Полимеры
ышенные жёсткость и
прочность по сравнению с полиэтиленом. Благодаря этим свойствам, а также
доступности исходного мономера, полипропилен применяют при изготовлении
трубопроводов, химической аппаратуры и различных предметов домашнего
обихода.
При замещении одного из атомов водорода в молекуле этилена на
бензольное ядро образуется новая «заготовка» для получения полимеров —
винилбензол (стирол) СН2=СН—С6Н5.
Радикальная полимеризация стирола приводит к образованию нерегулярного
полистирола:
В таком полимере нерегулярные макромолекулы, содержащие объёмные
неполярные заместители, не могут образовывать кристаллы. Поэтому полистирол
легко плавится и растворяется во многих органических жидкостях, а при
комнатной температуре находится в аморфном состоянии. При 100 °С полистирол
размягчается, а при 185 °С — превращается в вязкую жидкость.
Полистирол получил широкое распространение из-за своей дешевизны и
лёгкости обработки. Однако есть у него один серьёзный недостаток — это
очень непрочный и хрупкий материал, в чём может убедиться каждый, наступив
на корпус шариковой ручки. Прозрачные корпуса авторучек, коробки для кассет
и лазерных дисков, детские игрушки, сувениры и другие предметы, для которых
не требуется высокой прочности материала, — все они изготовлены из
полистирола.
При замене в этилене атома водорода на хлор образуется ещё один мономер
— винилхлорид СН2=СН—С1. Впервые его полимеризацию осуществил в 1872 г.
немецкий химик Эйген Бауман (1846—1896). Заслугой этого исследователя стала
разработка способа радикальной полимеризации винилхлорида в присутствии
органических пероксидов. к
При этом получается регулярный полимер, образованию которого
способствует высокая полярность молекулы винилхлорида — в процессе
полимеризации ей выгодно подойти к растущему концу макромолекулы только
одной стороной:
—СН—СН2—СН—СН2—
Сl Сl
Активное практическое использование поливинилхлорида (сокращённо ПВХ)
началось сравнительно недавно — только с середины XX в. Проблема была в
том, что чистый ПВХ обладает многими недостатками. При комнатной
температуре он очень хрупок и неэластичен. Кроме того, его трудно
растворить или расплавить, а это сильно затрудняет переработку полимера. В
30-х гг. учёным удалось найти специальные вещества — стабилизаторы,
увеличивающие стойкость ПВХ к действию тепла и света. Новый материал —
пластифицированный поливинилхлорид получил широкое распространение. Сейчас
из него делают изоляцию для электрических проводов — здесь он вытеснил
более горючую и менее химически стойкую резину. Дождевые плащи, игрушки,
паркетные плитки, один из видов искусственной кожи — вот далеко не полный
список предметов повседневного обихода, сделанных из «старейшего» полимера
— ПВХ.
Самый стойкий, самый прочный. Тефлон
Ближайшие родственники полиэтилена, сходные с ним по строению, подчас
сильно отличаются от него по свойствам и приятно удивляют учёных новыми
ценными качествами.
Если заменить все атомы водорода в молекуле этилена на атомы фтора, то
этилен превратится в тетрафторэтилен, полимеризацией которого химики-
технологи получили первую фторсодержашую пластмассу (фторопласт).
Политетрафторэтилен, названный впоследствии тефлоном, по многим
механическим, физическим, химическим свойствам, как оказалось, превосходит
не только полиэтилен, но и все остальные известные полимеры. Этот материал
безразличен к действию любых растворителей и имеет необычно высокую
температуру размягчения, равную 327 °С. А разложение тефлона начинается при
рекордной для полимеров температуре — 425 °С!
Тефлон обладает непревзойдённой химической стойкостью: он совершенно не
горит, на него не действуют концентрированные кислоты и щёлочи, даже таким
химическим агрессорам, как галогены, царская водка и фтороводородная
кислота, тефлон «не по зубам». Недаром его образно назвали «алмазным
сердцем в шкуре носорога».
Этот замечательный материал незаменим при изготовлении химической
аппаратуры для агрессивных сред, негорючей электроизоляции, а также
подшипников и деталей, не требующих смазки. А ещё тефлоновой плёнкой
покрывают металлическую посуду и гладящую поверхность утюгов. В сковороде с
таким покрытием никогда не пригорит еда, а к утюгу ничего не прилипнет. Так
что благородный и невозмутимый тефлон по праву считается пластмассой
будущего.
