Главная --> Справочник терминов


Упорядоченным расположением Рис. I.-15. Структура линейного полимера, состоящая из упорядоченных микрообластей типа складчатого микроблока (/), мицеллярного блока (2) и глобулярного образования (3).

жизни ti. Эти представления согласуются с данными по рентгено-структурному анализу. Электронографическим методом в расплавах некоторых линейных полимеров обнаружены ориентированные микробяоки, внутри . которых цепи располагаются параллельно. Поперечные размеры этих микроагрегатов совпадают с данными Бартенева и Кучерского ** для размеров микроблоков, участвующих в медленных релаксационных процессах. Это указывает на существование в эластомерах упорядоченных микрообластей (микроблоков). Возможны микроблоки трех типов:-в виде складчатых, мицеллярных и глобулярных образований (тип /, 2, 3). Все три типа структур реализуются в различных полимерах: складчатая— в кристаллических полимерах, мицеллярная — в фибриллах и блоксополимерах, глобулярная — в растворах полимеров и в гибкоцепных полимерах3*.

структуру в виде упорядоченных микрообластей или микроблоков надмолекулярной структуры, напоминающих мицеллы, но без четких границ раздела. ' -

• Процесс релаксации напряжения в эластомерах, в частности в резинах, связан с протеканием в них как физических, так и химических процессов (см. § 2; гл. II). Физическая релаксация объясняется перегруппировкой различных структурных элементов, выведенных из состояния равновесия внешними силами, и происходящими в поле действия межмолекулярных сил. Процессы ориентации свободных сегментов определяют быструю стадию физической релаксации, протекающую при обычных температурах практически мгновенно. Именно подвижность свободных сегментов ответственна за основной процесс стеклования, которому соответствует а-процесс в уже знакомом нам (гл. I) спектре времен релаксации, приведенном на рис. П. 14 для .резин из диметилстирольного каучука при 20°С. Медленная стадия физической релаксации связана с молекулярной подвижностью сегментов, входящих в элементы надмолекулярной структуры с временами релаксации, находящимися в пределах Ю2—Ю4 с (при 20 °С). Это как раз сегменты с максимальной взаимной корреляцией движений. В зависимости от размеров и типа упорядоченных микрообластей,

считать доказанным существование в полимерах упорядоченных микрообластей с линейными размерами 2—5 нм и примерно параллельной укладкой сегментов, причем плотность таких микрообластей отличается от плотности остальной массы полимера лишь на 1—2%. Подобные микрообласти, по аналогии с полимерными монокристаллами, могут возникать и при складывании цепей.

Анализ результатов исследования структуры некристаллических линейных полимеров различными структурными методами приводит к выводу, что можно считать доказанным существование упорядоченных микрообластей с примерно параллельной укладкой сегментов макромолекул с плотностью на 1—2% большей, чем остальная неупорядоченная часть полимеров (мицеллярные микроблоки). Могут возникать упорядоченные микрообласти и при складывании цепей, по аналогии с полимерными кристаллитами гибкоцепных полимеров. Эти микрообласти (складчатые структурные микроблО-ки) играют роль предзародышей кристаллизации в полимерах. Третий тип упорядоченных микрообластей — глобулярные микроблоки с неупорядоченной, но более плотной, чем остальная свободная часть полимера, укладкой сегментов. В настоящее время имеются убедительные доказательства существования упорядоченных микрообластей — структурных микроблоков (ассоциатое, или кластеров). Современная электронная микроскопия эластомеров подтверждает существование макрообластей с повышенной на 1—2% плотностью и с линейными размерами 10—30 нм, что соответствует размерам частиц в коллоидных системах. При этом доля объема, занимаемая микрообластями повышенной плотности, составляет для эластомеров примерно 20%. Это значит, что 80% объема занимают свободные цепи и сегменты, ответственные за высокую эластичность этих материалов. Таким образом, можно считать, что эластомеры помимо малых структурных элементов — звеньев, боковых привесков и сегментов макромолекул — состоят из более сложных структурных элементов — структурных микроблоков трех типов.

