Как образуются органические полимерные молекулы

Органические полимерные материалы

Полимеры и олигомеры.Полимеры – высокомолекулярные соединения, которые характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Молекулы полимеров состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Вследствие большой их массы полимеры приобретают некоторые специфические свойства.

Отдельную группу представляют олигомеры, которые по значению молекулярной массы занимают промежуточное положение между низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями.

Методы получения полимеров.Для получения органических полимерных материалов используют реакции полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация (полиприсоединение) – это реакция образования полимеров путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера). При полимеризации не образуются побочные продукты, элементарный состав молекул не отличается от состава молекул мономеров. В качестве мономеров используются соединения с кратными связями: C = C, C = O, C = C = O, C = C = C, C = N, либо соединения с циклическими группами. В процессе полимеризации происходит разрыв кратных связей или раскрытие циклов у

конденсаторов, материалов сенсоров, а в перспективе и для замены металлов (органические мономеров и возникновение химических связей между группами с образованием макромолекул.

Поликонденсация. Реакция синтеза полимера из соединений, имеющих две или более функциональные группы, сопровождающаяся образованием низкомолекулярных продуктов (Н₂О, NH₃, HCl, CH₂O и др.) называется поликонденсацией. Поликонденсация соединений с тремя и более функциональными группами называется трехмерной. Элементарные составы полимеров и исходных веществ не совпадают. Поликондесация протекает по ступенчатому механизму, т.е. может остановиться на любой стадии. Поликонденсацию проводят либо в расплаве, либо в растворе, либо на межфазной границе. Методом поликоненсации получают примерно четвертую часть выпускаемых полимеров.

Свойства полимеров.Химические свойства зависят от состава, молекулярной массы и структуры полимеров. Им свойственны реакции соединения макромолекул поперечными связями, взаимодействие функциональных групп друг с другом и низкомолекулярными веществами и деструкции. Например при вулканизации происходит взаимодействие каучука с вулканизующим агентом, обычно с серой, с образованием резины (0,5- 5% серы) или эбонита (20% и более серы).

Ухудшения свойств полимеров во времени в результате деструкции макромолекул называют старением полимеров. Для замедления деструкции в состав полимеров вводят стабилизаторы.

Механическая прочность полимеров возрастает с увеличением их молекулярной массы, при переходе от линейных к разветвленным и далее сетчатым структурам. Дальнейшее увеличение механической прочности полимеров наблюдается при их переходе в кристаллическое состояние. Например, разрывная прочность кристаллического полиэтилена на 1,5-2,0 порядка выше, чем прочность аморфного полиэтилена. Удельная прочность на единицу массы на порядок превышает прочность легированных сталей. Механическая прочность полимеров может быть повышена путем добавления наполнителей, например сажи и мела армированием волокон, например стекловолокном. Большинство полимеров относится к диэлектрикам. Полимерные диэлектрики широко применяются в радиотехнике как материалы различных электротехнических изделий, защитных покрытий кабелей, проводов, изоляционных эмалей и лаков.

Некоторые полимеры обладают полупроводниковыми свойствами. Обычно это полимеры с системой сопряженных двойных связей. Органические полупроводники могут применяться в качестве электродных материалов аккумуляторов, пластин металлы).

Применение полимеров.На основе полимеров получают волокна, пленки, резины, лаки, клеи, пластмассы и композиционные материалы (композиты).

Композиционные материалы состоят из основы (органической, полимерной, углеродной, металлической, керамической), армированной наполнителем, в виде высокопрочных волокон или нитевидных кристаллов. Многие композиты по прочности не уступают металлам. Композиционные полимерные материалы используются как конструкционные, электро- и теплоизолирующие, коррозийно-стойкие, антифрикционные материалы в автомобильной, станкостроительной, авиационной , космической технике и т. д.

Характерной особенностью применений органических полимеров (силиконов) является высокая тепло- и морозостойкость, эластичность. Силиконы используются для получения лаков, клеев, пластмасс и резины. Резины могут эксплуатироваться при температуре от –90 до +300 0 С, обладают атмосферостойкостью, высокими электроизолирующими свойствами. Применяются для изделий, работающих в условиях большого перепада температур, например для защитных покрытий космических аппаратов и т. д.

Пример 1.С помощью каких реакций получают: а) полиэтилен; б) полиэтиленоксид?

Решение. Указанные полимеры получают реакцией полимеризации:

Пример 2.Составьте схему получения силикона.

а) n Si = O → n -Si — O — S —

Контрольные вопросы

237. Что общего и чем отличаются между собой полимеры и олигомеры?

238. Какие вещества называются высокомолекулярными? Основные способы их получения.

239. Приведите схемы реакций поликонденсации и полимеризации на конкретных примерах.

