Твёрдое органические диэлектрики.

Органические полимеры – являются важнейшими из всех диэлектрических «…» в электричестве электросвязи и т.д.

Основные понятия о полимерах.

Полимерами называют химические соединения молекулы которых макромолекулы (ММ) построены из большого числа одинаковых или разных атомных группировок, соединённых между собой в длинные цепи.

Структура звена полимера (молекулярные, элементарные звенья)

Атомные группировки, из которых состоят полимерные цепи, исходные вещества из которых получают полимеры, называют мономерами.

Мономеры используют для получения синтетических полимеров. (получают из нефти, природный газ, каменный уголь)

Схематично реакцию полимера получают путём полимеризации мономера, изобразить можно таким образом:

…картинка…

…картинка…

Поливенилхлорид

n-показывает число структурных звеньев в цепи макромолекул

n=Mmm/(M*стр.звена) ; М – молярная масса

Полимеры у которых степень n>500 относится к классу высоко молекулярных соединений (ВМС)

(полиэтилен(ПЭ), полипропилен(кульки, пластиковое трубы и т.д.), поли пропилен(ПП),ПВХ, полистирол(ПС)(ручки), капрон, лавсан)

Мвмс=10тыс до 1милн * атомную единицу массы = D (Дальтон)

Существуют полимеры у которых больше миллиона (суставы, импланты, бронежилеты) СВМП (С-сверх)

Если n=3/500 то такие полимеры – олигомеры (олиго -мало) – со сравнительно малыми цепями (смол) СФС, ЭС (эпоксидный смол…)

М (молекулярная масса) < 10000 D

Вследствие особенностей протекания полимеризации, все синтетические полимеры не однородны по длине цепи (и не только) – это свойство называется полидисперсность (полимолекулярность).

В следствии полидисперсности, определяет средне молекулярную массу молекул Мср/М(чёрточка сверху) Мср= среднее число/ массу

Классификация полимеров

Существует множество видов классификаций.

В практических целях:

1. Классификация полимеров по происхождению:

1. Природные полимеры (П) – натуральные (П), естественные (П), био (П).

Полимеры обоз. в произ. жизни (деятельность растений и животных)

Пример: Целлюлоза (бумага) – оболочка растений, клеток (клетчатка), натуральный каучук (одуванчики), белки (остатки аминокислот (22 вида)), дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), РНК, хитина (насекомые оболочки)

2. Искусственные полимеры – из натуральных природных, путём их химической обработки.

Пример: ацетат целлюлозы, нитрат целлюлозы, целлулоид, перецелин (бесдымный порох), натроклин, природный каучук + хлор (масло-, бензиностойкая резина)

3. Синтетические полимеры (П) – полимеры полученные из мономеров с помощью реакции полимеризации, поликонденсации.

Пример: ПЭ, ПП, ПВХ, ПС, капрон, лавсан.

2. Классификация полимеров по основной цепи макромолекул (ММ)

Разделяют по природе: органические (наиболее значимы) и не органические (силикатное стекло, базальт(горные породы), фарфор и т.д.)

Делят на 3 класса:

1. Гомоцепные полимеры – полимеры у которых главная цепь построена из одинаковых атомов химических элементов (наиболее значимы – карбонатные (карбониум))

…Картинка…

ковалентная химическая связь (4х валентна)

Пример: картинка полиэтилен; картинка полипропилен; картинка (ПВХ); картинка полистирол (ПС); картинка бутадиеновый каучук (…)

2. Гетероцепные полимеры – цепь состоящая из атомов углерода 1-3 или из 4х атомов (O,N,P,S)

Виды:

а) простые полиэфиры (картинка)

Пр (картинка)

полиэтилен аксид (свойства: хорошо растворим в воде, основа моющих средств, +1% к воде (пенообразователь) и например воды в 2 раза больше)

б) Сложные полиэфиры картинка

Пр картинка полиэтилентерефталат (ПЭТ) полиэфир лавсан

в) Полиамиды (амидная группа) картинка

Пр картинка

полигексанэтилнауптинамид (NYLON, найлон, нейлон*, найлон-6.6, полиамид-6.6)

г) Поликарбаниды (полимочевина) картинка

Пр картинка мочевина(жевачка)

д) Поликарбонаты картинка

Пр картинка (бронестекло, лазерные диски)

3. Элементы органические полимеры – П главные цепи которых соединяют следующие элементы: Si, Ti, Al, B, Sn. Наибольшее значение гремний органический (Si) соединение

Картинка

Полисилоксаны (силиконы)

В зависимости от длины цепи.

