Классификация полимеров

Первые упоминания о синтетических полимерах отно¬сятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол). Ряд полимеров, возможно, был получен еще в первой половине 19 века. Но в те времена химики пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической реакции, т.е. к образованию полимеров (полимеры и сейчас часто называют “смолами”)

В 1833 И.Берцелиусом для обозначения особого вида изомерии впервые был применен термин “поли¬мерия”. В этой изомерии вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладали различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Однако тот термина имел несколько другой смысл, чем современные представления о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

А.М.Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью мо¬лекул, проявляющейся в реакциях поли¬меризации. После создания А.М.Бутлеровым теории химического строения возникла химия полимеров. Наука о полимерах по¬лучила свое развитие главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука. В этих исследованиях принимали участие учёные многих стран, такие как: Г.Бушарда, У.Тилден, немецкий учёный К Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие. Большую роль в развитии представлений о поликонденса¬ции сыграли работы У.Карозерса

В 30-х годах было до¬казано существование свободнорадикального и ионного механиз¬мов полимеризации

С начала 20-х годов 20 века Г.Штаудингер стал автором принципиально но¬вого представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы. До этого предполагалось, что такие био¬полимеры, как целлюлоза, крахмал, кау¬чук, белки, а также некоторые син¬тетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способ¬ностью ассоциировать в растворе в комп¬лексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков”). Однако открытие Г.Штаудингера заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики

Полимеры – это химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромо¬лекулы) состоят из большого числа повто¬ряющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав мак¬ромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или ) координационных валентностей

Полимеры можно классифицировать по происхождению полимеры. Они делятся на природные (биополимеры) и синтети¬ческие. К биополимерам можно отнести белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы, а к синтетическим полимерам - полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы

Полимеры классифицируются еще и по расположению атомов в макромолекуле. Атомы или атомные группы могут распо¬лагаться в макромолекуле в виде:

откры¬той цепи или вытянутой в линию после¬довательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный);

цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы)

Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (к ним относят: поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза)

П олимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополиме¬ры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присое¬динены одна или несколько цепей дру¬гого строения. Такие сополимеры называются привитыми

Макромолекулы одного и того же хи¬мического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигура¬ции. Если макромолекулы состоят из оди¬наковых стереоизомеров или из различ¬ных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными

По составу основной (главной) цепи полимеры, подразделяют на: гетероцепные, в основной цепи которых со¬держатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов

Полимеры, в которых каждый или некоторые сте¬реоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательно¬сти, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами

Из гомоцепных полимеров наиболее рас¬пространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен

Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, бел¬ки, некоторые кремнийорганические поли¬меры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими .

Отдельную группу полимеров образуют неорганические по¬лимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид

 

Свойства и основные характеристики полимеров.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромоле¬кулы. В кристаллических полимерах возможно возник¬новение разнообразных надмолекулярных структур: фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во мно¬гом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических

Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекуляр¬ными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, сте¬реорегулярный полистирол - кристал¬лическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться, и размягчается при температуре около 80 °С.

Незакристаллизованные полимеры могут нахо¬диться в трех физических состояниях: стекло¬образном, высокоэластичном и вязко-текучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пласти¬ками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения мак¬ромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообраз¬ное состояние; полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклооб¬разный продукт, переходящий в высоко¬эластичное состояние лишь при 100 °С.

Линейные полимеры обладают специфическим комп¬лексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств:

способность образовывать высокопрочные анизотроп¬ные высокоориентированные волокна и пленки , способность к большим, дли¬тельно развивающимся обратимым дефор¬мациям;

способность в высокоэластичном со¬стоянии набухать перед растворением;

высокая вязкость растворов .

Этот комп¬лекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гиб¬костью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, ред¬ким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комп¬лекс свойств становится всё менее выра¬женным. Сильно сшитые полимеры нераство¬римы, неплавки и неспособны к высоко¬эластичным деформациям.

Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических свя¬зей между макромолекулами (так называемое сши¬вание), например при вулканизации кау¬чуков, дублении кожи; распад макромо¬лекул на отдельные, более короткие фраг¬менты, реак¬ции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные пре¬вращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромоле¬кулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одно¬временно с деструкцией

Примером полимераналогичных превращений может слу¬жить омыление поливтилацетата, при¬водящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомо¬лекулярными веществами часто лимити¬руется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявля¬ется в случае сшитых полимеров. Скорость взаи¬модействия макромолекул с низкомоле¬кулярными веществами часто сущест¬венно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирую¬щего звена. Это же относится и к внутри¬молекулярным реакциям между функ¬циональными группами, принадлежащи¬ми одной цепи

Некоторые свойства полимеров, например раствори¬мость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств приме¬сей или добавок, реагирующих с макро¬молекулами. Так, чтобы превратить ли¬нейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи .

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и моле¬кулярно-массовое распределение, сте¬пень разветвленности и гибкости макро¬молекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик

 

Получение полимеров

Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов они могут быть выделены из раститель¬ного и животного сырья. Синтетические полимеры получают полимеризацией и поликонден¬сацией. Карбоцепные полимеры обычно синте¬зируют полимеризацией мономеров с од¬ной или несколькими кратными углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки (например, из циклопропана и его производных), Гетероцепные полимеры получают поликонденсацией, а также полимеризацией мономеров, содержащих кратные связи углеродоэлемента (например, С = О, С = N, N = С = О) или не¬прочные гетероциклические группировки.

Нужен реферат, сочинение, конспект? Тогда сохрани - » Классификация полимеров . Готовые домашние задания!

Предыдущий реферат из данного раздела: Органические и неорганические ВМС

Следующее сочинение из данной рубрики: Открытие новых элементов

Спасибо что посетили сайт Uznaem-kak.ru! Готовое сочинение на тему:
Классификация полимеров.