КЛАСИФІКАЦІЯ ПОЛІМЕРІВ

 

Полімер (високомолекулярна сполука, ВМС) – це речовина з дуже великою молекулярною масою (M_{r(полімеру)} = 5000–1000000). Молекула полімеру – ланцюг, що складається з великої кількості повторюваних груп атомів однакової будови. Така група атомів називається елементарною ланкою ланцюга. Число таких ланок у макромолекулі називається ступенем полімеризації (n).

Велика молекулярна маса полімеру та гнучкість молекул надають полімерам особливих фізико-хімічних властивостей:

- полімери можуть перебувати в характерному тільки для них високоеластичному стані, який зумовлений гнучкістю їх довгих молекул;

- полімери здатні набрякати в рідинах;

- розчини полімерів відрізняються від розчинів низькомолекулярних речовин низкою аномалій;

- полімери здатні до утворення волокон, плівок, для яких характерна анізотропія властивостей (залежність від напрямку);

- полімери здатні до своєрідних хімічних перетворень, наприклад, у процесах вулканізації каучуків, перетворення лінійних полімерів у сітчаті структури, в реакціях галогенування, гідролізу.

За походженням полімери поділяються на природні, штучномодифіковані та синтетичні.

Природні полімери – целюлоза, крохмаль, білки, натуральний каучук. Натуральний каучук – високоеластичний матеріал рослинного походження. Добувають з латексу – молочного соку деяких рослин (гевеї). За складом натуральний каучук – полімер ізопрену .

Схема полімеризації ізопрену:

ізопрен                                    поліізопреновий каучук                   (натуральний)

 

 

Макромолекули каучуку мають лінійну структуру, як і поліетилен, але більш еластичні. Це пояснюється тим, що молекули каучуку мають стереорегулярну будову – метильні групи знаходяться в цис-положенні по  одну сторону від подвійного зв’язку. Молекули сильно вигнуті,  під час розтягування вони розпрямляються.

Штучно модифіковані полімери одержують обробкою природних ВМС. Це, наприклад, ефіри целюлози.

Синтетичні полімери одержують синтезом із низькомолекулярних сполук (поліетилен, полістирол, полібутадієн).

 

За будовою макромолекул високомолекулярні сполуки класифікуються так:

- лінійні – від основного ланцюга немає значних відгалужень;

- розгалужені – до основного ланцюга приєднані бокові ланцюги;

- просторові або сітчасті – утворюються при з’єднані макромолекул між собою в поперечному напрямку.

Форма макромолекули, яка визначає характер і величину міжмолекулярної взаємодії великою мірою визначає і властивості полімерів.

Лінійні макромолекули можуть мати регулярну і нерегулярну структуру. В полімерах регулярної структури окремі ланки ланцюга повторюються у певній послідовності і розміщуються в просторі у визначеному порядку. Полімери регулярної структури отримали назву стереорегулярних. Полімери, окремі ланки яких розміщені безсистемно, мають нерегулярну структуру. Наприклад, поліпропілен нерегулярної (а) і регулярної (б) структури:

б)…

Стереорегулярність структури змінює теплові і механічні властивості полімерів.

 

За хімічним складом макромолекули ВМС поділяються на:

- карболанцюгові (ланцюги містять лише атоми Карбону). Сюди відносять основні типи синтетичних каучуків СК, а також поліетилен; поліпропілен; полістирол; полівінілхлорид; поліметилметакрилат;

- гетероланцюгові (в основному ланцюгу крім атомів Карбону є ще й атоми інших неметалів – , ,  та ін.). Сюди відносяться полімерні прості ефіри і поліаміди, поліуретани, полісечовини;

- елементорганічні (в складі основного ланцюга є атоми , , ). До цього типу належать кремнійорганічні полімери – силікони, наприклад, диметилсилоксан. Вони атмосферостійкі, можуть експлуатуватись при температурі від -90 ºС до +300 ºС.

 

За відношенням до нагрівання полімери бувають:

- термопластичні – властивості оборотно змінюються при багатократному нагріванні і охолодженні;

- термореактивні – властивості при нагріванні змінюються необоротно.

Термопластичні полімери при зміні температури змінюють лише свої фізичні властивості, а термореактивні зазнають  необоротніх хімічних перетворень.

 

За фазовим станом полімерні речовини бувають аморфними або кристалічними. Переважна більшість полімерів мають аморфну структуру, яка характеризується безладним розміщенням макромолекул. Перехід у кристалічний стан супроводиться виникненням ділянок з упорядкованою структурою – кристалітів.

Здатність кристалізуватися мають лише стереорегулярні полімери. Завдяки регулярній структурі і гнучкості макромолекули можуть зближуватися на таку відстань, коли між ними виникає ефективна міжмолекулярна взаємодія і навіть водневі зв’язки, що приводить до впорядкування структури.

Кристалізація надає полімерним матеріалам більшої жорсткості, міцності, твердості і теплостійкості.