EnglishGermanItalianRussian

Полимерные мембраны сегодня составляют до 80% мирового рынка мембран. Разнообразие их огромно. Свойства мембран во многом определяются свойствами мембранных полимеров. Поэтому сначала рассмотрим некоторые основы химии полимеров.
Полимеры — это высокомолекулярные соединения (м.м.>104), цепные молекулы которых состоят из последовательно чередующихся звеньев. Большая молекула из звеньев называется макромолекула. Число звеньев в цепи — степень полимеризации Мпол=Мзв*N.
Простейшая макромолекула — полиэтилен:
nСН2=СН2—> [-СН2-СН2-]n
Степень полимеризации определяет физические, химические и механические свойства полимера.
Например, в ПЭ:
N=1, м.м. -28, состояние — газ;
N=6, м.м. -170, состояние — жидкость;
N=200, м.м. — 5000, состояние — гель;
N=750, м.м. — 21000, состояние — твердое пластичное;
N=5000, м.м. -140000, состояние — твердое.

Когда величина N мала, полимер называют олигомером.
Если звенья в цепи одинаковы, полимер называется гомополимером.
Если в образовании макромолекулы участвуют два мономера, полимер называется сополимером.
При этом внутри молекулы могут существовать участки с различной структурой.


Рис. 1. Схематичное представление различных сополимеров.

Получение сополимеров различной структуры — процесс управляемый. Блок-сополимеры синтезируют с помощью катализаторов, графт-сополимеры — путем прививки боковых цепей к основной.
Любой полимер может быть линейным или разветвленным. Более того, две цепи могут быть связаны между собой и с соседями, тогда полимер называется сшитый. В сшитых полимерах резко изменяются физические и механические свойства, особенно растворимость и влияние температуры.


Рис. 2. Схема различных типов макромолекул.

По строению главной цепи все полимеры делятся на гомоцепные и гетероцепные. В последнем случае в главной цепи находятся различные атомы, например, углерод и кислород.
В цепи могут встречаться замкнутые кольцевые участки, называемые циклами, а также встречаться двойные и тройные связи.
Очень важным классом полимеров являются так называемые виниловые полимеры, т.е. содержащие мономерное звено:

ПЭ тоже относится к ним, у него R=Н.
Название Радикал (R)


Рис. 3. Наиболее важные виниловые полимеры.

Группа R может быть присоединена к углероду с двух разных сторон (так называемые D и L — формы). По расположению группы R относительно главной цепи различают три различных изомерных состояния полимера (стереоизомеры).


Рис. 4. Стереоизомеры в полимерах.

>Положение группы R заметно влияет на свойства полимеров. Например, изотактические полимеры могут кристаллизоваться, синдиотактические — нет. Это в последующем повлияет на проницаемость будущих мембран.
Если в главной цепи содержится двойная связь, возникает цис-транс изомерия, т.е. вращение вокруг двойной связи. У изомеров также сильно различаются физические свойства. Например, цис-изомер изопрена (бутадиена) — это натуральный каучук, широко используется для производства газоразделительных мембран, а транс-изомер — это гуттаперча, жесткий ломкий материал, для мембран не годится.


Рис. 5. Пример цис-транс изомерии.

Если звено полимера содержит в себе какие-либо функциональные группы, то часто случается, что состав мономерных звеньев вдоль цепи меняется. Тогда и сам полимер становится химически неоднороден. В таких случаях состав полимера характеризуется средним процентным содержанием каких-либо функциональных групп или атомов.

Типичный пример — целлюлоза после ее химической модификации.


При полном ацетилировании целлюлозы массовая доля ацетильных групп в триацетатцеллюлозе — 61,4%. Для производства полупроницаемых мембран используют ацетаты, содержащие 54-58% ОСОСН3. Но в разных звеньях эта величина весьма различна.