Классификация полимеров
Один и тот же полимер можно классифицировать сразу по нескольким независимым признакам. На практике удобны три оси: происхождение, топология макромолекулы и поведение при нагревании.
По происхождению
Природные
Образуются в живых организмах: целлюлоза и крахмал (полисахариды), белки (полипептиды), натуральный каучук (полиизопрен), нуклеиновые кислоты.
Синтетические
Получены полимеризацией или поликонденсацией низкомолекулярного сырья: полиэтилен, полипропилен, найлон-6,6, полистирол, эпоксидные смолы.
Искусственные
Продукт химической модификации природного полимера при сохранении его основного скелета: ацетат целлюлозы, вискоза, нитроцеллюлоза.
По топологии макромолекулы
Топология цепи — то, как звенья соединены в пространстве, — определяет, может ли полимер плавиться, растворяться и течь под нагрузкой.
Линейные
Мономерные звенья образуют одну непрерывную цепь без боковых ответвлений. Пример — линейный полиэтилен высокой плотности (ПЭВП).
Разветвлённые
От основной цепи отходят боковые ветви разной длины. Разветвлённость снижает плотность упаковки цепей и кристалличность (ПЭНП).
Лестничные
Две параллельные цепи, регулярно сшитые поперечными связями — редкий тип, придающий исключительную термостойкость.
Сетчатые (сшитые)
Цепи связаны друг с другом поперечными химическими связями в единую трёхмерную сетку. Такой полимер не плавится и не растворяется — он необратимо разлагается при нагреве. Пример — вулканизованная резина, отверждённая эпоксидная смола.
По термомеханическому поведению
| Тип | Поведение при нагреве | Причина | Пример |
|---|---|---|---|
| Термопласты | Обратимо размягчаются и плавятся, можно перерабатывать многократно | Линейные или разветвлённые цепи, удерживаемые только межмолекулярными силами | Полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол |
| Реактопласты | Необратимо отверждаются при нагреве или отвердителе, далее не плавятся | Образуют плотную ковалентную сетку (сшивку) | Эпоксидные, фенолформальдегидные смолы |
| Эластомеры | Сохраняют форму, но обратимо растягиваются в разы под нагрузкой | Редко сшитая сетка гибких цепей с высокой сегментальной подвижностью выше Tg | Вулканизованный каучук, силиконовые эластомеры |
По составу основной цепи и числу мономеров
Гомополимеры и сополимеры
Гомополимер построен из одного типа звена. Сополимер включает два и более типов мономерных звеньев, которые могут располагаться статистически, чередоваться, блоками или прививаться боковыми ветвями (привитой сополимер).
Карбоцепные, гетероцепные, элементоорганические
Карбоцепные полимеры имеют основную цепь только из атомов углерода (полиэтилен). У гетероцепных в цепь встроены гетероатомы — O, N (полиэфиры, полиамиды). Элементоорганические содержат в цепи Si, P и другие элементы (полисилоксаны).
Пограничный случай: олигомеры
Олигомер занимает промежуточное положение между низкомолекулярным мономером и полимером: это соединение из нескольких (обычно от 2 до нескольких десятков) повторяющихся звеньев, свойства которого — вязкость, реакционная способность, температура стеклования — ещё заметно меняются при добавлении или удалении всего одного звена. У истинного полимера, для сравнения, эти же свойства уже практически не зависят от степени полимеризации n — начиная с некоторой длины цепи система выходит на асимптотику. Именно эта зависимость свойств от точного значения n и служит рабочим критерием, отличающим олигомер от полимера.
Реакционноспособные олигомеры
Многие олигомеры специально синтезируют так, чтобы на концах цепи оставались функциональные группы: именно они затем достраивают короткую цепь до полимерной сетки на стадии отверждения. По этому принципу работают эпоксидные и полиэфирные смолы, олигоакрилаты, форполимеры уретанов.
Олигомерное состояние вещества
Из-за короткой длины цепи олигомеры часто проявляют собственные, специфические для этого состояния фазовые и реологические эффекты — микрорасслоение, аномалии вязкости, — которые не сводятся ни к поведению низкомолекулярной жидкости, ни к поведению полимерного расплава.
- Берлин А. А., Кефели Т. Я., Королёв Г. В., Сивергин Ю. М. Акриловые олигомеры и материалы на их основе. — М.: Химия, 1983.
- Межиковский С. М. Физикохимия реакционноспособных олигомеров. — М.: Наука, 1998.
- Межиковский С. М., Аринштейн А. Э., Дебердеев Р. Я. Олигомерное состояние вещества. — М.: Наука, 2005.