Детская энциклопедия

Меню сайта











МАТЕРИАЛЫ НЕОГРАНИЧЕННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ. Мир полимеров

Вы уже познакомились с полимерами. Из природных к ним относятся шерсть, древесина, хлопок, натуральный каучук и некоторые дру­гие — не так уж много. Зато в химических лабораториях можно создавать огромное раз­нообразие синтетических полимеров. Изменяя характер исходных молекул — мономеров, хи­мики получают полимеры с самыми различны­ми, заранее заданными свойствами.

В большой семье синтетических полимеров нетрудно выделить несколько обособленных групп. Это деление основано на том, что моле­кулярные цепочки в полимерах обладают раз­ной подвижностью.

Если длинные молекулы полимера очень подвижны, принимают любую изогнутую фор­му, легко вытягиваются и могут перемещаться относительно друг друга, перед нами синте­тические каучуки. Такие полимеры характери­зуются высокой упругостью, эластичностью, мягкостью при температурах от -60° до +150° и выше. Они могут растягиваться в несколько раз против своей первоначальной длины и воз­вращаться к исходным размерам, как только перестанут действовать растягивающие их силы.

Большую группу родственных полимеров образуют пластические массы. Здесь подвиж­ность молекулярных цепочек уже невысока, молекулы менее гибки, более жестки. При растяжении эти полимеры дают небольшое удли­нение. В обычных условиях пластмассы — твердые тела, очень прочные и достаточно упругие. Они начинают размягчаться только при высокой температуре. При низких темпе­ратурах пластическая масса становится хруп­кой.

Синтетические волокна — еще одна боль­шая группа полимеров. Из них при высокой температуре можно получать очень прочные ориентированные нити, а попросту говоря, прясть волокно с невиданными прежде свойст­вами. У полимеров этой группы очень высокая температура размягчения.

Наконец, многие полимеры объединяются в группе синтетических лаков и красок. Они характерны прежде всего тем, что прочно сое­диняются с различными материалами — дере­вом, металлом, стеклом. Очень стойки такие полимеры к механическим воздействиям, к вы­сокой температуре и влажности.

Приведенное выше деление полимеров условно. Есть немало полимеров, близких по своим свойствам, скажем, к пластмассам и к синтетическим волокнам. Созданы полимеры, в равной мере родственные каучукам и пласти­ческим массам. С помощью некоторых веществ можно уменьшить высокую упругость каучукоподобных полимеров, приближая их к поли­мерам-пластмассам. И наоборот, пластмассу можно сделать высокоупругой, подобной каучукам. Первый прием переработки полимеров называется вулканизацией, второй — пласти­фикацией.

Процесс вулканизации сводится к тому, что в полимер вводят вещества, способ­ные химически связывать, «сшивать» молекулы. Для каучука таким веществом служит сера. Она образует «мостики» между молекулами кау­чука: чем больше таких «мостиков», тем менее упругим будет каучук. Вводя в каучук боль­шое количество серы, из него получают проч­ное, твердое, малоупругое вещество — эбонит. Это уже пластмасса. Наоборот, вводимое в по­лимер низкомолекулярное вещество — пла­стификатор — изолирует молекулы по­лимера друг от друга, повышает их подвиж­ность, гибкость и тем самым увеличивает упру­гие свойства полимера.

Как получают полимеры? Об одной из наиболее распространенных реакций образования полимеров, о полимеризации, упоми­налось выше. Но далеко не все молекулы спо­собны к полимеризации. Это зависит от строе­ния молекул и от характера межатомных связей в них. Когда между атомами в молекуле использованы все связи сцепления, химическое соединение (оно называется насыщенным) но способно полимеризоваться. К полимеризации способны только соединения ненасыщенные, в которых углерод не использует всех своих связей. Одна из углеродных связей у этих веществ может сравнительно легко размыкать­ся и давать возможность молекуле присоеди­нять новую молекулу, за ней третью и так последовательно новые десятки и сотни моле­кул с размыкающимися связями. Процесс поли­меризации вещества носит цепной характер.

Другой путь полимеризации — когда моле­кулы-мономеры имеют циклическое (т. е. коль­цевое) строение и кольцо атомов при этом непрочно. Разрушая его, можно получить раз­вернутую линейную молекулу, на концах кото­рой после разрыва останется по одной свобод­ной связи. Такая связь способна присоединять новые разорванные молекулы. Возникающий процесс полимеризации в данном случае тоже имеет цепной характер.

Полимеризацией получают множество раз­нообразных синтетических материалов. Именно этой реакции полимеры обязаны своим назва­нием. Но она не единственная. Другой хими­ческий путь создания полимерных веществ — поликонденсация. Эта реакция про­текает всегда с выделением побочных продук­тов — углекислоты, воды, аммиака. В этом основное отличие поликонденсации от полиме­ризации.

Создавая новые полимеры, химики стремят­ся получать материалы с заранее заданными свойствами. Для этого они используют самые различные методы.

Вспомните, как садоводы-мичуринцы приви­вают к дереву черенок от другого сорта, с тем чтобы это плодовое дерево переняло какие-то ценные свойства — засухоустойчи­вость, стойкость к морозам и т. д.— от приви­того сорта. А нельзя ли подобным образом получать химические «гибриды» полимеров? Можно! Одному полимеру как бы «прививают» свойства другого полимера. Основной «ствол» цепной молекулы в этом случае состоит из од­ного типа полимера, а боковые «ветви» — из другого.

Такую молекулу можно получить, исполь­зуя в качестве исходных материалов готовый полимер и низкомолекулярные вещества, спо­собные в свою очередь полимеризоваться в отдельные «ветви» молекулы полимера. Поли­меры-гибриды, или сополимеры, сохра­няют свойства своих «родителей» и в то же время приобретают новые качества, каких не было раньше.

Путем «химической прививки» одного поли­мера к другому удается получать из такого сравнительно жесткого и хрупкого материала, как полистирол, материалы упругие и удиви­тельно стойкие к удару. Корд из синтетического полиамидного волокна, исключительно прочный, до недавнего времени имел один существенный недостаток — при эксплуатации покрышек происходило расслаивание, волокно отде­лялось от резины и покрышка быстро выходила из строя. Устранить недостаток помогла сополимеризация. Теперь к кордовому волокну прививают другие полимеры или мономеры. Качество шин резко поднялось.

Можно также «сшить» органическое ве­щество с неорганическим, например с метал­лом. Получаются материалы с новыми, самыми

необычными свойствами. Полистирол, приви­тый к металлическому порошку, дает сополи­мер, похожий и на металл, и на пластик. Известны полимеры, по способам обработки все больше приближающиеся к металлам. Соз­даны полимеры, которые могут закаляться и отжигаться.

А вот еще один путь создания полимеров-гибридов — блок—сополимеризация. При этом большие молекулы получают из правильно чередующихся частей — блоков различных полимеров. Таким путем создают, например, каучуки, обладающие повышенной твердостью.

Большим достижением науки является ме­тод каталитической полимери­зации, позволяющий получать полимеры со строго регулярным строением молекул, так называемые «изотактические». Приведем один факт, характеризующий практическую важ­ность этого открытия. В первое время полиэти­лен изготовлялся в очень сложных условиях при температуре около 200° и под давлением порядка 1,5—2 тыс. атм. Путем каталитиче­ской полимеризации полиэтилен можно полу­чать под давлением в 35—70 атм и даже при обычном атмосферном давлении.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016