Связующие вещества

Полимеры. Классификация и строение полимеров. В основу классификации положены состав, методы получения и внутреннее строение полимеров.

По составу основной цепи макромолекул полимеры делят на три группы:

карбоцепные полимеры, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода (полиэтилен, полиизобутилен и т.п.):

I I I I

- С - С - С - С -;

I I I I

гетероцепные полимеры, в состав молекулярных цепей которых. входят кроме атомов углерода атомы кислорода, серы, азота, фос­фора (эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные полимеры и т.п.):

I I

- С - О - С - О -;

I I

элементоорганические полимеры, в основных молекулярных це­пях которых содержатся атомы кремния, алюминия, титана и неко­торых других элементов, не входящих в состав органических сое­динений, например, кремнийорганические соединения:

R R R

I I I

-Si-О-Si-О-Si-.

I I I

Н н н

Синтетические полимеры делят в зависимости от метода полу­чения на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризационные полимеры (полиэтилен, полиизобутилен, по­листирол, полиметилметакрилат и т.п.) получают преимущественно методами полимеризации. Полимеризации могут подвергаться только такие мономеры, в молекулах которых содержатся кратные связи (или циклические группировки). За счет этих связей (или за счет рас­крытия цикла) у молекул исходного вещества образуются свободные валентности, которыми они соединяются между собой в макромоле­кулы. Поскольку в процессе полимеризации не отщепляются атомы и атомные группы, химический состав полимера и мономера одинаков.

Поликонденсационные полимеры (фенолоальдегидные, мочевино- альдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные и т.п.) полу­чают методами поликонденсации. При поликонденсации мак­ромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами, находящимися в молекулах ис­ходных веществ; это взаимодействие сопровождается отщеплением молекул побочных продуктов: воды, хлористого водорода, аммиака и др. В связи с этим химический состав получаемого полимера отлича­ется от состава исходных низкомолекулярных веществ.

По внутреннему строению различают линейные и пространст­венные (с поперечными связями и сетчатые) полимеры.

Линейные полимеры состоят из длинных нитевидных макромо­лекул, связанных между собой слабыми силами межмолекулярного взаимодействия. Однако наличие в структурных единицах состав­ляющих полимер полярных группировок атомов усиливает взаимо­действие между цепями.

В пространственных (трехмерных) полимерах прочные хими­ческие связи между цепями приводят к образованию единого про­странственного каркаса. Пространственные структуры гораздо хуже деформируются, чем структуры из линейных молекул. При образо­вании сплошной пространственной структуры полимер приобретает свойства твердого упругого тела (типа эбонита).

Различие во внутреннем строении линейных полимеров и по­лимеров с жестким пространственным каркасом отчетливо прояв­ляется при нагревании.

Линейные полимеры при нагреве размягчаются и переходят в вяз- коупругое (каучукоподобное) состояние, поскольку межмолеку­лярные силы и водородные связи между их цепями преодолеваются при сравнительно умеренном повышении температуры. Они являют­ся термопластичными.

Термопластичными (термопластами) называют полимеры, спо­собные обратимо размягчаться при нагреве и отверждаться при ох­лаждении, сохраняя основные свойства.

В пространственных полимерах с жестким каркасом ковалентные связи между цепями имеют прочность того же порядка, что и проч­ность связей внутри цепи. Для разрыва таких связей тепловым дви­жением требуется высокая температура, которая может вызвать раз­рыв связей не только между цепями, но и внутри цепей. Разрыв наи­менее прочных связей, существующих внутри цепей, является нача­
лом деструкции (химического разложения) полимера. Такой процесс необратим. Эти полимеры являются термореактивными.

Термореактивными (или реактопластами) называют полимеры, которые, будучи отверждены, не переходят при нагреве в пластичное состояние. Следовательно, термореактивные полимеры при повыше­нии температуры ведут себя подобно древесине: при высо­котемпературном нагреве они претерпевают деструкцию и загора­ются.

Рис. 14.1. Температурная зави­симость деформации полимера при постоянной нагрузке t (l trcn Температура, 'С

Влияние температуры на физическое состояние линейных по­лимеров. Физическое состояние линейного полимера зависит от тем-

пературы. При относительно низ­ких температурах (не превышаю­щих температуру стеклования /„„) полимер находится в «стеклообраз­ном» упруго-твердом состоянии (рис. 14.1). При повышении темпе­ратуры он сначала переходит в вы­сокоэластичное (каучукоподобное) состояние, а при достижении тем­пературы текучести (/„, _те) переходит в вязкотекучее состояние.