240. Составьте схему получения кремнийорганических полимеров. Свойства и применение их в авиационной технике.

241. Какими способами получают натуральный и синтетический каучуки?

242. Приведите примеры получения натурального каучука и поливинилбутадиенового. Их свойства и применение в авиационной технике.

243. Каким способом получают резины? Приведите примеры. Свойства и применение в авиационной технике.

244. Составьте схему получения полиэтилена. Его свойства и применение в авиационной технике.

245. Составьте схему получения полистирола и полипропилена. Их свойства и применение в авиационной технике.

246. Напишите структурную формулу винилацетата. Приведите схему полимеризации этого соединения.

247. Какой способ получения полимеров сопровождается образованием низкомолекулярных веществ? Приведите схемы реакций на конкретных примерах.

248. Какие различия в свойствах у аморфных и кристаллических полимеров?

249. Какие полимеры могут иметь кристаллическую структуру? Степень кристалличности.

250. Какие полимеры называют эластиками? Подробный ответ.

251. Опишите явление металлического стеклования, его прменения.

252. Охарактеризуйте вязкотекучее состояние полимеров.

253. От чего зависят химические свойства полимеров? Подробный ответ.

254. Приведите схему вулканизации каучука. Получение резины, эбонита.

255. С чем связано старение полимеров? Замедление этого процесса.

256. От чего зависит механическая прочность полимеров? Способы увеличения прочности.

257. Органические диэлектрики и полупроводники, их применение.

258. Состав композиционных материалов, их свойства.

259. Что является основой композитов? Области применения полимерных композиционных материалов.

260. Какие полимеры применяют в космической технике в качестве защитных покрытий? Подробный ответ.

261. Сравните механические свойства композитов и сплавов металлов.

262. Приведите схемы получения силиконов. Их свойства и применение.

263. Почему возможно возникновение кристаллической структуры в полимерах? Преимущество этой структуры по сравнению с аморфным состоянием полимеров.

264. Основы получения резины, эбонита, их применение.

265. Физические свойства аморфных полимеров.

266. Какие полимеры в перспективе могут заменить металлы? Чем они отличаются от полимерных диэлектриков?

188.64.169.166 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Органические полимеры

Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся различных или одинаковых по строению атомных групп – звеньев. Эти звенья соединяются между собой координационными или химическими связями в разветвленные или длинные линейные цепи и в пространственные трехмерные структуры.

• синтетическими,
• искусственными,
• органическими.

Природные органические полимеры

Органические полимеры в природе образуются в животных и растительных организмах. Самые важные из них – это белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучук и другие природные соединения.

Человек давно и широко применяет органические полимеры в своей повседневной жизни. Кожа, шерсть, хлопок, шелк, меха – все это используется для производства одежды. Известь, цемент, глина, органическое стекло (плексиглас) – в строительстве.

Органические полимеры присутствуют и в самом человеке. Например, нуклеиновые кислоты (их называют еще ДНК), а также рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Свойства органических полимеров

У всех органических полимеров есть особые механические свойства:

• малая хрупкость кристаллических и стеклообразных полимеров (органическое стекло, пластмассы);
• эластичность, то есть высокая обратимая деформация при небольших нагрузках (каучук);
• ориентирование макромолекул под действием механического направленного поля (производство пленок и волокон);
• при малой концентрации большая вязкость растворов (полимеры вначале набухают, а потом растворяются);
• под действием небольшого количества реагента способны быстро изменить свои физико-механические характеристики (например, дубление кожи, вулканизация каучука).

Таблица 1. Характеристики горения некоторых полимеров.

Таблица 2. Растворимость полимерных материалов.

Таблица 3. Окраска полимеров по реакции Либермана – Шторха – Моравского.

Статьи по теме

Полимерные композиционные материалы

Среди большинства материалов наиболее популярными и широко известными являются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Они активно применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности. Именно данные материалы являются основным компонентом для изготовления различных изделий, применяемых с абсолютно разными целями, начиная от удочек и корпусов лодок, и заканчивая баллонами для хранения и транспортировки горючих веществ, а также лопастей винтов вертолетов. Такая широкая популярность ПКМ связана с возможностью решения технологических задач любой сложности, связанных с получением композитов, имеющих определенные свойства, благодаря развитию полимерной химии и методов изучения структуры и морфологии полимерных матриц, которые используются при производстве ПКМ.

Свойства полимеров

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици­ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.

Эмульсионная полимеризация

Полимеризующиеся ПАВ применяются в процессах эмульсионной полимеризации, например при превращении винилхлорида в поливинилхлорид, а также акрилатов и винилацетата в латексы для покрытий.

