2. Властивості полімерів

Висока молекулярна вага та характер структури полімерів зумовлюють суттєві відмінності їх за властивостями від низькомолекулярних речовин.

Низькомолекулярні речовини характеризуються зазвичай тією чи іншою точкою плавлення, крапкою кипіння та іншими константами.

Подивимося, як поводяться при нагріванні високомолекулярні речовини.

Нагріватимемо спочатку полімер лінійної структури, наприклад той же поліетилен або всім відомий капрон. Ми зауважимо, що спочатку полімер розм'якшуватиметься і лише потім у міру подальшого підвищення температури почне поступово плавитися, утворюючи в'язко-текучу рідину. Спробуємо далі нагрівати полімер з метою здійснення його перегонки. Ми виявимо, що полімер не переганяється, а піддається хімічному розкладу.

Таким чином, узагальнюючи, можна сказати, що полімери нелеткі і не можуть бути перегнані без розкладання; одні з них зовсім не плавляться, інші плавляться, але не при певній точці плавлення, а в деякому інтервалі температур, попередньо розм'якшуючись при цьому.

Полімери характеризуються поганою розчинністю. Полімери лінійної структури все ж таки можуть, хоча і насилу, розчинятися в тих чи інших розчинниках, утворюючи дуже в'язкі розчини. Просторові полімери зовсім нерозчинні; деякі з них, як гума, можуть тільки набухати в розчинниках.

Важливою властивістю полімерів є їхня механічна міцність. При цьому зазвичай полімери з просторовою структурою виявляються особливо міцними.

Чим пояснюються такі властивості високомолекулярних речовин?

Щоб речовина розплавилася, випарувалася чи перейшла у розчин, треба шляхом нагрівання чи дії розчинника подолати сили взаємного тяжінняміж його молекулами. У низькомолекулярних речовин сили взаємного тяжіння між молекулами порівняно невеликі, і досить легко відокремити друг від друга. У високомолекулярних речовин взаємодія між молекулами значно сильніше, так як вони притягуються один до одного величезною кількістю ланок. Тому, щоб випарувати чи розплавити речовину з такими молекулами, треба застосувати значне нагрівання. Але не всяка речовина витримує таке нагрівання: зв'язки між атомами в його молекулах починають рватися і настає розкладання. Важко роз'єднати такі макромолекули і молекул розчинників.

У речовинах з просторовою структурою лінійні молекули особливо міцно з'єднані одна з одною, оскільки, крім звичайних міжмолекулярних сил тяжіння, з-поміж них є додатково хімічні зв'язку. Тому в полімерах з лінійною структурою вдається відокремити молекули один від одного шляхом нагрівання або дії розчинника, іншими словами, розплавити або розчинити речовину. З полімерами ж просторової структури цього здійснити не вдається: молекули виявляються з'єднаними настільки міцно, що при нагріванні відбувається не роз'єднання їх, а хімічне руйнування, при дії ж розчинників полімер зовсім не змінюється або якщо хімічних зв'язків між лінійними молекулами не дуже багато, молекули розчинника проникають у полімер, викликаючи лише його набухання.

Подібним чином можна пояснити і механічну міцність полімерів тієї і іншої структури.

Відмінність у властивостях лінійних та просторових полімерів дуже яскраво проявляється на прикладі каучуку та гуми. Невулканізований каучук, що складається з лінійних молекул, розчиняється в рідких вуглеводнях і не має великої механічної міцності- при розтягуванні зразок може розриватися. Вулканізований каучук (гума), де лінійні молекули з'єднані один з одним атомами сірки, не розчиняється, а тільки набухає в розчинниках і виявляється значно міцнішим.

Запитання та вправи

6. Як пояснити:

а) відсутність летючості у високомолекулярних сполук>

б) чому розчини їх виявляються в'язкими?

7. Чому полімери з просторовою структурою виявляються неплавкими та нерозчинними?

8. Як пояснити, що міцність лінійних полімерів із збільшенням довжини молекул зростає?

9. Чим визначається підвищена механічна міцність полімерів просторової структури?