В.Н. Кулезнёв, В.А. Шершнев - Химия и физика полимеров (1156197), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При изготовлении изделий из полимерных материалов большое значение имеют выбор и реализация оптимальной конструкции изделия, которая наиболее целесообразно учитывает специфику материала. Значение полимеров в жизни современного общества огромно, и рост производства и потребления полимеров — одно из генеральных направлений развития народного хозяйства. Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности и транспорта, культуры и быта, сельского хозяйства и медицины, оборонной й космической техники, где можно было бы обходиться без полимеров, которые выступиог как совершенно новые материалы с неизвестными ранее свойствами. В последнее время темпы роста производства полимерных материалов непрерывно увеличиваются. Это касается таких полимеров, как полиэтилен, полипропилен, фенопласты, поливинилхлорйд, полистирол, полиэфиры, полиамиды. Растет также экономическая эффективность их производства и применения.
С ростом производства и потребления полимеров одновременно возникает проблема рационального использования и уничтожения отслуживших полимерных изделий. Эта важная проблема уже сейчас требует решения. Она включает в себя как изыскание вторичного сырья для полимерной и других отраслей промышленности, так и защиту природы от накапливающихся отработанных полимерных материалов, которые, не будучи созданы природой, ею не ассимилируются. Широкое проникновение полимеров в быт, в легкую и пищевую промышленность имеет следствием накопление отходов, которые зачастую просто выбрасывают, и тем самым создается угроза засорения окружакнцей среды. Потребитель не всегда знает свойства полимерных материалов, поэтому задача специалистов в области физики, химии и технологии полимеров и полимерных материалов — параллельно с их созданием решать и проблемы, связанные с рациональной угилизацией отработанных изделий.
Даже краткое рассмотрение проблем, стоящих перед наукой и техникой, показывает, какую огромную роль играют полимеры в современной жизни и народном хозяйстве. Полимеры и высокомолекулярные соединения получают из природных источников и синтезируют искусственным образом. К природным веществам высокомолекулярной природы, которые используются для изготовления таких материалов, как кожа, меха, ткани, пленки, резина, относятся производные белковых веществ, 11 Из этих данных видно, насколько перспективны в различных отраслях техники и в быту материалы на основе синтетических полимеров. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ В соответствии с предложениями Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) термины «полимер», «олигомер», «составное звено» формулируются следующим образом. Полимер — вещество, состоящее из молекул, характеризующихся многократным повторением одного или более типов атомов или групп атомов (составных звеньев), соединенных между собой в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, который является практически неизменным при добавлении или удалении одного или нескольких-составных звеньев.
Олигои«ер — вещество, состоящее из молекул, содержащих некоторое количество одного или более типов атомов или групп атомов (составных звеньев), соединенных повторяющимся образом друг с другом. Физические свойства олигомера изменяются при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев его молекулы. Соипавное звено — атомы или группа атомов, входящих в состав цепи молекулы олигомера или полимера. Эти общие термины охватывают все многообразие существующих полимеров, различающихся по структурному составу и молекулярной массе. Ниже приведены значения молекулярной массы некоторых природных и синтетических полимеров: Полимер Дезоксирибонуклеиновая кислота ...... Крахмал Натуральный каучук (полиизопрен) ...
Синтетический полиизопрен .............. Полиэтилен .. Срелняя молекулярная масса ............... 3 10«-70 1О'з 2 — 2.10« ............. 70.10'-2,5 1О« ................. 3-3.10з . 1 10з — 3!0« 13 До последней четверти прошлого века человек потреблял только натуральные высокомолекулярные продукты. История развития химической обработки (модификации) природных полимеров начинается с синтеза нитрата целлюлозы в 70-е годы Х1Х в., а в конце века — важного продукта химической модификации целлюлозы — ацетата целлюлозы.
