В последние десятилетия высокомолекулярные соединения прочно вошли в нашу жизнь. Полимеры находят широчайшее применение в самых различных сферах жизни
|
Скачать 0.53 Mb.
|
ВведениеВ последние десятилетия высокомолекулярные соединения прочно вошли в нашу жизнь. Полимеры находят широчайшее применение в самых различных сферах жизни и деятельности человечества: в промышленности и сельском хозяйстве, в науке и технике, во всех видах транспорта. Современная медицина, как и наш повседневный быт, немыслимы без использования широкого круга полимерных материалов. Какие же свойства отличают полимеры от обычных низкомолекулярных соединений? Прежде всего, большая длина и гибкость макромолекул придают полимерам свойство высокоэластичности, т.е. способности к большим (порядка нескольких сотен процентов) обратимым деформациям. Во-вторых, твёрдые полимерные тела - пластики сочетают высокие модули упругости, сопоставимые по величине с моделями упругости обычных твёрдых тел (неорганическое стекло, металлы, керамика), с высокими разрывными удлинениями (на порядок большими, чем у обычных твёрдых тел). Поэтому полимерные тела менее склонны к хрупкому разрушению. В третьих, благодаря высокой анизотропии формы макромолекул полимеров они легко ориентируются в механическом поле и образуют волокна с высокой прочностью в направлении ориентации. Полимеры отличаются от низкомолекулярных соединений и тем, что при растворении проходят сначала через стадию набухания; вязкость разбавленных (до 1 %) растворов полимеров намного превышает вязкость растворов низкомолекулярных соединений той же концентрации. Концентрированные растворы и расплавы полимеров, как и все жидкости, обладают упруго-эластическими свойствами. Высокие молекулярные массы полимеров существенно расширяют спектр их времен релаксации по сравнению с низкомолекулярными жидкостями. А сочетание больших молекулярных масс с высокими межмолекулярными взаимодействиями обуславливают ряд аномальных вязко-упругих свойств полимерных жидкостей, не характерных для низкомолекулярных соединений. Перечисленные отличительные свойства полимеров позволили им войти в число наиболее широко используемых материалов. Среди полимерных материалов, выпускаемых промышленностью, ведущие позиции занимают: а) пластические массы и органические стекла; б) синтетические каучуки; в) синтетические и искусственные волокна; г) плёнки и многочисленные декоративно-защитные покрытия (краски, лаки, эмали). К высокомолекулярным соединениям относятся также и биологические полимеры (биополимеры, см. табл. приложения), которые обладают рядом уникальных свойств, не характерных для низкомолекулярных соединений. Назовём некоторые из важнейших свойств биополимеров и их функции: - нуклеиновые кислоты способны кодировать, хранить и передавать генетическую информацию на молекулярном уровне, являясь материальным субстратом наследственности; - другой класс биополимеров -мышечные белки, способные превращать химическую энергию в механическую работу; эта их сократительная функция лежит в основе мышечной деятельности белков; - ферменты, глобулярные белки, обладают каталитической функцией, они с большей скоростью и избирательностью осуществляют в живой природе все химические реакции обмена, распада одних и синтеза других веществ. Все перечисленные выше особенности свойств полимеров связаны с их цепным строением. Именно цепное строение молекул полимеров является их важнейшим свойством, что позволяет дать им следующее определение: полимеры представляют собой особый класс химических соединений, специфика свойств которых обусловлена большой длиной, цепным строением и гибкостью составляющих их макромолекул. В свою очередь под макромолекулой понимают - совокупность атомов или атомных групп, различных или одинаковых по составу и строению, соединённых химическими связями в линейную или разветвлённую структуру, достаточно высокой молекулярной массы. Наименьшая, многократно повторяющаяся группировка атомов цепи, называется звеном макромолекулы. Достаточно высокая молекулярная масса полимеров - понятие относительное. Так, некоторые физико-химические свойства в ряду гомологов изменяются по кривой типа представленного на рис. 1.Область I резкого изменения свойства, например Тпл, приходится на низкомолекулярное соединение (до нескольких сотен у.е.). В области Ш, где исследуемое свойство (Тпл) практически не зависит от молекулярной массы, - это область высокомолекулярных соединений (молекулярные массы составляют десятки тысяч и выше, для многих полимеров молекулярные массы составляют несколько сотен тысяч у.