В.Н. Кулезнёв, В.А. Шершнев - Химия и физика полимеров (1156197), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Г. Штаудингер начал систематическое исследование процессов химического взаимодействия молекул с двойными связями друг с другом под действием света или тепла. Через 10 лет он пришел к выводу, что теория ассоциатов неверна и в 1926 г. изобразил молекулу полйстирола как большую замкнутую петлю, состоящую из двух параллельных ветвей (прядей).
Только после того как в 1929 г. были экспериментально обнаружены концевые группы макромолекул, исчезли последние сомнения относительно существования длийных цепных молекул. На съезде Немецкого общества естествоиспытателей в 1926 г. и на сьезде Фарадеевского общества в 1935 г. была широко поддержана идея о макромолекулах. Возникла наука о полимерах. Прекратились споры между сторонниками теории ассоциатов и теории цепных молекул, начались дискуссии по поводу наилучших методов полимеризации и поликонденсации. Профессор Г.
Штаудингер ввел термин «макромолекула» и разработал теорию строения полимеров; в 1953 г. он был удостоен за это Нобелевской премии. В 1930 г. В. Кун впервые количественно рассчитал свойства гибкой цепной макромолекулы на основе статистической теории. В последующие годы сформировалось современное представление о том, почему равновесный модуль эластомера растет с ростом температуры (представление о егазовой природеь упругости каучуков). Следует отметить также бурное развитие физики и физикохимии полимеров начиная с 40-х гг. ХХ в., в частности, связанное с изучением структуры и свойств полимерных сеток в теории эластичности полимеров (Е. Гуг, Х. Джеймс и позднее П.
Флори, создавший, по существу, новую теорию этого важного вида полимерных структур). В 1974 г. П. Флори был удостоен Нобелевской премии за достижения в области теоретической и экспериментальной физической химии макромолекул. 7 Идеи, изложенные этими учеными, и экспериментальные факты служат фундаментом для развития науки и промышленности полимеров вплоть до наших дней. Впоследствии успехи в науке и промышленности полимеров определялись успехами их синтеза и модификации. Первые систематические исследования радикальной полимеризации на примере получения поливинилхлорида провел И. И.
Остромысленский в 1910 — 1930 гг. сначала в Москве, а затем в США. В 1930 — 1940 гг. в лабораториях различных фирм было синтезировано много полимеров разного химического строения. Однако настоящий бум промышленного производства начался в послевоенные годы (начиная с 1947 — 1948 гг.). Новую эпоху в науке о полимерах и в промышленности ознаменовало открытие ионно-координацнонной полимеризации. К. Циглер в 1950 — 1952 гг.
опубликовал метод синтеза высококристаллического полиэтилена, а Дж. Натта в 1954 г. предложил метод получения стереорегулярного полипропилена. За эти открытия К. Циглер и Дж. Натга были удостоены Нобелевской премии в 19б4 г. Сегодня металлоорганические (металлоценовые) катализаторы — основа синтеза многих, в том числе крупнотоннажных, полимеров.
Эти катализаторы называют катализаторами Циглера — Нита. В настоящее время развитие науки о полимерах и промышленности продвигается главным образом по пути создания гетерофазных структур (получение наполненных, нанонаполненных и армированных композитов, полимерных смесей и сплавов, синтез привитых и блоксополимеров). Это огромное отдельное направление в создании новых полимерных материалов, представляющее собой самостоятельный раздел науки о полимерах. Авторы стремились в компактном виде изложить основные теоретические проблемы химии и физики полимеров, а перечисленные выше проблемы (различные приемы переработки полимеров, роль пластификаторов, наполнителей и т.д.) не рассматривали.
Показаны лишь принципиальные направления химической и физической модификации свойств полимеров для улучшения основных технических характеристик и увеличения срока эксплуатации изделий из полимерных материалов. В учебнике представлены современные взгляаы на строение полимеров, его связь со свойствами, рассмотрены возможности химической и физической модификации полимеров с получением нового комплекса свойств. Изложение принципов синтеза полимеров тесно связано с их формирующейся структурой; представлена ее связь с главнейшими физическими и механическими свойствами, присущими полимерному состоянию вещества, — гибкостью макромолекул, высокоэластичностью, стеклообразным, вязкотекучим физическими состояниями. Рассмотрены основные химические реакции в по- лимерных цепях и возможность направленного изменения на основе этих реакций физической и химической природы полимеров с целью модификации их свойств и зашиты от различных видов агрессивных воздействий (теплового, радиационного, окислитель- ного, механического и др.).
