Полиэфиры представляют собой полимеры, содержащие в основной цепи повторяющиеся эфирные группы –COO–. Они образуются в результате конденсационных реакций между диолами и дикарбоновыми кислотами или их производными, а также могут формироваться из простых эфиров посредством полимеризации с разрывом кольца. Основное различие между полиэфирами заключается в их химической природе: алкилполиэфиры (например, полиэтилентерефталат) и ароматические полиэфиры (например, полипарафенилентерефталат) демонстрируют различную термическую и механическую стабильность.
Классификация полиэфиров проводится по нескольким критериям:
1. Поликонденсация диолов с дикарбоновыми кислотами Основной путь получения полиэфиров заключается в реакции конденсации диолов и дикарбоновых кислот с образованием сложного эфира и выделением низкомолекулярного побочного продукта (обычно воды):
[ n HO–R–OH + n HOOC–R’–COOH –[O–R–O–CO–R’]_n– + 2n H_2O]
Эта реакция протекает при высоких температурах и часто в вакууме для удаления воды и смещения равновесия в сторону полимера.
2. Эстерификация с использованием производных кислот Применение кислотных хлоридов или ангидридов ускоряет процесс полиэфиризации, снижает температуру синтеза и минимизирует побочные реакции:
[ HO–R–OH + Cl–CO–R’–CO–Cl –[O–R–O–CO–R’]_n– + HCl]
3. Открытие кольцевого эфира (ROP) Для полиэфиров типа полиоксаэтилиден, полиэфиров лактонного типа, реакция осуществляется каталитическим или анионным механизмом, что позволяет получать полимеры с контролируемой молекулярной массой и низкой полидисперсностью.
Термостойкость и стеклование Алифатические полиэфиры обычно обладают более низкой температурой плавления и стеклования (50–80 °C), тогда как ароматические полиэфиры демонстрируют термостойкость до 300 °C и высокую жесткость. Полиэфиры склонны к кристаллизации, что повышает механическую прочность, но снижает прозрачность.
Растворимость Растворимость зависит от структуры основной цепи: алифатические полиэфиры растворимы в органических растворителях (хлороформ, тетрагидрофуран), тогда как ароматические – практически нерастворимы.
Механические свойства Кристаллические полиэфиры обладают высокой модульной жесткостью, хорошей ударной вязкостью и усталостной стойкостью. Аморфные полиэфиры характеризуются эластичностью и ударопрочностью, что определяет их применение в волокнах и пленках.
1. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) Высококристаллический термопласт, широко используемый для производства волокон, пленок и упаковки напитков. Обладает высокой прочностью, стойкостью к химическим реагентам и гидролизу при умеренных температурах.
2. Полибутилентерефталат (ПБТ) Используется в электротехнике и автомобилестроении благодаря высокой термостойкости, низкой усадке и хорошей электроизоляции.
3. Полиоксаэтилиден (ПОМ) Синтезируется методом кольцевой полимеризации оксиретана. Обладает высокой жесткостью, низкой трением и химической стойкостью, применяется для зубчатых передач, подшипников и деталей машин.
4. Лактонные полиэфиры Например, поли(капролактон) используется как биодеградируемый материал в медицинских швах и имплантах, благодаря способности к гидролизу в организме.
Экструзия и литьё под давлением Применяются для термопластичных полиэфиров, таких как ПЭТ и ПБТ, с целью получения волокон, пленок и изделий сложной формы.
Выдувное формование Используется для производства бутылок и контейнеров, благодаря высокой текучести расплава полиэфиров.
Специальные методы для аморфных полиэфиров Технологии спиннинга для волокон, прессование и литьё для деталей машин, требующих высокой точности размеров.
Сопряжение с другими полимерами Полиэфиры могут быть модифицированы сополимеризацией с полиамидами, полиуретанами или каучуковыми компонентами, что улучшает ударную вязкость и гибкость.
Пластификаторы и стабилизаторы Добавление термостабилизаторов, антиоксидантов и пластификаторов увеличивает долговечность и термическую стабильность полиэфиров, особенно при высокотемпературной эксплуатации.
Поверхностные модификации Плазменная обработка, кислородное травление или нанесение функциональных групп позволяет улучшать адгезию, гидрофильность и совместимость с другими материалами.
Полиэфиры подвергаются гидролизу при высоких температурах и в кислой или щелочной среде, что делает их пригодными для переработки и утилизации. Биодеградируемые полиэфиры (например, поли(капролактон)) могут разлагаться микроорганизмами, применяясь в медицине и экологически чистой упаковке. Термопласты поддаются многократной переработке через переплавку и экструзию без значительной потери свойств.
Ключевой особенностью полиэфиров является баланс между механической прочностью, термостойкостью и химической стабильностью, что делает их универсальными материалами в промышленности, медицине и наукоёмких технологиях.