ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Происхождение полимеров из "Полимеры" Со времени образования Земли более 4 миллиардов лет назад в ее гигантской лаборатории такие элементы, как углерод, водород, кислород и азот, соединялись в сложные молекулы. В один прекрасный день это привело к возникновению самого загадочного и чудесного процесса, называемого жизнью, материальной основой происхождения которого был полимер. Этот полимер — белок — синтезирован в Природе из простых химических соединений метана, аммиака и углекислого газа. Так зародилась жизнь, и одна из ее форм в результате многовекового развития стала человеческой . Именно поэтому почти весь организм человека состоит из того же полимера. Таким образом, тесная связь Природы с полимерами длится уже несколько миллиардов лет (может, несколько миллионов лет больше или меньше, если Вы сторонник большой точности). [c.9] В то же самое время существовали и другие природные формы полимеров, такие, как древесина, хлопок, целлюлоза, крахмал и пр., которые впоследствии использовались человеком. Спросим себя, что же в конечном итоге является наиболее важной движущей силой человеческого развития И ответим инстинкт выживания. Даже миллионы лет назад основные потребности человека бьши те же, что и сейчас ему необходимы были кров и одежда и он должен был защищать себя. Шкуры животных были ему нужны, чтобы укрыть свое тело, листва и деревья — чтобы построить жилище, дубинки из дерева - как оружие. Таким образом он использовал природные полимеры. [c.9] Однако в ходе развития цивилизации люди изыскивали все новые и новые пути удовлетворения своих потребностей. Например, если раньше одежду изготавливали из шкур животных, то сейчас для этой цели применяют полиэфиры. Но и тогда, и сейчас человек использовал полимеры-или природные в виде шкур животных, или синтетические в виде найлонов и полиэфиров — не только для удовлетворения насущных потребностей, но и для своих прихотей. [c.9] Тем временем исследователи девятнадцатого века наталкивались на необъяснимые трудности при работе с определенными химическими веществами. Иногда реакции с такими веществами приводили к образованию клейких и вязких материалов, которые прилипали к стенкам пробирок и засоряли клапаны химической посуды. И только гениальность Лео Бакеланда помогла понять, что из этих склеившихся пробирок вырастет новая ветвь химии и что эти необычные материалы вскоре распахнут двери огромной технологической сокровищницы. В 1909 г. из двух обычных химических веществ (фенола и формальдегида) он создает смолу (названную позже в его честь бакелитом), способную формоваться в твердое негорючее изделие. Бакелит стал предшественником многих других современных синтетических полимеров. Например, в 1912 г. Жак Брандербур-гер изобрел знаменитый прозрачный материал — целлофан. Приблизительно в это же десятилетие из научных лабораторий всего света стали появляться все новые полимеры с постоянно улучшающимися свойствами. [c.10] Большинство синтетических полимеров имеет сравнительно недавнее происхождение. Действительно, они появились позже, чем радио и аэропланы, но зато как они изменили нашу жизнь. Имеем ли мы дело с модными галантерейными безделушками, тканями, строительными или упаковочными материалами, полимеры всегда находятся на переднем крае, предоставляя нам неограниченный выбор разнообразных изделий. [c.10] Очевидно, что полимеры не были открыты вдруг. Это плод упорных исследований множества энергичных ученых, чья работа так обогатила человеческую жизнь. Сегодня наще познание в области полимерной науки и технологии настолько глубоко, что ученый-экспериментатор может создать практически неограниченный круг новых материалов. [c.11] Как архитектор выбирает кирпичи, камни, бревна и т.д. разной формы, размеров и рисунка для создания различных проектов, так и химик получает бесчисленные пластмассы, каучуки, пенопласты, волокна и пр., варьируя различные химические соединения, реагирующие в определенных условиях. В качестве примера можно привести пуленепробиваемый полимер — поликарбонат, который сочетает прозрачность стекла с прочностью стали. В будущем мы вправе ожидать еще более невероятного соединения полезных свойств по мере того, как будут совершенствоваться навыки химика-полимерщика в архитектуре молекул . [c.11] Что такое полимеры С одной стороны, это сложные, гигантские молекулы, отличающиеся от низкомолекулярных веществ, таких, как обычная соль. Для того, чтобы проиллюстрировать это различие, скажем лишь, что молекулярный вес поваренной соли составляет всего 58,5, в то время как молекулярный вес полимера достигает нескольких сотен тысяч. Такие большие молекулы, или макромолекулы , состоят из большого числа небольших молекул. Эти небольшие молекулы, входящие в одну большую молекулу, могут быть как одинакового, так и разного химического состава. Проиллюстрируем это следующим наглядным примером. Представим себе набор колец одинакового размера, сделанных из одного материала. Будучи связанными между собой, они составляют цепочку, которую можно рассматривать как молекулу полимера, состоящую из молекул одного и того же