Класифікація полімерів 1

Класифікація, будова і властивості полімерів. Частина 1

Полімерами називають високомолекулярні сполуки, макромолекули яких побудовані з багаторазово повторюваних структурних ланок, з'єднаних ковалентними зв'язками. Макромолекули полімерів містять десятки і сотні тисяч одиниць.

Полімери підрозділяються на органічні і неорганічні. Макромолекули органічних полімерів містять атоми вуглецю, тоді як у молекул неорганічних полімерів його немає. У цьому розділі будуть розглядатися тільки органічні полімери, які поділяються на природні та штучні. До природних полімерів відносяться целюлоза, білки, крохмаль, натуральний каучук, природні смоли (копав, каніфоль, шелак, янтар). Природні полімери рідко застосовуються в будівництві. Широке поширення отримали штучні полімери, одержувані в результаті синтезу простих низькомолекулярних сполук - мономерів.

За складом основному ланцюзі макромолекул органічні полімери поділяються на три класи.

Карбоцепні полімери, основні ланцюги яких побудовані тільки з атомів вуглецю. До цього класу можна віднести поліетилен, поліпропілен, поліізобутилен, полібутадієн, полімери похідних етилену і диенов.

Гетероланцюгові полімери, в основних ланцюгах яких крім атомів вуглецю містяться атоми кисню, азоту, сірки, рідше фосфору та інших елементів. До цієї групи полімерів належать поліефіри, поліаміди, поліуретани, поліепоксидною з'єднання.

Елементоорганіческіе полімери, що містять в основних ланцюгах атоми кремнію, алюмінію, титану та інших елементів, наприклад, кремнійорганічні сполуки. Ці полімери мають в макромолекулі кремній-кисневі зв'язку, звані Силоксанові.

За формою макромолекули органічні полімери можна розділити на лінійні, розгалужені і сітчасті.

Лінійні макромолекули полімерів є довгі звивисті або закручені в спіраль ланцюга. Лінійні макромолекули не мають відгалужень від основного ланцюга, але можуть містити заміщають групи в ланках.

Розгалужені макромолекули можуть мати ланки бічних відгалужень як такого ж хімічного складу, що і ланки, що утворюють основну ланцюг, так і іншого складу. Невелика ступінь розгалуженості макромолекул з довгими бічними відгалуженнями надає полімеру ряд позитивних якостей.

Сітчасті макромолекули з'єднані ковалентними зв'язками в поперечному напрямку до основного ланцюга. Залежно від частоти розташування поперечних зв'язків розрізняють полімери редкосетчатие (сітчасті) і густосетчатие (просторові).

Полімери з макромолекулами лінійного і розгалуженого будови розчиняються у відповідних органічних розчинниках, розм'якшуються при нагріванні, а при охолодженні знову тверднуть. Полімери, які здатні багаторазово розм'якшуватися при нагріванні і закаліть при охолодженні, називаються термопластичними. Полімери просторової будови не розчиняються, а лише набухають в органічних розчинниках (чим більше число поперечних зв'язків між макромолекулами, тим менше ступінь набухання полімеру), і після затвердіння при повторному нагріванні вони не розм'якшуються. Такі полімери називаються термореактивними. При впливі високої температури вони піддаються деструкції і згорянню.

Класифікація, будова і властивості полімерів. Частина 2

Залежно від розташування макромолекул полімери можуть мати різні фазові стани. Якщо порядок взаємного розташування ланок і ланцюгів дотримується на відстанях перевищують у багато разів розміри самих молекул (дальній порядок), то полімер знаходиться в кристалічній фазі. При відсутності такого порядку взаємного розташування макромолекул полімер знаходиться в аморфній фазі.

Полімери аморфної фази можуть існувати в трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичном і вязкотекучем.

Лінійні і розгалужені полімери залежно від будови і температури існують в кристалічній фазі і у всіх трьох станах аморфної фази. Густосетчатие (просторові) полімери з нерегулярним розташуванням поперечних зв'язків знаходяться тільки в склоподібного стані. Сітчасті полімери з рідкісним розташуванням поперечних зв'язків можуть мати кристалічну структуру, перебувати в склоподібного або високоеластичном стані. Зазвичай поряд з кристалічною фазою полімер містить деяку кількість аморфної фази.

Вихідними продуктами для синтезу полімерів є низькомолекулярні сполуки, одержувані з нафти, газу, вугілля та інших речовин, які називаються мономерами. Полімери з мономерів отримують методами полімеризації і поліконденсації.

Полімеризацією називають процес з'єднання молекул мономера за рахунок розкриття ненасичених зв'язків; цей процес не супроводжується утворенням побічних продуктів реакції. Ланки макромолекул повністю зберігають склад і взаємний порядок поєднання атомів, властивий вихідним мономерам. Типовим прикладом полімеризації є процес отримання поліетилену з газу етилену.

Якщо в полімеризації беруть участь два або більше мономера, тоді се називають сополимеризацией, а продукт реакції - сополімером. Широко відомі сополімери стиролу з бутадієном, ізобутіленом, акрилонитрилом.

Поліконденсацією називається процес послідовної взаємодії двох або декількох низькомолекулярних речовин, що мають функціональні групи, з утворенням макромолекули полімеру і побічних продуктів: води, хлористого водню, аміаку та ін. Прикладом є утворення фенолофор-мальдегідной смоли з фенолу (С6 Н5 ОН) і формальдегіду (СН 2 0).

У міру протікання процесів полімеризації або поліконденсації зростає число атомів в утворених макромолекулах і збільшується молекулярна маса, що формуються полімерів. Спочатку утворюються сполуки з невисокою молекулярною масою (до 5000), звані олигомерами, що мають смоли-образну консистенцію. Олігомери в результаті процесів затвердіння стають полімерами з високою молекулярною масою.

Високомолекулярні полімери стають міцними внаслідок зростаючого ефекту дії міжмолекулярних сил при зростанні молекулярної маси. На властивості полімерів впливає і водневий тип зв'язку, особливо коли водень пов'язаний 1 киснем або азотом (ОН, NН2 і ін.). Воднева зв'язок хоча і слабкіше ковалентної, але значно вище міжмолекулярних (ваш дер Ваальсових) сил тяжіння.

Класифікація, будова і властивості полімерів. частина 3

Полімери характеризуються такими властивостями:

термічними - температурою розм'якшення і теплостійкість, температурами склування і текучості;

механічними - міцністю, деформативністю і поверхневою твердістю;

хімічними - атмосферостійкістю і опірністю деструкції.

Полімери мають позитивні властивості: малу середню щільність (20 - 2200 кг / м 3), низьку теплопровідність (у пористих полімерних матеріалів вона дорівнює 0,03 Вт / м o С), високу міцність (межа міцності при розриві до 350 МПа, у склопластиків межа міцності при стисненні - до 170 МПа; полімербетони мають межу міцності при стисненні 60-120 МПа), високу хімічну стійкість і атмосферостійкість і ін. В той же час вони мають ряд недоліків: низьку теплостійкість (70 - 200 ºС), малою поверхневою твердістю, високим коефіцієнтом термічного расширени я, підвищеної ползучестью, схильністю до старіння, горючість (з виділенням шкідливих газів) і токсичністю при експлуатації.