ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Что такое технология из "От колбы до реактора " Прочитав первую главу, читатель получил разнообразные, но довольно поверхностные сведения о полимерных материалах. Теперь пора перейти к более конкретному описанию предмета этой книги. [c.46] Новые полимеры рождаются в стенах химических лабораторий. Когда-то они получались случайно, но с начала нашего века часть химиков стала специально заниматься их синтезом. Обычно этих специалистов называют синтетиками. Это настоящие охотники за мономерами. [c.46] Давайте разберемся, какие химические вещества можно считать мономерами, а какие нет. На заре полимерной эры между учеными разгорелись споры-какова химическая структура полимерных веществ. Одни считали, что полимеры-это коллоиды, ведь при растворении они образуют не истинные, а коллоидные растворы. Академик В. А. Каргин-крупнейший советский полимерщик-вспоминал, что до начала войны золото, ртуть и полимеры изучали в одной лаборатории, поскольку все они образуют коллоидные растворы. [c.47] возражали другие,-полимерные молекулы образуют огромные циклы. Третьи полагали, что молекулы полимеров представляют собой длинные цепочки связанных друг с другом мономерных молекул. Последнюю идею развивал знаменитый немецкий химик Г. Штаудингер в 20-х годах нашего века. Используя знакомый нам полимер формальдегида, он показал, как с увеличением длины молекул постепенно изменяются свойства материала растут вязкость, температура плавления, появляются специфические свойства. Он же ответил на вопрос, каким образом некоторые полимеры образуют кристаллы. Это явление очень смущало физиков ведь кристаллы образуют низкомолекулярные вещества. Оказалось, что макромолекулы могут упаковываться сразу в несколько кристаллических ячеек. Идеи Штаудингера постепенно были приняты всеми специалистами, изучавшими строение полимеров. [c.47] Если полимерные молекулы это цепочки, построенные из мономерньк звеньев, то мономером можно считать вещество, молекулы которого способны соединяться в длинные цепи,-рассуждали химики. Сравнительно быстро было установлено, что этим свойством обладают вещества, в молекулах которых имеются непредельные связи-С = С или С=0. Тогда при разрыве одной связи получатся две свободные валентности -С-С-или -С-0-. Такие молекулы могут соединяться, образуя цепи. [c.47] Следовательно, все соединения с непредельными связями-потенциальные мономеры Да, в общем так. Таких соединений в органической химии видимо-невидимо. Работы синтетикам хватило на долгие годы. Одни соединения, такие как формальдегид или стирол, полимеризовались очень легко-достаточно их нагреть или охладить, с другими, например с этиленом или пропиленом, пришлось возиться несколько десятилетий. [c.48] Если химику-синтетику попадается мономер с трудным характером , то в ход пускается весь арсенал приемов, накопленных химиками за 100 лет. Мономер охлаждают в жидком азоте, нагревают до высоких температур, распыляют в глубоком вакууме, сдавливают при громадных давлениях, облучают ультрафиолетовыми, рентгеновскими лучами, стреляют им из специальных пушек (это называется полимеризовать в ударной волне ). Особые надежды химики возлагают на катализаторы, но вот подобрать подходящий катализатор-задача не из легких. [c.48] Эта молекула может взаимодействовать с такими же и каждый раз будет получаться молекула больших размеров, содержащая и кислотную, и спиртовую группу на концах. Если процесс будет идти достаточно долго, то в результате должны получиться длинные макромолекулы полиэфиров. [c.49] Подобная реакция получила название поликонденсации. Исходные мономеры не содержат непредельных связей, но зато содержат по две функциональных группы. Метод поликонденсации оказался весьма эффективным для получения многих промышленных полимеров и прежде всего волокнообразующих-полиамидов, лавсана, различных полиэфирных смол и др. [c.49] Позже других в разряд мономеров попали циклические соединения, т.е. такие, молекулы которых представляют собой циклы. Если цикл разорвать в одном месте, то получится линейная молекула со свободными связями на концах. Затем нужно подобрать такие условия, чтобы разорванные циклы соединялись друг с другом, образуя линейные молекулы. Затратив массу усилий, химики справились и с этой задачей. Пример тому-триоксан, о котором было сказано раньше. [c.49] Опытный химик-синтетик-настоящий виртуоз своего дела. Он может получить линейный полимер или разветвленный, полимер, молекулы которого напоминают лестницу, и полимер, молекулы которого похожи на колеса, связанные веревочками (полимеры именно с такой структурой обладают повьппенной термической стойкостью-до 500°С.). [c.50] Как он работает в своей лаборатории Во-первых, в белом халате, так как чистота для него так же важна, как и для врача. Часто на руках у него резиновые перчатки, а на лице стеклянная маска-щиток, делающая его похожим на персонаж из научно-фантастического фильма. Больщую часть рабочего времени он проводит около стеклянного шкафа, оборудованного сильной вытяжкой. Все эти предосторожности необходимы, так как мономеры бывают очень капризные-едкие, огнеопасные, взрывоопасные. [c.50] Сначала небольшое количество нового мономера нужно очистить от следов влаги, кислорода и других примесей. [c.50] К примесям химик относится крайне подозрительно. На эти зловредные примеси принято сваливать все неудачи. Это они губят капризные и чувствительные катализаторы, запутывают результаты опытов, мешают повторить (воспроизвести) нужный результат. [c.50] Для того чтобы тщательно очистить мономер, его промывают щелочью и кислотой, эфиром и ацетоном. Потом сушат от следов влаги над металлическим натрием, по нескольку раз пер)егоняют в вакууме. [c.50] Если последовательность операций продумана неправильно, то приходится все начинать сначала. Процедура очистки реагентов в химии столь сложна и трудоемка, что химик буквально дрожит над каждой каплей тщательно очищенного вещества. Вот почему свои эксперименты он старается провести в микромасштабе, изо всех сил экономя драгоценное вещество. [c.50] Требования к чистоте мономеров очень высоки часто необходимо, чтобы мономер содержал четыре девятки основного вещества, т.е. 99,99%. Но это не предел. [c.51] Как распознать примеси Могучим средством современного химического анализа является хроматография. В небольшой медицинский шприц набирают буквально каплю исследуемого вещества и вкалывают шприц в прибор через резиновую прокладку. Газовый поток уносит пробу в колонку, заполненную специальным наполнителем. В ней примеси разделяются и поочередно все компоненты увлекаются в чувствительный детектор-устройство, сигнализирующее о поступлении химического вещества. Сигнал детектора воздействует на самопишущее перо, которое чертит линию на рулоне бумаги. Пока прибор не загружен, перо мирно выписывает прямую линию (если все в порядке с напряжением в сети). Но вот аналитик ввел пробу мономера. Через некоторое время перо начинает выписывать горные пики , иногда весьма замысловатой формы. [c.51] Хроматограмму, изображенную на рисунке, аналитик воспримет спокойно. Большой пик принадлежит самому мономеру, маленькие-примесям. Но бывает, что пиков несколько-целый лес. [c.51] Но трудности, связанные с получением чистых веществ, это только одна из причин, из-за которых химики предпочитают работать с малыми объемами. Коснемся других. [c.51] Вернуться к основной статье