Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения

Продукты соединения одинаковых молекул в виде многократно повторяющихся звеньев называются поли­мерами.

В результате укрупнения молекул и образования ма­кромолекул резко изменяются свойства продукта, молекулярная масса достигает размера М = 10⁴ 4- 10⁶, а повто­ряющееся число звеньев одних и тех же атомов в цепи — от двух до нескольких тысяч.

В зависимости от строения макромолекул различают три типа полимеров: линейные, разветвленные и про­странственные; последние имеют трехмерную структуру. Полимеры с линейной структурой макромолекул (на­пример, полиэтилен низкого давления) плавятся и хоро­шо растворяются во многих растворителях. Полимеры разветвленной структурыхуже, чем линейные, раство­ряются и плавятся (например, полиэтилен высокого да­вления). Полимеры с пространственной структурой (на­пример, резина) не плавятся, не растворяются, но набухают в ограниченном числе растворителей, имеют лучшие физико-механические свойства и используются в качестве конструкционных материалов.

В зависимости от поведения при нагревании поли­меры делятся на термопластичные и термореактивные. Полимеры, свойства и строение которых после нагрева­ния и последующего охлаждения не изменяются, назы­ваются термопластичными так как эти полимеры, обла­дая обратимой пластичностью, при нагревании размяг­чаются, становятся вязкожидкими, а при охлаждении затвердевают, не изменяя своих свойств. Они могут пере­рабатываться многократно. К термопластичным полиме­рам относятся полимеры с линейной и разветвленной структурой. Полимеры, которые при нагревании или охлаждении изменяют структуру, необратимо теряя спо­собность плавиться и растворяться, называются термо­реактивными. Эти полимеры могут обрабатываться одно­кратно.

По происхождению полимеры делятся на природные и синтетические. Экономически наиболее эффективны синтетические полимеры, получаемые полимеризацией или поликонденсацией. Полимеризацией называется про­цесс образования высокомолекулярных соединений из не­насыщенных низкомолекулярных веществ (мономеров), при этом не происходит образование каких-либо по­бочных продуктов.

Поликонденсацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений не менее чем из двух мономеров, проходящий с выделением низкомолеку­лярных продуктов (вода, хлористый водород и т. д.). Для того чтобы мономеры могли участвовать в процессе по­ликонденсации, они должны иметь несколько функциональных групп ОН, NH2, COOH. В реакцию поликонден­сации вступают двухатомные спирты (этилен, гликоль), двухосновные кислоты (адипиновая кислота, фталевые кислоты), диамины (гексаметилендиамин) и др.

Поликонденсация является ступенчатым процессом, происходящим в результате последовательного присое­динения одной молекулы к другой.

Полимеры широко используют как исходный мате­риал для изготовления пластических масс, пленок, воло­кон, каучуков, клеев, лаков и т. д.

Доступность сырьевой базы, передовые технологиче­ские процессы, лежащие в основе производства полиме­ров, в том числе малоотходная, малоэнергоемкая и без­отходная технология, возможность полной автоматиза­ции производства, низкая трудоемкость и сравнительно низкая себестоимость, высокая производительность тру­да на предприятиях отрасли в сочетании с высокими фи­зическими, химическими и механическими свойствами полимеров вызывают необходимость ускоренного разви­тия промышленности полимеров как важного создателя материальных ценностей и источника химизации в социа­листическом производстве.

Промышленность полимеров во всем мире развивает­ся ускоренными темпами по сравнению с производством многих других видов продукции.

Производство (в тыс. т) синтетических смол, пластиче­ских масс, химических волокон и нитей в СССР и неко­торых капиталистических странах приведено в табл. 14.3.

Таблица 14.3

Примечание. В числителе — синтетические смолы и пластические массы, в знаменателе — химические волокна и нити.