20.4. Полимеры

Полимер - это соединение, состоящее из больших молекул, которые представляют собой повторяющиеся звенья из малых молекул. Термин «полимер» образован из двух греческих слов: «поли» означает «много», а Простое соединение, из которого образуется полимер, называется мономером. Мономер обычно представляет собой то же, что и повторяющееся звено полимера, либо отличается от него очень мало. Например, повторяющимся звеном полиэтилена является группа

Сополимер - это полимер, образованный мономерами двух или нескольких типов. Полимеры могут иметь линейную или разветвленную цепь либо трехмерную сетчатую структуру (рис. 20.21). Сетчатые полимеры принято также называть сшитыми полимерами.

Рис. 20.21. Структура полимеров, а - линейные полимеры; б - разветвленные полимеры; в - сшитые (сетчатые) полимеры.

Линейные полимеры характеризуются плотной упаковкой и поэтому имеют высокие плотность, прочность на разрыв и температуру плавления (например, полиэтилен высокой плотности).

Разветвленные полимеры характеризуются беспорядочной упаковкой и поэтому имеют меньшую прочность на разрыв и более низкие температуры плавления, чем линейные полимеры (например, полиэтилен низкого давления).

Сшитые, или сетчатые, полимеры характеризуются высокими твердостью, жесткостью и хрупкостью (например, бакелитовая смола).

Повторяющиеся звенья линейных полимеров могут чередоваться беспорядочно, блоками либо в строгой очередности. Например, сополимер, построенный из мономера А и мономера В, может иметь такие варианты структуры:

Длина полимерной цепи определяется числом повторяющихся звеньев в этой цепи, т.е. степенью полимеризации. Степень полимеризации высокополимерных (или высокомолекулярных) соединений может принимать значения от нескольких сотен до десятков тысяч. Относительная молекулярная масса этих полимеров находится в пределах от 10 000 до 1 000 000 и выше.

Природные полимеры включают крахмал, целлюлозу и другие полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты и натуральный каучук. Примерами синтетических полимеров являются полиэтилен, поливинилхлорид, бакелитовая смола, найлон и силиконы.

Термин пластик обозначает любой твердый материал, который становится деформируемым при нагревании и поэтому может использоваться для литья, выдавливания в стержни или трубы либо прокатки в листовые изделия, а также для изготовления поверхностных покрытий. Однако этот термин обычно используется только для синтетических полимеров.

Пластики, которые размягчаются и плавятся при нагревании и поэтому могут использоваться для литья, а при необходимости и для переплавки, называются терморазмягчающимися пластиками или просто термопластами. Примерами синтетических термопластов янляются полиэтилен и плексиглас (полиметилметакрилат). Среди природных полимеров типа термопластов назовем шеллак и пластики на основе производных целлюлозы. К числу термопластов чаще всего относятся линейные полимеры либо сополимеры. Их способность легко размягчаться обусловлена отсутствием прочных связей между отдельными полимерными цепями.

Пластики, обладающие трехмерной сетчатой структурой, с трудом размягчаются при нагревании, и поэтому их нельзя подвергать переплавке. Они называются термореактивными смолами или термореактивными пластиками. Такие пластики характеризуются твердостью и неплавкостью (неспособностью расплавляться или сплавляться друг с другом). Эти особенности термореактивных пластиков обусловлены их сетчатой, или сшитой, структурой. Примерами термореактивных пластиков являются фенольные смолы, аминопласты, эпоксидные смолы, ненасыщенные полиэфирные смолы, уретановые пенопласты.

Термин «смолы» в нестрогом смысле часто применяются к любым синтетическим полимерам. Раньше его применяли только к вязким липким материалам, выделяемым в виде сока деревьями, растениями и некоторыми насекомыми. Природные смолы включают шеллак (основа для приготовления лаков), лауданум (настойка опия) и мирру (смола камеди, используемая в медицине и парфюмерии).

Природные и синтетические полимеры, поддающиеся вытягиванию в виде нитей, которые можно прясть и плести, называются полимерными волокнами. К их числу относятся вискозное волокно и найлон. Природные и синтетические каучуки тоже представляют собой полимеры. Из называют эластомерами за присущую им эластичность. (Эластичность-способность предмета или материала восстанавливать свою исходную форму или размеры после растяжения, сжатия либо других деформаций.)