Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
Промежуточное положение между низкомолекулярными соединениями и полимерами занимают вещества, называемые оли-гомерами (олиго — немного). Они проявляют свойства, характерные как для мономеров, так и для полимеров; при добавле-
6
нии или удалении одного или нескольких повторяющихся звеньев наблюдается заметное изменение некоторых их свойств. Число повторяющихся звеньев у олигомеров невелико — несколько единиц или десятков.
Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли, а олигомеров — с приставкой олиго. Химическая формула полимера (олигомера) может быть изображена несколькими способами, например:
полиэтилен
~СН2—СН2~ ¦ • —СН2-СН2— • ¦ [ —СН2-СН2—)„
сополимер этилена с пропиленом
----СН2—СН2—СН2—СН----
I
СН3
" -СНг-СНа—СН2-СН~ (-СН2-С Н2-1П—Г—СН2—СН—1
<!:н, I. сн3 \п
При одинаковом химическом строении низкомолекулярных соединений и полимеров последние обладают рядом особенностей:
полимер может существовать только в конденсированном твердом или жидком состоянии; переход в газообразное состояние невозможен без разрыва молекулы;
растворы полимеров (даже разбавленные) имеют очень высокую вязкость, значительно превышающую вязкость концентрированных растворов низкомолекулярных веществ;
скорость растворения полимеров существенно меньше и растворению, как правило, предшествует набухание; существует в ряд полимеров, которые вообще не растворяются, а только набухают;
при удалении растворителя полимер выделяется не в виде кристаллов, как низкомолекулярное соединение, а в виде пленки;
полимеры можно переводить в ориентированное состояние: например, продавливанием через фильеры можно получить волокна;
для некоторых полимеров (эластомеров) характерны большие обратимые деформации, во много раз превосходящие упругую деформацию низкомолекулярных материалов;
химические реакции полимеров отличаются от аналогичных реакций низкомолекулярных веществ скоростью и протеканием большого числа побочных реакций; свойства полимеров резко изменяются при действии очень небольших количеств реагента.
Специфические свойства полимеров обусловлены особенностями их структуры, знание основных параметров которой необходимо для создания научно обоснованных методов их регулирования.
7
Структурой полимера (как любой сложной системы) называют устойчивое взаимное расположение в пространстве всех образующих его элементов, их внутреннее строение и характер взаимодействия между ними. Каждый структурный элемент в любом теле подвержен одновременному воздействию многочисленных, непрерывно изменяющихся по величине и направлению сил (электрических, магнитных, механических и др.). вызывающих притяжение или отталкивание этих элементов друг от друга. Находясь в непрерывном (броуновском) движении, каждая структурная единица стремится занять наиболее выгодное, «удобное» равновесное положение, характеризующееся минимальной энергией и максимальной неупорядоченностью, соответствующей максимальной энтропии.
В газах структурной единицей являются атомы, поведение которых подчиняется движениям электронов и управляется законами квантовой механики. В низкомолекулярных жидкостях и твердых телах структурной единицей становятся молекулы, движения которых зависят от взаимодействия не только электронов составляющих их атомов, но и комбинаций атомов и самих молекул друг с другом.
В полимерных телах структурными элементами являются макромолекулы. Движение каждого атома в мономерном звене, каждого мономерного звена в макромолекуле и каждой макромолекулы зависит от совокупности сил, действующих на электронном, атомном, молекулярном уровнях в каждое данное мгновение.
Так же, как атомы и молекулы, находящиеся в непрерывном движении, макромолекулы стремятся занять наиболее энергетически выгодное, равновесное положение друг относительно друга, образуя так называемую надмолекулярную структуру.
При рассмотрении структуры полимеров необходимо учитывать:
строение концевых групп, отличающихся от строения основного повторяющегося звена; для полимеров высокой молекулярной массы это несущественно, но для олигомеров достаточно заметно;
неоднородность по химическому составу, т. е. разнозвенность полимеров вследствие протекания побочных реакций при их получении;
неоднородность по числу повторяющихся составных звеньев, обусловленную статистическим характером протекания реакций получения полимера;
различное пространственное расположение звеньев в макромолекуле;
надмолекулярную структуру.
Рассмотрим структуру полимера на молекулярном (т. е. структуру макромолекулы) и надмолекулярном уровнях.
8
1.1. СТРУКТУРА МАКРОМОЛЕКУЛЫ
Структура макромолекулы — это сложное понятие, включающее химическое строение, длину и распределение по длинам и молекулярным массам, пространственное расположение звеньев, форму макромолекулы.
1.1.1. Химическое строение
Характеристикой химического строения макромолекулы является химическое строение ее повторяющегося составного звена. По химическому строению повторяющегося звена полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганиче-ские.
