1 Теоретическая часть

Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называются вещества, имеющие молекулярную массу от 10000 а.е.м. до нескольких миллионов. Раз­меры молекул ВМС в вытянутом состоянии соизмеримы с размерами частиц в коллоидных и микрогетерогенных системах. Такие огромные молекулы часто называют макромолекулами.

При полимеризации или поликонденсации получают макромолекулы различных размеров. Поэтому говорят о полидисперсности полимера и о средней молекулярной массе, которая определяется по уравнению:

(1)

где n_i – число молекул, имеющих молекулярную массу М_i.

Высокомолекулярные соединения не летучи, не способны перегоняться, при повышении температуры размягчаются постепенно и не имеют определен­ной температуры плавления.

1.1 Классификация и особенности строения вмс

ВМС классифицируют по различным признакам.

1. По происхождению ВМС делятся на природные (натуральные) и син­тетические.

Природные ВМС – это белки животного или растительного происхожде­ния, полисахариды (белки, крахмал, целлюлоза), натуральный каучук.

Синтетические ВМС – это ВМС, получаемые в результате химического синтеза. Синтетические полимеры широко используются для получения мате­риалов с заданными свойствами (прочностью, эластичностью, химической стой­костью), которых нет в природе. Их используют для получения разнообразных пластмасс, в качестве ионообменных материалов (ионитов) для очистки воды, в самолето- и автомобилестроении, в процессах полимеризации и поликонденсации для получения различных видов каучуков (полибутадиен, полихлоропрен), поли­этилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидных волокон (нейлон, ка­прон), изоляционных материалов (полисилоксаны), термостойких веществ, ис­пользуемых в качестве покрытий (политетрафторэтилен).

В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низ­комолекулярные ненасыщенные или полифункциональные соединения – моно­меры. Макромолекула полимера состоит из множества повторяющихся звеньев. Так, в результате полимеризации этилена образуется полиэтилен по следующей схеме:

n(CH₂=CH₂)  (–CH₂–CH₂–)_n,

где (–CH₂–CH₂–) – звено;

n – степень полимеризации (число повторяю­щихся звеньев в макромолекуле).

2. По химическому составу различают органические (белки, полисахариды, каучук, полиэтилен) и неорганические ВМС («пластическая» сера, слюда, алюмосиликаты, графит, алмаз).

3. По структуре молекул различают линейные, пространственные, раз­ветвленные полимеры.

Линейные макромолекулы характерны, например, для натурального кау­чука, полибутадиена. Линейность молекул определяет типичные свойства поли­меров: эластичность, способность образовывать прочные пленки и нити, набу­хать, давать вязкие растворы. Одной из особенностей строения линейных поли­меров является гибкость макромолекул. Гибкость обусловлена внутримолеку­лярным вращением звеньев вокруг одинарных связей. Благодаря этому мак­ромолекула может принимать различные конформации. Конформациями назы­вают пространственные энергетически неравноценные формы макромолекул, возникающие в результате вращения звеньев вокруг химических связей (без их разрыва). В результате конформационных изменений макромолекулы мо­гут принимать различную форму: линейную, клубка, глобулы. Глобула - это скрученная макромолекула.

Макромолекулы пространственных (сетчатых) полимеров образуют трехмерную пространственную сетку. Типичным примером полимера с про­странственной структурой является вулканизированный каучук, состоящий из линейных молекул, «сшитых» друг с другом мостиками из серы. Такие поли­меры не способны растворяться, не текучи, ограниченно набухают.

Разветвленные полимеры состоят из макромолекул с боковыми ответв­лениями, причем боковые ветви могут иметь длину того же порядка, что и ос­новная цепь. Разветвленные полимеры имеют свойства промежуточные между линейными и пространственными полимерами. Примером может служить крахмал.