Структура и свойства эпоксидных полимеров

Классификация полимеров

Классификация полимеров по составу основной цепи макромолекул (наиболее распространенная):

I. Карбоцепные ВМС – основные полимерные цепи построены только из углеродных атомов

II. Гетероцепные ВМС – основные полимерные цепи, помимо атомов углерода, содержат гетероатомы (кислород, азот, фосфор, серу и т.д.)

III. Элементоорганические полимерные соединения – основные цепи макромолекул содержат элементы, не входящие в состав природных органических соединений (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn и др.)

Каждый класс подразделяется на отдельные группы в зависимости от строения цепи, наличия связей, количества и природы заместителей, боковых цепей. Гетероцепные соединения классифицируются, кроме того, с учетом природы и количества гетероатомов, а элементоорганические полимеры – в зависимости от сочетания углеводородных звеньев с атомами кремния, титана, алюминия и т.д.

I

а) полимеры с насыщенными цепями: полипропилен – [-CH2-CH-]n,

I

полиэтилен – [-CH2-CH2-]n; CH3

б) полимеры с ненасыщенными цепями: полибутадиен – [-CH2-CH=CH-CH2-]n;

в) галоген замещенные полимеры: тефлон – [-CF2-CF2-]n, ПВХ – [-CH2-CHCl-]n;

OH

I

г) полимерные спирты: поливиниловый спирт – [-CH2-CH-]n;

д) полимеры производных спиртов: поливинилацетат – [-CH2-CH-]n;

I

OCOCH3

е) полимерные альдегиды и кетоны: полиакролеин – [-СН2-СН-]n;

I

Н-С=О

ж) полимеры карбоновых кислот: полиакриловая кислота – [-СН2-СН-]n;

I

СООН

з) полимерные нитрилы: ПАН – [-СН2-СН-]n;

I

CN

и) полимеры ароматических углеводородов: полистирол – [-СН2-СН-]n.

I

II

Полимеры, содержащие в основной цепи атомы кислорода:

а) простые полиэфиры: полигликоли – [-СН2-СН2-О-]n;

б) сложные полиэфиры: полиэтиленгликольтерефталат –

[-О-СН2-СН2-О-С-С6Н4-С-]n;

II II

O O

в) полимерные перекиси: полимерная перекись стирола – [-СН2-СН-О-О-]n;

I

2. Полимеры, содержащие в основной цепи атомы азота:

а) полимерные амины: полиэтилендиамин – [-СН2–СН2–NН-]n;

б) полимерные амиды: поликапролактам – [-NН—(СH2)5—С-]n;

II капрон

O

3.Полимеры, содержащие в основной цепи одновременно атомы азота и кислорода – полиуретаны: [-С—NН—R—NН—С—О—R—О-]n;

II II

O О

4.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы серы:

а) простые политиоэфиры [-(СН2)4– S-]n;

б) политетрасульфиды [-(СН2)4-S - S-]n;

II II

S S

5.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы фосфора,

например : O

II

[- P – O-CH2-CH2-O-]n;

I

O-

III

1.Кремнийорганические полимерные соединения

а) полисилановые соединения R R

I I

[-Si-Si-]n;

I I

R R

б) полисилоксановые соединения

R R

I I

[-Si-O-Si-O-]n;

I I

R R

в) поликарбосилановые соединения

I I

[-Si-(-C-)n -Si-(-C-)n-]n;

I I

г) поликарбосилоксановые соединения

I I

[-O-Si-O-(-C-)n-]n;

I I

2. Титанорганические полимерные соединения, например:

OC4H9 OC4H9

I I

[-O – Ti – O – Ti-]n;

I I

OC4H9 OC4H9

3. Алюминийорганические полимерные соединения, например:

[-O – Al – O – Al-]n;

I I

OCOR OCOR

Классификация

Гомоцепные полимеры

Способностью к образованию гомоцепных неорганических полимеров обладают только углерод (аллотропная модификация карбин) и халькогены (пластическая модификация серы).

Гетероцепные полимеры

К образованию гетероцепных неорганических полимеров общей формулой [-X-Y-]_n способны многие пары элементов, например кремний и кислород (силикон), ртуть и сера (киноварь).

Мономе́р (др.-греч. μόνος — один; μέρος — часть) — это вещество, способное к полимеризации. Также мономерами часто называют мономерные звенья в составе полимерных молекул.

Мономеры различают по функциональности. Бифункциональными называют мономеры, имеющие две реакционноспособные функциональные группы. Трифункциональными - соответственно три и т.д. Строго говоря монофункциональными мономеры быть не могут, так как такие вещества не способны к полимеризации, "обрывая" растущую полимерную цепь, но всё же могут использоваться для модификации молекулярной массы и молекулярно-массового распределения готового полимера и в качестве "активных разбавителей" для модификации технологических свойств реакционной смеси.

