Химия и физика полимеров. Курс лекций

с.
Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.:Высш. шк., 1988.-312 с.
Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.:Химия, 1978.-514 с.
Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. М.:Высш. шк., 1992.-512 с.
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М.:Издательский центр “Академия”, 2005.-368 с.

к лекционному курсу. ВятГУ, 2016 (обновленный).
2. Голицина Л.А. Химия и физика полимеров. Лабораторные работы и контрольные вопросы. ВятГУ, 2010 (электронный ресурс).

полимеров, структура полимеров, краткая характеристика основных групп полимеров.
«Синтез полимеров» (модуль 2). Способы получения полимеров. Классификация реакций полимеризации, основные механизмы синтеза полимеров, технические приемы синтеза полимеров.
«Физика полимеров» (модуль 3). Физические и фазовые состояния полимеров, деформационные свойства полимеров, растворы полимеров.
«Химия полимеров» (модуль 4). Основные химические реакции, протекающие в процессах синтеза, переработки и эксплуатации полимерных материалов.

сополимер

типы связей:
химические
физические
координационные
Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых построены из большого числа повторяющихся структурных единиц (одинаковых или разных), соединенных между собой в длинные цепи.

образования макромолекул из мономеров (одинаковых или разных)

Полимераналогичные превращения - процесс химической модификации полимеров, протекающий без изменения длины макромолекул

Исходные НМС, из которых образуются полимеры в результате реакций полимеризации называются мономерами
(моно – один).

Основные понятия и определения курса

природе атомов,
по количеству атомов,
порядку связи атомов
со строением мономера, то повторяющееся звено называется мономерным.
Структурная формула полимера –
строение повторяющегося звена, заключенное в скобки (круглые, квадратные) с указанием n,
где n – степень полимеризации

ПЭ
(рац. ном-ра)

наименьшее составное звено (атом или группа атомов), многократным повторением которого можно описать строение полимера.

Мономерное звено (МЗ) – повторяющееся звено, которое образуется из молекулы мономера в процессе полимеризации, (совпадает по количеству, природе и порядку связи атомов с молекулой мономера).

Полиметилен (сис. ном-ра)

СПЗ или МЗ?

СПЗ ≠ МЗ

каучук (БНКС) Бутилкаучук (БК)

Варианты изображения структурных формул

Мзв - молекулярная масса повторяющегося звена

ММпол = nМзв

Степень полимеризации n (m, x, y в случае сополимеров) отражает количество структурных единиц в молекулах, может достигать сотни, тысячи единиц.
Молекулы полимеров имеют большую молекулярную массу 104 – 106, чаще называются макромолекулами.

Свойства полимера (физические и химические) не изменяются
при добавлении или удалении одного или нескольких повторяющихся (мономерных) звеньев.

n = ММпол /Мзв

смесь полимергомологов – молекул одинакового химического строения, но разной степени полимеризации n (разной длины, разной ММ).

Высокомолекулярная фракция
……
Низкомолекулярная фракция

Фракционирование
(методом дробного осаждения)

до 10 -15 фракций

Определив содержание отдельных фракций в общей массе полимера можно построить кривые молекулярно-массового распределения (кривые ММР).
Кривые ММР количественно характеризуют полидисперсность.

распределения полимеров (ММР)

Бимодальное распределение: наличие двух преобладающих фракций,
одна из которых обеспечивает хорошие технологические свойства,
а другая – эксплуатационные.

Широкое ММР (2) – в полимере не возможно выделить преобладающую фракцию (много молекул небольшой, средней, большой длины).

Узкое ММР (1) – в полимере преобладают макромолекулы близкой длины (на рис. в полимере преобладает низкомолекулярная фракция);

полимеризации невелика (олигос – немного), ММ ~103.

Основные понятия и определения

Сходство с полимерами: Отличия от полимеров:

состоят из повторяющихся структурных единиц

имеют меньшую ММ
при добавлении или удалении одного или нескольких мономерных звеньев свойства олигомера изменяются

или жидком) состоянии.
Растворы полимеров (даже разбавленные) имеют вязкость намного выше, чем более концентрированные растворы НМС.
Растворение полимеров даже в термодинамически хороших растворителях проходит через стадию набухания.
Полимеры способны к пленко- и волокнообразованию.
Полимеры способны к развитию высокоэластической деформации, большой по величине и обратимой по своему характеру (каучуки).
Химические реакции полимеров носят сложный характер; протекают неравномерно по длине макромолекулы.

даже в «хорошем» растворителе через стадию набухания

Сущность высокоэластической деформации полимеров

Полимеры существуют только в твердом и жидком агрегатном состоянии

микробиологического, минерального происхождения. Образуются в ходе фото-, биосинтеза из простейших соединений под действием ферментов, света и других факторов;
Искусственные - природные полимеры, подвергнутые химической, физической или биологической модификации;
Синтетические – полимеры, полученные путем химического синтеза из молекул мономеров или путем полимераналогичных превращений в полимерах.

Классификация полимеров