Каучук, резина и другие
Помимо высокомолекулярных веществ семейства полиэтилена существует
огромный класс полимеров, получаемых из сопряжённых диенов: бутадиена-1,3;
2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) и их аналогов.
В результате полимеризации этих непредельных углеводородов образуются
высокомолекулярные вещества, называемые каучуками:
1. натуральный изопреновый каучук
2. синтетический бутадиеновый каучук
Природный каучук стал известен в Европе ещё в конце XV в. Первыми из
европейцев его увидели участники второго путешествия Христофора Колумба в
Америку (1493—1496 гг.). Тогда они узнали, что американские индейцы
получают «слезы дерева» (на их языке «кау» означало «дерево», а «учу» —
«течь», «плакать») из млечного сока тропического растения гевея и
используют его для изготовления обуви, мячей, небьющейся посуды. Однако в
Европе в течение долгого времени экзотический материал не находил никакого
применения. Только в 1823 г. шотландский изобретатель Чарлз Макинтош
(1766—1843) предложил пропитывать ткань смесью каучука с органическим
растворителем. В результате был получен непромокаемый материал. Макинтош
первым организовал производство таких тканей и пошив из них дождевых
плащей. Правда, у этих плащей были весьма неприятные недостатки — они
прилипали к телу в жаркую погоду и трескались в холодную.
В 1834 г. американский изобретатель Чарлз Гудьир (1800—1860) предложил
вводить в каучук оксиды магния и кальция, а в 1839 г. изучил действие
нагрева на смесь сырого каучука с оксидом свинца и серы. Полученный в
результате новый материал назвали резиной (от греч. «резина» — «смола»), а
процесс превращения каучука в резину при нагревании с серой — вулканизацией
(по имени римского бога огня Вулкана).
Резина, в отличие от каучука, представляет собой сшитый полимер. Однако
благодаря большому расстоянию между сшивками макромолекулы не теряют
способности выпрямляться при растяжении и сворачиваться в клубки после
снятия механической нагрузки. С другой стороны, сшивки не дают резине
плавиться при нагревании и кристаллизоваться при охлаждении. Таким образом,
резина, находясь в аморфном состоянии, сохраняет свои механические свойства
в более широком диапазоне температур, чем каучук.
С развитием автомобилестроения в конце XIX в. резко возрос спрос на
автомобильные шины, и резина, сочетающая эластичность с высокой
механической прочностью, оказалась единственным подходящим материалом для
их изготовления. Для производства шин с каждым годом требовалось всё больше
резины, а следовательно, и натурального каучука. Тогда каучук получали по
старинке — из млечного сока гевеи. Основ-
ными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические
страны — Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии.
Для получения 1000 т растительного полимера необходимо было обработать 3
млн каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс.
человек.
Таким образом, необходимый для изготовления резины натуральный каучук
был достаточно дорогим и дефицитным материалом. По этой причине в первой
половине XX в. химики настойчиво искали вещества, способные заменить каучук
и синтезируемые из доступных дешёвых соединений.
Первой страной, освоившей промышленное производство синтетического
каучука, стал Советский Союз. В конце 20-х гг. русский химик Сергей
Васильевич Лебедев (1874— 1934) занялся проблемой полимеризации бутадиена-
1,3. Учёный и его коллеги нашли подходящий катализатор — им оказался
металлический натрий. И в 1927 г. исследователь, проведя ионную
каталитическую полимеризацию, получил первые образцы синтетического натрий-
бутадиенового каучука:
Лебедев и его группа разработали также дешёвый способ получения
бутадиена-1,3 из этилового спирта.
Промышленное производство бутадиенового каучука было налажено в 1932
г., когда вступили в строй опытные заводы в Ярославле и Воронеже.
В 1935 г. наступила новая эра в производстве синтетических каучуков —
их стали делать из сополимеров, получаемых радикальной полимеризацией 1,3-
бутадиена в присутствии стирола, акрилонитрила и других соединений.
Сополимеры бутадиена начали быстро вытеснять другие каучуки в производстве
автомобильных шин.
Наибольшее распространение в этой области имеет бутадиен-сти-рольный
каучук — продукт радикальной сополимеризации бутадиена и стирола.
Он широко применяется в производстве резины для легковых автомобилей,
однако шины для грузовиков и самолётов по-прежнему делают из натурального
или синтетического полиизопренового каучука.
В 1953г. благодаря открытию катализ
| |  скачать работу |
Полимеры |
