Полимеры.Определение.Строение макромолекул.Степень(коэффициент) полимеризации.Олигомеры,полимеры-сравнительная характеристика

Полимеры-это особый класс веществ,который в силу своего строения и характера связи обладает оригинальным комплектом свойств;большинство из них-диэлектрики,они коррозионностойкие,обладают гибкостью.

Полимеры состоят из макромолекул(ММ) и имеют большую молярную массу,поэтому они называются высокомолекулярными соединениями(ВМС) или высокомолекулярными веществами(ВМВ).

Если низкомолекулярное(НМВ),М(H2SO4)=98г/моль,то молярная масса полимера составляет 10^5-10^6 г/моль.

Макромолекулы(ММ) состоят из большого числа повторяющихся звеньев,связанных между собой ковалентными связями

Этилен-C2H4

Полиэтилен-

Снаружи находятся боковые атомы или более сложные образования

N количество звеньев в ММ называется степенью полимеризации

Если n=1 (этилен)-мономер

N=50/80-олигомер(H2SO4-98%)

N>1000-полимеры

Полимеры:

1)Природные-белки,силикаты,каучук,асбест,

2)Искусственные-получены из природных ВМС,вискозный шёлк,

3)Синтетические-получены химически из НВМ:капрон,полиэтилен,лавсан,

Большинство полимеров в качестве основной цепочки имеют карбоцени,т,е, состоят из атомов углерода,

-гомоцепные полимеры(основная цепь состоит из атомов одного типа)

Если основная цепочка состоит из разных чередующихся атомов,то это гетероцепные ММ

Сополимерный-основная цепь образована из чередующихся звеньев разных веществ,например полиэтилен стирольный,

Устойчивость длинной цепочки в большой степени зависит от электроотрицательности атомов,участвующих в ковалентной связи,которая связывает цепь ,

Имея средние значения электроотрицательности углерод одинаково как и отдаёт так и принимает электроны,что не создаёт напряжения в цепи,что обуславливает образование данной устойчивой цепи,

это цепь более короткая,т,к, возникает напряжение в цепи
Существует два метода получения полимера

-полимеризация -поликонденсацияя

^{47)Естественные, искусственные и синтетические полимеры (определение и примеры).}

^{Синтетические полимеры — это ненатуральные полимерные материалы, произведенные для замены природным материалам.
Промышленное изготовление искусственных полимеров осуществляется несколькими способами — путем переделки натуральных органических полимеров в искусственные полимерные материалы, а также способом «добывания» искусственных полимеров из органических низкомолекулярных соединений.
Среди синтетических полимеров есть отдельная группа, включающая каучуки и каучукоподобные полимеры. Эти материалы характеризуются удивительной деформативностью и высокоэластичными свойствами, из-за чего им и дали название эластомер.
Синтетические полимеры формируются благодаря полимеризации и поликонденсации. Карбоцепные полимеры зачастую синтезируются полимеризацией мономеров с одним или более кратным углеродными связями или мономеров, держащих в себе неустойчивые карбоциклические группировки.
Первый материал был изготовлен из физической модифицированной целлюлозы еще в начале двадцатого века и до сегодняшнего времени из этого же материала производят волокна, пленки, загустители и лаки. Он приобрел название целлулоид, который всем известен как целлюлоза.}

^{51)Физические и химические св-ва полимеров.(Термостатичные и термоактивные полимеры)}

^{Физические свойства полимеров}

^{ВМС находятся только в двух агрегатных состояниях - твердом и жидком. По фазовому состоянии. Они могут быть аморфными или кристаллическими. Аморфное строение имеют полимеры, макромолекулы которых расположены неупорядоченно, хаотично. Такое расположение характерно для макромолекул нерегулярного строения. Например, аморфными являются атактический полипропилен, многие каучуки. Аморфные полимеры - мягкие, эластичные материалы. Они могут существовать в следующих физических состояниях - вязкотекучем, высокоэластическом и стеклообразном.}

^{Вязкотекучие полимеры, имеющие аморфное строение (например, низкомолекулярный полиизобутилен, фенолформальдегидные полимеры - резолы), необратимо изменяют свою форму под воздействием даже незначительных механических нагрузок.}

^{Высокоэластические полимеры, имеющие в ненапряженном состоянии аморфное строение (например, каучуки и резины), подвергаются обратимой деформации под воздействием небольших нагрузок. При нагревании многие твердые полимеры (полистирол, поливинилхлорид и др.) становятся высокоэластическими.}

^{Стеклообразные полимеры - твердые аморфные полимеры, не успевшие при охлаждении закристаллизоваться, но потерявшие текучесть. Они имеют аморфное или кристаллическое строение и мало изменяют свою форму даже при больших механических нагрузках. После устранения действия последних они способны восстанавливать свою первичную форму.}

^{Полимеры, которые переходят из высокоэластичного состояния в стеклообразное при температурах ниже комнатной, относятся к эластичным, а при более высоких температурах - к пластикам.}

^{Кристаллическое строение имеют полимеры только стереорегулярной структуры. Они характеризуются упорядоченным расположением макромолекул. Кристаллические полимеры обычно являются пластиками. В отличие от обычных кристаллических твердых веществ кристаллические полимеры не состоят из одних кристаллов. Даже само понятие «кристалл» для полимера несколько отличается от обычного. У кристаллических полимеров имеются области (зоны), в которых отдельные участки макромолекул имеют плотную упаковку, напоминающую пластины ромбовидной формы - своеобразные кристаллы. Эти области соседствую с основной аморфной массой полимера. Таким образом, аморфная и кристаллическая части состоят из одинаковых макромолекул, но в аморфной части они расположены беспорядочно, а в кристаллической - плотно упакованы за счет упорядоченного расположения.}

