Классификация полимерных материалов по химическому составу

16/092019
Классификация полимерных материалов по химическому составу

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся звеньев. Целлюлозу, каучук, крахмал, белок относят к природным высокомолекулярным соединениям. Развитие органической химии позволило получать искусственные полимерные вещества синтезом. Углеводородная молекула мономер с линейной, циклической или комбинированной структурой представляют звено в цепи. Синтез полимера происходит в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Заряженная частица, радикал, соединяется с подобными, образуя цепь. Она может быть линейной или с разветвлениями. Развивается реакция полимеризации, молекула растет, и количество звеньев в ней измеряется тысячами.

Определение вида пластмассы

Химических соединений с двойными связями много, их необходимо классифицировать по основным признакам, разделить на группы. Для синтеза подходят вещества, легко образующие радикалы. Чем меньше затрачивается энергии, тем выгоднее производство полимера. Синтезу лучше поддаются линейные молекулы с двойной связью между углеродом, бензольные кольца. В первичной молекуле могут быть галогены, кислотные остатки. Каждый мономер обладает собственными характеристиками. Синтезом получают вещества, превосходящие по отдельным свойствам традиционные материалы.
Определить химическую основу полимера можно нагреванием образца в открытом пламени. Термопласты доводятся до текучего состояния, реактопласты остаются твердыми.
Определение состава пластмассы нагреванием:

  • Формальдегидные реактопласты сохраняют форму. Появляется сопутствующий запах аммиака, рыбы, фенола в зависимости от состава смолы.
  • Образец горит в пламени, но затухает. Так ведут себя хлорсоединения, выделяя резкие запахи жженой резины, хлора. Пахнет горелым молоком – казеин, уксусом – ацетилцеллюлоза.
  • Образец продолжает гореть после вынесения из пламени – производные целлюлозы, полиэтилен, полипропилен, полиамид.
  • Самовозгорание свойственно полистиролу, нитроцеллюлозе.

Химический состав полимеров

Синтез макромолекул с повторяющими звеньями возможен с участием органических и неорганических радикалов. Третью группу составляют комбинированные полимеры из углеводородов, с включением в структуру неорганического иона металла или галогена. В результате полимеризации получаются кремний-, боро- , хлор-, фосфороорганические полимеры. Классификация полимерных материалов по химическому составу необходима. Распределение макромолекулярных структур по группам позволяет подобрать соединение, отвечающее условиям эксплуатации.
Длина цепочки повторяющихся звеньев определяется по молекулярной массе (ММ) вещества. Классификация молекул по количеству радикалов в макромолекуле:

  • Мономеры – ММ соответствует весу простой молекулы, лежащей в основе синтеза.
  • Олигомеры – ММ до 540
  • Полимеры – цепочки линейные и с разветвлениями содержащие до 500000 звеньев (n).
  • Сверхвысокомолекулярные – сетчатые и сшитые макромолекулы, n=>500 000

Органические полимеры

Различают органические полимеры натурального происхождения – крахмал, целлюлоза, каучук. Модифицированные продукты, например, резина. Синтетические соединения, полученные методом полимеризации.
Структура органических полимеров может содержать кислород, серу, азот, но в основной молекуле обязательно присутствует не менее двух атомов углерода, с двойной связью. К группе относят смолы, каучуки и полимеры из газовых продуктов крекинга нефти, каменного угля и природного газа. Макромолекулы на основе синтеза этилена, пропана, бутана, стирола принадлежат к самой большой группе композитных полимеров. Физико-химические свойства продуктов в группе зависят от длины и строения цепи, технологии получения полимера.

Неорганические полимеры

Определяющим свойством неорганических полимеров является химическая стойкость и возможность их применения в большом диапазоне температур.
Природные и синтетические углеродные полимеры представлены древесным и каменным углем, графитом, алмазами и искусственными углеродными волокнами, придающими материалу механическую стойкость и малое омическое сопротивление. Углеродное стекло – пластмасса повышенной твердости с зеркальной поверхностью.
Оксиды кремния, алюминия и других металлов являются главными компонентами земной коры, их строение - многомерные кристаллы. Макромолекулы с ионами S, Se, Te образуют только линейные цепи. Синтезированные полимеры используют в соответствии полученным свойствам.

Элементорганические полимеры

 Так называют пластмассы, представленные углеводородными звеньями и неорганическими фрагментами на основе ионов металлов, галогенов. Соединения образуются в результате реакции поликонденсации, полимеризации и совмещения обоих процессов. Структура мономера в цепи может выглядеть так:

  • [ -P(OR)2=N-]n – основная цепь –неорганические звенья, обрамленные углеводородными.
  • [-Si(R)2-CH2-]n – в радикале чередуются ионы углерода с другими элементами.
  • [-CH2-CH(SiR3)-]n –органическая цепь, основа, обрамленная неорганическими радикалами.

Наибольшее практическое значение имеют сложные двухкомпонентные соединения с включением фосфора, кремния и бора в макромолекулы. Синтезированные полимеры обладают специфическими свойствами. Одни термостойкие, другие имеют высокую проводимость, применяются как полупроводники, третьи отличаются твердостью алмаза в сочетании с хорошей эластичностью. Область применения ВМС соединения зависит от полученных химических характеристик продукта.

Экологическое направление синтеза полимеров

Искусственные материалы стареют, не все из них годятся для вторичной переработки. Современное решение экологической проблемы – создание новых полимеров, рассчитанных на самоуничтожение. Одним из таких материалов является искусственный хитин.

Разработаны бессточные методы производства, позволяющие исключить промывку конечного продукта водой. Для биоразложения композитных полимеров используется крахмал и перекисные компоненты. Добавки ускоряют окисление и распад макромолекул.