Макромолекулы находятся в постоянном колебании, движении, стремятся занять энергетически наиболее выгодное расположение в пространстве относительно друг друга. В результате такого движения они формируют агрегаты (совокупность) макромолекул разнообразной формы и различных размеров

Физическая структура в виде агрегатов макромолекул, которая формируется в ходе взаимодействия макромолекул, определенной ориентации их относительно друг друга и укладки вблизи друг друга в такие агрегаты, размер которых на несколько порядков больше размера составного звена полимера, называется надмолекулярной структурой полимера.. Размер агрегатов колеблется от 2 нм до 105 - 106 нм.

Чтобы полно и досконально оценить структуру полимера необходимо знать структуру отдельных макромолекул и вид надмолекулярной структуры, которую формируют эти макромолекулы (смотри схему в конце предыдущей лекции 2).

Иначе сказать структура полимера – это совокупность и единство отдельных макромолекул и надмолекулярной структуры.

Тема «Структура отдельных макромолекул»

Начнем рассмотрение структуры полимеров со структуры отдельных макромолекул.

Структура отдельных макромолекул – очень сложное понятие. Она включает (вбирает) в себя:

  • Химическую природу макромолекул;

  • Молекулярную массу и распределение (разброс) макромолекул внутри полимера по величине молекулярной массы (т.е. полидисперсность);

  • Стереохимическую структуру, обусловленную пространственным расположением всех атомов, групп атомов, звеньев, сегментов (отрезков) макромолекул относительно друг друга. Чтобы оценить стереохимическую структуру макромолекул полимера нужно знать их конформацию и конфигурацию.

2.1 Характеристику структуры макромолекул необходимо начинать с выявления их химического строения. Так как в цепях макромолекул постоянно повторяются составные повторяющиеся звенья СПЗ, то химическую природу целых макромолекул можно охарактеризовать, оценив химическую природу СПЗ.

Химическая природа СПЗ, как и любого вещества, определяется природой атомов элементов, входящих в основной скелет СПЗ и в состав боковых заместителей.

По химической природе СПЗ все полимеры подразделяются на

  • Органические;

  • Неорганические и

  • Элементорганические

Органические полимерыэто такие полимеры, которые содержат в главной (основной) цени макромолекул атомы углерода C, кислорода O, азота N и серы S. В боковые группы кроме этих атомов могу входить атомы водорода Н и галогенов Hal , непосредственно соединенные с атомами углерода C основной цепи, а также атомы других элементов, напрямую не связанные с атомами углерода C основной цепи.

Органические полимеры в соответствии с фундаментальной классификацией, принятой в органической химии, в свою очередь делятся на следующие подгруппы:

  • Полиуглеводороды (предельные и непредельные, алифатические и ароматические)

  • Полигалогенпроизводные

  • Полиспирты и их производные

  • Поликислоты

  • Полиэфиры простые и сложные

  • Полиамиды и т.д.

Каждая подгруппа органических полимеров обладает своим специфическим комплексом эксплуатационных свойств. Примеры органических полимеров и их свойства приведены в таблице 5.

Неорганические полимеры – это полимеры, макромолекулы которых имеют неорганические главные цепи и не содержат органических боковых заместителей (например вида - СН3). Конкретнее – это полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов элементов IIIVI группы, таких как B, Al, Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, Ti, S, Se, Te,О, углерод C без соединения с атомами водорода.

Основные представители неорганических полимеров и их отличительные свойства приведены в таблице 6.

Как правило, гомоцепные неорганические полимеры, главная цепь которых построена из атомов одного элемента, имеют невысокую молекулярную массу, т.е. являются олигомерами, и не нашли широкого применения. Исключение составляют природные модификации углерода: алмаз и графит.

Часть гетероцепных неорганических полимеров, главные цепи которых состоят из повторяющихся атомов разных элементов, повсеместно распространена в природе и применяется человечеством в больших масштабах. Это – полиоксид кремния [SiO2]n , полиоксид алюминия [Al2O3]n, полисиликаты натрия (силикатные стекла) и др.

