Общие сведения о полимерах

Полимерами называются вещества, характеризующиеся многократ-ным повторением одного или нескольких повторяющихся звеньев, соединенных между собой в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, который остается практически неизменным при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев.

В молекуле полимера химически связаны и закономерно повторяются остатки исходного вещества – мономера. Характерной особенностью полимеров является значительная величина молекул, имеющих форму длинных цепей, и состоящих из многих сотен и тысяч атомов. Из-за большой величины их называют макромолекулами.

Молекулярная масса макромолекулы определяется числом повторяющихся структурных звеньев [n], которое называется степенью полимеризации. Она может колебаться от нескольких единиц до многих сотен и тысяч.

n×´×(CH₂=CH₂) (~ CH₂ – CH₂ ~)_n степень полимеризации

этилен полиэтилен

мономер полимер

Если степень полимеризации (поликонденсации) невелика (от 500 до 5000), продукты полимеризации или поликонденсации называются олигомерами.Олигомер – это вещество, молекулы которого содержат составные звенья, соединенные повторяющимся образом друг с другом; комплекс свойств которого изменяется при удалении или добавлении составных звеньев.

Получение полимерных материалов происходит в основном с помощью двух реакций: реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Реакция полимеризации – это процесс образования ВМС, при котором молекула образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких мономеров к растущему активному центру. Она происходит без выделения побочных продуктов. По этой реакции получают полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол.

Процесс полимеризации состоит из ряда элементарных реакций и включает:

образование активного центра М → М ۠;

рост цепи М + М₁ → М۠₂, М۠₂ + М₁ → М۠₃, М۠_n-1 + М₁ → М۠_n;

обрыв цепи М۠_n → М_n,

где М — молекула мономера; М۠ – активный центр;

М۠₁, М۠₂, М۠₃ –растущий радикал или ион; М_п –молекула полимера.

Эти реакции могут осуществляться многими способами и протекать по разному механизму, что определяется химической природой промежуточных продуктов полимеризации. Если промежуточные частицы достаточно стабильны, полимеризацию называют ступенчатой. Если эти частицы не стабильные — полимеризацию называют цепной. Процесс цепной полимеризации протекает очень быстро, почти мгновенно.

Присоединение молекул мономера друг к другу и к промежуточным продуктам реакции происходит миграцией атомов или их групп. Скорость реакции определяется температурой процесса, концентрацией и природой катализатора; при этом, чем выше температура и продолжительность процесса, тем больше молекулярная масса полимера.

В реакции ступенчатой полимеризации могут участвовать однородные и разнородные молекулы, а также циклические соединения:

При участии в реакции двух мономеров молекулярная масса образуемого полимера зависит от соотношения исходных компонентов. При эквимолекулярном соотношении компонентов получаются полимеры с максимальной молекулярной массой.

Реакция поликонденсации – это процесс образования полимерных соединений из мономеров, имеющих реакционноспособные группы, сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных веществ (воды, спирта, хлористого кислорода, углекислого газа) или без выделения побочных продуктов. Элементарный состав и масса полимера, полученного по реакции поликонденсации с выделением низко-молекулярных соединений (НМС), отличается от состава и молекулярной массы исходных веществ. Молекулярная масса полимера, полученного по реакции поликонденсации без выделения НМС, равна сумме молекулярных масс вступивших в реакцию мономеров. Полимеры, полученные по этой реакции, нашли более широкое применение в качестве связующих, клеев и пленкообразователей. Это карбамидоформальде-гидные, меламиноформальдегидные, фенолоформальдегидные смолы, ненасыщенные эфиры, полиуретаны, полиамиды др.