Олигомеры – вязкие жидкости (в место охлаждающих жидкостей)

Если ВМС с длинными цепями – силиконовый каучук (термостойкий) обычный 100 градусов , силиконовый 2000 градусов.

Электроизолирующие лаки (вес в 4 раза меньше, в пусковых токах в самолётах, выдерживают нагрев)

3. Классификация полимеров (П) по геометрической форме макромолекулы (ММ)

1. Линейные полимеры. ММ не содержат многозвенных ответвлений.

Конформации линейных ММ:

(Картинка) складчатая структура (картинка) глобула (картинка) спираль

Свойства линейных полимеров.

Большинство линейных полимеров плавятся. При охлаждении охлаждаются при повторных свойства обратимы. Способны растворятся в растворах. Если относятся к классу ВМС, то они достаточно прочны, образуют волокна, плёнки. Линейные полмеры способны кристаллизоваться.

2. Разветвленные полимеры – полимеры макромолекулы, которых имеют многозвенные ответвления. Бывают малоразветвленные и сильно разветвлённые.

Характерные свойства разветвленных полимеров. Имеют меньшую плотность, меньшую прочность, но большую эластичность, лучше растворяются. Имеют меньшую температуру плавления, плохо кристаллизуются.

Полиэтилен (картинка)

Линейный получить сложней чем разветвленный, если блестит то имеет кристаллическую решетку.

3. Сетчатые (пространственные) полимеры – полимеры у которых цепи макромолекулы соединены между собой поперечными химическими связями, при этом образовывают пространственную сетчатую структуру. (картинка)

В зависимости положения поперечных связей (сшивки) различают редко-сетчатую и густо-сетчатую.

Свойства: отличаются коренным образом от свойств линейных и разветвленных полимеров. Сетчатые не плавятся, очень термостойки, не растворяются в любом растворителе. Редко-сетчатые сетчатые ограничено набухают в растворителях. Густо-сетчатые вещества хрупкие вещества, они терма и химически стойкие.

Пример:

Редко-сетчатые – эластичная резина.

Густо-сетчатая резина – эбанит (твёрдый, хрупкий)

Сетчатое отверждение: Феноло-формальдегидный смол ФФС, отвердитель ЭС, вулканизированная резина,

4. Классификация полимеров по способу получения. Лек - 3. 6.03.12

1. Полимеризация с помощью полимеризации (полиэтилен, пропилен, ПВХ).

2. Поликонденсационные полимеры получают с помощью конденсации (полиэфиры, полиэтилен ПЭТ(бумага), ФФС, МФУС, ЭС, найлон 6.6 и тд.)

3. Полимеры полученные с помощью полимерных аналогичных превращений. (ацетат целлюлозы АЦ, нетратцеллюлозы НЦ (лаки, краски), поливиниловый спирт).

5. Классификация по отношению к нагреванию

1. Теплостойкие полимеры (термопласты – полимеры вс., которых при нагревании меняют обратимо).При повышении температуры – экструзия (выдавливание: плёнки). Прессование (трубы и т.д.). При охлаждении и отвердевают, после отвердевания - плавятся.(ПЭ, ПП, ПВХ (рамы, окна, линолеум), полистирол (корпуса ручек), капрон).

2. Термореактивные полимеры (реактопласты). (высоко молекулярные соединениям ВМС, олигомеры - смолы)

При нагревании расплавляются, из них могут формироваться изделия прессования (при продолжительном нагревании между макромолекулами образуются поперечные связи -сшивки), резина – вулканизация. И образуется сетчатое соединение (строение).

При повторном нагревании не будет плавится, не растворятся при использовании растворов. Только при очень высоких температурах 250-300 С начинается разложение сетчатой структуры (горение или разложение продукта)

Примеры: фенолоформальдегидные смол, мочевины, эпоксидные смолы, реактопласты, резиновые смеси (каучук и реагент) с помощью вулканизации (резиновая смесь – живая резина) – сшиваются в единую сетку.