Виды полимеров по происхождению

Существуют разные классификации полимеров.

I. По происхождению полимеры делят на:

5. Искусственные – полученные из природных полимеров путем их химических превращений (целлулоид, волокна: ацетатное, медноамиачное, вискозное).

6. Синтетические – полученные из мономеров: каучуки, волокна, пластмассы.

Примечание: Волокна – высокомолекулярные вещества, имеющие линейное строение и сформированные в виде нитей.

Каучуки – продукты полимеризации алкадиенов и их производных.

Пластмассы – высокомолекулярные соединения, в состав которых входят также вещества улучшающие физические свойства полимера: стабилизаторы (повышают стойкость к свету), пластификаторы (улучшают эластичность, морозостойкость, огнестойкость), красители.

II. По составу полимеры подразделяют на:

2. Элементорганические (поликарбораны, кремнийорганические);

3. Неорганические полимерные (олово, селен, теллур, аморфная сера, черный фосфор, кварц, корунд, алюмосиликаты).

III. По химическому составу:

1. Гомополимеры (макромолекулы содержат одинаковые структурные звенья);

2. Гетерополимеры (состоят из разных остатков мономеров). Такие полимеры называют также сополимеры.

IV. По структуре макромолекулы:

1. Линейные (высокоэластичные)

В макромолекулах линейных полимеров структурные звенья последовательно соединены друг с другом в длинные цепи. Цепи изгибаются в различных направлениях или сворачиваются клубком. Именно эта особенность строения придает эластичность полимерам. Из природных полимеров линейное строение имеют целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала) натуральный каучук, а из синтетических – полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и многие другие полимеры.

Макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями. Такое строение имеют, например полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала).

3. Сетчатые (низкоэластичные)

Макромолекулы сетчатых полимеров представляют собой длинные цепи, связанные (сшитые) поперечными связями. Такая макромолекула имеет три измерения в пространстве. Высокомолекулярными соединениями с пространственной структурой являются: шерсть, фенолформальдегидные полимеры, резина.

V. По пространственному строению:

Определенное чередование элементарных звеньев разной пространственной конфигурации делит полимеры на: стереорегулярные (или изотактические) инестереорегулярные (или атактические).

Изоатактический полимер – полимер, в котором заместители расположены в пространстве по одну сторону от основной полимерной цепи.

Атактический полимер – полимер, в котором заместители расположены беспорядочно (по одну и по другую сторону от основной полимерной цепи).

Стереорегулярность полимера определяет высокие прочносные свойства, нестереорегулярный полимер представляет более мягкий материал, напоминающий каучук.

VI. По физическим свойствам:

Полимеры могут иметь аморфное или кристаллическое строение. Это определяет его физические и другие свойства.

Аморфное строение имеют полимеры, макромолекулы которых расположены неупорядоченно, хаотично. Аморфные полимеры при механической деформации в зависимости от температуры могут существовать в следующих физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. При низкой температуре полимер находится в стеклообразном состоянии, в котором он ведет себя как упругое тело (не деформируется при нагрузках). При повышении температуры полимер переходит в высокоэластичное состояние (изменяет свою форму под действием силы, а потом возвращается в исходное состояние).

Это обусловлено подвижностью звеньев и соответственно гибкостью макромолекул. Высокоэластичное состояние полимеров проявляется в интервале от температуры стеклования (tст) до температуры текучести (tт). Если данный температурный интервал tст – tт достаточно широк, то такие полимеры называют эластомерами или каучуками. Значительное повышение температуры (выше температуры текучасти) ведет к разрушению полимера. Вещество в вязкотекучем состоянии течет как вязкая жидкость, причем деформация полимера является необратимой Аморфные полимеры – мягкие, эластичные материалы.

Кристаллическое строение имеют полимеры только стереорегулярной структуры макромолекул. Кристаллические полимеры содержат области, в которых отдельные участки макромолекул имеют плотную упаковку. Эти участки называют кристаллитами. Кристаллические полимеры состоят из большого числа кристаллитов, между которыми находятся участки с неупорядоченной структурой (аморфные области). Кристаллические участки делают полимер более жестким, они снижают его способность к удлинению, поэтому полимеры имеют более высокую твердость, чем аморфные. Кристаллические полимеры характеризуются температурой плавления, а аморфные областью температур размягчения.

VII. По отношению к нагреванию.Полимеры могут быть термопластичными и термореактивными. К термопластичным (термопластам) относят полимеры с линейной и разветвленной структурой. Они размягчаются при нагревании, а при охлаждении снова затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные (реактопласты) – это тоже линейные полимеры или разветвленные полимеры, но с большим числом активных функциональных групп. При нагревании эти группы вступают в химические взаимодействия – происходит «сшивание» полимеров. Так образуются твердые неплавкие вещества с пространственной структурой. Полученные полимеры уже не могут быть переведены в пластичное состояние.

VIII. По способу получения полимеры бывают:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Классификацию полимеров производят по различным признакам. Наибольшее значение имеют следующие виды классификации.

