Глава 1 структура и классификация полимеров

Полимерами являются высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых или различных звеньев, соединенных химическими связями в длинные цепи.

Звеньями цепи могут быть как отдельные атомы, так и группы атомов

• полимерная сера -S-S-S-S-

• полиэтилен (-СН₂-СН₂-СН₂-).

Степень полимеризации (Р)- число повторяющихся звеньев в цепи. Она определяет молекулярную массу полимера (М)

М= т • Р, где т - молекулярная масса звена.

Структурное звено макромолекулы. Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Поливинилхлорид

В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:

(-CH₂-CHCl-)_n

Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.

Названия полимеров и олигомеров складываются из названия мономера и приставки «поли» или «олиго» (например, полиэтилен, полистирол, олигостирол, олигобутадиен, сополимер этилена с пропиленом).

Химические формулы пишут без концевых групп

-СН₂-СН₂-СН₂- или (-СН₂-СН₂-)_n.

Для некоторых полимеров используются торговые названия (например, найлон или поли-8-капролактам, фенопласт или фенолформальдегидная смола, тефлон или политетрафторэтилен.

1. Классификация полимеров

В настоящее время известно огромное количество полимеров. Их можно классифицировать: в зависимости от молекулярной массы полимера; по числу мономерных звеньев в цепи полимера; по структурной форме полимера; по происхождению полимеров: по строению основной цепи полимера.

В зависимости от молекулярной массы полимера различают высокомолекулярные соединения, олигомеры и низкомолекулярные соединения.

• При М>5000–10000 - высокомолекулярное соединение,

• М=500–5000 – олигомер,

• М<500 – низкомолекулярное соединение.

По числу мономерных звеньев в цепи полимеры классифицируют на гомополимеры и сополимеры.

• Гомополимеры состоят из одинаковых звеньев (например, полиэтилен – (-СН₂-СН₂-)_n )

• Сополимеры состоят из двух или более звеньев (например, бутадиен-стирольный сополимер

n

В свою очередь, сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют на:

а) статистические – мономерные звенья в которых расположены неупорядоченно по цепи;

б) чередующиеся (альтернирующие) со строгим чередованием звеньев в цепи;

в) блочные (блок-сополимеры) – линейные макромолекулы которых состоят из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению;

г) привитые сополимеры, разветвленные макромолекулы которых состоят из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев – основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению.

Тип полимера	Схема строения макромолекулы
Сополимер (бинарный)
а) статистический	-А-В-В-А-В-А-А-В-А-В-В-
б) чередующийся	-А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-
в) блочный	-А-А-А-А-А-В-В-В-В-В- -(А)-n -(B)-m
г) привитой

По структурной форме полимеры делят на линейные, разветвленные и сшитые.

Линейные – основная цепь макромолекул которых, состоит из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию.

Разветвленные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. Предельный случай разветвлённых полимеров – звездообразные, макромолекулы которых представляют собой совокупность цепей, выходящих из одного центра. К разветвлённым относятся также гребнеобразные полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, например полигексадецилакрилат:

Сшитые или сетчатые полимеры состоят из макромолекул, образующих пространственную сетку, охватывающую весь образец; в сшитых полимерах макромолекулы во многом утрачивают свою индивидуальность. К сшитым иногда относят, так называемые, лестничные полимеры, две параллельные цепи которых соединены поперечными связями в каждом звене.

Схематическое изображение макромолекул различной топологии:

А – линейный полимер; Б, В, Г – разветвленные; В – звездообразный; Г – гребнеобразный; Д, Е – сшитые; Е – лестничный.

По происхождению полимеры делят на природные, искусственные и синтетические.

• Примерами природных полимеров являются белки, целлюлоза, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук, алмаз, графит.

• Искусственными являются модифицированные природные полимеры, например, нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.

• Синтетическими полимерами, называются полимеры, полученными в результате синтеза в реакторе, например, полиэтилен, полистирол, полипропилен.

Природные полимеры

	Белки (природные полипептиды 20 α-аминокислот с соотв. R и R’)
	Полиуглеводы  поли-1,4-β, D-глюкопиранозид (целлюлоза)
	Нуклеиновой кислоты: РНК – R – аденин, гуанин, тимин, цитозин и Х – ОН: ДНК – R – аденин, гуанин, цитозин, урацил и Х – Н.

Искусственными полимерами являются модифицированные природные полимеры, например, нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.

Тринитроцеллюлоза

Среди искусственных полимеров наибольшее значение имеют искусственные волокна: вискозные, медноаммиачные и ацетатные. Их получают из природных полимеров (древесная или хлопковая целлюлоза) путем химической переработки.

Синтетические полимеры получают из органических низкомолекулярных соединений (мономеров) по реакции полимеризации или поликонденсации. Источником мономеров являются главным образом углеводороды, производимые из нефти, природного газа и каменного угля.