Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Высокомолекулярные соединения как по своим свойствам, так и по внешнему виду отличаются от мономеров. Макромолекулы состоят из большого количества повторяющихся элементарных звеньев (см. табл. 16). Число таких звеньев, определяющих длину цепи высокомолекулярного соединения, называется степенью поли-
Таблица 16
Исходные соединения и повторяющиеся звенья некоторых высокомолекулярных соединений
Полимер
Исходный мономер
Повторяющееся звеио
Полиэтилен
CH2=CH2
—CH2—CH2—
Поливинилхлорид
CH2=CH
I
—CH2-CH-
I
I
Cl
I
Cl
Полистирол
CH2=CH
-CH2-CH-
I
I
C6H5
I
C6H5
Политетрафторэтилен (фторопласт-4)
С F2— С F2
-CF2-CF2-
Полиакрилонитрил
CH2=CH
—CH2-CH-I
I
CN
CN
Полиизобутилен
CH2=C-CH3
I
—CH2—С—CH3
I
CH3
I
CH3
Полибутадиен
CH3=CH-CH=CH2
—CH2-CH=CH-CH2 или
-CH2-CH-
I
CH=CH2
Натуральный каучук
CH2=C-CH=CH2
—CH2-C=CH-CH, -
CH3
I
CH3
Поликапролактам (капрон)
OC(CH2)5NH
-C-(CH2)-N-
V I
Il I О H
меризации п. Степень полимеризации п увеличивается в течение 'реакции и может достичь значительной величины. В то же время п является средней величиной, т. е. в любой момент процесса полимеризации или поликонденсации в полученном соединении имеется смесь частиц с различным молекулярным весом (рис. 89). У нитроцеллюлозы (рис. 89, кривая 1) и у полистирола (кривая 2) средняя степень полимеризации примерно равна 800, но количество молекул с такой степенью полимеризации у нитроцеллюлозы в 3 раза больше, чем у полистирола (заштрихованный участок). Эти же кривые распределения показывают, что максимальная степень полимеризации у нитроцеллюлозы 1700,- а у полистирола имеется еще много молекул со степенью полимеризации более 2100.
Таким образом, высокомолекулярные соединения представляют собой сложную смесь молекул различной степени полимеризации. Поэтому любой полимер можно охарактеризовать только величиной среднего молекулярного веса. Следовательно, молекулярный вес полимера (M) равен произведению молекулярного веса элементарного звена (т) на степень полимеризации (п):
М = тп.
(Х.1)
400 800 1200 1600 20002400 Степень полимеризации
Рис. 89. Распределение молекул различной длины.
/ — нитроцеллюлоза, 2 — полистирол
Для высокомолекулярных соединений характерны некоторые общие свойства. Они, как правило, трудно растворимы, причем растворимость падает по мере увеличения молекулярного веса. Обычно растворение идет очень медленно и ему часто предшествует набухание, в ходе которого молекулы растворителя проникают
в массу растворяемого полимера. Полученные растворы, даже при невысоких концентрациях, обладают большой вязкостью, во много раз превосходящей вязкость концентрированных растворов низкомолекулярных соединений. Есть высокомолекулярные соединения, которые вообще не растворяются.
Полимеры нелетучи и не обладают ясно выраженной температурой плавления; при нагревании они постепенно размягчаются и плавятся, а многие разлагаются без плавления. Чем больше размер молекул полимера, тем выше температура его размягчения и плавления.
Огромный молекулярный вес и соответствующие ему силы молекулярного взаимодействия придают полимерам высокую прочность (рис. 90), а эластомерам в то же время — способность к большим обратимым деформациям. Изменяя строение и длину цепи, чередование звеньев, составляющих молекулу полимера, состав исходных Мономеров, условия проведения синтеза и последующую обработку, Можно создавать высокомолекулярные соединения с самыми разно-
образными свойствами. В полимерах наряду с кристаллическими областями имеются области с неупорядоченным расположением макромолекул, т. е. аморфные области. С ростом кристаллических областей в высокомолекулярных соединениях повышаются их прочность и жесткость. Высококристаллические химические волокна
Степень полимеризации
Рис. 90. Зависимость прочности хлопкового волокна от молекулярной массы
СтехлооВ- Высокоэласш-разное ческое состояние, состояние
¦ М,<Мг I Вязхотенучее I состояние M2
отличаются своей прочностью, а каучуки обладают аморфной структурой. При нагревании каучуков наблюдается переход из стеклообразного состояния в высокоэластическое. Зависимость деформации от температуры при постоянной нагрузке для полиизобутилена представлена на рис. 91. На рис. 91 можно выделить три области состояния высокомолекулярного соединения: стеклообразное, высокоэластическое и жидкотекучее. Границы перехода из одной области в другую обусловлены размерами макромолекул и структурой полимера. Степень полимеризации или величина молекулярного веса во многом определяет не только свойства полученных полимеров, но и области их применения.
Классификация высокомолекулярных соединений производится по их признакам. Их различают по происхождению, например природные и синтетические; по химическому составу главной цепи, по структуре макромолекул, по физическим свойствам, по методу получения, по способу переработки в изделия и т. п. Высокомолекулярные соединения, состоящие из звеньев одного мономера, называются гомополимерами, а из звеньев различных мономеров — гетерополимерами или сополимерами.