Мономеры полимеризации

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Полиакрилаты

ПОЛИАКРИЛАТЫ, полимеры эфиров акриловой к-ты общей ф-лы [—CH₂CH(COOR)—]_n. Наиб. практически важны поли-н-алкилакрилаты: при R = C₂-C₁₂ полиакрилаты-аморфные полимеры с низкой т-рой стеклования (см. табл.), при R > C₁₂ кристаллизуются с участием боковых цепей и по внеш. виду напоминают парафины .

Органические полимеры

Органические полимеры играют значительную роль в природе. К тому же их широко используют в промышленности. Далее рассмотрен состав, свойства, применение органических полимеров.

Особенности

Рассматриваемые материалы состоят из мономеров, представленных повторяющимися фрагментами структуры из нескольких атомов. Они соединяются в трехмерные структуры либо цепи разветвленной или линейной формы вследствие поликонденсации либо полимеризации. Нередко в строении они четко проявлены.

Следует сказать, что термин «полимеры» относится в основном к органическим вариантам, хотя существуют и неорганические соединения.

Принцип наименования рассматриваемых материалов состоит в присоединении приставки поли- к названию мономера.

Свойства полимеров определяются строением и размерами макромолекул.

Помимо макромолекул, большинство полимеров включает прочие вещества, служащие для улучшения функциональных характеристик путем модификации свойств. Они представлены:

• стабилизаторами (предотвращают реакции старения);
• наполнителями (включения различного фазового состояния, служащие для придания специфических свойств);
• пластификаторами (повышают морозостойкость, снижают температуру переработки и улучшают эластичность);
• смазками (позволяют избежать прилипания металлических элементов используемого в переработке оборудования);
• красителями (служат в декоративных целях и для создания маркировок);
• антипиренами (уменьшают горючесть некоторых полимеров);
• фунгицидами, антисептиками, инсектицидами (придают антисептические свойства и устойчивость к воздействию насекомых и грибковой плесени).

В природной среде рассматриваемые материалы формируются в организмах.

Кроме того, существуют близкие к полимерам по строению соединения, называемые олигомерами. Их отличия состоят в меньшем количестве звеньев и изменении исходных свойств при удалении или добавлении одного либо нескольких из них, в то время как параметры полимеров при этом сохраняются. К тому же нет однозначного мнения относительно отношений между данными соединениями. Одни считают олигомеры низкомолекулярными вариантами полимеров, другие — отдельным типом соединений, не относящимся к высокомолекулярным.

Классификация

Полимеры дифференцируют по составу звеньев на:

• органические;
• элементоорганические;
• неорганические.

Первые служат основой большинства пластмасс.

Вещества второго типа включают в звеньях углеводородные (органические) и неорганические фрагменты.

По строению их дифференцируют на:

• варианты, в которых атомы разных элементов находятся в обрамлении органических групп;
• вещества, где углеродные атомы чередуются с прочими;
• материалы с углеродными цепями в обрамлении элементоорганических групп.

Все представленные типы имеют основные цепи.

Наиболее часто встречающимися среди неорганических полимеров являются алюмосиликаты и силикаты. Это основные минеральные вещества коры планеты.

На основе происхождения полимеры классифицируют на:

• природные;
• синтетические (синтезируемые);
• модифицированные (измененные варианты первой группы).

Последние подразделяют по способу получения на:

Классификация органических полимеров

Поликонденсацией называют процесс формирования макромолекул из содержащих более одной функциональной группы молекул мономера с выделением NH₃, воды и прочих веществ.

Под полимеризацией понимают процесс формирования из мономера макромолекул с кратными связями.

Классификация по макромолекулярному строению включает:

• разветвленные;
• линейные;
• трехмерные сшитые;
• лестничные.

По реакции на термическое воздействие полимеры дифференцируют на:

Вещества первого типа представлены пространственными вариантами с жестким каркасом. При нагреве с ними происходит деструкция, некоторые загораются. Это обусловлено равной прочностью внутренних связей и связей цепей. Вследствие этого термическое воздействие ведет к разрыву как цепей, так и структуры, следовательно, происходит необратимое разрушение.

Термопластичные варианты представлены линейными полимерами, обратимо размягчаемыми при нагреве и отверждаемыми при охлаждении. Их свойства после этого сохраняются. Пластичность данных веществ обусловлена разрывом при умеренном нагреве межмолекулярных и водородных связей цепей.

Наконец, по особенностям строения органические полимеры подразделяют на несколько классов.