Релаксационные переходы в полимерах проявляются на разных уровнях их молекулярной и надмолекулярной организации. Данные релаксационной спектрометрии для медленных релаксационных процессов показывают, что на непрерывном спектре времен релаксации (см. рис. 5.1) сшитых наполненных эластомеров кроме известных -у- и (3-переходов, связанных с мелкомасштабными движениями боковых групп и малых участков макромолекул, и а-перехо-да, связанного с подвижностью свободных сегментов неупорядоченной части эластомера, наблюдается еще 6—8 переходов, которые большей частью могут быть отнесены к медленным релаксационным процессам. Некоторые из них характерны лишь для неполярных эластомеров. Так, а'-переход, обязан потере подвижности сегментов в жесткой части каучука, адсорбированного на частицах активного наполнителя: Кг, 1г и Яз-переходы объединяют группу из релаксационных процессов (штриховая часть кривой), связанных с временами жизни упорядоченных микрообластей (микроблоков трех типов), ф-переход соответствует подвижности самих частиц наполнителей как узлов сетки полимера, а 6-переход соответствует химической релаксации, связанной с подвижностью химических поперечных связей, наблюдаемой в условиях эксплуатации при длительных временах наблюдения. Предполагается, что каждый максимум на непрерывном спектре соответствует отдельному релаксационному переходу.

вого движения и напряжения. Возникают лишь временные упорядоченные микрообласти флуктуационной природы (структурные микроблоки), которые по своей природе напоминают области ближнего порядка в жидкостях, но характеризуются большей устойчивостью и упорядоченностью. В целом структуру полимеров можно представить в виде двух частей: одна часть состоит из свободных сегментов, тепловое движение которых квазинезависимо, а другая представляет собой распределенную по всему объему молекулярно-упорядоченную структуру, состоящую из связанных между собой упорядоченных микрообластей. При изменении Т и Р происходит перераспределение числа сегментов между упорядоченной и неупорядоченной частями полимера. 6.3.1. Молекулярный механизм вязкого течения полимеров

находящихся в высокоэластическом состоянии, при каждой температуре имеется своя равновесная структура, а при понижении температуры наблюдается молекулярное упорядочение, связанное с возрастанием вязкости полимеров. С повышением температуры начинают протекать процессы молекулярной разупорядоченности и постепенное уменьшение вязкости во времени. Скорость процесса образования равновесной структуры определяется не только температурой, но и природой полимера. Оба процесса при заданной температуре приводят к одному и тому же значению равновесной вязкости. Элементами вторичной структуры эластомеров являются сетка, образованная поперечными ван-дер-ваальсовыми связями, и надмолекулярная структура в виде упорядоченных микрообластей. Эти элементы вторичной структуры сопутствуют друг другу, поскольку образование узлов за счет ван-дер-ваальсовых связей неизбежно связано с возникновением упорядочения.

Как известно [7], эластомеры характеризуются двумя основными релаксационными механизмами. Один из них, а-процесс '(рис. 12.6), связан с молекулярной подвижностью свободных сегментов и цепей, не входящих в микроблоки надмолекулярных структур. Он ответствен за релаксационные процессы в переходной области от стеклообразного к высокоэластическому состоянию и за быструю высокоэластическую деформацию выше температуры стеклования. Другой механизм относится к Я-процессам (ki, K2 и Яз), наблюдаемым на высокоэластическом плато и ответственным за медленную высокоэластическую деформацию. Эти релаксационные механизмы объясняются термофлуктуационной природой различных типов микроблоков (упорядоченных микрообластей) в эластомерах. Процессы Я-релаксации характеризуются различными временами релаксации с одной и той же энергией активации. В сшитых эластомерах кроме а- и Я-процессов при высоких температурах наблюдается химическая релаксация (б-процесс), а в полярных эластоме-

В настоящее время считают, что для структуры аморфных полимеров с гибкими макромолекулами, обладающими сегментальной подвижностью, характерно существование неупорядоченных областей из хаотически перепутанных макромолекул и упорядоченных микрообластей -

катализатора. Твердая поверхность катализатора в этом случае играет особую роль матрицы, которая постоянно репродуцирует полимерную цепь с определенным пространственным упорядоченным расположением составляющих ее звеньев. Реакционная система в случае ионной полимеризации часто является гетерогенной (неорга-

Итак, ионная полимеризация также является видом цепных процессов синтеза полимеров. Она может быть катионной и анионной, причем последняя более распространена. Стабильность карбаниона возрастает с увеличением электроотрицательности заместителя при двойной связи мономера. Для ионной полимеризации характерно наличие ионных пар каталитического комплекса, стабильность которых определяет ход реакции полимеризации. Существенно влияет на эти реакции среда, в которой они проводятся. Структура получаемого полимера, как правило, более регулярная, чем при свобод-норадикальной полимеризации, причем в ряде случаев со строго упорядоченным расположением заместителей в пространстве. В связи с наличием одинаковых по знаку зарядов на концах растущих цепей часто происходит не обрыв реакционной цепи, а либо передача цепи на мономер, либо образование макроионов («живые» полимеры). Эти виды полимеризации открывают большие возможности для регулирования структуры, а следовательно, и свойств полимеров.

