Свойства полимеров
Свойства полимера определяются не отдельной молекулой, а тем, как множество цепей организованы в пространстве — их гибкостью, распределением по длине и степенью упорядоченности.
Молекулярная масса и её распределение
В отличие от низкомолекулярных веществ, полимер — это всегда смесь цепей разной длины. Её характеризуют средними значениями и индексом полидисперсности.
Среднечисловая M̄ₙ
Среднее по числу молекул. Чувствительна к присутствию коротких цепей и олигомеров.
Среднемассовая M̄w
Среднее с весом по массе каждой фракции. Сильнее «взвешивает» длинные цепи, всегда M̄w ≥ M̄ₙ.
Индекс полидисперсности
Đ = M̄w / M̄ₙ. Чем ближе к 1, тем однороднее распределение цепей по длине; узкое распределение типично для «живой» ионной полимеризации.
Фазовое и надмолекулярное состояние
Температура стеклования Tg
Точка, ниже которой сегменты цепи в аморфной фазе теряют подвижность и полимер становится твёрдым и хрупким, как стекло. Выше Tg цепи приобретают сегментальную подвижность, материал становится эластичным или вязкотекучим.
Температура плавления Tm
Существует только у кристаллических областей — там, где регулярные участки цепей уложены в упорядоченную решётку. Аморфный полимер (без регулярной структуры) Tm не имеет вовсе.
Реальные полимеры редко бывают полностью кристаллическими: обычно это смесь кристаллических и аморфных областей. Степень кристалличности растёт с регулярностью строения цепи (стереорегулярностью, отсутствием разветвлений) и медленным охлаждением расплава, а падает при наличии объёмных боковых групп и сополимеризации.
Механическое поведение
| Параметр | Что показывает | Что на него влияет |
|---|---|---|
| Модуль упругости | Жёсткость при малых деформациях | Кристалличность, степень сшивки, T относительно Tg |
| Предел прочности | Напряжение, при котором происходит разрушение | Молекулярная масса, ориентация цепей, наличие дефектов |
| Относительное удлинение | Способность к обратимой и необратимой деформации | Гибкость цепи, степень сшивки (у эластомеров — обратно пропорционально густоте сетки) |
| Ударная вязкость | Способность поглощать энергию удара без разрушения | Наличие каучуковой фазы, температура относительно Tg |
Химическая и термическая стойкость
Устойчивость полимера к деградации определяется прочностью связей основной цепи, наличием третичных атомов углерода и легкодоступных для окисления фрагментов, а также кристалличностью, которая физически затрудняет доступ реагентов внутрь материала. Основные пути деградации — термоокислительная деструкция, фотоокисление под действием УФ-излучения, гидролиз (особенно у гетероцепных полиэфиров и полиамидов) и биодеградация под действием ферментов.