химического вещества. Если взять кольца разных размеров, сделанные из различных материалов, то составленная из них цепочка моделирует полимер, построенный из молекул различных веществ Эти случаи представлены на рис. 1.1. [c.11] СОМ (54 X 4000) 200 ООО. Именно гигантские размеры полимерных молекул и являются причиной отличия их поведения от поведения общеизвестного химического вещества, например бензола. Твердый бензол при 5,5°С плавится и образуется жидкий бензол, а при дальнейщем нагревании начинает кипеть и образуется газообразный бензол. В отличие от поведения простого химического соединения полимер, например полиэтилен, не плавится при одной определенной температуре. Вместо этого он п сгепенно размягчается и, наконец, превращается в очень вязкую, клейкую расплавленную массу. Дальнейшее нагревание этого горячего вязкого полимерного расплава хотя и приводит к образованию различных газов, но эти газы уже полиэтиленом не являются (рис. 1.2). [c.12] 1— добавление кристаллов хлорида натрия к воде 2 — кристаллы переходят В раствор, вязкость раствора почти не отлдаается от вязкости воды 3— образуется насыщенный раствор соли в воде, избыток кристаллов остается в нерастворенном состоянии. [c.14] Как мы уже ввдели, полимер состоит из большого числа маленьких молекул, которые, соединяясь, образуют одну длинную и большую молекулу. Отдельные маленькие молекулы, из которых образуется полимер, назьшаются мономерами (что означает — одна часть), а процесс, при котором молекулы мономеров соединяются между собой с образованием большой молекулы полимера, называется полимеризацией. [c.14] Проведем лишь одну аналогию для иллюстрации процесса полимеризации. Дети отдыхают на игровой площадке — некоторые сидят группами, некоторые — поодиночке. Вдруг появляется воспитатель и велит им построиться в ряд, и дети очень неохотно подчиняются ему. Однако он заставляет их взяться за руки и образовать длинную цепочку. Теперь возникает следующая проблема. Дети начинают шалить, и некоторые из них отказываются протянуть свою левую ручку соседу. Что же в этом случае произойдет с цепочкой Естественно, что на непослушном мальчике ряд будет заканчиваться, ведь он не дает руки своему соседу, и цепочка разрывается. [c.14] обе ручки ребенка, необходимые для того, чтобы цепочка продолжала расти с обеих сторон, представляют собой два реакционных центра мономера, которые нужны для соединения мономерных молекул, роста и образования огромной молекулы полимера. Следует отметить, что наличие двух реакционных центров мономера (так называемая бифункциональность) является необходимым условием роста полимерной цепи, так же как для роста цепочки, составленной детьми, необходимо, чтобы каждый ребенок протянул обе ручки. [c.15] Ранее мы установлии, что полимеризация может протекать с участием либо одного, либо нескольких мономеров. Если молекулы мономера присоединяются друг к другу с образованием полимера, то этот процесс называется полимеризацией присоединения . Мономерные звенья в этом случае сохраняют свою индивидуальность и в полимере. Например, мономерные молекулы этилена присоединяются друг к другу с образованием полиэтилена, в котором сохраняется структурная идентичность этилена. [c.15] Как при полимеризации, так и при поликонденсации образующая молекула полимера содержит одну структурную единицу, повторяющуюся многократно. Эти повторяющиеся единицы называют мономерными звеньями. Размер полимерной молекулы определяется числом повторяющихся единиц, количество которых является степенью полимеризации. [c.16] Например, пять молекул мономера этилена присоединяются друг к другу с образованием молекулы полиэтилена (рис. 1.4, верхняя часть). В данном случае повторяющаяся единица ( Hj —СН2) и молекула полимера состоит из пяти таких повторяющихся единиц. Следовательно, степень полимеризации равна 5. Аналогично этому если четыре молекулы гидрокислоты (НО—R—СООН) конденсируются, то образуется молекула полиэфира. Повторяющаяся единица в этом случае —R—СОО— (см. рис. 1.4, нижняя часть). Данная молекула полиэфира имеет четыре повторяющихся звена, и, следовательно, степень ее полимеризации равна 4. [c.16] Полимер — это общее название, данное широкому кругу материалов, обладающих высоким молекулярным весом. Эти материалы существуют в самых разнообразных формах и видах, так как в их молекулах присутствует большое число различных типов атомов. Полимеры могут иметь различные химические структуры, физические свойства, механическое поведение, термические характеристики и пр. и могут быть классифицированы различным образом. [c.16] В зависимости от своего происхождения полимеры бывают природные или синтетические. Природными называют полимеры, полученные из натуральных материалов. Типичными примерами являются хлопок, шелк, шерсть, каучук. Целлофан, вискозное волокно, кожа и т.д. представляют собой химическую модификацию природных полимеров. [c.16] Полимеры, синтезированные из низкомолекулярных веществ, называют синтетическими полимерами. Типичными примерами являются полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полиамид (ПА, найлон) и лавсан. [c.16] Вернуться к основной статье