Свойства и важнейшие характеристики полимеров. Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул.
При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится вс менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям. Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы.
В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных аморфных полимерах менее выражены, чем в кристаллических. Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой ниже комнатной температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками.
В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4 цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 С - эластичный материал, который при температуре -60 С переходит в стеклообразное состояние полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 С - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.
Так, стереорегулярный полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235 С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и размягчается при температуре около 80 С. Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций образование химических связей между макромолекулами так называемое сшивание, например при вулканизации каучуков, дублении кожи распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь так называемые полимераналогичные превращения внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация.
Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией.
Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера.
Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими одной цепи. Некоторые свойства полимеров, например растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами.
Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи. Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.