Макромолекула и звено
Маленькая молекула, из которой строят полимер, называется мономером. Когда мономеры соединяются, каждый становится звеном цепи. Число звеньев в цепи называют степенью полимеризации: у целлюлозы древесины это тысячи.
Мономер это низкомолекулярное соединение, из которого образуется полимер. Составное повторяющееся звено это наименьший фрагмент, повторением которого описывается цепь. Степень полимеризации равна числу звеньев в макромолекуле; молярная масса макромолекулы равна произведению степени полимеризации на массу звена плюс массу концевых групп. Олигомеры содержат небольшое число звеньев, и их свойства заметно меняются при добавлении каждого нового звена.
Природные, искусственные, синтетические
Одни полимеры делает природа: целлюлозу, лигнин, крахмал, белки. Другие получают, химически изменяя природные: так из целлюлозы делают ацетат и вискозу. Третьи целиком создаёт химик из мономеров: полиэтилен, капрон, фенолоформальдегидные смолы.
По происхождению полимеры делят на природные (полисахариды, лигнин, белки, натуральный каучук), искусственные, полученные химической модификацией природных (эфиры целлюлозы, вискоза), и синтетические, полученные из мономеров. По составу главной цепи различают карбоцепные (цепь из атомов углерода, как у полиэтилена) и гетероцепные полимеры (в цепи есть кислород, азот и другие атомы, как у целлюлозы, полиэфиров, полиамидов).
Форма цепи
Цепь может быть прямой нитью, может ветвиться как дерево, а может срастаться с соседями в сплошную сетку. От формы зависит главное: плавится ли полимер и растворяется ли он.
Различают линейные, разветвлённые и сетчатые (сшитые, трёхмерные) полимеры. Линейные и разветвлённые полимеры при подходящих условиях растворяются, а многие и плавятся (целлюлоза разлагается раньше, чем плавится); сетчатые не растворяются, а только ограниченно набухают, и не переходят в вязкотекучее состояние. В древесине все три типа рядом: линейная целлюлоза, разветвлённые гемицеллюлозы и лигнин, который в учебниках описывают как трёхмерный (сильно разветвлённый и частично сшитый) полимер.
Гомополимеры и сополимеры
Если все звенья одинаковые, это гомополимер. Если в цепи два или больше разных звеньев, это сополимер. Звенья могут чередоваться, стоять вперемешку, идти длинными блоками или висеть боковыми цепочками.
Сополимеры классифицируют по распределению звеньев: статистические, чередующиеся, блок-сополимеры и привитые сополимеры (боковые цепи одного состава привиты к главной цепи другого). Природные гетерополисахариды, например глюкоманнаны, по сути являются сополимерами. Прививка синтетических цепей к целлюлозе используется для модификации её свойств.
Термопласты и реактопласты
Одни пластмассы при нагреве размягчаются и их можно переплавить: это термопласты. Другие при нагреве один раз твердеют навсегда, потому что их цепи сшиваются в сетку: это реактопласты. Смолы для фанеры и ДСП относятся ко вторым.
Термопластичные полимеры (полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилацетат) обратимо размягчаются при нагревании. Термореактивные полимеры при отверждении образуют сетчатую структуру и необратимо теряют способность плавиться и растворяться; к ним относятся отверждённые фенолоформальдегидные, карбамидоформальдегидные и эпоксидные смолы.
Главное в цифрах
- мономер → полимер
- звено повторяется
- целлюлоза
- линейная
- гемицеллюлозы
- разветвлённые
- лигнин
- трёхмерный, частично сшитый
- термопласт
- можно переплавить
- реактопласт
- сшит необратимо
Источники главы
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Евстигнеев Э.И. и др. Химия древесины и синтетических полимеров. Ч. 1. Строение, свойства, химические реакции и производные целлюлозы: учебно-методическое пособие. СПб.: СПбГТУРП, 2010.
- Odian G. Principles of Polymerization. 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2004.
- IUPAC. Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008). Cambridge: RSC Publishing, 2009.