1. Слабо- и неполярные термопласты. Представлены вариантами с симметричной молекулярной структурой или со слабополярными связями.
2. Полярные термопласты. К данному типу относят вещества с несимметричной молекулярной структурой и собственными дипольными моментами. Иногда их называют низкочастотными диэлектриками. Ввиду полярности они хорошо притягивают влагу. Также большинство из них способны смачиваться. Данные вещества отличаются от предыдущего класса также меньшим электросопротивлением. При этом многие из полярных термопластов характеризуются высокими показателями эластичности, химической стойкости, механической прочности. Дополнительная обработка позволяет превратить данные соединения в гибкие резинообразные материалы.
3. Термореактивные полимеры. Как упоминалось выше, это вещества с пространственной системой ковалентных связей. Они отличаются от термопластичных вариантов твердостью, нагревоустойчивостью и хрупкостью, большим модулем упругости и меньшим коэффициентом линейного расширения. К тому же такие полимеры не подвержены воздействию обычных растворителей. Они служат основой для многих веществ.
4. Слоистые пластмассы. Представлены слоистыми материалами из пропитанных смолой листов бумаги, стеклоткани, древесного шпона, ткани и др. Такие полимеры характеризуются наибольшей анизотропией характеристик и прочностью. Но они малопригодны для создания предметов сложной конфигурации. Применяются в радио-, электротехнике, приборостроении.
5. Металлопласты. Это полимеры, включающие металлические наполнители в виде волокон, порошков, тканей. Данные добавки служат для придания специфических свойств: магнитных, улучшения демпфирования, электро- и теплопроводности, поглощения и отражения радиоволн.

Свойства

Многие органические полимеры отличаются хорошими электроизоляционными параметрами в обширном интервале напряжений, частот и температур, при большой влажности. К тому же они имеют хорошие звуко- и теплоизоляционные характеристики. Также обычно органические полимеры характеризуются высокой стойкостью к химическому воздействию, не подвержены гниению и коррозии. Наконец, данные материалы обладают большой прочностью при малой плотности.

Приведенные выше примеры демонстрируют общие для органических полимеров характеристики. Помимо этого, некоторые из них отличаются специфическими особенностями: прозрачностью и малой хрупкостью (органическое стекло, пластмассы), макромолекулярным ориентированием при направленном механическом влиянии (волокна, пленки), большой эластичностью (каучук), быстрым изменением физико-механических параметров под воздействием реагента в малом количестве (каучук, кожа и т. д.), а также большой вязкостью при малой концентрации, радиопрозрачностью, антифрикционными характеристиками, диамагнетизмом, и т. д.

Применение

Благодаря названным выше параметрам, органические полимеры имеют обширную сферу применения. Так, сочетание большой прочности с небольшой плотностью позволяет получить материалы большой удельной прочности (ткани: кожа, шерсть, мех, хлопок и т. д.; пластмассы).

Помимо названных, из органических полимеров выпускают прочие материалы: резины, лакокрасочные материалы, клеи, электроизоляционные лаки, волокнистые и пленочные вещества, компаунды, связующие материалы (известь, цемент, глина). Их применяют для промышленных и бытовых нужд.

Крахмал также является органическим полимером

Однако органические полимеры обладают существенным практическим недостатком — старением. Под этим термином понимают изменение их характеристик и размеров в результате физико-химических преобразований, происходящих под воздействием различных факторов: истирания, нагрева, облучения и т. д. Старение происходит путем протекания определенных реакций в зависимости от вида материала и воздействующих факторов. Наиболее распространенной среди них является деструкция, подразумевающая формирование более низкомолекулярных веществ вследствие разрыва химической связи главной цепи. На основе причин деструкцию подразделяют на термическую, химическую, механическую, фотохимическую.

История

Исследование полимеров начало развиваться к 40 гг. XX в. и сформировалось в качестве самостоятельной научной области в середине столетия. Это было связано с развитием знаний о роли данных веществ в органическом мире и выяснением возможностей их применения в промышленности.

При этом цепные полимеры производили еще в начале XX столетия.

К середине века освоили выпуск электроизолирующих полимеров (поливинилхлорида и полистирола), плексигласа.

В начале второй половины столетия расширилось производство полимерных тканей за счет возврата выпускавшихся прежде материалов и появления новых вариантов. Среди них — хлопок, шерсть, шелк, лавсан. В тот же период, благодаря применению катализаторов, начали выпуск полиэтилена и полипропилена при малом давлении и кристаллизующихся стереорегулярных вариантов. Немного позже освоили массовый выпуск самых известных герметиков, пористых и адгезивных материалов, представленных полиуретанами, а также элементоорганических полимеров, отличающихся от органических аналогов большей эластичностью и термостойкостью (полисилоксаны).

В 60 — 70 гг. были созданы уникальные органические полимеры с ароматическими компонентами, характеризующиеся высокой термостойкостью и прочностью.

