2.7.8. Фракционирование полимеров.

Фракционирование полимеров – деление полимеров на фракции с различной молекулярной массой. Существует 4 способа фракционирования:

1. Метод дробного растворения. Метод состоит в последовательном экстрагировании полимера рядом жидкостей, растворяющая способность которых по отношению к данному полимеру последовательно возрастает. Растворившуюся часть полимера отделяют. Снова добавляют растворитель. Количество растворителя постоянно увеличивают и так до полного растворения полимера. Получаемые фракции обладают последовательно возрастающими молекулярными массами М₁<М₂<М₃<М₄ < . . . М_i

Затем определяем молекулярную массу фракций.

2. Метод дробного осаждения. Метод состоит в последовательном осаждении из раствора полимера ряда фракций, молекулярные массы которых монотонно убывают М₁>М₂ >М₃ >М₄ >. . . М_{i .} Полимер растворяют, затем в раствор полимера вводят осадитель (т. е. растворитель, в котором полимер не растворяется) и полимер выпадает в осадок. Осадок отделяют и заново добавляют осадитель. Определяют молекулярную массу фракции.

3. Метод ультрацентрифугирования. Большая скорость дает равномерное разделение полимера по молекулярной массе. Вначале оседают наиболее высокомолекулярные фракции. Метод относительно сложен и требует дорогостоящего оборудования.

4. Метод гель-проникающей хроматографии. Этот метод относится к аналитическим методам. Фракционирование этим методом основано на применении принципа молекулярного сита, т.е. разделение молекул происходит только по размерам и не зависит от химической природы компонентов. Через колонку, заполненную частицами пористого полимерного геля в растворителе, пропускают раствор полидисперсного полимера. Частицы геля содержат открытые поры разных размеров. Относительно небольшие макромолекулы диффундируют через поры внутрь частиц геля, и те полимеры, которые имеют молекулярную массу до 2000, остаются в адсорбенте, а с молекулярной массой М > 2000, проходят. Затем добавляют в колонку растворитель, чтобы смыть полимеры, которые вошли в поры адсорбента. Метод применяется для фракционирования сополимеров и полимерных веществ биологического происхождения (белков, нуклеиновых кислот и др.)

2.8. Основные представители полимеров.

2.8.1.Карбоцепные полимеры. Непредельные углеводороды.

2.8.2.Галогенпроизводные представители углеводородов.

2.8.3. Ароматические углеводороды.

2.8.4. Сложные полиэфиры. Полиэтилентерефталат (лавсан).

2.8.5. Синтетические полиамиды.

2.8.6. Полиуретаны.

2.8.1.Карбоцепные полимеры. Непредельные углеводороды.

Полиэтилен.

n CH₂ = CH₂ − [CH₂ − CH₂]_n−

этилен полиэтилен

Полиэтилен получают методом радикальной полимеризации под давлением 1000 атмосфер и температуре 100-300⁰ С, или методом ионной полимеризации при небольшом или атмосферном давлении. Макромолекулы полиэтилена высокого давления не строго линейны, а содержат боковые ответвления.

По методу Циглера – Натта полимеризацию этилена проводят при атмосферном давлении и обычной температуре в присутствии триэтилалюминия (Al(C₂H₅)₃) и четырех хлористого титана (TiCl₄) в среде бензина. При этом образуется полиэтилен строго линейного строения с большой плотностью и высокой кристалличностью и температурой плавления, чем полиэтилен, полученный при высоком давлении.

При комнатной температуре полиэтилен не растворим ни в одном из растворителей. При температуре более 80⁰ С начинает растворяться в CCl₄, бензоле, толуоле, но при охлаждении полимер выпадает из раствора.

Полиэтилен обладает химической стойкостью, водостойкостью, имеет высокие физико-механические и диэлектрические показатели. Полиэтилен применяется в качестве электроизоляционного материала, в радиотехнике, в качестве антикоррозионных покрытий, в химической промышленности, используется для производства упаковочной пленки, посуды, а также для пропитки ткани, бумаги, древесины.

