|
Меню сайта
Статистика
|
МАТЕРИАЛЫ НЕОГРАНИЧЕННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ. Мир полимеровМАТЕРИАЛЫ НЕОГРАНИЧЕННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ. Мир полимеровВы 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.
|
ПОИСК
Block title
|