Производство органических полимеров интенсивно развивается и сейчас. Это обусловлено возможностью использования дешевых материалов, таких как уголь, попутные газы нефтепереработки и добычи и природные газы, в совокупности с водой и воздухом в виде исходного сырья для большинства из них.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Структурно-химические формы полимерных молекул

Составные звенья полимерных молекул могут быть соединены в цепи различным образом, формируя разнообразные структурные виды макромолекул (рис. 1.1). Различают их следующие основные типы:

• • линейные однотяжпые;
• • линейные квазиоднотяжные;
• • макроциклические полимерные молекулы;
• • линейные двухтяжные;

Рис. 1.1. Схематическое изображение строения различных структур

а — линейные однотяжные; 6 — разветвленные; в — гребнеобразные; г — разветвленные со многими ветвлениями; д — линейные циклоцепные; е — катенановые (цепи из завешенных друг в друга колец); ж — макроциклические; з — линейные двухтяжные (лестничные); и — звездообразные; к — трехмерные (сшитые)

• • катенановые циклоцепные полимеры, макромолекулы которых построены из сцепленных друг с другом колец (аналогично металлическим цепям);
• • разветвленные макромолекулы;
• • сшитые или трехмерные макромолекулы.

Соединенные последовательно составные повторяющиеся звенья формулы -H(R)CH₂— образуют, как правило, линейные однотяжные цепи. Если R будет достаточно длинным, то такие линейные однотяжные полимеры называют гребнеобразными (рис. 1.1, в). К числу линейных однотяжных относят также полимеры циклоцепной структуры, синтезируемые различными способами. Так, при обработке поливинилового спирта масляным альдегидом получают поливинилбутираль:

Цепи этого полимера построены из чередующихся замещенных диоксановых циклов, соединенных в положении 4,6-метиле- новыми мостиками.

Реакцией гидридного полиприсоединения дивинил- и дигидрид- циклотетрасилоксанов синтезируют циклоцепные карбосилокса- новые полимеры, также относимые к линейным одиотяжным:

Следовательно, к однотяжным относятся и циклоцепные полимеры, в которых циклические структуры разделены хотя бы одной простой связью.

Линейными циклоценными полимерами однотяжного типа являются многочисленные полигетероарилены — полиимиды, по- либензоксазолы, полибензимидазолы и др. Так, при поликонденсации диангидридов тетракарбоновых кислот с диаминами получают полиимиды:

В молекуле этого полимера даже при

или любом другом циклическом радикале конденсированные системы из двух пятичленных гетероциклов и одного фенильного оказываются разделенными с циклом исходного диамина связью C-N. Схематически полимерную молекулу гюли-м-фениленпиро- меллитимида можно изобразить следующим образом:

К квазиоднотяжным линейным относят полимеры, которые состоят из последовательности циклических и конденсированных циклических структурных элементов, связанных друг с другом только одним общим атомом:

где М — четырехвалентный элемент. Примером являются поли- силоксаны спироциклической структуры:

Однотяжными линейными полимерами являются и продукты поликоиденсации кремнийорганического дигидроксиироизвод- ного порфирина:

(R и R’—Н или органические радикалы).

Структура образующейся макромолекулы подобна нанизанным на одну ось кольцам, что схематически изображено ниже:

Макроциклические полимеры могут быть получены реакциями полимеризации и поликонденсации. Наиболее типичным примером их синтеза является реакция метатезиса циклоолефинов:

(МХ„ — галогениды вольфрама или других металлов). Молекулярная масса образующихся циклических полиенов превышает несколько десятков тысяч.

Из лестничных двухтяжных полимеров наиболее доступны кремнийорганические высокомолекулярные соединения. Так, при гидролитической поликонденсации фенилтриэтоксисилана в специальных условиях синтезирован лестничный полифенил- силоксан с молекулярной массой более 1 млн:

Разветвленные полимеры образуются в реакциях как полимеризации, так и поликонденсации. На рис. 1.1,6 узлы ветвлений для наглядности показаны точками. Существуют различные типы разветвленных полимеров, например «древовидной» структуры (рис. 1.1, г), когда боковые ветви многократно разветвляются. Разветвленные полимеры, у которых основная и боковые цепи имеют звенья одинаковой химической природы, называют также привитыми полимерами.

Полимеры, в которых линейные макромолекулы соединены друг с другом посредством химических связей различной природы, называют сшитыми. Поперечные химические связи могут формироваться как при реакции полимерообразования, так и при химической обработке заранее синтезированного линейного полимера. В зависимости от метода синтеза сшитых полимеров и выбранных условий поперечные связи могут иметь различную длину и густоту. При достаточно большом числе поперечных сшивок образуется сетчатый или трехмерный полимер, в котором все линейные макромолекулы соединены друг с другом и образуют одну гигантскую молекулу (рис. 1.2).

