Синтетические высокомолекулярные соединения

Строение полимеров, свойства и синтез полимеров

Низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер, называется мономером. Многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов называются структурными звеньями. Молекула мономера и структурное звено макромолекулы одинаковы по составу, но различны по строению:

1) в данном случае в молекуле пропилена имеется двойная связь между атомами;

2) в структурном звене полипропилена она отсутствует;

3) число n в формуле полимера показывает, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу. Она называется степенью полимеризации.

Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму:

а) линейную (зигзагообразную), когда структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим;

б) разветвленную (с ними мы встречались на примере крахмала);

в) пространственную, когда линейные молекулы соединены между собой химическими связями (например, в вулканизированном каучуке – резине).

Геометрическая форма полимеров существенно сказывается на их свойствах.

Свойства полимеров:

1) полимеры могут иметь кристаллическое и аморфное строение;

2) молекулярная масса для полимеров имеет некоторые особенности.

Характерные особенности молекулярной массы.

1. В процессе полимеризации в макромолекулы соединяется различное число молекул мономера в зависимости от того, когда произойдет обрыв растущей полимерной цепи.

2. При этом образуются макромолекулы разной длины и разной массы.

3. Указываемая для такого вещества молекулярная масса – это лишь ее среднее значение, от которого масса отдельных молекул существенно отклоняется в ту или иную сторону.

Например, если молекулярная масса полимера 28 000, то в нем могут быть молекулы с относительной массой 26 000, 28 000, 30 000 и т. д.

Свойства, которые вытекают из особенностей строения полимеров:

1) низкомолекулярные вещества характеризуются определенными температурами плавления, кипения и другими константами;

2) если нагревать какой-нибудь полимер линейной структуры, то будет видно, что он сначала размягчится, а потом, по мере дальнейшего повышения температуры, начнет постепенно плавиться, образуя вязкотекучую жидкость;

3) многие полимеры характеризуются плохой растворимостью;

4) вещества линейной структуры все же могут, хотя и с трудом, растворяться в тех или иных растворителях, образуя весьма вязкие растворы;

5) пространственные полимеры совершенно не растворимы.

Некоторые из них, например резина, могут только набухать в растворителях.

Полиэтилен и полипропилен

Особенности полиэтилена и его строения:

1) структурная формула полиэтилена: \((-CH_{2-}CH_{2-})_n\);

2) это твердый, белого цвета, термопластичный, немного жирный на ощупь материал, напоминает парафин.

Это сходство можно понять, если учесть, что полимер по строению – предельный углеводород (парафин) с большой молекулярной массой.

Горючесть полиэтилена и его химическая стойкость по отношению к реагентам.

1. Полиэтилен горит голубоватым, слабо светящимся пламенем.

2. Растворы кислот, щелочей, окислителей (перманганата калия) на него не действуют.

3. Концентрированная азотная кислота разрушает полиэтилен.

Способы применения полиэтилена:

1) как хороший диэлектрик он широко используется для изоляции электропроводов и кабелей, применяемых в различных средствах связи, высокочастотных установках;

2) значительная водо – и газонепроницаемость пленок полиэтилена позволяет использовать их как упаковочный материал для различных изделий и продуктов питания;

3) в сельском хозяйстве пленки нашли применение при строительстве теплиц, для устранения фильтрационных потерь воды в каналах и водохранилищах, для укрытия плодово-ягодных культур и саженцев от заморозков и т. п.;

4) химическая стойкость полиэтилена дает возможность изготовлять из него разного рода трубы, детали в химическом аппаратостроении, емкости для хранения и перевозки химически агрессивных жидкостей. В больших количествах из полиэтилена изготовляют предметы бытового назначения: фляги, кружки, упаковочные пакеты и т. д.

Способы получения полиэтилена.

1. Полиэтилен получается в промышленности при высоком давлении (150 – 300 МПа, 200–280°C) и низком давлении (0,2–2,5 МПа, 80-100°C).

2. Полимер высокого давления не имеет строго линейной структуры, в его цепных макромолекулах образуются ответвления.

3. Полимер низкого давления в результате действия особого катализатора приобретает строго линейную структуру, поэтому молекулы его могут плотнее примыкать друг к другу (возрастает степень кристалличности), что существенно сказывается на свойствах материала.

4. При обращении с изделиями из полиэтилена следует учитывать возможные различия в свойствах, например: а) изделия из полимера высокого давления могут эксплуатироваться при температурах до 60-70°C; б) изделия из полимера низкого давления – до 100°C.

Полипропилен и его характерные особенности:

1) структурная формула полипропилена:\((-CH_2-CH(CH_3)-)_n\);

2) он имеет много общего с полиэтиленом;

3) полипропилен – это тоже твердый, жирный на ощупь, белого цвета, термопластичный материал.

Поливинилхлорид и полистирол

Характерные особенности поливинилхлорида:

1) структурная формула поливинилхлорида: \((-CH_2-CH(Cl)-)_n\);

2) это термопластичный полимер, линейные макромолекулы которого построены по типу «голова – хвост» (М от 10 000 до 150 000);

3) получается он радикальной полимеризацией хлорвинила (винилхлорида) СН₂ = СНCl в присутствии инициаторов, которые дают при распаде свободные радикалы для начала роста цепи.

Особенности строения поливинилхлорида.

1. По составу и строению его можно рассматривать как хлорпроизводное полиэтилена.

2. Атомы хлора, заместившие часть атомов водорода, прочно соединены с углеродными атомами.

3. Поливинилхлорид устойчив к действию кислот и щелочей, обладает хорошими диэлектрическими свойствами, большой механической прочностью.

4. Он практически не горит, но сравнительно легко разлагается при нагревании, выделяя при этом хлороводород.

5. На основе поливинилхлорида получаются пластмассы двух типов: а) винипласт, обладающий значительной жесткостью; б) пластикат – более мягкий материал. Для предотвращения разложения полимера в пластмассу вводятся стабилизаторы, а при получении мягкого пластиката, кроме того, пластификаторы.

6. Из винипласта готовятся химически стойкие трубы, детали химической аппаратуры, аккумуляторные банки и многое другое. Пластикат идет на изготовление линолеума, искусственной кожи, клеенки, непромокаемых плащей, используется для изоляции проводов, в том числе подводных кабелей и т. д.

Полистирол, его особенности:

1) структурная формула полистирола: \((-CH_2-CH(C_6H_5)-)_n\);

2) мономер данного полимера – стирол: \(C_6H_5-CH=CH_2\);

3) он представляет собой сочетание непредельного углеводорода с ароматическим: это как бы этилен, в молекуле которого один атом водорода заменен ароматическим радикалом фенилом – С₆Н₅, или же бензол, в молекуле которого атом водорода заменен радикалом винилом \(CH_2=CH-\);

4) полистирол имеет линейную структуру, молекулярная масса его от 50 000 до 300 000;

5) получается он радикальной полимеризацией мономера в присутствии инициатора.

Свойства полистирола.

1. Это термопластичный материал, обладающий высокими диэлектрическими свойствами.

2. Химически стойкий по отношению к щелочам и кислотам, кроме азотной.

3. Полистирол при нагревании довольно легко деполимеризуется, т. е. разлагается с образованием исходного мономера.

4. Будучи материалом весьма термопластичным, полистирол легко поддается формованию.

5. Из него готовят широкий ассортимент изделий.