Некоторые основы науки о полимерах

Ничего нового для вас, уверен, не открою. Есть множество более подробной информации на других ресурсах. Распишу общие понятия для удобства сослаться на данную статью в будущем, а так же для того, чтобы весь необходимый минимум был на одном сайте.

         Поначалу я планировал развить ветку о видах связующих, как с ними обращаться, как смешивать и модифицировать в зависимости от того, какие изделия и по какой технологии вы хотите изготавливать. Но, при попытке описать какие-то основы, всегда упираешься в какой-либо термин, который хочется объяснить самому, чтобы быть с читателем на одном уровне, и чтобы не нести ответственность за то, что читатель прочитает и как он это поймет на стороннем ресурсе без тех основ, о которых я буду сейчас писать.

Определение полимера

           В отличие от всего огромного многообразия возможных комбинаций химических элементов, которые объединяются в молекулы, а затем молекулы в вещества. Есть вещества с одной принципиальной отличительной чертой – эти вещества состоят из больших длинных молекул (макромолекул). Или это одна громадная молекула, которую вы держите у себя в руках, когда речь идет, допустим, о каучуке.

Например, вот так выглядит молекула пропилена:

С₃ Н₆ является мономером, молекулой пропилена. В случае же поли- пропилена, пропилен это структурное звено, которое, повторяясь много раз (очень много раз), создает макромолекулу полимера. То есть сам по себе пропилен тоже молекула, но если сделать вещество, которое состоит из огромных молекул (макромолекул) которые в свою очередь состоят из пропилена, то это уже будет полипропилен. Заметьте что в составе макромолекулы пропилен уже не самостоятельная часть, а так называемое структурное звено один из кирпичиков огромной молекулы полипропилена. Структурное звено так же может состоять из нескольких молекул мономера или присоединенной к мономеру небольшой боковой группы.   Название полимера формируется с приставкой поли- к мономеру из которого образован полимер. Мономер- это исходная молекула. Именно из-за такого строения, молекулярная масса молекул  полимеров достигает от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Бывает, что к основной цепи присоединены несколько атомов другой молекулы. Это называется боковой группой. Боковая группа бывает всего в несколько атомов, она в сотни и тысячи раз меньше чем основная цепь.

Олигомеры

Если число структурных звеньев молекулы достаточно большое чтобы не считать ее обычным веществом, но еще не хватает чтобы стать полимером, то это – олигомер. Молекулярная масса олигомера может достигать нескольких сотен.
Вещество считается полимером, когда при присоединении новых звеньев к цепи свойства вещества особо не меняются. Правда такое определение не работает с биополимерами.

Классификация по типу строения цепи

Линейный полимер — подавляющее большинство полимеров имеют линейную структуру. Это значит, что мономеры объединены линейно как будто бы в цепочку, один за другим.

Строение цепи может быть не только линейным. Есть такие структуры как- ветвление, в которой боковые группы имеют те же размерности что и основная цепь.

Сетки или сшитые полимеры, где конец ответвления присоединен к другой молекуле этого же полимера.

Звездообразные. Где концы нескольких цепей сходятся в одном общем центре.

Дендридные (деревообразные). Без одной какой либо основной цепи. С одного ответвления выходят новые и т.д.

Полиротаксаны. Где на основную цепь нанизаны кольца, представляющие собой циклические соединения.

Катенановые. Циклические соединения соединенные как звенья цепи (как кольца на логотипе Ауди).

Сополимеры.

Мы представили молекулу полимера как макромолекулу, состоящую из структурных звеньев (мономер + боковая группа) которые повторяются огромное количество раз – это обычный полимер = гомополимер. Гомополимер состоит из одних и тех же структурных звеньев. Но есть полимеры, которые состоят из разных структурных звеньев (созданных на основе разных мономеров) – они называются сополимеры. В основе сополимеров два и более мономера.

Пример сополимера пропилена с этиленом:

В зависимости от того
как чередуются структурные звенья сополимеры делятся на несколько классов:

• Чередующийся — (А-В)_n
• Периодический – (А-В-А)_n
• Нерегулярный (статистический) –
  (А-В-В-А-А-А-В-А)_n
• Блок-сополимер (А)_n – (В)_m

• Привитой –

(А-А-А-А-А-А-А)

|

(В-В-В-В-В-В-В-В)

Особенности строения

Есть так же несколько принципиальных отличий, что делают полимеры именно полимерами. Такие как:

Зацепление цепей

В отличие от обычных материалов, на жесткость, прочность и эластичность полимера влияет еще и такое понятие как топология полимерной цепи. Дело в том, что при определенной вязкости раствора полимера, на механические свойства начинает влиять то, что цепи молекул начинают спутываться, зацепляться друг об друга.

Сложение межмолекулярных сил

         Как известно, в любой молекуле присутствуют межмолекулярные связи, но в молекулах полимеров эти силы могут многократно возрастать за счет размера молекулы.