Строение и свойства полимеров
Химическое строение макромолекул - это порядок соединения структурных звеньев в цепи. По характеру соединения составных звеньев в составе макромолекулы различают полимеры линейные, разветвленные и пространственные (сетчатые, трѐхмерные).
Линейныеполимеры состоят из неразветвленных цепных макромолекул, например природный каучук, целлюлоза, амилоза – растворимая внутренняя часть крахмального зерна, полиэтилен, поливинилхлорид, капрон.
Линейные полимеры могут иметь регулярную и нерегулярную структуру, образованную порядком повторения структурных звeньев. В полимерах регулярной структуры отдельные звенья несимметричного строения повторяются в пространстве в определенном порядке – это стереорегулярные полимеры. Например, звенья
могут упорядоченно соединяться в цепи двумя способами:
Полимеры, макромолекулы которых построены одним из этих способов, называют регулярными. В полимерах с нерегулярной структурой отдельные звенья расположены в пространстве беспорядочно, произвольным сочетанием обоих способов соединения звeньев.
Разветвленныеполимеры имеют длинные цепи с боковыми ответвлениями. В качестве примеров можно назвать амилопектин крахмала − нерастворимая оболочка крахмального зерна, гликоген.
Пространственные или сетчатыеполимеры построенные из соединенных между собой макромолекулярных цепей. Примерами таких полимеров являются фенолоформальдегидная смола – резит, аминопласты, резина.
|
|
|
Геометрическая форма макромолекул в значительной степени определяет физические свойства полимеров:
– линейные и разветвленные полимеры термопластичны, растворимы;
– линейные и разветвленные полимеры высокоэластичны, способны к обратимой деформации под действием относительно небольших внешних нагрузок;
– линейные полимеры имеют наибольшую плотность, их макромолекулы способны к ориентации вдоль оси направленного механического поля (это используется, например, при формовании волокон и пленок);
– стереорегулярные линейные полимеры обладают способностью кристаллизоваться;
– полимеры сетчатого (пространственного) строения, не плавятся, не растворяются, а только набухают в растворителях; определение молекулярной массы для таких полимеров утрачивает смысл (нет отдельных макромолекул, все цепи сшиты в единую сетку).
Все полимеры проявляют особые механические и химические свойства.
Особые механические свойства:
– эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
– малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
|
|
|
– способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и пленок).
Особыехимические свойства проявляются в способности резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т.п.).
Особые свойства проявляют и растворы полимеров:
– высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера; – наличие стадии набухания при растворении полимера.
Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством - гибкостью.
Гибкость макромолекул — это их способность обратимо (без разрыва химических связей) изменять свою форму. Причина гибкости – внутримолекулярное вращение по множеству σ-связей в цепной мaкромолекуле. Вращение по σ-связям в низкомолекулярных соединениях практически не изменяет их свойства. В длинных цепных макромолекулах повороты вокруг огромного числа σ-связей приводят к переходу количества в новое качество - гибкости макромолекул.
|
|
|
В зависимости от условий и своего строения цепная макромолекула может принимать форму клубка, вытянутой цепи, спирали, складчатой ленты и т.п. При этом геометрическая форма самой макромолекулы (линейная, разветвленная или пространственная) не изменяется. Особенности полимеров, обусловленные гибкостью макромолекул, проявляются при деформировании полимеров. В отсутствие внешних воздействий равновесным состоянием гибкой макромолекулы является форма рыхлого клубка (максимум энтропии).
При деформации полимера макромолекулы распрямляются, а после снятия деформирующей нагрузки, стремясь к равновесному состоянию, они снова сворачиваются за счет поворотов вокруг σсвязей в результате теплового движения. Это является причиной высоких обратимых деформаций (эластичности) полимеров. Гибкость макромолекул уменьшается под влиянием внутри- и межмолекулярных взаимодействий, которые препятствуют вращению по σ-связям.
Например, за счѐт межмолекулярных водородных связей в капроне [-NH-(CH2)5-CO-]n:
Для увеличения эластичных свойств в полимер добавляют пластификаторы. Высокомолекулярные материалы с высокоэластичными свойствами называются эластомерами. Макромолекулы эластомеров представляют собой скрученные в клубки цепи, при этом эластичность обусловлена тем, что при растяжении материала цепи вытягиваются, а при снятии внешней силы растяжения снова скручиваются. Типичными примерами таких веществ являются каучуки.
|
|
|
Натуральный каучук получают из млечного сока каучуконосных растений (например, гевеи). Мономером природного каучука является углеводород, общая формула которого CnH2n-2 – 2-метил-1,3-бутадиен (изопрен).
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1288; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!