Протяженность блоков сопряжения и расстояние между ними зави-сят от метода синтеза полимера с сопряженной системой связей, его химического строения, конформационной устойчивости макромолекул, энергии межмолекулярных взаимодействий и от физической структуры полимера. Все факторы, приводящие к нарушению копланарности, снижают степень делокализации электронов и ухудшают свойства полимеров, обусловленные системой сопряжения. Кристаллизация, если она не связана с изменением конформации молекул и нарушением копланарности, приводит к улучшению в первую очередь полупроводниковых свойств, так как переход электронов от одной молекулы к другой облегчается упорядоченным расположением макромолекул в полимере.

Под названием «твердое тело» обычно понимают такое состояние вещества, при котором в данных условиях оно сохраняет объем и форму. Однако в более точном значении это понятие отождествляется с понятием кристаллического тела, которое характеризуется упорядоченным расположением структурных элементов (атомов, молекул, ионов) в виде кристаллической решетки, построенной по определенным геометрическим законам. Многие вещества, внешне подобные твердым телам, например стекло, различные смолы, в действительности являются переохлажденными жидкостями, наделенными большой вязкостью, затрудняющей изменение формы под воздействием внешних сил. Эти тела, называемые аморфными, не обладают такой упорядоченной структурой, как кристаллы.

Впервые идея об упорядоченных областях в аморфных полимерах была высказана в 1948 г. Ллфреем. На присутствие в аморфных полимерах областей с упорядоченным расположением макромолекул указывают следующие факторы.

а в какой упорядоченным расположением молекул мо-

Часто зависимость Гст бинарной смеси от концентрации имеет монотонный характер. Если смесь однофазна, но субмик-ронеоднородна из-за флуктуации концентраций сегментов А и В или наличия ассоциатов сегментов с более упорядоченным расположением сегментов, чем в остальном объеме, то данные расчета отличаются от экспериментальных. При достаточно интенсивном взаимодействии полимерных компонентов, снижающем подвижность сегментов, температура стеклования смеси может оказаться существенно выше температур стеклования полимерных компонентов и кривая изменяется с составом, проходя через максимум.

сильно упорядоченным расположением остатков глюкозы — это «кристаллические области». Есть участки со слабосвязанными соседними остатками глюкозы, в которых они хаотически расположены — «аморфные области».

«Аномальная» зависимость Е' от ф, при которой Е' убывает при возрастании плотности пространственной сет-•,ки, по-видимому, тесно связана с определенным порядком расположения цепей в аморфных полимерах ниже Tg. Представим себе линейный аморфный полимер, содержащий реакционноспосО'бные группы, который находится в стеклообразном состоянии. Естественно, что в таком полимере возможно существование «антикристаллических» кластеров, т. е. областей с несколько более упорядоченным расположением цепей. Наличие таких областей, видимо, и обусловливает высокие (102 — 103 МПа) значения динамического модуля линейных аморфных полимеров ниже Tg).

лоорганических катализаторов, получается полипропилен регулярного строения, т. е. с упорядоченным расположением СН^-групп, например по одну сторону плоскости а-скелета (рис. 2.13,6). Полипропилен регулярного строения обладает лучшими физико-механическими свойствами.

Наибольшей склонностью к взаимодействию с растворимыми в воде красителями анионного типа обладают такие загустители, в молекулах которых отсутствуют одноименно заряженные группы. Загустители с упорядоченным расположением карбоксильных групп вдоль цепи макромолекулы, например альгинат натрия, практически не реагируют с красителями.

Цепная реакция получения полимеров может проходить не только под действием инициаторов, распадающихся на свободные радикалы. Все более возрастает роль процессов, в которых рост цепи макромолекулы проходит под влиянием ионов. Вещества, инициирующие полимеризацию мономеров по ионному механизму, называются катализаторами. Если каталитическое инициирование приводит к росту цепи под действием карбониевого положительно заряженного иона (карбкатиона), М+[Кат]->М+[Кат]_, то имеет место катионная полимеризация, если рост цепи вызывается отри-цительно заряженным углеродным ионом (карбанионом), М + [Кат]->-М_[Кат]+, то происходит анионная полимеризация. К ионным типам полимеризации относят также реакции роста цепи, происходящие путем координации мономера на поверхности катализатора, причем твердая поверхность катализатора в этом случае играет особую роль матрицы, которая постоянно репродуцирует полимерную цепь с определенным пространственным упорядоченным расположением составляющих ее звеньев. Реакционная система в случае ионной полимеризации часто является гетерогенной (неор-




Успешного получения Усталостная прочность Усталостной выносливостью Устанавливается динамическое Установить количество Установить структуру Установившееся изотермическое Установках производства Установке используется

-
Яндекс.Метрика