У истоков века полимеров

У истоков века полимеров

Изменяя состав исходных мономеров, поря­док их чередования в гигантских молекулах, условия синтеза и последующей обработки по­лученных материалов, можно практически не­ограниченно изменять свойства полимера: от легко воспламеняющихся до совершенно него­рючих и жаростойких; от растворимых в воде до отталкивающих влагу; от хрупких и тяжелых, как металл, до эластичных и гибких, как кау­чук, или в десятки раз более легких, чем вода.

В этой сложной области органической химии ученым предстоит решить еще очень и очень много загадок. Сейчас в распоряжении химиков более 40 видов исходных органических моно­меров. Может показаться, что это не так уж много — 40 видов. Но из этих «кирпичи­ков» получают бесконечное количество синте­тических веществ — волокон, смол и пласти­ческих масс. Каждый день приносит нам все новые и новые открытия, новые материалы.

Вот, например, каучук. Известен лишь один вид природного каучука — изопреновый. Его молекула имеет такой вид:

Как образуются углеводородные цепи при­родного каучука, ученые пока еще не знают, но химики стремились создать синтетический кау­чук со структурой, близкой к природному. Именно такой каучук, марки «СКИ», создан советскими учеными.

У резины, изготовленной из натурального каучука, целый ряд недостатков. Она разбу­хает в бензине, боится масла, разрушается при нагревании выше 120°. Но химики создали мно­го сортов искусственных каучуков, устойчивых к действию бензина и масла, глубокого холода и температур выше 100°, например полибута­диеновый «СКД» (рис, 1 —цв. табл.). Недавно полученный полиуретановый каучук химически совершенно не похож на естествен­ный. Он настолько износоустойчив, что изго­товленные из него шины, по-видимому, смогут пережить автомобиль.

Из стеклянного волокна или ткани, связан­ной эпоксидными смолами, прессуются корпуса автомобилей, лодок, кораблей, детали изде­лий и шахтного оборудования и даже... спи­ральные пружины, которые по своей прочно­сти, выносливости и упругости превосходят стальные.

Существуют полимерные клеи, способные склеивать все, что угодно, например резец с державкой. При перегрузке чаще лопается ре­зец или державка, чем место склейки. Поверх­ность склейки, равная всего 20 см², способна уже через полчаса выдержать вес легкового автомобиля с тремя пассажирами. Подобные клеи применяются для «шитья» одежды, склей­ки корпуса и крыльев самолета и даже для строительства металлических клееных мостов!

Из смеси некоторых полимерных клеев, из­готовленных на базе фурфурола и песка, полу­чается отличный легкий, быстротвердеющий, влагостойкий бетон, прочный и на сжатие и на растяжение, не нуждающийся в армировании сталью. Он не боится огня, кислот, щелочей, морской воды, времени, не нуждается в окраске.

Так же необычен и «твердый» бензин. Он заключен в блоки из миниатюрных пластмас­совых сот с очень тонкими стенками. Его можно перевозить и хранить открытым, он не испарит­ся и не вспыхнет. Перед употреблением бензин из полимерного блока выжимают, как воду из губки, небольшим ручным прессом.

Но и это еще не все. Зная законы образо­вания полимеров, можно изменять свойства высокомолекулярных соединений совсем уже необычными способами. Допустим, в полимер, не обладающий высокой температурной стой­костью, удалось ввести еще один теплостойкий мономер, который нарушил первоначальную од­нообразную структуру цепочки. В результате получился так называемый сополимер, т. е. как бы двойной полимер, обладающий уже высокой теплостойкостью. Чередуя определен­ные количества мономеров одного вида с тем или иным числом мономеров другого вида, мож­но получить сополимеры с самыми различными, порой даже неожиданными свойствами, напри­мер: с очень большой сопротивляемостью раз­личным растворителям, высокой прочностью, гибкостью, растяжимостью, долговечностью.

Для создания полимеров применяют и ме­тоды прививки примерно так, как это делается в садоводстве (рис. 2 — цв. табл. ). К какому-либо мономеру, входя­щему в качестве звена в цепочку основного по­лимера, сбоку присоединяется мономер, являю­щийся начальным звеном цепочки другого полимера. Для такой операции из молекулы-мономера тем или иным способом удаляют какой-либо из атомов, обычно атом водорода, а на ос­вободившиеся места наращивают боковые це­почки. Прямолинейная гигантская молекула начинает ветвиться, как дерево. Но ветви эти имеют особый, отличный от нее состав, и весь полученный таким путем полимер приобретает совершенно новые свойства.

Так можно, например, «привить» ветку по­листирола к цепочке молекул целлюлозы. Последняя жадно впитывает воду, а полисти­рол отталкивает ее. В результате материалы, изготовленные из такой «привитой» целлюлозы, приобретают способность отталкивать воду. Это весьма важно для тканей, идущих на изготов­ление палаток, плащей, складных лодок и т. д. Сколько огорчений и неприятностей вызывает вид помятой одежды, плохо выглаженного

белья, сколько полезного времени отнимает их утюжка! «Прививая» молекулы акрилонитрила к молекулам целлюлозы, можно получать волокна для не мнущихся тканей.

Некоторые полимеры обладают ценными свойствами полупроводников (см. ст. «Полу­проводники»). Такие вещества очень нужны для современной радиоэлектроники, приборо­строения, космической навигации.