М.С. Аржаков, А.Е. Жирнов, А.А. Ефимова и др. - Высокомолекулярные соединения (1109599)
Текст из файла
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕСОЕДИНЕНИЯМ.С. АржаковА.Е. ЖирновА.А. ЕфимоваБ.А. КоролевМ.Б. ЛачиновЕ.А. ЛитмановичЕ.А. ЛысенкоЕ.В. ЧерниковаИ.В. ЧерновВВЕДЕНИЕВысокомолекулярные соединения – химические соединения с молекулярноймассой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Подавляющее большинствовысокомолекулярных соединений составляют полимеры (от греч. πολύ - много; μέρος часть).Уже в самом термине «полимер» заложена информация о том, что данныесоединения построены путём многократного повторения атомных групп (составныхзвеньев), соединённых в макромолекулы химическими связями.
Химическую структурумакромолекулы описывают как n повторений составных звеньев [составное звено]n.Наименьшее составное звено, повторением которого может быть описано строениеполимера, называется повторяющимся звеном. Наибольшее составное звено, котороеобразуется из одной молекулы мономера (исходного соединения) при полимеризации,называется мономерным звеном. Согласно рекомендации ИЮПАК название линейногополимера образуют прибавлением приставки «поли-» к названию мономера, изкоторого получен полимер. Например, полимер, который получают полимеризациейэтилена СН2=СН2 за счет раскрытия двойной связи, носит название полиэтилен.
Длянего повторяющимся звеном является СН2 группа, а мономерным - СН2СН2 группа.Химическая структура полиэтилена может быть представлена как многократноесочетание повторяющихся звеньев [-СН2-]n или мономерных звеньев [-СН2-СН2-]n. Длямногих полимеров, например, для полипропилена, который получают полимеризациейпропилена СН2=СНСН3, повторяющееся и мономерное звенья совпадают - [-СН2СНСН3-]n.Высокая молекулярная масса полимеров - понятие относительное. Согласноопределению ИЮПАК «полимер – это вещество, состоящее из молекул,характеризующихся многократным повторением одного или более типов составныхзвеньев, соединенных между собой в количестве, достаточном для проявлениякомплекса свойств, который остается практически неизменным при добавлении илиудалении одного или нескольких составных звеньев». Эта ситуация показана на Рис. 1,где приведена зависимость Тпл гомологического ряда н-алканов от их молекулярноймассы.
Аналогичные зависимости характерны и для других физических свойств.Область I резкого изменения свойства соответствует низкомолекулярнымсоединениям (до нескольких сотен у.е.). В области Ш, где исследуемое свойство (Тпл)практически не зависит от молекулярной массы, - это область высокомолекулярныхсоединений или полимеров (молекулярные массы составляют десятки тысяч –миллионы у.е.). Промежуточной области П соответствуют олигомерные соединения смолекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч.Два основных аспекта современной науки о полимерах связаны с их ролью вбиологических процессах и с проблемами производства перспективных материалов.Что касается биологического аспекта, отметим лишь некоторые из важнейшихсвойств и функций ряда биополимеров:• нуклеиновые кислоты способны кодировать, хранить и передавать генетическуюинформацию на молекулярном уровне, являясь материальным субстратомнаследственности;• мышечные белки способны превращать химическую энергию в механическуюработу, и их сократительная функция лежит в основе мышечной деятельности;• ферменты и глобулярные белки обладают каталитической активностью, чтоопределяет высокую скорость и избирательность реакций обмена, распада одних исинтеза других веществ в живой природе.1Рис.
1. Зависимость температуры плавления н-алканов от молекулярной массы.Развитие полимерного материаловедения имеет тысячелетнюю историю.Натуральные полимерные материалы, такие как древесина, кожа, шерсть, шелк,растительные волокна и натуральный каучук известны человечеству с древнейшихвремен. Первые упоминания о синтетических полимерах, аналогов которым в природене существует, (полистирол, поливинилхлорид) относятся к 1-й половине 19 в. Однакотогда их рассматривали как нежелательные побочные продукты «осмоления»низкомолекулярных соединений.
В это же время американский предприниматель иинженер Гудъир (Goodyear) разработал серную вулканизацию натурального каучука,что положило начало развитию резинотехнической промышленности.В первой половине 20 в. совокупность теоретических и практическихисследованийпозволиловыделитьнаукуополимерахвотдельнуюестественнонаучную дисциплину.Автором принципиально новых представлений о полимерах как соединениях,построенных из цепных макромолекул, стал Г.
