|
Лекция 36 |
Синтетические полимеры
В ХХ веке появление синтетических высокомолекулярных соединений – полимеров - было технической революцией. Полимеры получили очень широкое применение в самых различных практических областях. На их основе были созданы материалы с новыми во многом необычными свойствами, значительно превосходящими ранее известные материалы.
Полимеры – это соединения, молекулы которых состоят из повторяющихся единиц - мономеров.
Известны природные полимеры. К ним относятся полипептиды и белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.
Синтетические полимеры получаются путем полимеризации и поликонденсации (см. дальше) низкомолекулярных мономеров.
Структурная классификация полимеров
а) линейные полимеры
Имеют линейное строение цепи. Их названия производятся от названия мономера с добавлением приставки поли-:
б) сетчатые полимеры:
в) сетчатые трехмерные полимеры:
Совместной полимеризацией различных мономеров получают сополимеры. Например:
Физико-химические свойства полимеров определяются степенью полимеризации (величина n) и пространственной структурой полимера. Это могут быть жидкости, смолообразные или твердые вещества.
Твердые полимеры по-разному ведут себя при нагревании.
Термопластичные полимеры – при нагревании расплавляются и после охлаждения принимают любую заданную форму. Это можно повторять неограниченное число раз.
Термореактивные полимеры – это жидкие или пластичные вещества, которые при нагревании затвердевают в заданной форме и при дальнейшем нагревании не расплавляются.
Реакции образования полимеров полимеризация
Полимеризация – это последовательное присоединение молекул мономера к концу растущей цепи. При этом все атомы мономера входят в состав цепи, и в процессе реакции ничего не выделяется.
Для начала реакции полимеризации необходимо активировать молекулы мономера с помощью инициатора. В зависимости от типа инициатора различают
радикальную,
катионную и
анионную полимеризацию.
Радикальная полимеризация
В качестве инициаторов радикальной полимеризации применяют вещества, способные при термолизе или фотолизе образовывать свободные радикалы, чаще всего это органические перекиси или азосоединения, например:
При нагревании или освещении УФ-светом эти соединения образуют радикалы:
Реакция полимеризации включается в себя три стадии:
Инициирование,
Рост цепи,
Обрыв цепи.
Пример – полимеризация стирола:
Механизм реакции
а) инициирование:
б) рост цепи:
в) обрыв цепи:
Радикальная полимеризация легче всего идет с теми мономерами, у которых образующиеся радикалы стабилизированы влиянием заместителей у двойной связи. В приведенном примере образуется радикал бензильного типа.
Радикальной полимеризацией получают полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полистирол и их сополимеры.
Катионная полимеризация
В этом случае активация мономерных алкенов производится протонными кислотами или кислотами Льюиса (BF3, AlCl3, FeCl3) в присутствии воды. Реакция идет как электрофильное присоединение по двойной связи.
Например, полимеризация изобутилена:
Механизм реакции
а) инициирование:
б) рост цепи:
в) обрыв цепи:
Катионная полимеризация характерна для винильных соединений с электронодонорными заместителями: изобутилена, бутилвинилового эфира, α-метилстирола.