е.). Наконец, промежуточной области П соответствуют олигомерные соединения с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч. Существует несколько способов классификации полимеров, не исключающих, а дополняющих друг друга, которые дают наиболее полное представление об их строении, структуре и составе. Рис. 1. Зависимость температуры плавления н-алканов от молекулярной массы. По топологии, геометрии скелета макромолекулы полимера подразделяют (см. рис. 2) на: Линейные - основная цепь макромолекул которых состоит из повторяющихся звеньев, соединённых друг с другом в линейную конструкцию. Наглядной моделью макромолекулы линейного полимера может служить достаточно длинное разорванное в одном месте ожерелье. Разветвленные полимеры состоят из макромолекул, основная цепь которых, в отличие от линейных, содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи. Предельный случай разветвлённых полимеров - звездообразные, макромолекулы которых представляют собой совокупность цепей, выходящих из одного центра. К разветвлённым относятся также гребнеобразные полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, например полигексадецилакрилат: Сшитые или сетчатые полимеры состоят из макромолекул, образующих пространственную сетку, охватывающую весь образец; в сшитых полимерах макромолекулы во многом утрачивают свою индивидуальность. Среди сшитых полимеров различают густо- и редкосшитые, резко различающиеся по своим свойствам. К сшитым иногда относят, так называемые, "лестничные" полимеры, две параллельные цепи которых соединены поперечными связями в каждом звене. Рис.2. Схематическое изображение макромолекул различной топологии:А – линейный полимер;Б, В, Г – разветвленные;В – звездообразный;Г – гребнеобразный;Д, Е – сшитые;Е – лестничный. В зависимости от наличия в макромолекулах одного или нескольких различных типов мономерных звеньев различают гомо- и сополимеры, состоящие из одного и минимум из двух (или более) типов звеньев (см. табл. 1). В свою очередь, сополимеры в зависимости от характера расположения звеньев подразделяют на: а) статистические - мономерные звенья в которых расположены неупорядоченно по цепи; б) чередующиеся (альтернирующие) со строгим чередованием звеньев в цепи; в) блочные (блок-сополимеры) - линейные макромолекулы которых состоят из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), различающихся по составу или строению; Таблица 1 Различные типы сополимеров.
г) привитые сополимеры, разветвленные макромолекулы которых состоят из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев - основной цепи и боковых ответвлений, различающихся по составу или строению. Существуют и иные принципы классификации полимеров, дополняющие приведенные выше. Так, в зависимости от атомного состава основной цепи различают гомоцепные(цепь построена из одинаковых атомов) и гетероцепные (цепь построена из разнородных атомов) полимеры, которые, в свою очередь, подразделяют на ещё более узкие подклассы (см. табл. приложения стр. 33) не только по составу основной цепи, но и по типу боковых радикалов. В основу ещё одного варианта классификации может быть положено наличие или отсутствие в макромолекулах ионогенных групп. По аналогии с низкомолекулярными электролитами, полимеры, содержащие ионогенные группы, называют полиэлектролитами. По мере развития химии высокомолекулярных соединений и создания новых классов полимеров, классификация их будет развиваться и совершенствоваться. Так, в последнее десятилетие широко стали распространяться композиционные материалы, представляющие как смеси различных полимеров, так и их комбинации с разнообразными низкомолекулярными веществами. К полимерным композитам относят взаимопроникающие и полувзаимопроникающие сетки: первые состоят из двух отличных по природе взаимопроникающих сеток, а вторые - из трёхмерной сетки и линейного полимера. Основные характеристики макромолекул К основным характеристикам высокомолекулярных соединений относятся молекулярная масса (степень полимеризации макромолекул), конфигурация и конформация. Эти характеристики макромолекулы определяют длину цепи, способ её построения и взаимное расположение атомов и групп атомов в цепи. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Программа курса "Высокомолекулярные соединения" по специальности... Целью курса "Высокомолекулярные соединения" является знакомство студентов с основами науки о полимерах и ее важнейшими практическими... |
 |
Тема “жизни” у пушкина Этот девиз “жизнь”. Его мы находим на знаменах самых разных эстетических, философских и политических направлений. Апеллировали к... |
|
В этой книге Вы познакомитесь с фактографией самых крупных терактов,... Речь идет о нескольких десятках элитных семей, в руках которых сосредоточены могущественное влияние на большую часть правительств... |
|
Программа дисциплины Литературная компаративистика Сравнительное литературоведение (Comparative Literature, Komparatistik) в последние десятилетия стало одним из важнейших направлений... |
|
1997 год год 100-летия со дня рождения Бориса Николаевича Абрамова.... Бориса Николаевича Абрамова. Своим подвигом он принес Свет в нашу жизнь. Его призыв был: уважайте друг друга, проявляйте терпение... |
|
Программа Владимир Л. Каганский Современная география Эта методология обнаруживает достаточную общность и приобретает все большее методологическое, междисциплинарное и культурное значение.... |
|
Старое и новое В нем (в русском языке) все тоны и оттенки, все переходы звуков от самых твердых до самых нежных и мягких; он беспределен и может,... |
|
Р усская литература XVIII века развивалась под влиянием тех больших... М. В. Ломоносова. Ломоносов не только великий ученый, но и лучший поэт своего времени. Ему принадлежат произведения самых различных... |
|
Подход к проблеме обучения школьников описанию внешности человека Причем обучение должно вестись в определенной системе как на уроках русского языка, собственно уроках развития речи, так и на уроках... |
|
Записки о звукорежиссуре геликон плюс Совершенствовалась техника, с помощью которой работа звукорежиссёра становилась всё более впечатляющей. Особенно это стало заметно... |