ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

31. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРОВ

Свойства различных органических (и неорганических) веществ зависят от их химического состава и строения. Очень большую роль играет величина молекулы вещества. Так, например, сахаристое вещество глюкоза, с которым мы познакомились при изучении углеводов, представляет собой легко растворимые в воде бесцветные кристаллы, сладкие на вкус. В той же главе мы рассмотрели другой углевод — целлюлозу, построенную из нескольких тысяч остатков глюкозы. Целлюлоза совершенно не похожа по свойствам на глюкозу: она нерастворима в воде, не имеет вкуса, обладает волокнистым строением. Таким образом, при переходе к соединениям, молекулы которых содержат многие тысячи атомов, блестяще подтверждается один из законов диалектики, по которому накопление количественных изменений приводит к значительным качественным изменениям.

Высокомолекулярные соединения широко распространены в природе. В состав клеток растительных и животных организмов входят такие высокомолекулярные соединения, как целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты и др. К природным высокомолекулярным соединениям, относятся уже упоминавшаяся выше целлюлоза, а также крахмал, натуральный каучук и многие другие.

Не так давно научились перерабатывать в различные изделия (резину, волокно и др.) некоторые природные высокомолекулярные вещества. За последние 40 лет произошло быстрое внедрение в промышленность многочисленных новых материалов из синтетических высокомолекулярных соединений. В настоящее время открыты неисчерпаемые возможности синтеза высокомолекулярных соединений и изготовления из них материалов с заранее заданными свойствами.

Высокомолекулярные соединения, или, как их часто называют, полимеры (от греческого слова «поли» — много), по свойствам и строению весьма разнообразны. Однако они имеют и ряд общих свойств, вследствие чего их обычно выделяют в особый класс.

Каковы же общие свойства, присущие подавляющему большинству полимерных соединений?

Прежде всего, для полимерных соединений характерен очень большой молекулярный вес, колеблющийся в большинстве случаев от 8—10 тыеяч до нескольких миллионов. По этой причине молекулы полимеров носят название макромолекул, т. е. больших молекул. Физико-механические свойства полимеров во многом зависят от их молекулярного веса. В связи с тем что полимеры представляют собой обычно смесь макромолекул различной величины, молекулярный вес полимера является средней величиной молекулярных весов отдельных макромолекул.

Растворы полимеров, как правило, обладают значительной вязкостью. При нагревании многие полимеры сначала размягчаются, а затем разлагаются, не плавясь.

Органические полимеры построены из элементарных звеньев — многократно повторяющихся связанных мезкду собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров). Поэтому величину макромолекулы полимера характеризуют также степенью полимеризации — средним числом элементарных звеньев мономера, входящих в состав макромолекул.

Полимеры могут иметь линейное, разветвленнное и пространственное (трехмерное) строение.

Если каждое элементарное звено обозначить через А, то макромолекула линейного строения будет иметь следующий вид:

В этом случае каждое из элементарных звеньев связано только с двумя соседними звеньями и образует неразветвленную цепь.

Основная цепь макромолекулы может иметь сравнительно короткие ответвления, например:

Полимеры, построенные по такому типу, носят название разветвленных. Некоторые звенья таких полимеров связаны с тремя соседними звеньями.

В полимерах пространственного (трехмерного) строения длинные линейные цепи связаны друг с другом в единую сетку обычно более короткими поперечными цепями:

Макромолекула полимера может быть построена из остатков молекул не только одного мономера. Она может включать остатки различных мономеров, связанные между собой силами главных валентностей. Полимеры такого строения получили название сополимеров. Сополимеры могут быть четырех основных типов:

1. Сополимеры с нерегулярным расположением элементарных звеньев (обозначенных ):

2. Сополимеры с регулярным расположением элементарных звеньев:

3. Сополимеры, содержащие в линейной цепи блоки, каждый из которых состоит из довольно большого числа одинаковых элементарных звеньев:

Такие полимеры получили название блоксополимеров.

4. Сополимеры разветвленного строения, в которых основная цепь составлена из остатков одного мономера, а ответвления — из звеньев другого мономера:

Такие сополимеры Иносят название привитых сополимеров.

Длина макромолекулы линейных полимеров (в том числе и сополимеров) всегда во много раз превышает ее поперечный размер.