Высокомолекулярные органические соединения

• способность к деформациям;
• способность к образованию определенных анизотропных структур;
• способность к образованию растворов высоковязкого характера, если имеет место взаимодействие с растворителем;
• способность к резкому изменению свойств непосредственно при присоединении добавок из низкомолекулярных веществ.

     Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов), тип которых во многом определяет свойства полимерного материала.

     Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических. Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами. Полимеры с высокой температурой плавления называются пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в широких пределах.

     Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшими из этих свойств являются:

• Способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки,
• Способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям;
• Способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением;
• Высокая вязкость растворов.

      Комплекс специфических свойств полимеров с линейной структурой обусловлен высокой молекулярной массой, цепочечным строением и гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, они не плавятся и неспособны к высокоэластичным деформациям.

     Некоторые свойства полимеров, такие как растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольшого количества примесей или добавок, вступающих в реакцию с макромолекулами.

     Таким образом, полимеры различной структуры при большом разнообразии специфических свойств, имеют так же ряд общих черт. Это механические, химические свойства и растворимость. Для всех полимеров будет характерна:

• Эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
• Малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
• Способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

     Эти свойства  принято называть механическими.

     Общие химические  свойства полимеров характеризуются  способностью резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

     Для растворов  полимеров характерно наличие  стадии набухания перед растворением  и высокая вязкость раствора  при сравнительно небольшом количестве  полимера в растворе.

Глава 3: Методы получения полимеров

     Химия ВМС – это быстроразвивающаяся наука, имеющая в своём арсенале большое количество методов изучения и синтеза высокомолекулярных веществ. Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Тем не менее, искусственные полимеры, которые используются в современной промышленности в больших количествах, таким путём добыть нельзя.

      В науке выделяются два основных метода получения полимеров – это полимеризация и поликонденсация.

   Как уже было сказано в главе 1, полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав. Поликонденсация - это процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Таким образом, полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.    

     Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса.

   Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму.

     Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем.

     Таким образом, цепная полимеризация принципиально отличается от ступенчатой полимеризации  и поликонденсации. Ее отличия состоят в том, что на всех стадиях процесса полимеризации, активная смесь всегда состоит из полимера и мономера. Она не вмещает в себе ди-, три-, тетрамеров. При увеличении длительности реакции, мономер используется постепенно, а число макромолекул полимера постоянно растет. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции.

     Некоторые полимеры невозможно получить ни поликонденсацией, ни полимеризацией. Причиной является неизвестность первоначальных мономеров. Кроме того, некоторые мономеры не способны к образованию высокомолекулярных соединений. В данном случае синтез полимеров производят при помощи высокомолекулярных соединений, в которых макромолекулы содержат функциональные группы, способные запустить реакцию. Полимеры вступают в процессы по тем же функциональным группам, что и низкомолекулярные соединения, которые содержат те же группы.

     На основании всего вышесказанного можно сделать вывод, что в современной химии ВМС имеется ряд высокоэффективных способов получения полимеров, каждый из которых подходит определённым группам веществ – гетероцепные полимеры получают при помощи поликонденсации, карбоцепные – полимеризацией мономеров. Некоторые вещества, такие как полимеры на основе олефина и алкенилалкилата, которые используются в качестве добавок в горючее, могут быть получены несколькими способами – полимеризацией, радикальной полимеризацией или же могут синтезироваться по функциональным группам.

Заключение

Высокомолекулярные соединения – это химия настоящего и будущего. Полимеры, как природные (например, широко известный каучук), так и  искусственные, составляют основу современных  высокотехнологичных производств. Область применения полимеров безгранична  – полимеры необходимы в промышленности, в строительстве, в медицине. Понимание процессов создания ВМС очень важно, так как это – основа понимания  современной химии.

Литература

1. Леенсон И. А. Почему и как идут химические реакции. М.: МИРОС, 1995. -  270 с.
2. Общая органическая химия, том 2. - М.: Химия,1983.
3. Общая органическая химия, том 5. - М.: Химия,1983.
4. Справочник химика, том 2. – Л.: Химия, 1971. – 340 с.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия М.: Аванта+, 2000. - 640 с.
6. www.wikipedia.org