Первые синтетические полимеры типа фенолоформальдегидных смол были получены в начале ХХ в., а начиная с 30-х годов начал осуществляться в промышленности синтез полимеров методом поликонденсации и полимеризации диеновых и виниловых мономеров, пик развития которого приходится на 40-е годы. В 50-х годах получены стереорегулярные поли- меры и разработаны промышленные методы производства пластиков на основе этилена и пропилена, а на основе изопрена и бутадиена — зластомеров с регулярной и контролируемой структурой и свойствами. В бО-е — 70-е годы нашли широкое применение так называемые композиционные материалы на основе пластмасс и синтетических смол и продолжалось совершенствование технологии композиционных материалов старшего поколения — резин. структура и классификация полимкров Основную массу полимеров составляют органические полимеры, однако известно большое число неорганических и злементоорганических полимерое.
Молекула полимера состоит из молекул его низкомолекулярных аналогов, соединенных друг с другом п раз химическими связями, где и — так называемая степень полимеризаиии — может принимать очень большие значения (десятки и сотни тысяч). Соединение большого числа малых молекул в результате химической реакции в длинную цепную молекулу полимера приводит к возникновению у последнего целого комплекса новых физико- механических свойств-упругости, эластичности, способности к пленко- и волокнообразованию.
Наличие длинных цепных молекул, имеющих химические, т. е. прочные, связи вдоль цепи, и физические, т. е. слабые, связи между цепями, является наиболее характерным признаком полимеров. Большая молекула полимера обладает определенной гибкостью. Цепная молекула полимера называется макромолекулой. Составляющие ее низкомолекулярные повторяющиеся структурные единицы, или звенья, образованы низкомолекулярными веществами, способными к многократному соединению друг с другом в результате химической реакции синтеза*. Эти вещества называют мономерами, а их соединение в макромолекулу полимера происходит в результате химических реакций, протекающих по законам цепных или ступенчатых процессов. Очевидно, что степень полимеризации, т.
е. число мономерных звеньев в одной макромолекуле, определяет молекулярную массу полимера, которая составляет десятки, сотни тысяч, а иногда и миллионы углеродных единиц и равна молекулярной массе исходного мономера, умноженной на степень полимеризации: пМ -+ М„. мономер полимер ' Чаете звеньв в макромолекуле имеют разное строение или расположение, что вельт к рвзлозееввоемв полимера как характерному его признаку. Совершенно ясно, что в процессе синтеза полимера, когда степень полимеризации и велика, практически невозможно получить совершенно одинаковые по размеру макромолекулы.
Молекулярная масса полимеров является величиной усредненной по отношению к молекулярным массам отдельных макромолекул. В этом одно из принципиальных отличий полимера от низкомолекулярного вещества, так как последнее характеризуется совершенно определенным зйачением молекулярной массы. Зто относится и к природным, и к синтетическим полимерам.
Тем не менее средняя молекулярная масса полимера является его характеристикой, поскольку одинаковые по химической природе полимеры различной средней молекулярной массы очень существенно различаются по физическим и механическим свойствам. Изомерия у полимеров. Большие размеры макромолекул полимеров обусловили и еще одну важную особенность их в сравнении с низкомолекулярными веществами той же химической природы. Квк известно, уже у бутана могут быть два структурных изомера— нормальный бугаи(н-бутан) и изобутан.
Огромная макромолекула полимера может быть линейной и разветвленной, т. е. иметь боковые ответвления от основной цепи. Если при этом молекулярная масса линейной и разветвленной молекул одинакова, то они являются изомерами. Физические и механические свойства полимеров, состоящих из линейных макромолекул, сильно отличаются от свойств полимеров, состоящих из разветвленных макромолекул (например, полиэтилен высокой плотности и полиэтилен низкой плотности).
Разветвленность макромолекул — важнейший показатель их структуры. Разветвленность макромолекул характеризуют разными способами, один из которых — по числу разветвлений макромолекул на 1000 атомов С. Так, если полиэтилен содержит всего 20— 40 разветвлений на 1000 атомов С, то это уже сильно нарушает его регулярность, затрудняет кристаллизацию, снижает жеспсость, это полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
