Глава 1 структура и классификация полимеров
Полимерами являются высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых или различных звеньев, соединенных химическими связями в длинные цепи.
Звеньями цепи могут быть как отдельные атомы, так и группы атомов
Степень полимеризации (Р)— число повторяющихся звеньев в цепи. Она определяет молекулярную массу полимера (М)
М= т • Р, где т — молекулярная масса звена.
Структурное звено макромолекулы. Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.
В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:
Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.
Названия полимеров и олигомеров складываются из названия мономера и приставки «поли» или «олиго» (например, полиэтилен, полистирол, олигостирол, олигобутадиен, сополимер этилена с пропиленом).
Химические формулы пишут без концевых групп
Для некоторых полимеров используются торговые названия (например, найлон или поли-8-капролактам, фенопласт или фенолформальдегидная смола, тефлон или политетрафторэтилен.
Классификация полимеров
В настоящее время известно огромное количество полимеров. Их можно классифицировать: в зависимости от молекулярной массы полимера; по числу мономерных звеньев в цепи полимера; по структурной форме полимера; по происхождению полимеров: по строению основной цепи полимера.
В зависимости от молекулярной массы полимера различают высокомолекулярные соединения, олигомеры и низкомолекулярные соединения.
По числу мономерных звеньев в цепи полимеры классифицируют на гомополимеры и сополимеры.
- Гомополимеры состоят из одинаковых звеньев (например, полиэтилен – (-СН2-СН2-)n )
- Сополимеры состоят из двух или более звеньев (например, бутадиен-стирольный сополимер
В свою очередь, сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют на:
а) статистические – мономерные звенья в которых расположены неупорядоченно по цепи;
б) чередующиеся (альтернирующие) со строгим чередованием звеньев в цепи;
в) блочные (блок-сополимеры) – линейные макромолекулы которых состоят из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению;
г) привитые сополимеры, разветвленные макромолекулы которых состоят из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев – основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению.
По структурной форме полимеры делят на линейные, разветвленные и сшитые.
Линейные – основная цепь макромолекул которых, состоит из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию.
Разветвленные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. Предельный случай разветвлённых полимеров – звездообразные, макромолекулы которых представляют собой совокупность цепей, выходящих из одного центра. К разветвлённым относятся также гребнеобразные полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, например полигексадецилакрилат:
Сшитые или сетчатые полимеры состоят из макромолекул, образующих пространственную сетку, охватывающую весь образец; в сшитых полимерах макромолекулы во многом утрачивают свою индивидуальность. К сшитым иногда относят, так называемые, лестничные полимеры, две параллельные цепи которых соединены поперечными связями в каждом звене.
Схематическое изображение макромолекул различной топологии:
А – линейный полимер; Б, В, Г – разветвленные; В – звездообразный; Г – гребнеобразный; Д, Е – сшитые; Е – лестничный.
По происхождению полимеры делят на природные, искусственные и синтетические.
- Примерами природных полимеров являются белки, целлюлоза, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук, алмаз, графит.
- Искусственными являются модифицированные природные полимеры, например, нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.
- Синтетическими полимерами, называются полимеры, полученными в результате синтеза в реакторе, например, полиэтилен, полистирол, полипропилен.
(природные полипептиды 20 α-аминокислот с соотв. R и R ’ )
поли-1,4-β, D-глюкопиранозид (целлюлоза)
Нуклеиновой кислоты:
ДНК – R – аденин, гуанин, цитозин, урацил и Х – Н.
Искусственными полимерами являются модифицированные природные полимеры, например, нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.
Среди искусственных полимеров наибольшее значение имеют искусственные волокна: вискозные, медноаммиачные и ацетатные. Их получают из природных полимеров (древесная или хлопковая целлюлоза) путем химической переработки.
Синтетические полимеры получают из органических низкомолекулярных соединений (мономеров) по реакции полимеризации или поликонденсации. Источником мономеров являются главным образом углеводороды, производимые из нефти, природного газа и каменного угля.
Источник
1. Классификация полимеров
1. К природным полимерам относятся биополимеры: крахмал , гликоген , целлюлоза , хитин , белки , нуклеиновые кислоты , натуральный каучук .
Химические полимеры производят с использованием химических реакций:
- искусственные — получают химической модификацией природных полимеров ( целлулоид , вискоза , ацетатное волокно );
- синтетические — получают синтезом из мономеров ( полиэтилен , капрон , бутадиеновый каучук ).
2. Молекулы линейных полимеров состоят из структурных звеньев, соединённых последовательно в длинные цепи. Такое строение у полиэтилена низкого давления , целлюлозы , натурального каучука . Линейным полимерам характерны высокая плотность и прочность, более высокие температуры плавления.