Элементорганические полимеры – это полимеры , макромолекулы которых наряду с органическими группами (например углеводородными группами (-СН2-, -СН3, - СН- )), содержат неорганические фрагменты. Элементорганические полимеры подразделяются на 3 типа:

  • С неорганическими цепями, обрамленными органическими группами

  • С органонеорганическими цепями

  • С органическими цепями, обрамленными элементорганическими группами

Некоторые представители элементорганических полимеров приведены в таблице 7.

Деление полимеров по химической природе атомов элементов главных цепей и боковых заместителей очень важно для понимания структуры и свойств полимеров. Поэтому именно химическая природа является базовым, основным признаком, который положен в основу унифицированной фундаментальной классификации полимеров по их природе (смотри схему 1 «Фундаментальная классификация полимеров по химической природе»).

Приведенная классификация разработана отечественными академиками Коршаком В.В. и Плате Н.А.

Однако знания химической природы макромолекул не достаточно для того, чтобы объяснять или прогнозировать эксплуатационные свойства полимеров. Для этого необходима более полная информация о структуре полимера, а именно нужно знать стереохимические его характеристики.

В понятие «Стереохимические характеристики входят:

  • Структурная и пространственная изомерия

  • Конфигурация

  • Конформация макромолекул

Устойчивы в агрессивных средах, диэлектрики, имеют низкую влаго и газопроницаеость

Обладают хорошей текучестью, клейкостью высокой когезионной прочностью, Вулканизированные каучуки (резины) высокоэластичны.

Атмосферо - , водо -, хим. стойки. Хорошие диэлектрики обладают пониженной горючестью.

Хорошие эмульгирующие свойства, газонепроницаемость, высокая адгезия к бумаге, древисине, коже, тканям

Хоршие адгезионные свойства. Кислоты – хорошие комплексообразователи и ионообменники. Эфиры свето-, атмосферостойки, хорошие диэлектрики

Высокая водо – химстойкость, прочность, и износостойкость. ПЭГ хороший загуститель, смазка

Свето -, термо -, водо-, атмосферо, плеснестойки. Склонны к волокнообразованию.

Обладают высокой износостойкостью. Механической прочностью.Хорошими эл. Изоляционными свойствами

ен

Таблица 5 – Основные подгруппы органических полимеров и их отличительные свойства

Таблица 6 - Основные представители неорганических полимеров и их отличительные свойства

Гомоцепные

Гетероцепные

полисера

Устойчива при Т=130-2500С

при Т ~200С - молекулярная сера

Поликумулен

Карбин

графит

n≤20

n≤20

≈ все неустойчивы

поликремневый полиоксид алюминия

ангидрид

(полиоксид кремния)

Входят в состав горных пород:

кварц, хрусталь, (рубин, корунд)

аметист, гранит.

n

поли фосфонитрилхлорид

(Обладает хорошими эластическими свойствами)

сульфан

каучукоподобное вещество

легко гидролизуется до Н2SO4

полиси ликаты (Na+, K+,)

силикатные стекла, связки

полисиликон дисульфид

неплавок нерастворим,

близок к минералам

Таблица7-Основные представители элементоорганических полимеров и их отличительные свойства

1. С неорганическими цепями, обрамлёнными органическими группами

2. С органонеоргаическими цепями

3. С органическими цепями, обрамлёнными элементорганическими группами

Основная цепь состоит из гетероатомов, один из которых более, другой менее отрицательны. Гомоцепные последовательности неустойчивы

В основной цепи макромолекул присутствуют атомы. С+Si(Sn,Pb,P,O,N). Изучены недостаточно.

В главной цепи макромолекулы имеются атомы. С или С+N, в обрамляющих группах атомы Si,Sn,Pb,P,B

Кремнийорганические жидкости – гидрофобизирующие вещества, придают водостойкость, негорючесть. Плохо кристаллизуются.

Имеют более высокую стойкость к термоокислительной деструкции, чем ПЭ. Легче кристаллизуется, чем полимеры 1.

полиорганосилоксаны или

полиоргносилазаны

полиорганофосфазены

Карбосиланы

карбосилоксаны

Карбоплюмбаты

Элементорганические полиуретаны

Пполивинилтриметил силан (высокая молекулярная масса)

Поливинилфосфонаты

Соли полиакриловой кислоты (ПАК). Прозрачны, имеют высокую молек массу.

Схема 1 - Общая фундаментальная классификация полимеров

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.