Высокомолекулярные соединения (Полимеры): полимеризация, поликонденсация, пластмассы и синтетические волокна
Изучение ВМС, термопластов и реактопластов, механизмов радикальной полимеризации и ступенчатой поликонденсации, синтеза каучуков, полиэтилена, капрона и нейлона-6,6.
Высокомолекулярные соединения (ВМС, полимеры) — вещества с молекулярной массой от десятков тысяч до миллионов, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев (мономерных звеньев), соединенных ковалентными связями. Число n повторяющихся звеньев называется степенью полимеризации. По форме макромолекул различают линейные (полиэтилен высокой плотности), разветвленные (амилопектин, ПЭВД) и пространственные (сетчатые, сшитые — резина, бакелит).
Схема: Полимеризация и поликонденсация, пластмассы
Мономер и элементарное звено
Степень полимеризации n
Термопласты и реактопласты
Термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагревании размягчаются, плавятся и сохраняют способность к повторной переработке. Реактопласты (фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы) при первом нагреве образуют необратимую пространственную сетку ковалентных связей и при повторном нагреве не плавятся, а обугливаются.
Действие 1
Действие 2
Действие 3
Реакция полимеризации — процесс соединения множества молекул мономера, содержащих кратные связи, в макромолекулу без выделения побочных низкомолекулярных продуктов. Механизм включает стадии инициирования (образование свободных радикалов), роста цепи и обрыва цепи. Важнейшим направлением является синтез эластомеров — синтетических каучуков (бутадиеновый СКБ Лебедева, изопреновый СКИ, хлоропреновый). При вулканизации нагреванием каучука с серой образуются дисульфидные мостики -S-S- между макромолекулами, превращая эластичный каучук в прочную резину (а при избытке серы 30% — в твердый эбонит).
Вулканизация
Цис-стереорегулярность
Катализаторы Циглера — Натта
Применение металлокомплексных катализаторов (TiCl4 + Al(C2H5)3) позволило получать стереорегулярные изотактические полимеры (цис-полиизопрен, изотактический полипропилен) с уникальной прочностью.
Действие 1
Действие 2
Действие 3
Поликонденсация — процесс образования высокомолекулярного соединения из мономеров, содержащих не менее двух функциональных групп (-COOH, -NH2, -OH), сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных веществ (H2O, HCl, NH3). Важнейшие классы: 1) Полиамиды (капрон из ε-аминокапроновой кислоты или капролактама; нейлон-6,6 из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты); 2) Полиэфиры (лавсан, ПЭТФ из терефталевой кислоты и этиленгликоля); 3) Фенолоформальдегидные смолы (поликонденсация фенола с метаналем в кислой или щелочной среде).
Поликонденсация
Лавсан (полиэтилентерефталат, ПЭТ)
Экология и биоразлагаемые полимеры
Синтетические полимеры обладают исключительной устойчивостью к биодеградации и загрязняют мировой океан микропластиком. Современная зеленая химия разрабатывает биоразлагаемые пластики на основе полимолочной кислоты (PLA).