В макромолекулах разветвлённых полимеров от длинных цепей отходят короткие боковые ответвления. Разветвлённое строение имеют молекулы гликогена и полиэтилена высокого давления . Эти полимеры менее плотные и прочные.
В пространственных полимерах макромолекулы состоят из длинных цепей, соединённых друг с другом мостиками из атомов или групп атомов. Полимеры с пространственным строением различаются повышенной прочностью ( резина , фенолформальдегидные пластмассы ).
3. В стереорегулярны х полимерах все мономерные звенья располагаются упорядоченно, а в нерегулярных — хаотично.
 |
4. Пластмассы (пластические массы) — это материалы на основе полимеров, которые при нагревании и повышенном давлении принимают определённую форму и сохраняют её после охлаждения.
Каучуки , или эластомеры , — материалы на основе полимеров, имеющих в структурных звеньях двойные связи. Каучуки эластичны, под действием механической нагрузки они меняют свою форму и размеры, а при снятии нагрузки восстанавливают исходное состояние.
Волокна — полимеры линейного строения, из которых можно изготовить нити.
5. По отношению к нагреванию пластмассы бывают термопластичные и термореактивные .
Термопластичные пластмассы ( полиэтилен , полистирол , поливинилхлорид , капрон ) при нагревании постепенно размягчаются, меняют форму и сохраняют её после охлаждения. Такое действие можно повторять много раз.
Термореактивные пластмассы при нагревании становятся более жёсткими за счёт химических реакций между имеющимися в их молекулах функциональными группами. Образуется пространственная структура, и при последующем нагревании полимер не размягчается и не плавится. Такие свойства характерны фенолформальдегидным пластмассам .
Источник
1.2 Классификация полимеров
Классификацию полимеров производят по различным признакам. Наибольшее значение имеют следующие виды классификации.
1.2.1 Классификация полимеров по происхождению
1) природные полимеры, которые также называют – натуральными, естественными, биополимерами. Эти полимеры образуются в процессе жизнедеятельности растительных и животных организмов. Примеры полимеров данного класса: целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, белки, хитин, пектин, дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), рибонуклеиновые кислоты (РНК) и др.
2) искусственные полимеры получают химическим преобразованием природных полимеров. Примеры: эфиры целлюлозы (ацетаты целлюлозы, нитраты целлюлозы и др.), вискоза, хлоркаучук и др.
3) синтетические полимеры, представляющие собой продукт полимеризации или поликонденсации мономеров, полученных путем химической переработки нефти, природного газа, угля. Примеры полимеров данного класса: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды (капрон, найлон и др.), полиэфиры (полиэтилентерефталат, глифталевые смолы и др.), полиуретаны, фенолоформальдегидные смолы и др.
1.2.2 Классификация полимеров по химическому строению основной цепи макромолекул
По химической природе полимеры разделяют на органические и неорганические (например, силикатное стекло). Мы будем изучать только органические полимеры, которые подразделяются на следующие виды.
1) гомоцепные полимеры, основные цепи макромолекул, которых построены из атомов одного вида. Наиболее часто скелет основной цепи образуют атомы углерода.
~ – С – С – С – С – ~ В таком случае полимер относят к карбоцепным.
Примеры карбоцепных полимеров:
2) гетероцепные полимеры, имеют в основной цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы азота, кислорода, серы или фосфора.
По типу функциональных группировок гетероцепные полимеры могут быть разделены на следующие разновидности:
а) простые полиэфиры …–R–O–R–O–…,
б) сложные полиэфиры – имеют в составе главной цепи сложноэфирную группу
О
Химическое название этого сложного полиэфира — полиэтилен(гликоль)терефталат; торговые (технические) названия — лавсан, дакрон, терилен, полиэстер, ПЭТ и др..
в) полиамиды имеют в составе главной цепи амидную группу
полигексаметиленадипинамид (полиамид-6,6; найлон-6,6; анид)
г) полиуретаны имеют в составе главной цепи уретановую группу
д) поликарбамиды (полимочевины) имеют в составе главной цепи карбамидную группу
е) поликарбонаты имеют в составе главной цепи карбонатную группу
3) элементоорганические полимеры содержат в главных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и некоторых других элементов.
Среди элементоорганических полимеров наибольшее распространение получили кремнийорганические полимеры (полисилоксаны, силиконы)
~ – Si – О – Si – О – ~ полисилоксан (силикон),
Силиконы применяют для производства каучуков, смазок, лаков, красок и др.
Источник