Общая характеристика полимеров

Глава 35.СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

Полимеры – соединения с большой молекулярной массой, мо­лекулы которых состоят из большого числа повторяющихся фраг­ментов. В предыдущих главах рассмотрено строение и свойства природных полимеров – полисахаридов, белков (полипеп­тидов) и нуклеиновых кислот (полинуклеотидов). Данная глава по­священа главным образом синтетическим полимерам, которые иг­рают огромную роль в современной промышленности.

Довольно часто общую формулу полимеров можно записать в виде (-Х-)_n, где фрагмент -Х- называется элементарное звено, а число n – сте­пень полимеризации. Это число для разных полимеров может изме­няться в широком диапазоне, от сотен до десятков тысяч. В отличие от низкомолекулярных веществ, разные молекулы одного и того же полимера могут иметь разное значение п и разную молекулярную мас­су, поэтому для характеристики полимера используют понятия сред­ней степени полимеризации и средней молекулярной массы.

В зависимости от строения углеродной цепи, различают линей­ные (неразветвленные), разветвленные и сетчатые (сшитые) поли­меры. Линейные и разветвленные полимеры способны образовывать прочные волокна и пленки, эластичны и могут плавиться и раство­ряться в различных растворителях. Пример линейного полимера – полиэтилен, разветвленного – натуральный каучук. В сетчатых полимерах различные углеродные цепи «сшиты» между собой, и вещество представляет собой одну гигантскую молекулу. Примером могут служить фенолоформальдегидные смолы. Такие вещества не­эластичны и нерастворимы.

Полимеры могут иметь регулярное и нерегулярное строение. Если все элементарные звенья в молекуле характеризуются одинаковым пространственным расположением атомов (например, в натураль­ном каучуке), то говорят о регулярном строении, в противном слу­чае – о нерегулярном. Полимеры с регулярным строением имеют особо ценные физико-химические и механические свойства.

Полимеры получают с помощью реакций двух основных типов – полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация (полиприсоединение) протекает по общему уравнению:

Молекула X называется мономером. Реакции полимеризации идут в результате присоединения по кратным связям или за счет раскрытия циклов. В зависимости от заряда частицы, которая инициирует про­цесс присоединения, различают катионную, анионную и радикаль­ную полимеризацию.

Основные стадии процесса полимеризации можно рассмотреть на примере радикального механизма.

Первая стадия – начало цепи. На этой стадии в реакционной смеси образуется свободный радикал, который присоединяется к молекуле мономера:

Образовавшаяся частица также является свободным радикалом и способна последовательно присоединять другие молекулы мономе­ра, вызывая рост цепи:

Последняя стадия – обрыв цепи – может произойти за счет присоединения свободного радикала R к концу цепи или за счет ре­комбинации двух растущих цепей.

Реакция полимеризации, в которую вступает несколько мономе­ров одновременно, называется сополимеризацией (т.е., совместной полимеризацией). Образующийся при этом сополимер может иметь регулярное строение, при котором элементарные звенья строго че­редуются:

или нерегулярное строение с беспорядочно чередующимися звеньями:

Примером данной реакции может служить сополимеризация бута­диена и стирола с образованием бутадиен-стирольного каучука.

В реакциях поликонденсации участвуют мономеры, имеющие две или более функциональных групп, которые могут реагировать друг с другом с выделением простой молекулы (обычно воды).