Основные понятия физики и химии полимеров

Лекция №13
Процессы структурирования (сшивания) полимеров. Типы сеток и их параметры. Структурирование с участием функциональных групп полимеров, отвердителя.
1. Образование поперечных химических связей между макромолекулами (сшивание) – важнейший этап переработки ряда полимеров и реакционноспособных олигомеров, каучуков и теплообразователей. Эти процессы имеют разное название:
- отверждение – для олигомеров
- вулканизация – для сшивания макромолекул каучука
- высыхание – для теплообразователей
- мостикообразование
- структурирование
Процессы сшивания играют положительную роль в формировании свойств материала: получают механические свойства, повышают тепло- и термостойкость материала, повышают устойчивость и воздействие растворителей, энергетических излучений и т. д. Соединение линейных макромолекул посредством химических связей может быть осуществлено многочисленными превращениями, которые можно разделить на следующие типы:

1. 
   взаимодействие функциональных групп макромолекул различных радиусов
   
2. 
   реакция функциональных групп одного и того же полимера
   
3. 
   реакция макромолекул с полифункциональными НМС (отверждествляющим или вулканизирующим агентом)
   

Для осуществления сетчатых полимеров – полимеризация полифункциональных мономеров. При сшивании образуется пространственная сетка или сетчатая структура. Часто образуется нерегулярная сетка. В случае, когда создается регулярная сетка комплекс свойств улучшается. На следующем рисунке будут представлены различные элементы сетки:
1.поперечная связь
2.свободные концы
3.петли
4.захлёсты
5.узел

Часто в узлах сетки находится углеродный атом. Если в узлах сетки находится циклический или полуциклический органический или элементорганический компонент, то при конформационных переходах под механической нагрузкой будет меняться жидкость узлов. В результате будет снижаться хрупкость материала, и повышаться его эластичность. Участок соединения макромолекул химическими связями называется узлом сетки. Поперечная связь – фрагменты цепи между двумя макромолекулами. Если размер поперечной связи совпадает со ставным повторяющимся звеном макромолекулы, то это очень жесткое соединение. Макромолекула теряет подвижность, а материал становится хрупким. Определяющей характеристикой сетчатой структуры полимера является молекулярная масса поперечной связи или размер участка цепи между узлами сетки. Число отрезков (частей) между узлами сетки обозначается Nc

Nc=bv,
где b – число исходных макромолекул, образующих сетчатую структуру
v – число узлов сетки.
При формировании сетки возникают фрагменты макромолекул, не входящих в сетку – свободные концы. При деформации сетки эти концы не несут нагрузку и выполняют роль «пластификатора», повышают дефектность сетки. Важной характеристикой сетки является индекс сшивания
V=Mo/Mc,
где Mo – средняя молекулярная масса полимера,
Mc - средняя молекулярная масса участка цепи между узлами сетки