ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

П. В. Козлов.

"ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ", научный ежемесячный журнал Академии наук СССР по теоретич. и эксперимент, химии и физике полимеров. Осн. в 1959 по инициативе акад. В. А. Каргина, к-рый и был первым главным редактором журнала (1959-69). Издаётся в Москве. С 1967 журнал выходит в двух сериях -"А" и "Б". Серия "А" публикует оригинальные завершённые исследования и , обобщения, а также описание новых методов и приборов для исследования полимеров, обзорные статьи, хронику и персоналии. В серии "Б" публикуются письма в редакцию и краткие сообщения о новых явлениях или закономерностях. Тираж (1971): серия "А"-2100 экз., серия "Б"-1100 экз..

П. В. Козлов.

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, вещества, молекулы к-рых содержат сотни и тысячи атомов, соединённых между собой химич. связями. Характерная особенность большинства В. с., т. н. полимеров,- наличие в их молекуле многократно повторяющихся звеньев. Подробнее см. Полимеры.

(полимеры), характеризуются мол. массой от неск. тысяч до неск. (иногда многих) миллионов. В состав молекул В. с. ( макромолекул )входят тысячи атомов, соединенных хим. связями. Любые атом или группа атомов, входящие в состав цепи полимера или олигомера, наз. составным звеном. Наим. составное звено, повторением к-рого м. б. описано строение регулярного (см. ниже) полимера, наз. составным повторяющимся звеном. Составное звено, к-рое образуется из одной молекулы мономера при полимеризации, наз. мономерным звеном (ранее иногда наз. элементарным звеном). Напр., в полиэтилене [ЧСН ₂ СН ₂ Ч]_n повторяющееся составное звено - СН ₂, мономерное -СН ₂ СН ₂.

Название линейного полимера образуют прибавлением приставки "поли" (в случае неорганич. полимеров -"кате на-поли"): а) к названию составного повторяющегося звена, заключенному в скобки (систематич. названия); б) к названию мономера, из к-рого получен полимер (полусистематич. названия, к-рые ИЮПАК рекомендует использовать для обозначения наиб. часто применяемых полимеров). Название составного повторяющегося звена образуют по правилам номенклатуры химической. напр. (первыми указаны полусистематич. названия):

Классификация. По происхождению В. с. делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), и синтетические (напр., полиэтилен, полистирол, феноло-алъдегидные смолы). В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают: 1) линейные B.C., макромолекулы к-рых представляют собой открытую, линейную, цепь (напр., каучук натуральный )или вытянутую в линию последовательность циклов (напр., целлюлоза); 2 )разветвленные B.C., макромолекулы к-рых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (напр., амилопектин); 3) сетчатые В.с. - трехмерные сетки, образованные отрезками B.C. цепного строения (напр., отвержденные феноло-альдегидные смолы, вулканизов. каучук). См. также Сетчатые полимеры.

Макромолекулы одного и того же хим. состава м. б. построены из разл. стереоизомеров звена. В. с., молекулы к-рых состоят из одинаковых стереоизомеров или из разл. стереоизомеров, чередующихся в цепи с определенной периодичностью, наз. стереорегулярными. B.C., в к-рых каждый или нек-рые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, наз. стереоблоксополимерами. В нестереорегулярных, или атактических, B.C. звенья разл. пространств. конфигурации чередуются в цепи произвольно. См. также Стереорегулярные полимеры.

По хим. составу макромолекулы различают гомополимеры (полимер образован из одного мономера, напр. полиэтилен) и сополимеры (полимер образован по меньшей мере из двух разл. мономеров, напр. бутадиен-стирольный каучук). В. с., состоящие из одинаковых мономерных звеньев, но различающиеся по мол. массе, наз. полимергомологами.

Сополимеры в зависимости от характера распределения разл. звеньев в макромолекуле делят на регулярные и нерегулярные. В регулярных макромолекулах наблюдается определенная периодичность распределения звеньев. Простейшие примеры - чередующиеся сополимеры стирола с малеиновым ангидридом или нек-рых олефинов с акриловыми мономерами, построенные по типу ... АВАВАВАВ..., где А и В - мономерные звенья (см. Сополиме-ризация, Радикальная полимеризация). Более сложные регулярные последовательности чередования звеньев реализованы, напр., в полипептидах - сополимерах аминокислот. Для нерегулярных сополимеров характерно случайное, или статистическое (т. е. подчиняющееся определенной статистике, но не регулярное), распределение звеньев; оно наблюдается у мн. синтетич. сополимеров. В белках нерегулярные последовательности звеньев задаются генетич. кодом и определяют биохим. и биол. специфичность этих соединений. Сополимеры, в к-рых достаточно длинные непрерывные последовательности, образованные каждым из звеньев, сменяют друг друга в пределах макромолекулы, наз. блоксополимерами (см. Блоксополимеры). Последние наз. регулярными, если длины блоков и их чередование подчиняются определенной периодичности. При уменьшении длины блоков различие между блоксополимерами и статистич. сополимерами постепенно утрачивается. К внутр. (неконцевым) звеньям макромолекулярной цепи одного хим. состава или строения м. б. присоединены одна или неск. цепей другого состава или строения; такие сополимеры наз. привитыми.

