Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
II.2. Полимеры
Полимеры — это высокомолекулярные вещества, построенные из большого числа повторяющися, или мономерных, звеньев. Чем больше это число, тем больше молекулярная масса. Количество структурных звеньев, связанных вместе и образующих линейную макромоле-
кулу, называется степенью полимеризации. Следовательно, молекулярная масса макромолекулы зависит от степени полимеризации и от молекулярной массы мономерного звена. Простейший полимер — это полиэтилен, который получается из этилена СН2=СН2.
пСН2=СН2 — [_СН2-СН2-]П
При полимеризации двойная связь этилена открывается и большое число молекул С2Н4 связывается друг с другом, образуя цепь, которая в случае полиэтилена линейна (см. рис. II-1). Четырехвалентный атом углерода образует тетраэдр, причем угол между связями составляет 109,5°. Полимерная цепь может иметь огромное число различных конформаций, от полностью свернутой до полностью развернутой. Схематическое представление наиболее развернутой конформации как раз и дано на рис. II-1.
Таблица II-1. Состояние полимеров этилена в зависимости от молекулярной массы [1]
Число единиц С2Н4 Молекулярная масса Состояние при 25°С
1 28 Газ
6 170 Жидкость
200 5600 Воск
750 21000 Пластик
5000 140000 Пластик
Звено —СН2—СН2 — называется сегментом*. Увеличение числа сегментов и, следовательно, молекулярной массы, также изменяет физические, химические и механические свойства полимера. В табл. II-1 показано соотношение между молекулярной массой и молекулярными свойствами для различных степеней полимеризации (т. е. для различных длин цепи). Поскольку в полиэтилене одинаковы все
* Здесь дается несколько упрощенная трактовка. Речь идет о повторяющемся звене макроцепи. Сегментом же макромолекулы называется статистический элемент цепи, адекватно моделирующий физические свойства макромолекулы. Соответственно может идти речь о кинетическом сегменте, моделирующем, например, вязкость, или о термодинамическом сегменте. — Прим. ред.
.. .ААААААВВВВВВВВААААААААААВВВВВВВВВ. .. Блок-сополимер .. .ААВАВВАВАВАВААВАААВАВВАВААВВАВВАВ. .. Стэтистичвский сополимбр ..ЛАААААААААААААААААААААААААААААА.... ПрИВИТОЙ СОПОЛИМбр
В в
в в
в в
в в
в
в
в
Рис. II-2. Схемы различных сополимеров.
повторяющиеся звенья, сегменты, полиэтилен является гомополимером. Однако использование единственного мономера совершенно не обязательно. Полиимиды, например, синтезированы из двух различных мономеров — диангидрида (дикислоты) и диамина, однако повторяющиеся звенья в них также одинаковы, поэтому полученный полимер тоже является гомополимером*.
С другой стороны, в случае сополимеров повторяющиеся звенья могут быть не одинаковы, т. е. два мономера А и В могут быть связаны друг с другом различными способами и таким образом может быть получено большое число различных структур. Когда последовательность структурных звеньев полностью случайна, эти сополимеры называются статистическими (рис. II-2). Свойства таких сополимеров сильно зависят от соотношения А и В в смеси**. Многие синтетические каучуки, такие, как бутадиеннитрильный каучук, бутади-енстирольный, этиленпропилендиеновый каучук, акрилонитрилбута-диенстирольный каучук, сополимер этилена и винилацетата, а также сополимер этилена и винилового спирта, являются статистическими сополимерами. В блок-сополимерах цепь построена из связанных блоков каждого из мономеров. В качестве известного блок-сополимера можно привести сополимер стирол-изопрен-стирол. Часто фаза одного блока в виде малой фракции диспергирована в фазе другого блока. Последняя образует непрерывную фазу или дисперсионную среду, первая — дисперсную фазу, а у блок-сополимера наблюдается структура типа доменной. Эти структурные отличия со случайно расположенными доменами также сильно влияют на физические свойства. Наконец, в привитых сополимерах нерегулярности существуют в боковой цепи в большей степени, чем в основной цепи. Вторичные мономеры могут быть присоединены к боковой цепи с помощью хи-
*Все продукты поликонденсации являются по сути чередующимися сополимерами. — Прим. ред.
**На состав влияет также реакционная способность мономеров. — Прим. ред.
Линейная
Разветвленная
Сшитая
Рис. II-3. Схемы различных способов построения макромолекул.
мической модификации (например, в присутствии пероксида) или под действием радиации (см. также гл. III).
Обсуждавшиеся до сих пор полимеры являются или линейными, или разветвленными (рис. II-3). Существует также возможность связать две или более цепи друг с другом с помощью боковых цепей. Сшивки часто появляются в процессе химических реакций, причем тогда цепи связаны друг с другом ковалентными связями. Сшивка также сильно влияет на физические, механические и термические свойства получаемого полимера, так, например, полимер может стать нерастворимым. Кроме химического сшивания существует также возможность физического сшивания, например, в частично-кристаллических полимерах, когда кристаллиты ведут себя как сшивки, или в блок-сополимерах, когда в качестве сшивок выступают домены в дисперсной фазе.
