Основные понятия и определения полимерной физикохимии Полимер

Основные понятия и определения полимерной физикохимии Полимер – это высокомолекулярное соединение, молекулы которого состоят из одинаковых повторяющихся группировок, соединённых между собой химическими связями. Полимер: «поли» - много, «мерос» - часть. Молекула полимера называется макромолекулой. Наименьшая, многократно повторяющаяся группировка, называется элементарным звеном макромолекулы. Вещество, из которого получают полимер, называется мономером. Общая формула полимера (- CH 2 – CH 2 -)n Полиэтилен Полипропилен n – степень полимеризации. n может изменяться от 2, 3, 4… до сотен тысяч.

При изменении n физико-химические свойства полимера изменяются по кривой: Область I - низкомолекулярное соединение (до нескольких сотен у. е. ) Область II - олигомерное соединение с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч ( «олиго» - немного). Область III - высокомолекулярное соединение – полимер (молекулярные массы составляют десятки тысяч и выше).

Все синтетические полимеры представляют собой смеси полимергомологов, т. е. состоят из макромолекул разной длины. Это свойство называется полидисперсностью по молекулярной массе. , где - средняя молекулярная масса полимера, Мэл звена - молекулярная масса элементарного звена. Для полной молекулярно-массовой характеристики полимеров необходимо знание функции их молекулярно-массового распределения (ММР). Распределение по молекулярной массе по числовой доле фракций (а) и по массовой доле фракций (б). Дифференциальная кривая ММР

Принципы классификации полимеров • По элементному составу • По геометрии скелета макромолекулы • По способу получения • По количеству разных типов элементарных звеньев • По атомному составу основной цепи Классификация полимеров по элементному составу Органические C, H, O, N, S, Hal (-CH 2 -CHCl-)n Поливинилхлорид (-CH 2 -CH(C 6 H 5)-)n или Полистирол (поливинилбензол) (ПС) (-O-(CH 2)2 -OOC-C 6 H 4 -CO-)n Полиэтилентерефталат (лавсан) (ПЭТ) (ПВХ) или

Элементоорганические Si, Ti, Al, B, P, … или (-Si(CH 3)2 -O-)n полидиметилсилоксан (ПДМС) (-Al. R-O-)n Полиалюмоксан Неорганические (-PCl 2 = N-)n Полифосфонитрилхлорид (-S-)n Пластическая сера

Классификация полимеров по геометрии скелета макромолекулы Линейные - основная цепь макромолекул которых состоит из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию. А – линейный полимер Разветвленные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. Б - древовидные (статистические)

В – звездообразные Г – гребнеобразные Е - лестничные

Сшитые или сетчатые полимеры состоят из макромолекул, образующих пространственную сетку, охватывающую весь образец; в сшитых полимерах макромолекулы во многом утрачивают свою индивидуальность. Д - Трехмерные (пространственно-сетчатые) нерегулярной (статистической) структуры Регулярные структуры Плоско-сетчатые структуры

Классификация полимеров по происхождению • Синтетические • Природные • Искусственные Синтетические получаются по реакциям полимеризации и поликонденсации из мономеров, а также путем химической модификации уже имеющихся синтетических полимеров. Природные синтезируются в живых организмах. Белки (природные полипептиды 20 aаминокислот с соотв. R и R’) Полиуглеводы поли-1, 4 - , D-глюкопиранозид (целлюлоза)

Искусственные – это продукты модификации природных полимеров. Тринитрат целлюлозы В зависимости от наличия в макромолекулах одного или нескольких различных типов элементарных звеньев различают гомо- и сополимеры. Сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют на: статистические - мономерные звенья расположены неупорядоченно по цепи: -А-В-В-А-А-В-Вчередующиеся со строгим чередованием звеньев в цепи: -А-В-А-В-А-В-

блочные (блок-сополимеры) - линейные макромолекулы которых состоят из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению: -А-А-А-А-В-В-В- -(А)-n -(B)-m привитые сополимеры, разветвленные макромолекулы которых состоят из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев - основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению: -А-А-А-А-А-А| | (B)n (B)m

