Среди изобилия самых разнообразных по строению и свойствам органических соединений есть особый класс -полимеры (от греч. `поли`-`много` и `мерос`-`часть`). Для этих веществ прежде всего характерна огромная молекулярная масса - от десятков до миллионов атомных единиц массы, поэтому их ещё называют высокомолекулярными соединениями (ВМС).
Органические полимеры построены из элементарных звеньев - многократно повторяющихся и связанных между собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров). Длину макромолекулы выражают средним числом звеньев мономера, которое называют степенью полимеризации.
Классификация полимеров
По происхождению:
природные (биополимеры)
синтетические
По структуре молекул:
Линейные
Разветвленные
Сетчатые (`сшитые`)
По свойствам
Пластмассы
Каучуки (эластомеры)
Волокна
Линейные полимеры характеризуются плотной упаковкой и поэтому имеют высокие плотность, прочность на разрыв и температуру плавления.
Разветвленные полимеры характеризуются беспорядочной упаковкой и поэтому имеют меньшую прочность на разрыв и более низкую температуру плавления.
Сетчатые характеризуются высокими твердостью, жесткостью и хрупкостью.
Полимеризация - это процесс образования полимеров из мономеров. Существует две разновидности полимеризации - полиприсоединение и поликонденсация.
Полиприсоединение - процесс, в результате которого молекулы мономеров связываются друг с другом путем присоединения за счет кратных связей.
Поликонденсация - процесс, обусловленный взаимодействием функциональных групп, содержащихся в молекулах мономеров, в результате которого наряду с полимером образуется низкомолекулярный продукт (например, вода).
В зависимости от строения и массы макромолекул полимеры могут быть кристаллическими или аморфными.
ВМС не имеют четко определенной температуры плавления, при нагревании многие из них лишь размягчаются.
ВМС имеют низкую плотность, по прочности некоторые превосходят чугун и алюминий, а по химической стойкости - почти все металлы. Они могут быть устойчивы к действию воды и кислорода, кислот и щелочей. Обычно полимеры являются диэлектриками, но могут быть и проводниками, обладать пьезоэлектрическими свойствами и фотопроводимостью. Среди ВМС встречаются термопластичные, термореактивные и эластичные вещества. Кроме того, можно получать полимеры с заранее заданными свойствами. Всё это и определяет области применения полимеров.
Тактел - модифицированный найлон. Ткани из этого волокна мягкие и по текстуре напоминают хлопок, водостойки, `дышат`. Из него изготавливается очень тонкая пряжа, которая пропускает водяные пары, но не пропускает конденсированную влагу, то есто впитывает пот, но непромокаемая. Такая ткань идеально подходит для изготовления легких плащей и лыжных костюмов.
Кевлар - ароматический полиамид, полученный из 3-аминобензойной кислоты. Волокна из кевлара огнестойкие, обладают высокой прочностью и гибкостью. Кевлар имеет небольшую плотность. Одним из первых применений кевлара была замена стального корда в автомобильных шинах: шины с кевларовым кордом получаются легче и долговечнее. Канаты из кевлара в 20 раз прочнее стальных при одинаковом весе. Жестские конструкции из кевлара использутся при изготовлении крыльев самолетов, где важно сочетание прочности и легкости. Этот материал идеален для изготовления пуленепробиваемых жилетов и курток для фехтовальщиков.
Тефлон безразличен к действию любых растворителей и имеет необычно высокую температуру размягчения (3270С),не горит, на него не действуют концентрированные кислоты и щелочи, устойчив к воздействию галогенов, `царской водки`, плавиковой кислоте. Недаром его назвали `алмазным сердцем в шкуре носорога`.Он не заменим при изготовлении химической аппаратуры для агрессивных сред, негорючей электроизоляции, а также подшипников и деталей, не требующих смазки. Тефлоновой пленкой покрывают металлическую посуду.
Поливинилкарбозол. Замечательное свойство этого полимера состоит в том, что это соединение проявляет фотопроводимость, т.е. при освещении проводит электрический ток лучше, чем в темноте.Его используют в фотокопировальных устройствах в качестве фоторецепторного слоя.
Поливинилфторид (ПВДФ) - пьезоэлектрик; при изгибе или скручивании на нём возникает электрический заряд. При действии звуковой волны пленка из ПВДФ генеирует электрический сигнал, и, таким образом, с её помощью можно детектировать звук. Наоборот, переменный электрический сигнал, приложенный к мембране из этого полимера, вызывает её колебания, и такое устройство может работать как громкоговоритель.
Полиацетилен и пролипиррол. В этих полимерах чередуются двойные и одинарные связи, создавая систему сопряженных связей;делокализация распространяется вдоль всей полимерной цепи.
При восстановлении или окислении полимера электроны (или положительно заряженные `дырки`) могут перемещаться вдоль полимерной цепи по делокализованной системе подобно току по проводам.Используются для электрических проводов в авиации и в небольших аккумуляторах. В последнее время тонкую пленку из них стали применять для упаковки чувствительных электронных компонентов с целью устранения действия электростатического заряда.
Полиметилметакрилат (ПММА) легко перерабатывается в различные изделия формованием или литьем под давлением. Один из наиболее термостойких. Технологи назвали его органическим стеклом (оргстеклом или плексигласом). Прочность превосходит обычное стекло в десятки раз, хорошо пропускает УФ-лучи, необходимые для растений. Однако оно менее твердое, чем обычное (легко царапается) и менее химически стойкое. Применяется в военной технике, авиации, различных измерительных приборах, часовых механизмах, в изготовлении светильников, реклам, дорожных знаков, безосколочного стекла - `триплекса`, зубных протезов и контактных линз.
Полиэтилен. Этот полимер получают с помощью разных технологических процессов. Полиэтилен низкой плотности с относительно молекулярной массой меньше 300 000 получают при помощи процесса высокого давления. Он используется для изготовления разнообразного упаковочного материала, заменителей стеклянной тары, пакетов для пищевых продуктов и одежды и многих других изделий.
Полиэтилен высокой плотности, который имеет относительную молекулярную массу до 3 000 000, получают с помощью процесса Циглера. Он используют для изготовления более жестких изделий, например формочек для получения льда в домашних холодильниках или решетчатых корзин для перевозки молочных продуктов. |
