Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
II.3. Стереоизомерия
Виниловые полимеры, получаемые полимеризацией виниловых соединений H2C=CHR, представляют собой очень важный класс полимеров. Наиболее простым из них является полиэтилен, к углеродному скелету основной цепи которого присоединены только атомы водорода (R = Н). Другие виниловые полимеры характеризуются повторяющимся звеном —СН2—CHR—, в котором боковая группа —R различна для различных полимеров. В табл. II-2 представлены некоторые важные виниловые полимеры.
Боковая группа — R может быть присоединена к атому углерода в двух различных ориентациях относительно основной цепи; это при-
Таблица II-2. Некоторые важные виниловые полимеры
Название ---R
Полипропилен ---СН3
Полибутилен -С2Н5
Полистирол -с6н5
Поливиниловый спирт -ОН
Полиакрилонитрил -CN
Поливинилхлорид -С1
-с=о
Полиметакрилат 1
ОСНз
---N
/ \
Поливинилпирролидон с с=о
1 1
с с
водит к тому, что в полимере могут реализоваться три различные организации цепей (см. рис. II-4):
- изотпактпическая, когда все боковые группы — R лежат по одну сторону от основной цепи,
- атактическая, когда боковые группы —R расположены хаотически по отношению к основной цепи,
- синдиотактическая, когда боковые группы — R, чередуясь, лежат по разные стороны от основной цепи.
Положение боковых групп — R оказывает очень большое влияние на свойства полимера. Поскольку кристалличность сильно зависит от регулярности структуры, изотактические полимеры склонны к кристалличности в большей степени, чем атактические полимеры. Таким образом, например, атактические полистирол и полипропилен полностью аморфны, в то время как изотактические полистирол и полипропилен — частично-кристаллические полимеры. Кристалличность влияет не только на механические свойства полимера, но также и на его проницаемость*. Полимеры, содержащие двойную связь в основ-
*Для низкопроницаемого полимера с сильными межцепными взаимодействиями — полиметилметакрилата (ПММА) коэффициенты проницаемости, диффузии и растворимости изотактического изомера существенно более низкие, чем у син-диотактического ПММА [1*].
В то же время у полимера с рыхлой упаковкой цеоей — поли (4-метилпен-тена-1) проницаемость не зависит от содержания изотактической фракции [2*]. — Прим. ред.
Синдиотактические
Рис. II-4. Изотактические, атактические и синдиотактические полимеры.
ной цепи, проявляют цис-транс-изомерию. Так, например, полимеризация 1,3-изопрена дает два возможных продукта, а именно цис- 1,4-полиизопрен и транс- 1,4-полиизопрен (см. рис. II-5), оба с различными свойствами. г^ис-Изомер — это натуральный каучук, который может быть использован как мембранный материал, в то время как транс-изомер — жесткий материал, проявляющий термопластичные свойства. Другие полимеры, содержащие двойную связь, такие, как хлоропрен (неопрен) или полибутадиен, также проявляют цис-транс-изомерию.
После этого краткого введения о том, как построены полимеры, будут описаны структурные факторы, которые более сильно влияют на свойства материала.
II.4. Гибкость цепи
Одна из главных характеристик структуры, а именно гибкость цепи, определяется двумя факторами: 1) характер основной цепи и 2) присутствие и природа боковой цепи или боковых групп. Во многих полимерах (например, в виниловых) основная цепь содержит только —С—С— связи. Вокруг каждой —С—С— связи возможно вращение, которое делает цепь очень гибкой. Однако, когда основная цепь полностью ненасыщена, т. е. состоит из —С=С— связей, вращение не-
н2с=сн2 —сн =сн2 сн3
Изопрен
(метилбутадиен)
¦?СН2 -СН=С -СН2 -}
СН,
Полиизопрен
н сн3
с=с
"t“H2C СН2-^—
цис-1,4- Полиизопрен
Н СН23-
\ ? J
с=с
f-Fbc' ЧСН3
трансА,4-Полиизопрен
Рис. II-5. Пример цис-шранс-изомерии.
возможно и наблюдается очень жесткая цепь. В случае когда цепь состоит и из насыщенных (—С—С—), и ненасыщенных (—С=С—) связей, как, например, в полибутадиене (—С—С=С—С—), вращение вокруг ординарных —С—С— связей весьма вероятно, что делает цепь также очень гибкой.
Введение гетероциклических и ароматических групп в основную цепь приводит к существенному уменьшению подвижности. Эти типы полимеров часто проявляют высокую химическую и термическую стабильность. Кроме углерода в основной цепи могут присутствовать также и другие элементы, такие, как кислород в полиэфирах, простых и сложных, азот в полиамидах. В общем случае присутствие в основной цепи кислорода, связаного с атомами углерода, увеличивает подвижность, но часто в основной цепи присутствуют также ароматические и гетероциклические группы, и они уже приводят к тому, что структура основной цепи приобретает жесткость. По этой причине свойства алифатических и ароматических полиамидов различаются весьма существенно.
