Синтетични полимери

Високомолекулните съединения са изградени от макромолекули, достигащи понякога молекулни маси до няколко милиона далтона. В зависимост от произхода им те се разделят на две големи групи - природни и синтетични. Към природните, наречени още биополимери, се причисляват олиго - и полизахаридите, полипептидите, белтъчните вещества, нуклеиновите киселини, полиизопрените (напр. естественият каучук) и др. Синтетичните полимери се получават лабораторно или промишлено чрез методите на органичния синтез: полимеризация, полиприсъединяване, поликондензация.

Полимери наричаме синтетичните високомолекулни съединения, изградени от многократно повтарящи се еднакви структурни единици, наречени мономерни звена. Строежът на мономерните звена се определя от строежа на - нискомолекулните изходни вещества (мономери), от които е синтезиран съответният полимер.

Структурно повтарящо се звено е най-малката непрекъснато повтаряща се група от атоми. То не винаги съвпада с мономерното звено. Например даден полимер може да е изграден от двете мономерни звена А и В:

            А-В-А-В-А-В-А-В      , и тогава повтарящото се звено ще бъде -А-В-.

Повечето синтетични полимери съдържат в краищата на веригата си групи от атоми, различни от повтарящото се звено. Те се наричат крайни групи и техният относителен дял спрямо голямата макромолекула е незначителен. Например молекулите на полиетилена обикновено завършват с винилов остатък:

- - -(—СН2-СН2—)n—СН=СН2 .

Степента на полимеризация (п) се определя по формулата:

n =  ( отн. маса на макромолекулата - отн. маса на кр. групи ) / (  отн. маса на мономернотозвено )

За илюстрация по-долу са дадени частичните перспективни формули на по-липропилен в трите варианта на пространствен строеж, както и формули на полибутадиените, които съдържат двойни връзки.

(в) Според свойствата:

Номенклатурата на полимерите използува представката поли-, след което се пише слято наименованието на съответния мономер или (по препоръката на ШРАС) в скоби се дава наименованието на повтарящото се звено. Например:

Главните фактори, определящи свойствата на полимерите са: типа и разпределението на ковалентните връзки в макромолекулите, тяхната симетрия и пространствен строеж, а също и молекулната маса. Междумолекулните (невалентни) взаимодействия, чиято енергия е значително по-ниска от тази на ковалентните връзки, също оказват съществено влияние върху свойствата.

Много рядко твърдите полимери имат напълно кристален строеж. Рентгеноструктурният анализ е показал, че обикновено в тях има кристални (подредени) и аморфни (неподредени) участъци. Такива структурни особености, като разклоненията на веригата, омрежването, атактните участъци, значително понижават степента на кристалност. Едновременното натрупване на няколко от тези фактори може да доведе до напълно аморфни полимери.

Кристалните термопластични полимери имат сравнително рязка темпера-тура на топене, те могат да се обработват само в стопен вид, а в твърдо състояние обикновено са крехки (чупливи) и нееластични.

Голямата част от некристалните (аморфните) полимери при нагряване не се топят в истинския смисъл на думата, а само омекват, докато пък при достатъчно ниска температура стават твърди и негъвкави. Температурата на тази промяна силно зависи от строежа и може да бъде напр. —70°С при каучука или +100°С за полиметилметакрилата. Тази температура, при която даден аморфен полимер преминава от еластично, гъвкаво състояние в твърдо, стъкловидно, се нарича температура на встъкляване. Стойността й обикновено е по-ниска от температурата на топене, която за аморфните полимери често се разпростира в широк интервал (до няколко десетки °С).

 (в) анионна - катализира се от аниони - силни основи или нуклеофили, напр. натриев амид, Nа+NH2:

По този метод се осъществява напр. синтезът на полиакрилонитрил:

Аналогично протича полимеризацията на стирола СН2=СН-С6Н5 до полистирол.

(2) Полиприсъединяване:

Присъединяването става към полярни двойни връзки [напр. (а) - получаване на полиуретан] или към цикличен мономер [(б) - получаване на полиамид-6]:

(а) полиприсъединяване на алкохоли към алкилизоцианати:

(б) полиприсъединяване на аминокиселини към лактами: Реакцията се инициира от малки количества вода

е-капролактам

(3) Поликондензация:

Мономерите реагират последователно, като при всяко удължаване на веригата се отделя страничен продукт с малка молекула (вода, метанол, етанол-, амоняк или др.). Типични примери са получаването на полиестери, полиамиди и фенолформалдехидни смоли:

(а) синтез на полиетилентерефталат от диметилтерефталат и етилен-гликол:

Получените в тези два примера полимери (синтетични влакна) - като ти-пични естери или амиди - при киселинна и алкална хидролиза се разпадат. Затова тъканите от тях лесно се късат или надупчват при напръскване с киселини или основи.