Полимеры или высокомолекулярные соединения (ВМС) – вещества, состоящие из макромолекул, т.е. молекулярных цепей, образованных большим количеством атомов, которые соединены химическими связями.
Полимеры классифицируют:
По происхождению: природные или биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды) и синтетические (например, полиэтилен, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации.
По расположению составных звеньев в макромолекуле:
· линейные, макромолекулы которых представляют собой линейные цепи;
· разветвленные, состоящие из линейных макромолекул с ответвлениями, например, в виде гребенок, звезд, случайно разветвленных цепей
· сетчатые – полимеры со сложной топологической структурой, макромолекулы которых образуют единую пространственную сетку, в предельном случае весь объем полимера представляет собой одну огромную молекулу.
В зависимости от структуры основной цепи макромолекул.
Гомоцепные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых построена из одинаковых атомов. В основной цепи гетероцепных полимеров содержатся атомы разных элементов, чаще всего C, N, Si, P.
Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные, главные цепи которых образованы атомами углерода. Полимеры, в состав макромолекул которых наряду с углеводородными группами входят атомы небиогенных (биогенные – необходимые для роста живых тканей) элементов, называют элементорганическими. Координационные полимеры содержат атомы металлов (Zn, Mg, Cu), и поэтому в их основной цепи обычные ковалентные связи сочетаются с координационными.
Отдельную группу составляют неорганические полимеры, макромолекулы которых построены из неорганических главных цепей и не содержат органических боковых групп.
|
|
По технологическому признаку полимеры подразделяют на реактопласты и термопласты. Реактопласты - полимеры, переработка которых в изделия сопровождается химическими реакциями образования микромолекулярных сеток, вследствие чего полимер необратимо утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние. Термопласты после переработки в изделия сохраняют способность к многократным переплавкам.
По химическому составу макромолекул полимеры классифицированы советскими химиками А.А. Берлиным и В.В. Коршаком.
К органическим полимерам относят соединения, молекулы которых содержат атомы углерода, азота, кислорода, серы и галогенов, входящих в состав главной цепи и боковых групп. В элементоорганических полимерах главная молекулярная цепь состоит из атомов углерода и других элементов (за исключением азота, кислорода и серы), а боковые группы включают атомы углерода и другие атомы (за исключением азота, серы, кислорода и галогенов), непосредственно соединенные с атомами цепи.
Неорганические полимеры, как отмечено ранее, это соединения, которые не содержат атомов углерода в составе макромолекул.
Органические полимеры подразделяют на к арбоцепные и гетероцепные. Главная цепь карбоцепных полимеров состоит только из атомов углерода. В состав цепи макромолекул гетероцепных полимеров входят атомы O, N, S.
Из элементоорганических полимеров наибольшее практическое значение имеют те, макромолекулы которых состоят из атомов кремния и углерода. Титанорганические полимеры содержат в составе углеродных макромолекул атомы титана, а фосфорорганические – атомы фосфора. Совокупность других элементоорганических полимеров образуют борорганические полимеры и полимеры, содержащие Al и Sn, а также координационные полимеры, макромолекулах которых находятся Fe, Co, Ni, Cu, Mn и Zn.
|
|
Неорганические полимеры состоят из атомов или групп атомов, соединенных между собой непрерывной системой ковалентных, полярных или координационных связей, образующих трехмерную пространственную (например, алмаз), двухмерную слоистую (нитрид бора) или одномерную цепную (пластическая сера) структуру. Их подразделяют на две группы. В первой макромолекулы состоят из гомоатомных (т.е. образованных одинаковыми атомами) цепей. Во второй – макромолекулы имеют гетероатомную структуру, т.е. представляют собой комбинацию разных атомов.
Среди гомоатомных полимеров наибольшее практическое применение получил углерод, кремний, германий, бор, селен. Более распространены в технике материалы на основе гетероатомных неорганических полимеров (стекла, ситаллы, керамика и др.).
Между свойствами линейных (термопластичные) и пространственных (термореактивные, или реактопласты) полимеров имеются весьма существенные различия. Линейные полимеры, как правило, гибки и эластичны, многие из них при умеренном повышении температуры размягчаются, а затем расплавляются.
Пространственные полимеры обладают большей жесткостью, размягчение их происходит при весьма высоких температурах, а многие из них при температуре размягчения химически разрушаются ‒ деструктируют (сгорают, обугливаются и т.п.).
|
|
Линейные полимеры способны растворятся в растворителях. Пространственные – трудно растворимы или вообще не растворимы. Линейные полимеры в большинстве своем способны вытягиваться из раствора или расплава в виде тонких гибких и прочных волокон, пригодных для изготовления текстильных материалов. Пространственные полимеры не обладают такими свойствами.
Линейные полимеры при повышении температуры размягчаются (становятся пластичными) и легко деформируются. При этом в них не происходит никаких необратимых изменений свойств. После охлаждения эти материалы приобретают прежние свойства и при новом нагреве вновь размягчаются. Реактопласты при нагреве отверждаются, т.е. приобретают другую (более высокую) механическую прочность и твердость, теряя при этом свойства растворимости.