1.2.1 Классификация полимеров по происхождению

1) природные полимеры, которые также называют – натуральными, естественными, биополимерами. Эти полимеры образуются в процессе жизнедеятельности растительных и животных организмов. Примеры полимеров данного класса: целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, белки, хитин, пектин, дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), рибонуклеиновые кислоты (РНК) и др.

2) искусственные полимеры получают химическим преобразованием природных полимеров. Примеры: эфиры целлюлозы (ацетаты целлюлозы, нитраты целлюлозы и др.), вискоза, хлоркаучук и др.

3) синтетические полимеры, представляющие собой продукт полимеризации или поликонденсации мономеров, полученных путем химической переработки нефти, природного газа, угля. Примеры полимеров данного класса: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды (капрон, найлон и др.), полиэфиры (полиэтилентерефталат, глифталевые смолы и др.), полиуретаны, фенолоформальдегидные смолы и др.

1.2.2 Классификация полимеров по химическому строению основной цепи макромолекул

По химической природе полимеры разделяют на органические и неорганические (например, силикатное стекло). Мы будем изучать только органические полимеры, которые подразделяются на следующие виды.

1) гомоцепные полимеры, основные цепи макромолекул, которых построены из атомов одного вида. Наиболее часто скелет основной цепи образуют атомы углерода.

В таком случае полимер относят к карбоцепным.

Примеры карбоцепных полимеров:

2) гетероцепные полимеры, имеют в основной цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы азота, кислорода, серы или фосфора.

По типу функциональных группировок гетероцепные полимеры могут быть разделены на следующие разновидности:

б) сложные полиэфиры – имеют в составе главной цепи сложноэфирную группу

О

Химическое название этого сложного полиэфира — полиэтилен(гликоль)терефталат; торговые (технические) названия — лавсан, дакрон, терилен, полиэстер, ПЭТ и др..

в) полиамиды имеют в составе главной цепи амидную группу

полигексаметиленадипинамид (полиамид-6,6; найлон-6,6; анид)

г) полиуретаны имеют в составе главной цепи уретановую группу

д) поликарбамиды (полимочевины) имеют в составе главной цепи карбамидную группу

е) поликарбонаты имеют в составе главной цепи карбонатную группу

3) элементоорганические полимеры содержат в главных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и некоторых других элементов.

Среди элементоорганических полимеров наибольшее распространение получили кремнийорганические полимеры (полисилоксаны, силиконы)

Силиконы применяют для производства каучуков, смазок, лаков, красок и др.

Общая характеристика полимеров

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных звеньев, связанных с друг другом химической связью. Полимеры могут быть органическими и неорганическими, аморфными или кристаллическими веществами. В полимерах всегда находится большое количество мономерных звеньев, если это количество слишком мало, то это уже не полимер, а олигомер. Количество звеньев считается достаточным, если при добавлении нового мономерного звена свойства не изменяются.

Рис. 1. Полимер структура.

Вещества, из которых получают полимеры, называются мономерами.

Молекулы полимеров могут иметь линейную, разветвленную или трехмерную структуру. Молекулярный вес обычных полимеров колеблется от 10000 до 1000000.

Реакция полимеризации характерна для многих органических веществ, в которых имеются двойные или тройные связи.

Например: реакция образования полиэтилена:

где n – число молекул мономера, взаимно соединенных в процессе полимеризации, или степень полимеризации.

Полиэтилен получают при высокой температуре и высоком давлении. Полиэтилен химически устойчив, механически прочен и поэтому широко применяется при изготовлении оборудования в различных отраслях промышленности. Он обладает высокими электроизоляционными свойствами, а также используется в качестве упаковки продуктов.

Рис. 2. Вещество полиэтилен.

Структурные звенья – многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов.

Виды полимеров

По своему происхождению полимеры можно разделить на три типа:

• природные. Природные или натуральные полимеры можно встретить в природе в естественных условиях. К этой группе относятся, например, янтарь, шелк, каучук, крахмал.

• синтетические. Синтетические полимеры получают в лабораторных условиях, синтезирует их человек. К таким полимерам относятся ПВХ, полиэтилен, полипропилен, полиуретан. эти вещества не имеют ни какого отношения к природе.
• искусственные. Искусственные полимеры отличаются от синтетических тем, что они синтезированы хоть и в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров. К искусственным полимерам относится целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза.

С точки зрения химической природы полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. Большая часть всех известных полимеров являются органическими. К ним относятся все синтетические полимеры. Основу веществ неорганической природы составляют такие элементы, как S, O, P, H и другие. Такие полимеры не бывают эластичными и не образуют макроцепей. Сюда относятся полисиланы, поликремниевые кислоты, полигерманы. К полимерам с элемнтоорганической природой относится смесь как органических, так и неорганических полимеров. Главная цепь – всегда неорганическая, боковые – органические. Примерами полимеров могут служить полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.

Все полимеры могут находится в разных агрегатных состояниях. Они могут быть жидкостями (смазки, лаки, клеи, краски), эластичными материалами (резина, силикон, поролон), а также твердыми пластмассами (полиэтилен, полипропилен).

Что мы узнали?

Тема «Полимеры» является обязательной для изучения по химии. В данной статье дается определение этому понятию, раскрываются виды и типы полимеров.