Олигомеры и полимеры

Полимерные материалы

Полимеры представляют собой такую разновидность высокомолекулярных соединений (ВМС), при которой молекулы состоят из одинаковых повторяющихся групп атомов – мономерных звеньев, названных структурными единицами. Вот два примера полимеров:

[-CH2−CH-]_n [-СH₂−CH=C−CH₂-]_n

| |

CH₃ CH₃

полипропилен изопреновый каучук

В этих полимерах повторяющееся звено взято в квадратные скобки, количество звеньев обозначено буквой n. На концевых связях макромолекулы полимера находятся OH- и NH₂-группы, атомы галогенов, водорода, метильные группы.

Число звеньев n может достигать 30000 и более. Полимеры с числом повторяющихся звеньев от десятков до нескольких сотен называются олигомерами.

Полимерные материалы широко распространены в современном хозяйстве. В числе них есть природные полимеры: шерсть, натуральный шелк, полисахариды. Однако большинство используемых человеком полимерных материалов имеют искусственное происхождение: полиэтилен, каучуки, резина, капрон, фенолформальдегидные смолы и многие другие.

Полимеры подразделяются на линейные, разветвленные и сетчатые. Линейные полимеры представляют собой химически не связанные одиночные цепи мономерных звеньев:

−Х−Х−Х−Х−Х

−Х−Х−Х−

К таким полимерам относятся целлюлоза, найлон. Разветвленные полимеры состоят из линейных молекул, связанных между собой межмолекулярными химическими связями:

|

−X−X−X−X−X− −X−X−X−X−X−

| или | | | | |

−X−X−X−X−X− −X−X−X−X−X−

|

Примером разветвленных полимеров может быть бутадиеновый каучук.Сетчатые полимеры – это трехмерные полимеры, звенья которых образуют единую химически связанную пространственную сетку. В качестве примера сетчатых полимеров можно привести полисахарид гликоген, который является запасающей структурой глюкозы в организме. Другим примером является резина, получающаяся вулканизацией каучука (см. ниже).

В зависимости от элементного состава цепи различают гомоцепные и гетероцепные полимеры. Пример гомоцепных полимеров – полиэтилен

[-CH₂−CH₂-]_n, гетероцепных – полиамиды [-NH−CO−(CH₂)_x-]_n.

Полимеры, содержащие в одной макромолекуле различные типы мономерных звеньев −X₁−X₂−X₃−, называются сополимерами, примером может служить дивинилстирольный каучук.

Получение полимеров

Полимеры получают двумя путями: полимеризацией и поликонденсацией. Полимеризация – это процесс образования молекулы полимера, при котором мономеры взаимодействуют друг с другом с образованием новых химических связей. Такой реакцией, например, является образование полиэтилена:

Для того, чтобы процесс полимеризации начался, чтобы «активировать» молекулы мономеров, на реакционную массу оказывают внешнее воздействие, генерирующее свободные радикалы, которые и запускают процесс. Этим воздействием может быть электромагнитное (световое, лазерное, высокочастотное) излучение или введение специальных веществ – генераторов свободных радикалов, например, перекисных соединений R-O-O-R. Точками ^. на схеме полимеризации показаны неспаренные электроны.

Поликонденсация – это такой процесс образования молекулы полимера, при котором в ходе реакции выделяются низкомолекулярные продукты (H₂O, NH₃, HCl и т.п.). Примером такой реакции может служить получение капрона:

В отличие от полимеризации, поликонденсация обычно не является радикальным процессом, поэтому в реакционную смесь доноры радикалов не вводятся.

Несмотря на повышенную по сравнению с мономерами химическую стойкость, полимеры могут постепенно разрушаться (деградировать) под действием окислительной среды, термического воздействия и светового излучения. Чтобы предотвратить или замедлить процесс разрушения полимеров, к ним добавляют специальные вещества – стабилизаторы, которые захватывают (реагируют) активные частицы, образовавшиеся в результате внешнего воздействия. В результате химическая структура полимера остается незатронутой, что сохраняет его эксплуатационные характеристики.