Полипропилен.

n CH₂ = CH − [CH₂ − CH]_n−

| |

CH₃ CH₃

пропилен полипропилен

Полипропилен стереорегулярный, высокомолекулярный полимер.

Полипропилен получают в присутствии катализаторов (Al(C₂H₅)₃ и TiCl₄). В результате образуется твердый кристаллический продукт. Полипропилен имеет молекулярную массу от 60 тыс. до 200 тыс., температуру плавления 170⁰С, обладает высокими физико-механическими свойствами, стоек к действию кислот, оснований и масел. При обычной температуре он ни в чем не растворяется, а при температуре более 80⁰С растворяется в бензоле, толуоле и CCl₄.

Полипропилен применяется для производства упаковочной пленки, посуды, электроизоляционных покрытий, труб, а также больших емкостей, аккумуляторных баков, деталей холодильников и радиоприемников. Волокно из полипропилена превосходит все известные природные и синтетические волокна по прочности и свойствам.

Полистирол.

Полистирол получают радикальной полимеризацией стирола блочным или эмульсионным методами с перекисным инициатором.

Технический полистирол имеет молекулярный вес 70 тыс. – 200 тыс., получены полимеры с молекулярным весом около 6 млн. Температура стеклования полистирола 80⁰С, плотность 1,05-1,07 г/см³. Полистирол растворим в ароматических углеводородах, устойчив к действию спиртов, воды, кислот и щелочей; является прекрасным диэлектриком, но имеет относительно низкую механическую прочность и термостойкость (при нагревании на воздухе начинает разлагаться при температуре 150⁰С, в отсутствии кислорода устойчив до 250⁰С).

Изотактический полистирол кристаллизуется, имеет температуру плавления 230⁰С, повышенную плотность (1,1 г/см³) и значительно более высокие физико-механические показатели, чем обычный полистирол.

Полистирол применяется, главным образом, как электроизоляционный материал, особенно на установках токов высокой частоты, в радиотехнике и телевидении, и для изготовления пенопластов (легкая газонаполненная пластическая масса). Сополимеры стирола с бутадиеном применяются в промышленности синтетического каучука.

Поливиниловый спирт.

винилацетат поливиниловый спирт

Поливиниловый спирт получают кислотным или щелочным омылением поливинилацетата; растворяется в воде, в растворах щелочей, образуя вязкие растворы, из которых формуют волокно и пленки. Поливиниловый спирт применяется для производства волокон в пищевой и фармацевтической промышленности, для производства гибких труб, стойких к действию масел и бензола.

Поливинилацетат.

винилацетат поливинилацетат

Поливинилацетат имеет молекулярную массу 50 тыс., разлагается при температуре 150⁰ С, растворяется в спиртах.

Применяется в основном для переработки в поливиниловый спирт, в композиции с другими полимерами применяется для изготовления лаков и клеев.

Полиакриловая и полиметакриловая кислота.

Полиакриловая и полиметакриловая кислоты растворимы в воде, используются для сополимеризации с другими виниловыми и диеновыми мономерами.

Полиметилметакрилат.

метилметакрилат полиметилметакрилат

Полиметилметакрилат имеет молекулярную массу 50 – 200 тыс., растворяется в ацетоне, CCl₄; используется для производства органического стекла.

Другие акрилаты и метакрилаты применяются для производства лаков, пленок, гибких шлангов и для отделки тканей.

Полиакрилонитрил.

акрилонитрил полиакрилонитрил

Полиакрилонитрил получают радикальной полимеризацией, имеет молекулярную массу 70 тыс., температуру разложения 220⁰ С., растворяется в диметилформамиде; обладает хорошей термостойкостью, высокими физико-механическими свойствами.

По светостойкости превосходит почти все известные полимеры, используется для производства волокон и пластмасс. Широко применяются сополимеры полиакрилонитрила с винилхлоридом и винилацетатом.