Особенности строения полимеров

Остатки мономеров могут соединяться друг с другом с образованием полимеров линейного, разветвленного и пространственного строения. У линейных полимеров макромолекулы представляют собой длинные цепи:

… - А –А –А – А – А – А - …

Цепи линейных полимеров могут содержать заместители (радикалы, функциональные группы). Линейные полимеры могут быть гомополимерами и сополимерами. Линейные сополимеры подразделяются:

– на нерегулярные … – А –А – В – А – В – А – А – А – В – …

– регулярные … – А – В – А – В – А – В – А – В – …

– блоксополимеры … – А – А – А – А – А – А – В – В – В – В – В – В – …

Линейные полимеры могут плавиться (размягчаться) и растворяться в подходящих растворителях. Некоторые природные линейные полимеры имеют волокнистое строение (целлюлоза), другие очень эластичны (каучук).

У разветвленных полимеров макромолекулы представляют собой длинные цепи с ответвлениями: |

А

|

- А – А – А – А – А – А – А – А – А -

| |

А А

| |

А А

Разветвленные полимеры могут быть гомополимерами и сополимерами. Из разветвленных сополимеров важное значение имеют так называемые привитые сополимеры, у которых главные цепи макромолекул построены из одного мономера, а боковые – из другого:

В В

| |

- А – А – А – А – А – А – А – А –

| |

В В

| |

В В

Разветвленные полимеры обычно плавятся и растворяются. Свойства их зависят от степени разветвленности. Сильно разветвленные полимеры представляют порошкообразные вещества.

Сетчатыми (пространственными) полимерами называют полимеры, построенные из длинных цепей, соединенных в пространстве поперечными химическими связями. Их называют сшитыми полимерами.

Трехмерные полимеры не плавятся и не растворяются, они лишь ограниченно набухают. Если сетчатый полимер подвергнуть частичной деструкции по молекулярным химическим связям, то он приобретает способность к растворению. Такое явление наблюдается при получении целлюлозы из древесины, когда лигнин (сшитый полимер в структуре древесинного вещества) переводят в растворимое состояние.

Полимеры по типу чередования звеньев в цепи могут быть регулярными и нерегулярными. Например, природный каучук – регулярный полимер изопрена (С₅Н₈) _n:

… – СН₂ – СН = С – СН₂ – СН₂ – СН = С – СН₂ –

| |

СН₃ СН₃

У регулярных линейных полимеров наблюдается правильное чередование звеньев в цепи – соединение их осуществляется по типу «голова к хвосту».

У нерегулярного полимера порядок цепи нарушен (поливинилхлорид):

… - СН₂ – СН - СН₂ – СН – СН - СН₂ – СН₂ – СН - …

| | | |

Cl Cl Cl Cl

Регулярность и нерегулярность существует также у линейных сополимеров.

Регулярность полимеров в пространстве (стереорегулярность полимеров) – это явление связано со стереоизомерией органических соединений. У органических соединений с двойными связями существует цис-транс-изомерия. Второй причиной появления стереорегулярности или стереонерегулярности служит наличие в макромолекулах асимметрических атомов углерода ~ СН (R) ~. В зависимости от их расположения в цепях различают изотактические, синдиотактические и атактические полимеры.

В общем понимании стереорегулярными полимерами называют также полимеры, у которых все звенья и все заместители расположены в пространстве в определенном порядке; сама цепь при этом обязательно должна быть регулярной. Для стереорегулярных полимеров характерно наличие в цепях стереоповторяющихся звеньев.

Полимеры могут быть полярными и неполярными.

Полярные полимеры содержат полярные группы – ОН, – СООН, –NH₂, галогены и т.п. Полярность макромолекулы зависит от полярности входящих в нее полярных групп, частоты и симметрии их расположения. Полярные группы влияют на энергию межмолекулярного взаимодействия в полимерах и на их физическую структуру и свойства.

Полярный полимер, содержащий ионогенные группы и способный к электролитической диссоциации, является полиэлектролитом. Полиакриловая кислота – слабый электролит, а ее натриевая соль – сильный электролит, диссоциирующий в растворе на полианион и катион натрия:

СН₂ – СН СН₂ – СН

| | + n Na⁺

COONa n COO^- n