В зависимости от атомного состава основной цепи различают гомоцепные (цепь построена из одинаковых атомов) и гетероцепные (цепь построена из разнородных атомов) полимеры. Поливинилхлорид – гомоцепной полимер Гетероцепные полимеры

Номенклатура полимеров «Поли» + название исходного мономера: Этилен – Полиэтилен Пропилен – Полипропилен Винилхлорид – Поливинилхлорид Окись этилена – Полиэтиленоксид Тетрафторэтилен (-CF 2 -)n - Политетрафторэтилен (тефлон) Сополимеры: Сополимер стирола и акрилонитрила, акрилонитрилстирольный сополимер (САН) Сополимер этилена и пропилена, этиленпропиленовый сополимер (СКЭП) По названию специфической группы: Уретановая группа – Полиуретаны Аминогруппа – Полиамины Сложноэфирная группа – Сложные полиэфиры

Основные отличия полимеров от низкомолекулярных соединений • Большая длина и гибкость макромолекул придают полимерам свойство высокоэластичности, т. е. способности к большим обратимым деформациям. • Твёрдые полимерные тела - пластики - сочетают высокие модули упругости, сопоставимые по величине с модулями упругости обычных твёрдых тел (неорганическое стекло, металлы, керамика), с высокими разрывными удлинениями (на порядок большими, чем у обычных твёрдых тел). • Благодаря высокой анизотропии формы макромолекул полимеров они легко ориентируются в механическом поле и образуют волокна с высокой прочностью в направлении ориентации. • При растворении полимеры проходят сначала через стадию набухания; вязкость разбавленных (до 1 %) растворов полимеров намного превышает вязкость растворов низкомолекулярных соединений той же концентрации. Все перечисленные особенности свойств полимеров связаны с их цепным строением.

Среди полимерных материалов, выпускаемых промышленностью, ведущие позиции занимают: а) пластические массы; б) синтетические каучуки и резины; в) синтетические и искусственные волокна; г) плёнки и декоративно-защитные покрытия (краски, лаки, эмали). Цены за текущий месяц в eвротонна по данным журнала European Plastics News (на форуме о полимерах Пласт. Эксперт http: //www. e-plastic. ru/forum/ ) Полиэтилен низкой плотности (LDPE) 1, 400. 00 Полиэтилен высокой плотности (HDPE) экструзионный 1, 290. 00 Полиэтилен высокой плотности (HDPE) литьевой 1, 360. 00 Полиэтилен высокой плотности (HDPE) раздувной 1, 390. 00 Полипропилен (PP) литьевой 1, 415. 00 Полистирол (GPPS) общего назначения 1, 625. 00 Полистирол (HIPS) ударопрочный 1, 775. 00 Полиэтилентерефталат (PET) 1, 600. 00 Поливинилхрорид (PVC) общего назначения 1, 230. 00

Система маркировки пластика 1. PET или PETE (ПЭТ, ПЭТФ) — Полиэтилентерефталат. Используется для производства тары для минеральной воды, безалкогольных напитков. 2. PEHD или HDPE (ПЭНД) — Полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкого давления. Производство бутылок, фляг, полужёсткой упаковки. 3. PVC (ПВХ) — Поливинилхлорид. Используется для производства труб, трубок, садовой мебели, напольных покрытий, оконных профилей, жалюзи, тары для моющих средств и клеёнки. 4. LDPE и PELD (ПЭВД) — Полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокого давления. Производство мусорных мешков, пакетов, пленки и гибких ёмкостей. 5. PP (ПП) — Полипропилен. Используется в автомобильной промышленности (оборудование, бамперы), в пищевой промышленности, в основном при изготовлении упаковок. Распространены полипропиленовые трубы для водопроводов. 6. PS (ПС) — Полистирол. Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, прочих упаковок (пищевой плёнки и пеноматериалов) 7. OTHER или О — прочие. К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы. В основном это поликарбонат (CD-диски, сотовый ПК, очки).