Для оценки частоты сшивки обычно используют среднее значение молекулярной массы отрезка цепи между узлами сшивки М_с. Для количественной характеристики сетчатых полимеров также применяют следующие параметры:

п_с — число молей активных цепей в единице объема сшитого полимера (моль/см 3 );

N_c — концентрация активных цепей в единице объема сшитого полимера;

Рис. 1.2. Тины сшитых полимерных структур:

а — совершенные сетки; 6 — реальные сетки; 1 — активные цепи; 2 — неактивные цепи; 3 — небольшие ответвления; 4 — петли; 5 — короткие свободные концы; 6 — захлесты; 7 — золь-фракция

у_с — число молей активных цепей в образце;

V_c — эффективный молярный объем активных цепей.

Все указанные параметры связаны между собой следующими N_a ‘ ‘ N_a

соотношениями: N_c—(для 1 г сшитого полимера) или Л г ₍. = —

где N_a — постоянная Авогадро; р₂ — плотность полимера; V₂ — объем сухого сшитого полимера.

Если различные типы полимерных молекул получены на основе двух или более мономеров (см. рис. 1.1 и 1.2), то они являются сополимерами. Различают статистические, чередующиеся, привитые и блок-сополимеры.

Статистические сополимеры характеризуются произвольным распределением звеньев исходных сомономеров по макромолекуле; в случае чередующихся сополимеров имеет место строго регулярное чередование по цепи звеньев, образованных исходными мономерами Л и В: -Л-В-А-В-Л-В-Л-В-, или -(ЛВ)„—.

Как следует из последней формулы, чередующиеся сополимеры можно считать гомополимерами, в которых повторяющееся звено состоит из одинаковым образом связанных остатков исходных мономеров.

Строение привитого сополимера, синтезированного прививкой к цепи полимера -(A),,- цепей мономера В, схематически представлено ниже:

Химическое строение звена -А- после присоединения к нему цепи из звеньев -В- изменяется, поэтому в схеме строения привитого сополимера это звено обозначено А’, так же как и концевое звено привитых цепей В’. К боковым цепям из звеньев В можно привить цепи, образованные третьим мономером; методом последовательной прививки получают многократно привитые сополимеры.

Макромолекулы блок-сополимеров построены из химически связанных последовательностей звеньев, образованных каждым из сомономеров: -(Л)_ч-(В)_т-(Л)_р-(В)₉-.

Блок-сополимеры могут содержать два и более блоков различных типов.

Полимеры

В 1833 году Й. Берцелиус ввел в обиход термин «полимерия», которым он назвал один из видов изомерии. Такие вещества (полимеры) должны были обладать одинаковым составом, но разной молекулярной массой, как например этилен и бутилен. К современному пониманию термина «полимер» умозаключение Й. Берцелиуса не соответствует, потому что истинные (синтетические) полимеры в то время еще не были известны. Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) годам.

Химия полимеров возникла только после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений и получила дальнейшее развитие благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука (Г. Бушарда, У. Тилден, К Гарриес, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев). С начала 20-х годов 20 века стали развиваться теоретические представления о строении полимеров.

Классификация полимеров

Классификация полимеров основана на трех признаках: их происхождении, химической природе и различиях в главной цепочке.

С точки зрения происхождения все полимеры подразделяют на природные (натуральные), к которым относят нуклеиновые кислоты, белки, целлюлозу, натуральный каучук, янтарь; синтетические (полученные в лаборатории путем синтеза и не имеющие природных аналогов), к которым относят полиуретан, поливинилиденфторид, фенолформальдегидные смоли и др; искусственные (полученные в лаборатории путем синтеза, но на основе природных полимеров) – нитроцеллюлоза и др.

Исходя из химической природы, полимеры делят на полимеры органической (в основе мономер – органическое вещество – все синтетические полимеры), неорганической (в основе Si, Ge, S и др. неорганические элементы – полисиланы, поликремниевые кислоты) и элементоорганической (смесь органических и неорганических полимеров – полислоксаны) природы.

Выделяют гомоцепные и гетероцепные полимеры. В первом случае главная цепь состоит из атомов углерода или кремния (полисиланы, полистирол), во втором – скелет из различных атомов (полиамиды, белки).

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны два агрегатных состояния – кристаллическое и аморфное и особые свойства – эластичность (обратимые деформации при небольшой нагрузке — каучук), малая хрупкость (пластмассы), ориентация при действии направленного механического поля, высокая вязкость, а также растворение полимера происходит посредством его набухания.

Получение полимеров

Реакции полимеризации – цепные реакции, представляющие собой последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема получения полимера

Так, например, полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса молекулы достигает 1миллиона.