^{Следует однако заметить, что в полимере между крайними формами строения - аморфной и кристаллической - существует много различных форм упорядоченности (фибриллы, монокристаллы, сферолиты и т. д.) и неупорядоченности (аморфные пачки, глобулы и пр.).}

^{Итак, основным условием кристаллизации полимеров является стереорегулярное строение их макромолекул. Любое нарушение регулярности препятствует процессу кристаллизации. Поэтому, например, полиэтилен линейного строения имеет более высокую кристалличность, чем полиэтилен с разветвленными цепями. Сшивки («мостики») между полимерными цепями мешают кристаллизации в такой же степени, как и разветвленность цепей. Макромолекулы полимера должны быть достаточно гибкими, подвижными, что облегчает их упаковку в плотные структуры. Если же полимерная цепь жесткая, то кристаллизация не происходит.}

^{Степень кристалличности одного и того же полимера может изменяться. Например, при растягивании полимера его макромолекулы принимают параллельное расположение относительно друг друга. При этом кристалличность его возрастает. Кристаллические полимеры обладают более высокими механическими показателями, чем аморфные.}

^{Термореактивные полимеры}

^{материалы, имеющие пространственную структуру молекул. Представляют собой твердые стекловидные нерастворимые и неплавкие вещества. Эти материалы отвердевают при нагревании. Эту группу полимеров представляют: фенолформальдегидные, эпоксидные и полиэфирные смолы, а также кремнийорганические полимеры.}

^{48) Гомоцепные и гетероцепные полимеры.}

^{По химическому составу элементов, входящих в основную цепь макромолекулы, полимеры делятся на гомоцепные и гетероцепные. В гомоцепных полимерах основная цепь макромолекулы состоит из одинаковых элементов, например атомов углерода ~С—С —С —С~ (карбоцепные полимеры: полиэтилен ~СН2 — СН2~, полипропилен и др.).
В гетероцепных полимерах основная цепь макромолекулы состоит из различных элементов: углерода, кислорода, азота, кремния и других атомов, например у полиформальдегида ~СН2 — 0~ или у полиметилсилоксана
Для характеристики строения макромолекул полимера недостаточно установить химический состав элементных звеньев и порядок их чередования. Необходимо еще определить геометрическую форму макромолекулы. По этому признаку макромолекулы полимеров делятся на линейные, разветвленные и пространственные.
Линейные макромолекулы (рис. 2,а) имеют форму цепей, не содержащих боковых разветвлений. Цепь макромолекулы может состоять только из атомов углерода и водорода, например у полиэтилена (—СН2 — СН2—)n. Но наряду с этим в состав цепи могут входить атомы кислорода, хлора, фтора, азота и др., например у полиформальдегида (—СН2 — О—)n, поливинилхлорида (—СН2 — CHCI—)n. Отсутствие разветвлений и наличие электроотрицательных атомов или полярных групп увеличивает силы межмолекулярного взаимодействия, повышая плотность упаковки макромолекул и температуру размягчения полимера. При этом соответственно повышается механическая прочность полимера, но ухудшается его растворимость в органических растворителях.
Разветвленные макромолекулы (рис. 2,б) имеют форму цепей с боковыми разветвлениями. Наличие в цепях разветвлений приводит к ослаблению межмолекулярных сил и тем самым к понижению механической прочности и температуры размягчения полимера. Вместе с тем имеются полимеры с высокой плотностью упаковки макромолекул, цепи которых содержат боковые разветвления. Высокая плотность упаковки достигается благодаря пространственно регулярному, или стереорегулярному, расположению боковых групп вокруг основной цепи.}

^{Различная форма макромолекул полимеров}

^{(схематическое изображение)}

^{а) линейная;}

^{б) разветвленная;}

^{в) пространственная.}

^{Сополимеры}

^{Cополимеры — разновидность полимеров, цепочки молекул которых состоят из двух или более различных структурных звеньев. Различают регулярные и нерегулярные сополимеры (коих большинство). Различные структурные звенья нерегулярных сополимеров беспорядочно расположены вдоль цепочки. В регулярных же сополимерах различные структурные звенья расположены упорядоченно и, следовательно, регулярные сополимеры могут быть представлены как обычные полимеры с большими структурными звеньями. Отдельно можно назвать блок-сополимеры, состоящие из нескольких (гомо)полимерных блоков.}

^{Сополимеры получаются в результате реакций сополимеризации.}

^{Типы сополимеров}

^{Мономеры, из которых изготавливаются сополимеры, могут быть по-разному скомбинированны. Наиболее вероятные способы:}

^{* чередующийся (A-B)n}

^{* периодический (A-B-A)n}

^{* статистический (A-A-B-A-A-A-B-B-A-B)}

^{* блок-сополимер (A)n-(B)m}

^{* привитой (A-A-A-A-A-A-A-A-A-A)}

Понятия о композитах. Определение. Основные составляющие композиционных материалов. Привести примеры и показать, как изменяются свойства матрицы при введении той или иной армирующей фазы ( например, AI2O3 в металл или металлических волокон в полимерную матрицу).

Композицио́нный материа́л — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. Композиционные материалы состоят из матрицы – компонента, непрерывного во всем объеме, и армирующего элемента – прерывистого, разъединенного. Роль матрицы выполняет металл или полимер, армирующего элемента – волокна рубленные.

Пример: один композит высокопрочен и упруг, а второй наоборот, следовательно в сочетании они дадут высокопрочный высокопластичный материал. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.