12.4. Свойства полимеров

Свойства высокомолекулярных соединений зависят от строения и формы макромолекул, агрегатного состояния, моле­кулярной массы и других факторов.

В зависимости от того, какое строение имеют полимеры - линейное, разветвленное или трехмерное, регулярно или не­регулярно расположены чередующиеся звенья, свойства поли­меров резко изменяются. Чем регулярнее структура макромо­лекул, тем выше прочность полимера.

Наличие полярных заме­стителей способствует повышению межмолекулярного взаимо­действия и увеличивает жесткость полимера. По этой причине такие полимеры, как полиамиды, поливинилхлорид, поливинилацетат и др., при комнатной температуре неэластичны.

Важной характеристикой полимеров является молекуляр­ная масса. С увеличением молекулярной массы полиме­ра повышаются прочность пленок и волокон, эластич­ность, температура плавления и уменьшается растворимость. Зависимость эластичности полимера от молекулярной массы, длины и конфигурации макромолекул обусловлена различием в продольных и поперечных размерах макроцепей. Длина макромолекул в несколько тысяч раз превышает их попереч­ные размеры. Кроме того, макромолекулы часто имеют спира­левидную форму. Подобно тому, как спиральная стальная пру­жина более гибка, чем прямая проволока, так и гибкость длин­ной изогнутой макромолекулы значительно выше, чем прямой.

Высокомолекулярные соединения существуют в четырех различных физических состояниях, из них три аморфных - стеклообразное, вязкотекучее, высокоэластичное и четвер­тое - кристаллическое состояние. С каждым из этих состояний связан определенный комплекс физических свойств. Аморфные полимеры делятся на три группы. К первой группе относятся все жесткие полимеры, неспособные к растяжению и боль­шим упругим деформациям (полистирол), ко второй - высо­коэластичные полимеры, способные обратимо деформировать­ся на сотни процентов (каучуки, резины), к третьей группе от­носятся пластичные полимеры, обнаруживающие текучесть при воздействии внешних сил (низкомолекулярные полиизобутилены). В зависимости от температуры указанные группы полимеров способны переходить из одного состояния в другое. Так, полистирол при 20°С жесток и находится в стеклообраз­ном состоянии; при 95°С становится эластичным и может быть отнесен ко второй группе; при 140°С размягчается, делается вязкотекучим и приобретает свойства, характерные для треть­ей группы аморфных полимеров.

139

Под действием различных химических реагентов, света, на­гревания, механических воздействий и других факторов полимеры подвергаются расщеплению с разрывом химических свя­зей в основной цепи макромолекулы. Такие процессы называ­ются реакциями деструкции полимеров. При деструкции сни­жается молекулярный вес, изменяется структура и свойства полимеров. Деструкция может протекать в различных направ­лениях: деполимеризация до мономеров, разрушение до срав­нительно больших осколков, отщепление различных группиро­вок (уксусной кислоты, хлористого водорода), внутримолеку­лярная циклизация и т. д. Термин «деструкция полимеров» ча­сто заменяют термином «старение полимеров».

Для уменьше­ния скорости старения производится стабилизация полимеров. С этой целью к полимерам добавляют специальные вещества - стабилизаторы или антистарители. Благодаря им полимеры сохраняют на многие годы прочность и эластичность.