Химические свойства полимеров

В первую очередь для полимеров будут характерны реакции, характерные для функциональной группы, присутствующей в составе полимера. Например, если в состав полимера входит гидроксо-группа, характерная для класса спиртов, следовательно, полимер будет участвовать в реакциях подобно спиртам.

Во-вторых, взаимодействие с низкомолекулярными соединениями, взаимодействие полимеров друг с другом с образованием сетчатых или разветвленных полимеров, реакции между функциональными группами, входящими в состав одного и того же полимера, а также распад полимера на мономеры (деструкция цепи).

Применение полимеров

Производство полимеров нашло широкое применение в различных областях жизни человечества — химической промышленности (производство пластмасс), машино – и авиастроении, на предприятиях нефтепереработки, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (производство гербицидов, инсектицидов, пестицидов), строительной промышленности (звуко- и теплоизоляция), производство игрушек, окон, труб, предметов быта.

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Полимерные молекулы

Первый член скобки представляет собой величину химического потенциала растворителя для идеального раствора. Второй член описывает отклонения от идеальности, обусловленные особенностями структуры полимерных молекул. Величина % является параметром, специфичным для данной системы полимер — растворитель и называется обычно параметром взаимодействия. Этот параметр включает в себя характеристику энергетического взаимодействия полимера с растворителем, определяемую разностью корней квадратных из плотностей энергии когезии полимера б и растворителя 6о, а также специфические для данной системы [c.33]

При этом следует иметь в виду, что молекулярные цепи свернуты чрезвычайно свободно. Если рассчитать плотность изолированного молекулярного клубка исходя из его объема и молекулярной массы, она окажется в Ю —10 раз меньше плотности полимера в массе. В разбавленных растворах полимеров все пространство между звеньями полимерных молекул заполнено [c.31]

Структуру полимерной молекулы (т. е. тип, последовательность присоединения и ориентацию элементарных звеньев, в нее входящих) называют молекулярной или первичной разнообразные сочетания полимерных молекул, образующих материал, — надмолекулярной или вторичной структурой полимера. [c.64]

Для перевода красного фосфора в жидкое, а также растворенное состояние необходим разрыв связей в полимерных молекулах. Поэтому полимерные модификации имеют высокие температуры плавления, практически не растворяются ни в одном из растворителей. При возгонке красного фосфора (423°С) в пар переходят молекулы Pj-которые затем рекомбинируются в молекулы Р . Таким образом, при конденсации паров образуется белая, а не красная модификация. [c.367]

Л х —число л -меров Л —общее число полимерных молекул, равное Л о (1—Р), где Л о — общее число структурных единиц в исходной системе. [c.168]

Одна из больших трудностей в определении индивидуальных констант скоростей реакций полимеризации обусловлена реакциями полимера с другими частицами в растворе или даже с мономером, не приводящими к увеличению длины цепи полимерной молекулы. Такого рода реакции, которые приводят к обрыву радикальной цепи и образованию нового радикала, [c.520]

Свободный радикал инициатора или растущая полимерная цепь (макрорадикал) могут взаимодействовать с неактивными молекулами полимера и отрывать атом водорода, находящийся в середине молекулы. В этом месте возникает возможность присоединения мономера. При этом образуется полимерная цепь, направленная в сторону от основной полимерной молекулы. Это —реакция разветвления полимера. Кроме наличия примесей, на разветвление полимерной цепи влияет увеличение конверсии мономеров, так как столкновение растущих полимерных цепей с молекулами полимера становится более вероятным, чем с молекулами мономера. Разветвление происходит также при повышении температуры полимеризации, так как энергия активации разветвления больше, чем энергия активации роста полимерной цепи (58,8 и 21,0— 25,2 кДж/моль соответственно) [19]. [c.142]

Благодаря реакциям межцепного обмена, протекающим в условиях процесса поликонденсации по механизму нуклеофильного замещения между полисульфидными группами различных полимерных молекул с концевыми группами, а также неорганическим полисульфидом, из сферы реакции удаляются полимерные фраг- [c.554]

Важная проблема растворимости в основе решается для полимеров так же, как и для обычных растворов. Как правило, линейные аморфные полимеры растворимы лучше кристаллических. Большая величина молекул высокомолекулярных веществ и гибкость их цепей, а также малая скорость диффузии приводят к тому, что процесс растворения протекает своеобразно. Первой стадией растворения аморфного полимера является набухание молекулы растворителя проникают в объем полимера и раздвигают полимерные цепи. Одновременно лишь небольшое число полимерных молекул переходит в жидкий растворитель, образуя раствор малой концентрации. Процесс набухания протекает до полного использования растворителя с образованием гомогенного раствора. Это имеет место, однако, лишь при наличии неограниченной взаимной растворимости жидкого растворителя и аморфного полимера. [c.257]