Штаудингер. Неоценимый вклад втеорию физической химии и статистической механики полимеров внес П. Флори.С практической точки зрения до конца 20-х гг. 20 в. наука о полимерахразвивалась, в основном, как поиск методов получения синтетического каучука –заменителя натурального. Основоположником промышленного способа получениясинтетического каучука стал советский химик С.В. Лебедев, который в 1926 – 1931 гг.
сгруппой сотрудников разработал методику синтеза каучука на основе полибутадиена, атакже рецептуру приготовления из него резинотехнических изделий.В 30-х гг. были теоретически обоснованы и экспериментально доказанырадикальный (Г. Штаудингер и др.) и ионный (Ф. Уитмор и др.) механизмыполимеризации. В это же время в работах У. Карозерса были развиты представления ополиконденсационных процессах. Он же в 1931 г. синтезировал совместно с Дж. А.Ньюландом хлоропреновый каучук (неопрен), а в 1937 г. разработал метод полученияполиамидов.Становление российской науки о полимерах связано с именами С.С.
Медведева,который в 30-х гг. впервые установил свободнорадикальную природу активныхцентров роста цепи при инициировании полимеризации пероксидами и сформулировал2понятие передачи цепи; А.П. Александрова, в эти же годы развившего представления орелаксационной природе деформации полимеров; В.А. Каргина, доказавшего в конце30-х гг. термодинамическую обратимость растворов полимеров и сформулировавшегосистему представлений о физических состояниях аморфных высокомолекулярныхсоединений; К. А. Андрианова, синтезировавшего в 1937 г.
полиорганосилоксаны; и др.Использование полимеров в качестве современных материалов определяетсяуникальным комплексом их физических и физикохимических свойств – следствиемцепного строения макромолекул. К наиболее важным из этих свойств отнесем:• высокоэластичность - способность к гигантским (до 1000 %) обратимымдеформациям;• способность к ориентации за счет параллельной укладки выпрямленныхлинейных макромолекул, что приводит к образованию анизотропнойвысокопрочной структуры;• кооперативные взаимодействия между макромолекулами с формированиемполимер-полимерных комплексов (поликомплексов).Номенклатура современных полимерных материалов чрезвычайно широка ивключает следующие основные классы: каучуки, пластики, волокна, пленки, покрытия,смеси полимеров, композиционные материалы, полимерные нанокомпозиты,взаимопроникающие сетки и поликомплексы.С точки зрения конструкционных (прочностных) свойств полимерныематериалы значительно опережают металлы.
В настоящее время получены полимерныеволокна с прочностью до 10 ГПа. Это значит, что волокно с диаметром 1 мм способновыдерживать груз до 800 кг. Многие полимерные пластики обладают высокой ударнойпрочностью, т.е. не разрушаются при мгновенных нагрузках, например, при попаданиикамня или пули. В сочетании с прозрачностью, характерной, например, дляполиметилметакрилата, это свойство определяет использование таких полимеров дляостекления авиатехники, автомобилей, железнодорожного транспорта и т.п.Отличительной особенностью полимерных материалов является их низкая (посравнению с металлами и неорганическими материалами) плотность, лежащая впределах 1.0 ÷ 1.5 г/см3. При замене металлических материалов на полимерные этотфакт определяет снижение веса конструкции, что чрезвычайно важно, в первуюочередь, для авиа- и автомобилестроения.
Например, замена алюминиевого сплаваграфитопластиком при изготовлении предкрылка самолета позволяет снизить вес на22%, причем запас прочности изделия возрастает почти в 2 раза. При этом снижаетсястоимость конструкции, и уменьшается расход топлива.Долгое время негативным свойством полимерных материалов являлась ихнизкая теплостойкость, не превышающая 250 ÷ 300°С.
Однако в последнее времяполучены и успешно используются полимерные материалы (полиимиды,ароматические полиамиды) с максимальной температурой эксплуатации в интервале400 ÷ 700°С, что сопоставимо с температурой плавления ряда металлов, например,алюминия. Углеродные волокна, пластики и композиты в присутствие кислородаможно эксплуатировать до температур 1200 ÷ 1500°С, что сопоставимо стемпературами плавления многих сортов стали.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
