PostHeaderIcon Общая характеристика полимеров и их классификация

Полимерами называют соединения, макромолекулы которых состоят из атомных группировок мономеров, последовательно связанных в виде цепи. Цепное строение макромолекул предопределяет повышенную прочность связей между ними, что обеспечивает возможность образования волокон и пленок. Другое свойство макромолекул – гибкость – обуславливает эластичность полимеров, т.е. способность к значительным, многократным, обратимым деформациям под действием малых нагрузок.

Вследствие большой молекулярной массы и цепного строения растворы полимерных соединений обладают высокой вязкостью. Часто достаточно нескольких процентов растворяемого вещества, чтобы раствор потерял текучесть.

Наряду с химическим составом важнейшей характеристикой высокомолекулярных соединений (ВМС) является молекулярная масса и степень полимеризации, равная числу повторяющихся звеньев цепи. Полимеры, как правило, состоят из макромолекул разной массы. Это принципиальное, присущее только полимерам свойство называется полидисперсностью или полимолекулярностью. Молекулярно-массовыми характеристиками полимеров являются средние молекулярные массы и функции распределения по этому показателю. Среднечисловая молекулярная масса Мn полимеров вычисляется как отношение суммарной массы макромолекул к их общему числу n.

Зависимость агрегатного состояния вещества при различной температуре Т от его молекулярной массы М.
Зависимость агрегатного состояния вещества при различной температуре Т от его молекулярной массы М.

 

Эластическое состояние. Характеризуется наличием больших обратимых деформаций (например, каучук при растяжении может увеличиваться на 700-800%, а после снятия нагрузки вернуться к первоначальному состоянию). При этом перемещаются лишь сегменты макромолекул без изменения взаимного расположения последних.

Стеклообразное состояние. Это твердое состояние аморфных полимеров. Переход полимеров из высокоэластического или вязкотекучего состояния в стеклообразное, наблюдаемый при понижении температуры или повышении давления, называется стеклованием (прекращение теплового движения сегментов). Температурный интервал, при котором происходит постепенный переход полимера из эластического в стеклообразное состояние (и наоборот) называется интервалом стеклования.

Вязкотекучее состояние. Это состояние, для которого характерны необратимые деформации, т.е. течение. В процессе течения сегменты перемещаются в одном преимущественном направлении, что приводит к поступательному движению макромолекулы в целом. Это состояние полимеров исключительно важно с точки зрения переработки их в изделия. Все современные методы переработки термопластов (экструзия, литье под давлением, вакуум-формование и др.) связаны с переводом полимера в расплав.

Кристаллическое состояние. Под кристаллической структурой полимера понимают взаимное расположение в пространстве структурных элементов, их строение и взаимодействие между собой. Регулярная структура, или определенный дальний порядок в расположении макромолекул, наблюдается лишь в кристаллических полимерах. Для аморфных полимеров характерен только ближний порядок, т.е. наличие отдельных областей с более или менее упорядоченным расположением отрезков макромолекул. Процесс кристаллизации и конечная структура полимера зависят от следующих факторов: молекулярная масса; концентрация раствора полимера; температура кристаллизации и др.

Сложившаяся классификация полимеров основана на нескольких признаках: природе атомов основной цепи и полимера в целом; количестве и распределении повторяющихся звеньев; строении основной цепи и конфигурации повторяющегося ее участка; механических свойствах.

Полимеры бывают синтетические и натуральные. Последние могут быть модифицированы химическими способами обработки. По химическому составу синтетические полимеры делятся на органические, неорганические и элементорганические.

Органические полимеры содержат углеродные связи и функциональные группы, включающие атомы азота, кислорода, галогенов. Карбоцепными органическими полимерами являются, в частности, полиолефины и полимеры виниловых мономеров.

Неорганические полимеры не содержат углеродых связей в основной цепи. К типичным гомоцепным полимерам относятся линейные модификации серы и селена, к гетероцепным — полифосфонитрилхлорид.

В элементорганических полимерах имеются как органические, так и неорганические группы.

С точки зрения природы атомов основной цепи полимеры делятся на гомо- и гетероцепные. В гомоцепных полимерах цепь построена из одинаковых атомов, например в карбоцепных полимерах из атомов углерода. Основная цепь гетероцепных полимеров содержит разные атомы.

Полимеры, макромолекулы которых построены из повторяющихся звеньев одного типа, называются гомополимерами (полимерами). В сополимерах макромолекулы образованы мономерными звеньями нескольких типов, чаще всего двух.

Сополимеры, содержащие повторяющиеся звенья двух типов (условно А и В), имеют следующую классификацию:

Сополимеры, содержащие повторяющиеся звенья двух типов (условно А и В)

С точки зрения строения основной цепи макромолекулы сополимеров подразделяются на линейные, двухтяжевые (две параллельные цепи, скрепленные между собой), разветвленные и сшитые (сетчатые).