Общие сведения о высокомолекулярных веществах

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из огромного количества структурных звеньев, взаимодействующих друг с другом посредством ковалентных связей с образованием макромолекул.

К природным полимерам, используемым в строительстве, относятся древесина, белковые продукты, боенская кровь, хлопок, шерсть, кожа, каучук ид р.

К настоящему времени появилось огромное количество полимерных материалов – пластических масс, синтетических каучуков и волокон, подавляющее большинство которых обладает лучшими эксплуатационными качествами по сравнению с природными полимерами.

Все более крупным потребителем таких материалов становится строительство. Использование полимерных материалов позволяет резко расширить ассортимент и улучшить качество строительных материалов. В строительстве широко применяются поливинилхлоридный линолеум, полистирольные облицовочные плитки, слоистые пластики, моющиеся обои для внутренней отделки зданий, тепло- и звукоизоляционные перегородки из вспененных пластмасс, дверные и оконные рамы, санитарно-техническое оборудование, трубопроводы и мебель из полимерных материалов и т.д.

Подавляющее большинство полимеров – искусственные. Их получают с помощью синтеза простых низкомолекулярных веществ, называемых мономерами. По составу основной цепи макромолекул органические полимеры разделяются на карбоцепные, гетероцепные и элементоорганические.

Карбоцепные полимеры характеризуются тем, что их молекулярные цепи целиком состоят из атомов углерода:

| | | | -С-С-С-С- | | | |

Гетероцепные полимеры имеют в составе цепей кроме атомов углерода еще и некоторые другие атомы элементов – кислорода, серы, азота, фосфора, или других:

| | | -С-O-С-O-C- | | |

Элементоорганические полимеры могут содержать в основной цепи атомы кремния, алюминия, титана и других элементов, не входящих в состав обычных органических соединений, например:

R R | | -Si-O-Si-O- | | H H

По строению макромолекул органические полимеры могут быть линейными, разветвленными и сетчатыми (трехмерными).

а)     б)     в)   Рис. Строение молекул полимеров: а – линейная структура, б – разветвленная структура, в – структура пространственного полимера

При линейном строении все молекулы вытянуты в виде цепей, в которых атомы мономера, являющиеся исходным низкомолекулярным соединением, химически связаны между собой. Разветвленные макромолекулы характерны наличием мономерных звеньев, ответвленных от основной цепи полимера. Сетчатые (пространственные) молекулы характеризуются химической «сшивкой» отдельных линейных или разветвленных цепей полимера поперечными связями.

Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высокополимерами, а с небольшой – олигомерами.

По отношению к воздействию тепла высокомолекулярные соединения делят на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры способны размягчаться при нагревании и вновь затвердевать при охлаждении, сохраняя все свойства: растворимость, плавкость и т.д. Термореактивные полимеры при повышении температуры сначала становятся пластичными, но затем, затвердевая (под влиянием катализаторов или отвердителей), переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

В зависимости от способа получения полимеры разделяют на две группы: полимеризационные (термопласты) и поликонденсационные(реактопласты).

Реакции соединения молекул мономера, протекающая за счет разрыва кратных связей и не сопровождающаяся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, т.е. не приводящая к изменению элементного состава мономера, называется полимеризацией.

Примеры реакции полимеризации:

n CH2 = CHCl → -CH2-CH- | n Cl винилхлорид поливинилхлорид   n H - CH = O → [- CH2 - O -]n формальдегид полиметиленоксид   n H2C - CH2 → [- CH2 - CH2 - O - ]n \ / O Оксид этилена полиэтиленоксид

В полимеризации могут участвовать два и более мономеров, тогда её называют сополимеризацией, а продукт – сополимером.

Поликонденсация – процесс образования полимеров путем химического взаимодействия молекул мономеров, сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ (воды, хлороводорода), аммиака, спирта и др.).

Пример реакции поликонденсации:

H₂N ─ R ─ COOH ↔ H ─ [─ NH ─ R ─ CO ─]_n ─ OH + (n-1)H₂O

аминокислоты полиамиды