В зависимости от состава основной (главной) цепи макромолекулы все B.C. делят на два больших класса: гомоцепные, основные цепи к-рых построены из одинаковых атомов, и гетероцепные, в основной цепи к-рых содержатся атомы разных элементов, чаще всего С, N, Si, P. Среди гомоцепных В. с. наиб. распространены карбоцепные (главные цепи состоят только из атомов углерода), напр. полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен (см. Фторопласты), гуттаперча. Примеры гетероцепных В. с.- полиэфиры (напр., полиэтиленоксид, полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, кремнийорганические полимеры, мочевино-формалъдегидные смолы, белки, целлюлоза. В. с., в макромолекулы к-рых наряду с углеводородными группами входят атомы неорганогенных элементов, наз, элементоорганическими. В полимерах, содержащих атомы металла (напр., Zn, Mg, Си), обычные ковалентные связи могут сочетаться с координационными (см. Координационные полимеры). Отдельная группа В. с.- неорганические полимеры (напр., полифосфазены), макромолекулы к-рых построены из неорг. главных цепей и не содержат орг. боковых радикалов (обрамляющих групп).

Свойства и основные характеристики. В. с. обладают специфич. комплексом физ.-хим. и мех. св-в. Важнейшие из них: 1) способность образовывать высокопрочные анизотропные волокна и пленки (см. Ориентированное состояние, Пленки полимерные); 2 )способность к большим обратимым, т. наз. высокоэластическим, деформациям (см. Высокоэластическое состояние);3) способность набухать перед растворением и образовывать высоковязкие р-ры (см. Растворы полимеров). Эти св-ва обусловлены высокой мол. массой B.C., цепным строением макромолекул, их гибкостью и наиб. полно выражены у линейных В. с. По мере перехода от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к частым сетчатым структурам комплекс характерных св-в В. с. становится все менее выраженным. Трехмерные В. с. с очень большой частотой сетки нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластич. деформациям.

По фазовому состоянию В. с. могут быть кристаллическими или аморфными. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков молекулярной цепи. В таких В. с. возможно образование разнообразных кристаллич. форм (фибрилл, сферолитов, монокристаллов и др. Х тип к-рых во многом определяет св-ва полимерного материала. Аморфные В. с. помимо высокоэластического могут находиться в двух других физ. состояниях: стеклообразном состоянии и вязкотекучем состоянии. В. с., к-рые переходят из высокоэластич. состояния в стеклообразное при т-рах ниже комнатной, относят к эластомерам, при более высокой т-ре-к пластикам. Кристаллические B.C. обычно являются пластиками.

Св-ва отдельных B.C. определяются хим. составом, строением, конформацией и взаимным расположением макромолекул (надмолекулярной структурой). В зависимости от этих факторов св-ва B.C. могут изменяться в широких пределах. Так, цис-1,4-полибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при т-рах ок. 20

в-ва, мол. масса к-рых лежит в пределах от неск. тысяч до мн. миллионов. Среди В. с. наиболее распространены полимеры (П.), содержащие в молекуле (макромолекуле) большое число .регулярно или нерегулярно чередующихся группировок (мономерных звеньев), соединённых между собой хим. связями в линейные или разветвл. цепи либо в трёхмерную сетку (соответственно линейные, разветвл. и сетчатые П.; последние образуются при соединении линейных или разветвл. П. поперечными хим. связями в результате отверждения или вулканизации). Линейные П. способны к образованию анизотропных высокоориентиров. волокон и плёнок, а также к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям растяжения (см. Высокоэластическов состояние). В разветвл.и сетчатых П. эти специфич. св-ва выражены слабее, а в П. с большой частотой сетки вообще отсутствуют. По фазовому состоянию П. могут быть аморфными и кристаллич.; кристаллизуются П., содержащие в макромолекуле достаточно длинные стереорегулярные последовательности мономерных звеньев (см. Стереорегулярные полимеры). Помимо высокоэластического, П. способны существовать в вязкотекучем состоянии и стеклообразном состоянии (аморфные П.). В зависимости от темп-р перехода из высокоэластического или вязкотекучего состояния в стеклообразное П. подразделяют на эластомеры и пластики (см. Пластические массы); у первых этот переход происходит ниже комнатной темп-ры, у вторых - при более высоких темп-pax. По происхождению различают природные П., или биополимеры (напр., белки, каучук натуральный, целлюлоза), и синтетич., получаемые препм. методами полимеризации (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, большинство каучуков синтетических и др.) или поликонденсации (напр., феноло-формальаегидные смолы, полиэтилентерефталат, поликарбонаты). Отдельная группа П. неорганические полимеры. П. - основа пластмасс. хим. волокон, резины, лакокрасочных материалов, клеёв, герметиков. Термин "полимерия" впервые введён в науку И. Берцелиусом (J. Berzelius, 1779 - 1848) в 1833. См. также Мономеры, Сополимеры.