ПОЛИМЕРЫ СТЕКЛА План 1 Классификация полимеров 2

«ПОЛИМЕРЫ, СТЕКЛА» План 1. Классификация полимеров. 2. Реакция полимеризации. 3. Строение макромолекул. 4. Физические состояния и структура полимеров. 5. Виды стекол. Их структура и свойства. Области применения.

Классификация неметаллических материалов пластические массы конструкционная керамика оксидов композиты на основе пластмасс и с органическим армированием стекла карбидов нитридов олигомеры термостойкое многослойное (триплекс) реактопласты ударопрочное термопласты Каучуки и Резиновые материалы натуральные термоэластопласты радиационностойкое синтетические Полимеры – высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных звеньев (мономеров) одинакового строения.

Макромолекула Молекула полимера называется макромолекулой. . . -CH 2 -CH 2 -CH 2 -. . . или (-CH 2 -)n Молекулярная масса макромолекул достигает десятков сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц. Схематические изображения макромолекулы:

Основные понятия Низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами. Например, пропилен СН 2=СH–CH 3 является мономером полипропилена: Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном. . . -CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-. . . поливинилхлорид В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками: (-CH 2 -CHCl-)n Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу n >> 1 Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением: М(макромолекулы) = M(звена) • n, где n - степень полимеризации, M - относительная молекулярная масса

Классификация полимеров по природе мономерного звена • Органические – Природные • Простые (натуральный каучук, целлюлоза) • Сложные (белки, нуклеиновые кислоты) – Синтетические • Карбоцепные (полиэтилен, полистирол) • Гетероцепные (полиамиды, полиэфиры) • Неорганические – Элементоорганические (силоксаны, полифосфазены) – Неорганические (полифосфаты, полисиликаты)

Органические – Природные - Простые (натуральный каучук, целлюлоза) Органические – Природные - Сложные (белки, нуклеиновые кислоты) Аминокислоты 20 Нуклеотиды 5

Органические – Синтетические - Карбоцепные (полиэтилен, полистирол) Основная цепь Боковые группы Органические - Синтетические - Гетероцепные (полиамиды, полиэфиры) найлон лавсан

Неорганические - Элементоорганические (силоксаны, полифосфазены) Неорганические - Неорганические (полифосфаты, полисиликаты)

Полимеризация – процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует мономерное звено. Характерные признаки полимеризации: 1. В основе полимеризации лежит реакция присоединения. 2. Полимеризация является цепным процессом, т. к. включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи. 3. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Синтетические полимеры. Методы получения. • Радикальная полимеризация - цепной статистический процесс (получении полиэтилена, полистирола, поливинилхлорид) • Ионная полимеризация - стереорегулярный каталитический процесс • Поликонденсация - химические реакции многофункциональных мономеров с выделением низкомолекулярных продуктов (получают полиамиды, полиэстры, фенопласты, аминопласты, поликарбонаты, полисульфоны, силиконы и другие полимеры) • Полиприсоединение - химические реакции многофункциональных мономеров без выделения низкомолекулярных продуктов (процесс отверждения эпоксидных смол)

Радикальная полимеризация этилена мономер полимер n – степень полимеризации -CH 2 - повторяющееся звено -CH 2 - мономерное звено

Сополимеризация Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией. Пример. Схема сополимеризации этилена с пропиленом: Химическое строение сополимеров зависит от свойств мономеров и условий реакции.

Геометрическая форма макромолекул Линейная форма (например, полиэтилен низкого давления, невулканизованный натуральный каучук и т. п. ) Разветвленная форма (полиэтилен высокого давления и др. ) Пространственная (трехмерная или сетчатая) форма (например, вулканизованный каучук)

Фазовое состояние полимеров • • Кристаллическое Жидкокристаллическое Аморфное Изотропный расплав (раствор)

Кристаллиты

Модели аморфного состояния а - пачки б - клубки в - меандры г - колл. клубки д - миц. зерна е - сл. фибриллы

Ориентация кристаллитов при вытяжке и термообработке полиэтилен полиамид-6

Для аморфных полимеров в зависимости от температуры (и величины механического напряжения) возможны три физических (деформационных) состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Практическое применение полимеров определяется тем, в каком из этих состояний находится данный полимер при температуре его использования. Для стеклообразных полимеров характерны относительно небольшие упругие (обратимые) деформации (1 -10%). Причем полимерные стекла отличаются повышенной прочностью от низкомолекулярных стеклообразных тел, которые разрушаются при деформировании уже на 0, 1 -1%. Полимеры в стеклообразном состоянии применяются в производстве пластмасс. Высокоэластические полимеры способны обратимо деформироваться на сотни процентов. В высокоэластическом состоянии в условиях эксплуатации находятся все каучуки. Это состояние характерно лишь для полимеров. В вязкотекучем состоянии полимер ведет себя как очень вязкая жидкость, которая под действием силы проявляет необратимую деформацию (деформацию течения). Это состояние реализуется обычно при повышенных температурах и используется для переработки полимеров в изделия.

Метастабильность стеклообразного состояния оксидов металлов