Влияние структуры полимеров на их свойства

Свойства полимеров и изделий из них определяются химическим составом и строением, а также надмолекулярной структурой (НМС), то есть взаимным расположением макромолекулярных цепей относительно друг друга. При отсутствии в макромолекулах сильно взаимодействующих полярных групп ( и др.) сочетание линейных и разветвленных цепей приводит к образованию относительно гибких НМС. Полимер в этом случае имеет высокоэластические свойства при обыкновенной или при повышенной температуре. Как правило, он хорошо растворяется в подходящих растворителях.

Наличие в цепях полимеров полярных групп, обусловливающих сильное межмолекулярное взаимодействие, приводит к образованию сравнительно жестких надмолекулярных структурных элементов. Такие полимеры обладают большей твердостью и более стойки к действию растворителей. Полимерные материалы из них прочны, но более жестки.

При отсутствии полярных групп в макромолекулах получают мягкие, эластичные, но недостаточно прочные полимерные материалы. Примером относительно мягких и эластичных полимеров являются каучуки, а полимеров с жесткими цепями – полиамиды, полистирол, фенолоформальдегидные смолы.

Образование крупных структурных элементов (НМС) в линейных и разветвленных полимерах протекает, благодаря взаимодействию между отдельными атомными группировками соседних цепей, преимущественно за счет водородных связей и типичных межмолекулярных (вандерваальсовых) сил.

Интенсивность межмолекулярных сил, как известно, связана с величиной бипольного момента молекул, с их полярностью. Чем выше полярность (дипольный момент), тем сильнее межмолекулярное взаимодействие. Введение полярных групп ( и др) и несимметричность строения молекул усиливает их полярность, а это увеличивает твердость, прочность и теплостойкость ПМ, но снижает его морозостойкость и диэлектрические свойства. Присутствие ароматических ядер в цепи макромолекул (например, полистирола) также усиливает полярность молекул и всегда приводит к повышению жесткости, возрастанию температуры плавления и понижению растворимости полимеров.

Боковые цепи увеличивают расстояние между макромолекулами и снижают интенсивность их взаимодействия между собой, так как межмолекулярные силы действуют на расстоянии не более 5 Å. Полимеры с разветвленными макромолекулами более эластичные и морозостойки, но имеют меньше величины плотности, механической прочности и теплостойкости. Межмолекулярное взаимодействие оказывает решающее влияние на характер НМС полимера. Наличие сильно взаимодействующих полярных группировок приводит к более упорядоченному расположению макромолекул полимера относительно друг друга. При относительно слабом межмолекулярном взаимодействии возникают менее упорядоченные НМС.