Глава 9. Высокомолекулярные соединения (вмс)

Высокомолекулярные соединения или полимеры - это химические вещества с большой молекулярной массой, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся элементарных звеньев. Такие молекулы называются макромолекулами. Элементарные звенья получаются при взаимодействии одинаковых или разных молекул, называемых мономерами. Число элементарных звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации (n) полимера. Молекулярный вес полимера зависит от степени полимеризации.

9.1. Классификация полимеров

Полимеры с низкой степенью полимеризации называются олигомеры, а с высокой степенью полимеризации – полимеры. Различают органические, неорганические и элементоорганические полимеры. Полимеры классифицируются:

1. По происхождению:

• Природные,

• синтетические.

К природным относятся крахмал, целлюлоза, построенные из звеньев моносахаридов (клетчатка С₆Н₁₀О₅); белки, построенные из звеньев α – аминокислот [Н₂N-RCH-COOH]; натуральный каучук (CH₂-C(CH₃)= CH-CH₂-)n.

К синтетическим относятся полимеры, полученные из мономеров искусственным путем (полиэтилен, синтетический каучук, полистирол и т.д.).

2. По строению:

• линейные,

• разветвленные,

• сетчатые.

Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи другие элементы.

Например силиконы:

O – Si – O – Si –

В составе молекул неорганических полимеров атомов углерода нет.

По отношению к нагреванию различают термопластичные и термореактивные полимеры. Термопластичные при нагревании переходят в высокопластичное состояние, а при охлаждении снова затвердевают. Термореактивные при нагревании разрушаются необратимо.

В зависимости от способов получения полимеры делят на полимеризационные, при образовании которых не происходит выделение побочных продуктов и на поликонденсационные, образование которых сопровождается выделением низкомолекулярных соединений.

9.2. Методы получения полимеров

Полимеры получают методами полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – это образование полимеров путем последовательного присоединения мономера за счет разрыва двойных или тройных связей без выделения побочных продуктов. Полимеризация – самопроизвольный экзотермический процесс, т.к. разрыв кратных связей ведет к уменьшению энергии системы.

Процесс полимеризации протекает в несколько стадий: инициирование, рост цепи и обрыв цепи.

Если в стадии инициирования участвуют радикалы, это радикальная полимеризация, если участвуют анионы - анионная полимеризация, если катионы – катионная полимеризация.

К полимеризационным полимерам относят, например, полистирол (-СН₂-СН-)n, поливинилхлорид (-СН-СН-)n,

С₆Н₅ Cl

поливинилацетат (-СН₂-СН(OCOCH₃)-)n, полиэтилен (-СН₂-СН₂-).

Поликонденсация - это реакция синтеза полимера из соединений, имеющих две или более функциональные группы, сопровождающаяся образованием низкомолекулярных соединений (H₂O, NH₃, HCl и др.).

Например: поликонденсация фенола (C₆H₅OH) с формальдегидом (СH₂=O) дает фенолформальдегидную смолу:

ОН ОН ОН ОН

nC₆H₄-H + CH₂=O + nH-H₄C₆ → (-С₆H₄-CH₂-C₆H₄-)n + nH₂O.

К поликонденсационным полимерам относятся мочеформальдегидная смола [-CH₂-NH-CO-NH-CH₂-O]n.

Капрон является продуктом конденсации аминокапроновой кислоты, содержащей цепь из 6 атомов углерода:

(-NH – (CH₂)₅-CO – NH- (CH₂)₅- CO-)n.