СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Синтез того или иного полимера состоит из двух этапов: получения мономера и превращения его в полимер. Мономеры представляют собой низкомолекулярные вещества, молекулы которых, взаимодействуя между собой, образуют макромолекулы. Для успешного протекания реакции молекула мономера должна содержать кратные связи, неустойчивый цикл или реакционноспособные функциональные группы (не менее двух).
Наиболее важными видами сырья для производства мономеров являются нефть, попутные и природные газы, продукты сухой перегонки каменного угля.
Для синтеза высокомолекулярных соединений из мономеров применяются два метода - полимеризация и поликонденсация. Ниже приводятся характерные особенности этих процессов.
Полимеризация
Процесс полимеризации состоит в последовательном многократном присоединении молекул мономеров друг к другу. В связи с этим в эту реакцию вступают только ненасыщенные соединения или вещества с неустойчивым циклом. Процесс полимеризации протекает без образования существенных количеств побочных продуктов, а полимер и мономер имеют один и тот же элементарный состав. В условиях, применяющихся при ведении процесса, реакция полимеризации обычно практически необратима.
Поликонденсация
Молекула каждого мономера, вступающего в процесс поликонденсации, должна содержать не менее двух функциональных групп, способных реагировать с функциональными группами таких же или других мономеров. Процесс поликонденсации сопровождается образованием (отщеплением) низкомолекулярных побочных продуктов (воды, аммиака,хлористого водорода и др.). В связи с этим, элементарный состав полимера иной, чем у исходного мономера (мономеров). Серьезным недостатком является тот факт, что процесс поликонденсации имеет обратимый равновесный характер.
Поликонденсацию разделяют на гомополиконденсацию и гете-рополиконденсацию. В гомополиконденсации участвуют однородные молекулы; в гетерополиконденсации - разнородные молекулы.
Примером гомополиконденсации может служить конденсация аминокислот друг с другом, приводящая к образованию полиамидов (полипептидов), наиболее известными из которых являются белки.
В качестве примера гетерополиконденсации можно привести конденсацию адипиновой кислоты с гексаметилендиамином, лежащую в основе синтеза волокна «нейлона».
При поликонденсации соединений, содержащих две функциональные группы, обычно образуются линейные полимеры. В случае поликонденсации соединений, содержащих более двух функциональных групп, образуются полимеры с разветвленной и пространственной структурой.
В принципе, многие полимеры могут быть синтезированы при помощи как полимеризации, так и поликонденсации. Однако, как показывает практика, в одних случаях целесообразнее применять одну из этих реакций, а в других - другую.
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Свойства высокомолекулярных соединений зависят от строения и формы макромолекул, агрегатного состояния, молекулярной массы и других факторов.
В зависимости от того, какое строение имеют полимеры - линейное, разветвленное или трехмерное, регулярно или нерегулярно расположены чередующиеся звенья, свойства полимеров резко изменяются. Чем регулярнее структура макромолекул, тем выше прочность полимера.
Наличие полярных заместителей способствует повышению межмолекулярного взаимодействия и увеличивает жесткость полимера. По этой причине такие полимеры, как полиамиды, поливинилхлорид, поливинилацетат и др., при комнатной температуре неэластичны.
Важной характеристикой полимеров является молекулярная масса. С увеличением молекулярной массы полимера повышаются прочность пленок и волокон, эластичность, температура плавления и уменьшается растворимость. Зависимость эластичности полимера от молекулярной массы, длины и конфигурации макромолекул обусловлена различием в продольных и поперечных размерах макроцепей. Длина макромолекул в несколько тысяч раз превышает их поперечные размеры. Кроме того, макромолекулы часто имеют спиралевидную форму. Подобно тому, как спиральная стальная пружина более гибка, чем прямая проволока, так и гибкость длинной изогнутой макромолекулы значительно выше, чем прямой.
Высокомолекулярные соединения существуют в четырех различных физических состояниях, из них три аморфных - стеклообразное, вязкотекучее, высокоэластичное и четвертое - кристаллическое состояние. С каждым из этих состояний связан определенный комплекс физических свойств. Аморфные полимеры делятся на три группы. К первой группе относятся все жесткие полимеры, неспособные к растяжению и большим упругим деформациям (полистирол), ко второй - высокоэластичные полимеры, способные обратимо деформироваться на сотни процентов (каучуки, резины), к третьей группе относятся пластичные полимеры, обнаруживающие текучесть при воздействии внешних сил (низкомолекулярные полиизобутилены). В зависимости от температуры указанные группы полимеров способны переходить из одного состояния в другое. Так, полистирол при 20°С жесток и находится в стеклообразном состоянии; при 95°С становится эластичным и может быть отнесен ко второй группе; при 140°С размягчается, делается вязкотекучим и приобретает свойства, характерные для третьей группы аморфных полимеров.
Под действием различных химических реагентов, света, нагревания, механических воздействий и других факторов полимеры подвергаются расщеплению с разрывом химических связей в основной цепи макромолекулы. Такие процессы называются реакциями деструкции полимеров. При деструкции снижается молекулярный вес, изменяется структура и свойства полимеров. Деструкция может протекать в различных направлениях: деполимеризация до мономеров, разрушение до сравнительно больших осколков, отщепление различных группировок (уксусной кислоты, хлористого водорода), внутримолекулярная циклизация и т. д. Термин «деструкция полимеров» часто заменяют термином «старение полимеров».
Для уменьшения скорости старения производится стабилизация полимеров. С этой целью к полимерам добавляют специальные вещества - стабилизаторы или антистарители. Благодаря им полимеры сохраняют на многие годы прочность и эластичность.
Дата добавления: 2021-01-26; просмотров: 265;