Модифицирование полимеров

Модифици́рование полиме́ров, направленное изменение свойств полимеров. Различают структурное и химическое модифицирование полимеров. Структурное модифицирование заключается в преобразовании надмолекулярной структуры полимера при сохранении его химического состава и молекулярной массы; при химическом модифицировании изменение химического состава и/или молекулярной массы полимера часто также сопровождается очень существенным изменением структуры полимера. Модифицирование позволяет создавать полимерные материалы и изделия с улучшенным комплексом потребительских свойств – повышать устойчивость к термическим или химическим воздействиям, гидрофильность (или гидрофобность), сорбционные свойства, способность к окрашиванию и структурированию, упругость, прочность, эластичность, влиять на биологическую активность, адгезию, растворимость, кристалличность и многие другие функциональные характеристики; в ряде случаев модифицирование приводит также к появлению анизотропии механических и физико-химических свойств.

Структурное модифицирование полимеров может быть осуществлено за счёт внешних механических воздействий на твёрдое полимерное тело; изменения температурно-временно́го режима структурообразования твёрдого полимерного тела из расплава; изменения природы растворителя и режима его удаления при образовании из растворов полимеров покрытий, плёнок и волокон; введения в полимер малых количеств других веществ, влияющих на кинетику образования и морфологию надмолекулярной структуры модифицируемого полимера, и др. Этот вид модифицирования применяется для улучшения качества волокон, для повышения ударной прочности пластмасс, для регулирования структуры полимеров в процессах изготовления изделий (например, при экструзии, прессовании, образовании полимерных покрытий) и пр.

Для химического модифицирования полимеров используют химические превращения уже синтезированного полимера, которые могут протекать без изменения степени полимеризации макромолекул (полимераналогичные превращения и внутримолекулярные реакции), с её увеличением (сшивание, синтез привитых и блоксополимеров) или уменьшением (деструкция).

Реакционная способность функциональных групп полимеров и их низкомолекулярных аналогов различается, поскольку на скорость и направление реакций функциональной группы в макромолекулах может влиять её близость к основной цепи и взаимодействие с соседними исходными или уже прореагировавшими группами, конформация цепи и её изменение с конверсией, электростатические взаимодействия в цепи и надмолекулярные образования макромолекул. Полимераналогичные процессы используют для защиты реакционноспособных групп макромолекулы, синтеза гребнеобразных полимеров, производства материалов с ионообменными свойствами и пр.; модифицирование за счёт внутримолекулярных реакций – для получения термостойких полимеров (с системой сопряжённых двойных связей, с внутримолекулярными циклами).

Наличие в макромолекулах кратных связей, гидроксильных, карбоксильных, карбонильных, эпоксидных групп позволяет осуществить сшивание макромолекул даже при малых концентрациях реагентов-модификаторов. К превращениям такого типа относят необратимое превращение жидких реакционноспособных олигомеров в твёрдые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры (отверждение пластмасс) и получение эластичных сетчатых полимеров – резин (вулканизацию каучуков). Плотность поперечных связей, их химический состав и распределение, исходная молекулярная масса полимера и структура полимерной цепи, входящей в сетку, определяют свойства и применение получаемых полимеров.

Привитые и блоксополимеры получают взаимодействием мономера с полимером или взаимодействием различных типов полимеров или олигомеров. Благодаря наличию микрообластей, обогащённых тем или иным компонентом, привитые и блоксополимеры характеризуются аддитивностью физико-механических свойств. Такие полимеры, состоящие из термодинамически несовместимых компонентов, претерпевают микрорасслаивание (в отличие от механических смесей составляющих их гомополимеров, которые подвергаются макрорасслаиванию). Поэтому привитые и блоксополимеры применяют там, где необходимы совместимые полимерные системы.

Деструкция полимеров, приводящая к уменьшению молекулярной массы полимера, происходит обычно при совместном действии нескольких факторов: тепла, кислорода, механических напряжений, света и влаги и др. Деструкцию используют для частичного уменьшения молекулярной массы, в результате чего облегчаются переработка и практическое применение полимеров; её используют для установления химического строения полимеров, для получения из природных полимеров низкомолекулярных веществ (например, гидролитическая деструкция целлюлозы или крахмала в глюкозу).