Классификация полимеров

Классификация и строение полимеров основывается на методов получения, состава и внутреннее строение полимеров.

Классификация и строение полимеров.

В основу классификации положены состав, методы получения и внутреннее строение полимеров. По составу основной цепи макромолекул полимеры делят на три группы:

〉 Карбоцепные полимеры, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода, такие как  полиэтилен, полиизобутилен, и тому подобные, (смотри рисунок-1).

Рисунок-1. Молекулярная цепь карбоцепных полимеров

 

 

 

〈 Гетероцепные полимеры, в состав молекулярных цепей которых входят кроме атомов углерода атомы кислорода, серы, азота, фосфора (эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные полимеры и другие( смотри рисунок-2)

Рисунок-2. Молекулярная цепь гетероцепных полимеров

 

 

 

〉 Элементорганические полимеры, в основных молекулярных цепях которых содержатся атомы кремния, алюминия,титана и некоторых других элементов, не входящих в состав органических соединений ; типичны кремнийорганические соединения (смотри рисунок-3).

Рисунок-3. Молекулярная цепь элементорганических полимеров

 

 

 

 

 

Синтетические полимеры делят на полимеризационные и поликонденсационные  в зависимости от метода получения.

Читай далее на http://stroivagon.ru синтетические полимеры

Полимеризационные полимеры

Полиэтилен, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полистирол и другие входят в группу полимеризационных полимеров. Их получают методами полимеризации преимущественно. Полимеризации могут подвергаться только такие мономеры, в молекулах которых содержатся кратные связи или циклические группировки. За счет этих связей или за счет раскрытия цикла у молекул исходного вещества образуются свободные валентности, которыми они соединяются между собой в макромолекулы. Поскольку в процессе полимеризации не отщепляются атомы и атомные группы, химический состав полимера и мономера одинаков.

Процесс полимеризации проходит с помощью инициаторов, катализаторов, воздействия ядерных излучений , нагрева. В качестве возбудителей реакции полимеризации ( инициаторов) применяют некоторые перекиси ( перекись бензоила, перекись водорода,персульфаты и другие) или катализаторы  типа BF3; lCl3 и другие. Полимеризация присоединения ( или цепная полимеризация) состоит из трех стадий: инициирования, роста цепи и обрыва цепи.

Поликонденсационные полимеры

Фенолоальдегидные, полиэфирные, эпоксидные, полиамидные и другие входят в группу поликонденсационных полимеров и их получают методами поликонденсации. При поликонденсации макромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами, находящимися в молекулах исходных веществ. Это взаимодействие сопровождается отщеплением молекул побочных продуктов: воды, аммиака, хлористого водорода и других.

В связи с этим химический состав получаемого полимера отличается от состава исходных низкомолекулярных веществ. По внутреннему строению различают линейные и пространственные ( с поперечными связями и сетчатые) полимеры. Линейные полимеры состоят из длинных нитевидных макромолекул, связанных между собой слабыми силами межмолекулярного взаимодействия.

Однако наличие в структурных единицах составляющих полимер полярных группировок атомов усиливает взаимодействие между цепями. В полимерах, содержащих гидрооксильные группы ( целлюлоза), иминогруппы NH ( нейлон), цепи могут связываться водородной связью. Возникновение и развитие прочных химических связей между цепями означает переход к полимерам с пространственным каркасом.

◊ В пространственных полимерах прочные химические связи между цепями приводят к образованию единого пространственного каркаса. Пространственные структуры гораздо хуже деформируются, чем структуры из линейных молекул. При образовании сплошной пространственной структуры полимер приобретает свойства твердого упругого тела ( типа эбонита). Различие во внутреннем строении линейных полимеров и полимеров с жестким пространственным каркасом отчетливо проявляется при нагревании.

◊ Линейные полимеры при нагреве размягчаются и переходят в вязкоупругое ( каучукоподобное) состояние, поскольку межмолекулярные силы и водородные связи между их цепями преодолеваются при сравнительно умеренном повышении температуры.

◊ Термопластичными ( термопластами) называют полимеры, способные обратимо размягчаться при нагреве и отвердевать при охлаждении, сохраняя основные свойства. В полимерах с жестким каркасом ковалентные связи между цепями имеют прочность того же порядка что и прочность связей внутри цепей. Для разрыва таких связей тепловым движением требуется высокая температура, которая может вызвать разрыв связей не только между цепями, но и внутри цепей.

Разрыв наименее прочных связей, существующих внутри цепей является началом деструкции (химического разложения) полимера. Такой процесс необратим. Термореактивными ( или реактопластами) называют полимеры, которые будучи отверждены не переходят при нагреве в пластичное состояние. Следовательно, термореактивные полимеры при повышении температуры ведут себя подобно древесине: при высокотемпературном нагреве они претерпевают деструкцию и загораются.

Хотя большинство полимеров относят к аморфным веществам, от аморфных тел полимеры отличаются наличием некоторой кристалличности, подтверждаемой рентгеновскими исследованиями. В аморфных полимерах цепи полимера располагаются в основном беспорядочно, однако наблюдается известная упорядоченность расположения отдельных участков смежных цепей, а также объединение цепей в пачки, содержащие некоторое число цепей.

Доля кристаллизованного объема может достигать 80%. Кристаллические полимеры особенно ценны для изготовления изделий, работающих при температурах, близких к температуре плавления полимера.

Влияние температуры на физическое состояние линейных полимеров

Физическое состояние линейных полимеров зависит от температуры. При относительно низких температурах ( не превышающих температуру стеклования ( ^T с) полимер находится в стеклообразном  упруго-твердом состоянии ( рисунок-4). При повышении температуры он сначала переходит в каучукоподобное  состояние (высокоэластичное) а при достижении температуры текучести  ( ^T т) переходит в вязкотекучее состояние.

Рисунок-4. Температурная зависимость деформации полимера при постоянной нагрузке ( по В. А. Кирееву).

 

 

 

 

 

В температурном интервале между температурами стеклования и текучести тепловое движение отдельных звеньев цепи становится достаточным для преодоления  связи их со смежными звеньями соседних макромолекул.Это обуславливает гибкость цепей и переход полимера в высокоэластичное состояние, которое свойственно только высокомолекулярным веществам с большими молекулами. не все линейные полимеры могут при нагревании переходить в высокоэластичное состояние.

Полимеры с достаточно прочными  связями между цепями, имеющие жесткую структуру, не обладают этой способностью. К ним относится например, целлюлоза. Деструкция целлюлозы и подобных полимеров начинается прежде достижения температуры текучести. Находясь в высокоэластичном состоянии, полимер способен сильно деформироваться при действии сравнительно слабых внешних сил. Полимеры с низкой температурой стеклования ( полиэтилен, каучуки и некоторые виды каучукоподобных материалов, способны сохранить свою эластичность даже при весьма сильных морозов.

У линейных полимеров текучесть проявляется при достижении температуры 200-300°С, когда тепловое движение достаточно для преодоления относительно слабых связей между цепями, приобретающих способность  к диффузионному перемещению. Температурный интервал между температурами текучести и стеклования, в котором полимер находится в высокоэластичном состоянии, возрастает по мере увеличения степени полимеризации, то есть средней молекулярной массы.

При малой степени полимеризации этот интервал становится настолько малым, что вещество практически при нагревании из стеклообразного состояния переходит в вязкотекучее (пластичное) состояние.