21.6 : Классификация полимеров: Кристалличность

В отличие от ионных или небольших ковалентных молекул, полимеры не образуют кристаллические твердые вещества из-за диффузионных ограничений их длинноцепочечных структур. Однако полимеры содержат микроскопические кристаллические домены, разделенные аморфными доменами.

Кристаллические домены — это области, в которых полимерные цепи упорядоченно выровнены и удерживаются вместе за счет межмолекулярных сил. Например, цепи в кристаллических доменах полиэтилена и нейлона связаны друг с другом взаимодействиями Ван-дер-Ваальса и водородными связями, соответственно.

Аморфные домены — это области, в которых цепи ориентированы случайным образом и неплотно упакованы, что приводит к слабым межмолекулярным взаимодействиям. Наличие разветвлений или крупных заместителей в полимерной цепи еще больше увеличивает вероятность образования аморфных доменов. Значительно разупорядоченные полимерные цепи могут привести к образованию некристаллического полимера; например, поли(метилметакрилата).

Рисунок 1: Кристаллический домен (прямоугольник) и аморфный домен (овал) полимера.

Кристаллические домены придают полимеру прочность, тогда как аморфные домены придают гибкость. Например, производятс различные марки поли(этилентерефталата), или ПЭТ, в которых доля кристаллических доменов варьируется от 0% до примерно 55%. Менее кристаллический ПЭТ используется для изготовления пластиковых бутылок. Высококристаллический ПЭТ используется в качестве текстильного волокна.

Термические свойства высококристаллических некристаллических полимеров различны. При температуре стеклования оба полимера превращаются из твердого вещества в гибкий материал. При дальнейшем нагревании только кристаллические полимеры демонстрируют определённую температуру плавления, при которой полимер превращается в жидкость. Некристаллические полимеры не обладают определенной температурой плавления (температурой плавления кристаллов). Сшитые полимеры не плавятся, а непосредственно разлагаются при экстремальных температурах.