Неорганические полимеры — полимеры, не содержащие в повторяющемся звене связей C-C, но способные содержать органический радикал как боковые заместители.

Элементоорганические полимеры, высокомолекулярные элементоорганические соединения. По составу главной и боковых цепей макромолекул Э. п. делят на 3 группы: 1) с неорганическими главными цепями, обрамленными органическими группами (например, полиорганосилоксаны, полиорганосилазаны — см. Кремнийорганические полимеры, полиорганофосфазены — см. Полифосфонитрилхлорид); 2) с органонеорганическими главными цепями [например, карбосиланы (I), карбосилоксаны (II), борорганические полимеры с боразольными, фосфинбориновыми и карборановыми циклами в главной цепи, хелатные полимеры, содержащие в молекуле атомы металла, координационно связанные с органическими лигандами]; 3) с органическими главными цепями [например, полиалкенилтриалкилсиланы (III), фосфорсодержащие полимеры типа (IV); R — органический радикал].

(I)

(II)

(III)

(IV)

Строение цепи.

По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

• Органические полимеры.
• Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремнийорганические соединения.

Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные (частный случай — звездообразные), ленточные, плоские, гребнеобразные, полимерные сетки и так далее.

Полимеры подразделяют по полярности (влияющей на растворимость в различных жидкостях). Полярность звеньев полимера определяется наличием в их составе диполей — молекул с разобщенным распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных звеньях дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются. Полимеры, звенья которых обладают значительной полярностью, называют гидрофильными или полярными. Полимеры с неполярными звеньями — неполярными, гидрофобными. Полимеры, содержащие как полярные, так и неполярные звенья, называются амфифильными. Гомополимеры, каждое звено которых содержит как полярные, так и неполярные крупные группы, предложено называть амфифильными гомополимерами.

По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных — высокомолекулярных (см. Химическая эволюция).

Структура и свойства эпоксидных полимеров

По определению Штаудингера , сетчатыми или пространственными называются полимеры, в которых составляющие их цепи соединены химическими связями в трех направлениях. Эпоксидные полимеры являются типичными представителями сетчатых полимеров, и их обычно используют в качестве модельных соединений при исследовании структуры и свойств трехмерных полимеров. Однако и для них связь структуры с физическими свойствами нельзя считать окончательно выясненной. Это объясняется тем, что вопрос о связи свойств сетчатых полимеров со структурой является одной из наиболее сложных проблем физической химии полимеров. В значительной мере сложность этой проблемы обусловлена тем, что до настоящего времени не разработано адекватных методов количественного описания структуры трехмерных полимеров.
Можно выделить два уровня структуры полимеров - молекулярный и надмолекулярный. Молекулярная структура полимера описывает его химическое строение, т. е. состав и порядок связи отдельных атомов и групп в полимерной молекуле. Однако свойства сетчатых эпоксидных полимеров зависят не только от химического строения молекул полимера, но и от пространственного расположения образующих полимер молекулярных цепей. В настоящее время можно считать установленным, что все полимеры от аморфных до кристаллических обладают той или иной степенью упорядоченности, зависящей как от химической природы полимера, так и от способов его получения и переработки 1, причем эта упорядоченность обусловливается не только наличием кристаллической решетки даже в кристаллических полимерах, а связана именно с характерной чертой полимеров- наличием длинных молекулярных цепей.
В для описания этого уровня организации полимеров предлагается ввести термин «топологическая структура», под которым подразумевается тот уровень организации молекулярных цепей полимера и связи между их элементами, который можно выражать в виде графа без учета конкретного химического строения элементов. При таком описании полимер представляют в виде пространственной системы нитей, абстрагируясь от химической природы молекул полимера. С топологической точки зрения под сетчатыми, или трехмерными полимерами следует понимать такую полимерную систему, молекулы которой могут достигать макроскопических размеров и характеризоваться наличием большого числа разветвлений и циклов разного размера, т. е. могут представлять собой бесконечный циклический граф 1.
Надмолекулярная структура характеризует такие структурные образования в полимерах, размеры которых значительно превосходят размеры молекул. Термин «надмолекулярная структура» является довольно расплывчатым, особенно для трехмерных полимеров, в которых невозможно выделить отдельные молекулы, и может относиться к самым различным по своей природе образованиям.
Основная задача данной главы заключается в кратком рассмотрении данных о структуре эпоксидных полимеров и об их физических характеристиках, которые определяют работу эпоксидных полимеров в наполненных системах. К таким свойствам можно отнести релаксационные характеристики, усадку, термическое расширение и внутренние напряжения на границе с жесткой подложкой. Механические и диэлектрические характеристики твердых полимеров, в том числе и эпоксидных, более подробно рассмотрены в ряде монографий 1, 28, 33, 34, 47, 59, 73J, и поэтому здесь не затрагиваются.

Получение полимеров.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: