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: 605; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!