В отношении первого фактора вполне очевидно, что увеличение диапазона распределения времен пребывания отдельных молекул способствует расширению интервала изменения молекулярных весов. Некоторые растущие полимерные молекулы очень быстро ускользают из реактора смешения и не успевают образовывать цепочки значительной длины. Другие молекулы остаются в аппарате длительное время, и следовательно, могут достигать значительного молекулярного веса. [c.115]

На течение растворов полимеров и их вязкость большое влияние мол ис. IV.5). (Вспомните, что приставка поли обозначает молекулу, содержащую повторяющиеся молекулы меньшего размера, соединенные вместе.) Крахмал — основной компонент зерна и многих овощей это полисахарид, состс яии й из глюкозных остатков. Целлюлоза — волокнистое структурное вещество растений это еще один полисахарид, образованный глюкозой. Некоторые ипы углеводов перечислены в табл. IV.3. [c.245]

Легко также найти концентрацию мономерных единиц А, связанных в полимерные молекулы [А]вполимере (л 2) [c.267]

Выразим концентрации каждой из полимерных молекул, ис-лользуя уравнения констант равновесия. Учтем, что концентра-дии активных частиц М равны концентрациям полимерных гюлекул [М, ] = [Мг]. Получим [c.276]

В парах фтористого водорода находятся полимерные молекулы (НР) . При температуре кипения НР среднее значение/г близко к 4. Способность к ассоциации отличает воду, аммиак, спирты и многие другие жидкости от неассоциированных жидкостей (например, от углсподородоп). Ассоциация приводит к ловышеиию температуры плав. 1гт я, температуры кипения и теплоты парообразования, изменению растворяющей способности н т. д. [c.132]

Иониты представляют собой сшитые полимеры, имеющие в молекуле специфические функциональные группы, способные посылать в раствор как катионы, так и анионы. В зависимости от характера генерируемых ионов смолы обладают свойствами либо полимерных твердых кислот (катиониты), либо полимерных твердых оснований (аниониты) [3, 236]. Полимерная смола состоит из каркаса, связанного валентными силами и обладающего определенным зарядом, который компенсируется зарядом ионов противоположного знака (противоионов). Противоионы не закреплены в определенных местах полимерной молекулы. При погружении смолы в раствор противоионы могут перейти в него, а в ионит войдут другие ионы из раствора и примут участие в компенсации заряда каркаса [236]. Например, катионообмен можно охарактери- [c.174]

Полимеризация. В процессе алкилирования даже при самых благоприятных условиях всегда образуется небольшое количество высококипящего остатка. Полимерная молекула тяжелой части алкилата представляет собой, по существу, молекулу парафина, образующуюся из двух или более молекул олефина и одной молекулы изобутана. Возникновение полимера связано с тенденцией крупных карбоний-ионов (например, ионов С + или Св+) взаимодействовать с грег-бутилкарбоний-ионом и присоединять олефины прежде, чем произойдет отрыв гидрид-иона и образуется молекула изопарафина [c.39]

В процессе адгезии играют роль поверхностные (двумерные) силы, так как в процессе участвует только тонкий приповерхностный слой жидкости. В предложенной нами модели поверхность адгезива (раствор) рассмотрена как двумерный газ полимерных молекул, а процесс адгезии — как изобарное изотермическое расширение поверхностного слоя адгезива в поле вандервальсовых и химических сил субстрата. Допустим, что объем жидкости и двумерный газ на ее поверхности эквивалентны по составу и являются однородными многокомпонентными смесями из N низкомолекулярных компонентов и полимеров. Тогда модель адгезии эквивалентна модели изобары реального двумерного многокомпонентного газа, который существует на поверхности раствора. [c.111]

Оштетичесчие латексы представляют собой дисперсии частиц полимера в воле, получаемые полимеризацией мономера, например стирола, в присутствии ПАВ. Молекулы ПАВ адсорбируются на поперхности частиц, образующихся из полимерных молекул. Если молекулы ПАВ способны дпссониировать на ионы, как, например, олеат натрия ivHsa OONa, то частицы латекса получают заряд и приобретают электрофоретическую подвижность. [c.93]

Характеристическая вязкость [т ] определяет гидродинамическое соп )отивление макромолекул потоку жидкости в предельно разбавленных растворах, когда полимерные молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и практически не взаимодействуют. Значения характеристической вязкости находят путем экстраполяции величины т1уд/с к нулевой концентрации раствора [c.195]

Библиография для Полимерные молекулы: [c.614] [c.247] Смотреть страницы где упоминается термин Полимерные молекулы: [c.92] [c.27] [c.46] [c.309] [c.144] [c.281] [c.319] Смотреть главы в:

Симметрия глазами химика (1989) — [ c.373 , c.375 , c.376 ]