2. Свойства полимеров

Высокий молекулярный вес и характер структуры полимеров обусловливают существенные отличия их по свойствам от низкомолекулярных веществ.

Низкомолекулярные вещества характеризуются обычно той или иной точкой плавления, точкой кипения и другими константами.

Посмотрим, как ведут себя при нагревании высокомолекулярные вещества.

Будем нагревать сначала полимер линейной структуры, например тот же полиэтилен или всем известный капрон. Мы заметим, что сначала полимер будет размягчаться и лишь затем по мере дальнейшего повышения температуры начнет постепенно плавиться, образуя вязко-текучую жидкость. Попытаемся далее нагревать полимер с целью осуществить его перегонку. Мы обнаружим, что полимер не перегоняется, а подвергается химическому разложению.

Проследим теперь за изменениями при нагревании полимера пространственной структуры. В качестве примера воспользуемся вулканизированным каучуком (резиной) или же фенолформальдегидной пластмассой, известной нам по изделиям в виде штепсельных розеток, выключателей, телефонных трубок и т. п., с которой мы далее будем часто встречаться. При нагревании таких полимеров мы убедимся, что они разлагаются даже не переходя в вязко-текучее состояние.

Таким образом, обобщая, можно сказать, что полимеры нелетучи и не могут быть перегнаны без разложения; одни из них не плавятся совершенно, другие плавятся, но не при определенной точке плавления, а в некотором интервале температур, предварительно размягчаясь при этом.

Полимеры характеризуются плохой растворимостью. Полимеры линейной структуры все же могут, хотя и с трудом, растворяться в тех или иных растворителях, образуя весьма вязкие растворы. Пространственные же полимеры совершенно нерастворимы; некоторые из них, как например резина, могут только набухать в растворителях.

Важным свойством полимеров является их механическая прочность. При этом, как правило, полимеры с пространственной структурой оказываются особенно прочными.

Чем же объясняются такие свойства высокомолекулярных веществ?

Чтобы вещество расплавилось, испарилось или перешло в раствор, надо путем нагревания или действия растворителя преодолеть силы взаимного притяжения между его молекулами. У низкомолекулярных веществ силы взаимного притяжения между молекулами сравнительно небольшие, и их довольно легко отделить друг от друга. У высокомолекулярных же веществ взаимодействие между молекулами значительно сильнее, так как они притягиваются друг к другу огромным количеством звеньев. Поэтому, чтобы испарить или расплавить вещество с такими молекулами, надо применить значительное нагревание. Но не всякое вещество выдерживает такое нагревание: связи между атомами в его молекулах начинают рваться, и наступает разложение. Трудно разъединить такие макромолекулы и при помощи молекул растворителей.

В веществах с пространственной структурой линейные молекулы особенно прочно соединены друг с другом, так как, кроме обычных межмолекулярных сил притяжения, между ними имеются дополнительно химические связи. Поэтому в полимерах с линейной структурой удается еще отделить молекулы друг от друга путем нагревания или действия растворителя, иными словами, расплавить или растворить вещество. С полимерами же пространственной структуры этого осуществить не удается: молекулы оказываются соединенными настолько прочно, что при нагревании происходит не разъединение их, а химическое разрушение, при действии же растворителей полимер совершенно не изменяется или же, если химических связей между линейными молекулами не слишком много, молекулы растворителя проникают в полимер, вызывая лишь его набухание.

Подобным образом может быть объяснена и механическая прочность полимеров той и другой структуры.

Различие в свойствах линейных и пространственных полимеров очень ярко проявляется на примере каучука и резины. Невулканизированный каучук, состоящий из линейных молекул, растворяется в жидких углеводородах и не обладает большой механической прочностью - при растягивании образец его может разрываться. Вулканизированный же каучук (резина), где линейные молекулы соединены друг с другом атомами серы, не растворяется, а только набухает в растворителях и оказывается значительно более прочным.

Вопросы и упражнения

6. Как объяснить:

а) отсутствие летучести у высокомолекулярных соединений}

б) почему растворы их оказываются вязкими?

7. Почему полимеры с пространственной структурой оказываются неплавкими и нерастворимыми?

8. Как объяснить, что прочность линейных полимеров с увеличением длины молекул возрастает?

9. Чем обусловливается повышенная механическая прочность полимеров пространственной структуры?