Рассмотрены также пути перехода растворимых и плавких полимеров в нерастворимое термоустойчивое состояние за счет создания в них сетчатых структур. Фундаментальные основы науки о полимерах изложены в логической последовательности и в форме, доступной для восприятия студентами, впервые приступаюшими к глубокому изучению полимерной химии, физики и впоследствии — технологии переработки полимеров, получения изделий из них и изучения поведения этих изделий в различных условиях эксплуатации. Основу учебника составили курсы лекций по химии и физике полимеров, механическим свойствам полимеров, которые авторы на протяжении многих лет читали и читают студентам Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М. В.
Ломоносова, специализирующимся в области технологии переработки пластмасс и эластомеров и полимерного материаловедения. Обработка приводимых экспериментальных данных проводится с учетом знаний, полученных студентами ранее при изучении основ физики, математики, механики и сопротивления материалов; многие из закономерностей известны им по предшествуюшим курсам. Иллюстративный материал носит в основном схематический характер, отражает лишь принципы явлений. Более детальное и подробное ознакомление с ними должно происходить в процессе самостоятельной работы с использованием литературы, списки которой приложены к каждой из трех частей учебника.
Материал учебника соответствует программам курсов химии и физики полимеров и физико-химических основ технологии полимеров для студентов, специализирующихся в области технологии переработки пластмасс, эластомеров, лаков, пленок, покрытий, волокон и в области полимерного материаловедения. Это специальности и направления подготовки бакалавров, магистров, инженеров в группе химических технологий, материаловедения и технологии новых материалов.
Книга может быть полезна не только студентам указанных выше специальностей, но и смежных с ними, а также аспирантам и преподавателям. Она может быть использована специалистами производств, потребляющих полимеры и полимерные материалы (машино-, автомобиле-, самолето-, судо-, ракетостроение, производство изделий широкого потребления). Авторы будут благодарны читателям за их отзывы и замечания. ВВЕДЕНИЕ Высокомолекулярные соединения могут быть природиыми или синтетическими. К числу природных относятся белки, полисахариды, природные смолы, натуральный каучук и т.д., а к числу синтетических — полиэтилен, полистирол, полиамиды, фенольные смолы ит.д.
Высокомолекулярные соединения состоят из больших молекул, молекулярная масса которых превышает несколько тысяч, а иногда может достигать многих миллионов. Молекулы таких соединений состоят из комбинаций малых молекул одинакового или разного химического строения. Соединяясь между собой силами главных валентностей (химическими связями), малые молекулы образуют высокомолекулярное вещество.
В большинстве случаев высокомолекулярные соединения являются полимерами — веществами, молекулы которых состоят из многократно повторякяцихся структурных единиц. В одну молекулу полимера может входить одна, две, а иногда три и более повторяющиеся структурные единицы. Некоторые природные полимеры проявляют биологическую активность и называются биополимерами. Широкий интерес к полимерам, многочисленные научные труды, посвященные им, большой объем промышленного производства синтетических полимеров обусловлены в первую очередь уникальным комплексом их физико-механических свойств. Поэтому в науке о полимерах тесно переплетаются законы химии, физики и механики. Наряду с химией получения полимеров (методы синтеза макро- молекул) существуют и быстро развиваются разделы физики полимеров и химических превращений макромолекул с целью химической модификации и стабилизации химической и физической структуры полимеров.
Изучаются механизмы и скорости образования полимеров, их структура и свойства в твердой фазе, в растворах, расплавах, а также изменение свойств в условиях эксплуатации, разрабатываются методы переработки сырья в полимерные материалы и изготовления изделий из них.
Для получения синтетических полимерных материалов, обладающих заданными свойствами, необходимы научно обоснованные методы их переработки, т.е. методы формирования опти- 1О мальных структур молекул, обеспечивающих повышенную прочность, низкую хрупкость, высокую эластичность полимеров. Для увеличения срока службы полимерных материалов в них вводят специальные добавки, повышающие теплостойкость, динамическую выносливость и улучшающие другие важные свойства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
