книги из ГПНТБ / Папков, С. П. Студнеобразное состояние полимеров

Папков С. П.

Студнеобразное состояние полимеров. М., «Хи­

и строение студней растворов полимеров как систем, находящихся в особом физическом состоянии. Приво­ дится классификация типов студней, описываются ме­ ханические, оптические и другие их свойства. Разби­ раются примеры студнеобразного состояния полиме­ ров в области производства технических полимерных

материалов.

Книга рассчитана на научных и инженерно-тех­ нических работников промышленности полимерных материалов, а также на преподавателей и студентов химико-технологических вузов.

© Издательство «X и м и я» 1974

3

х

ПРЕДИСЛОВИЕ

Прежде чем приступать к написанию настоящей книги, следовало ответить на вопрос о целесообразности рассмотрения строения и свойств полимерных студней как самостоятельной проблемы. Как будет видно из со­ держания книги, полимерные студни в процессе их обра­ зования и при последующих превращениях подчиняют­ ся всем закономерностям, типичным для полимерных систем вообще. В силу этого они рассматриваются в курсах физико-химии полимеров в основном лишь как одна из возможных физических форм состояния раство­ ров полимеров.

Вместе с тем студнеобразное состояние полимерных систем отличается большим своеобразием и имеет столь существенное практическое значение, что особен­ ности этого состояния подлежат описанию более по­ дробному, чем это сделано в обычных монографиях по химии и технологии полимерных веществ, где студням уделяется, как правило, лишь несколько страниц. За­ метим, что студнеобразное состояние является обычным состоянием природных высокомолекулярных веществ, а для синтетических полимеров многие процессы их по­ лучения и частично процессы переработки связаны с переходом через это состояние.

Очень часто при описании студнеобразных систем их структура рассматривается в каждом отдельном слу­ чае как сугубо специфическая, присущая только данно­ му полимеру или данному сочетанию его с растворите­ лями. При этом упускается из вида общность в поведе­ нии и свойствах, наблюдаемая у студнеобразных систем вообще. Из-за недостаточной разработки вопроса о строении студней иногда неправильно относят конкрет­ ную систему к тому или иному типу студня или вообще

5

игнорируют факт существования самостоятельных псз строению и свойствам типов студней.

Существуют также некоторые расхождения между разработкой теории студнеобразного состояния в науч­ ной литературе по полимерам и уровнем рассмотрения конкретных студнеобразных систем в технологии пере­ работки природных и синтетических полимеров. Это осо­ бенно относится к области пищевых продуктов, где в отличие от области синтетических полимерных веществ практика значительно опередила разработку научных основ технологии.

Большое значение вопросы студнеобразного состоя­ ния приобрели в последнее время в биологии. Биологи­ ческие системы особенно сложны, поэтому целесообраз­ но изучение общих закономерностей, характерных для студнеобразного состояния, провести на более простых по строению полимерах и после тщательного анализа попытаться перенести на такие системы, как биологиче­ ские объекты.

Если суммировать все сказанное выше, то следует признать оправданным рассмотрение строения и свойств студней как самостоятельной — в определенных грани­ цах — проблемы с целью пополнить общие сведения об этих системах и использовать затем полученные выводы при анализе конкретных примеров студнеобразного со­ стояния в таких различных областях, как получение п переработка технических полимеров, технология пище­ вых продуктов, биология и т. п.

Можно отчетливо представить себе трудности, кото­ рые возникают при попытке осуществить такую задачу. Эти трудности связаны, с одной стороны, с недостаточ­ ной изученностью особенностей студнеобразного состоя­ ния полимерных систем и, с другой стороны, с очень большим разнообразием и спецификой тех конкретных областей, где встречаются такие системы. Поэтому не­ избежны как отдельные пробелы в изложении материа­ ла, так и значительные упрощения в узкоспециальных областях, что может в наибольшей степени касаться вопросов, связанных со своеобразием природных по­ лимеров и особенно с тонкими механизмами поведения биологических объектов. Это почти неизбежная труд­ ность при попытках проведения более широких обоб­ щений.

6

Предварительный краткий анализ студнеобразного состояния полимеров был проведен автором ранее в книге «Физико-химические основы переработки раство­ ров полимеров» (изд-во «Химия», 1971). Но этот анализ распространялся преимущественно на один тип студней, а именно на студни, возникающие при выделении поли­ мера из раствора в результате перехода системы из од­ нофазной в двухфазную. В практическом аспекте был затронут только узкий круг полимеров, перерабатывае­ мых в технические материалы. Некоторые основные по­ ложения, приведенные в указанной монографии, непо­ средственно используются и здесь. Ссылка на эту моно­ графию избавляет от более подробного изложения общих вопросов, относящихся к растворам полимеров, что позволяет основное внимание в настоящей книге уделить специфике студнеобразного состояния этих рас­ творов.

Книга построена таким образом, что в начальных главах приводятся основные представления о студнеоб­ разном состоянии вообще и о главных типах полимер­ ных студней, а затем даются различные примеры прак­ тического использования студнеобразного состояния по­ лимеров, и кратко излагаются некоторые проблемы дальнейшего изучения таких систем.

Изложение вопроса о практическом значении студ­ необразного состояния полимеров ограничивается здесь только примерами из области синтеза и переработки технических полимеров, хотя студни играют очень важ­ ную роль как в технологии переработки пищевых про­ дуктов, так и в структурной организации и функциони­ ровании биологических объектов. Но эти последние про­ блемы требуют специального рассмотрения, поскольку они связаны непосредственно с одновременным анализом сложных биохимических процессов, что выходит за рамки задач, преследуемых настоящей книгой. Тем не менее общие положения о строении и свойствах полимерных студней, изложенные здесь, могут быть распространены и на студнеобразное состояние пищевых продуктов и биологических организмов.

Необходимо в заключение отметить, что при написа­ нии настоящей книги не преследовалась цель составить компилятивный обзор всей литературы, прямо или кос­ венно относящейся к обсуждаемому вопросу. Такие об­

7

Г л а в а I

СТУДНИ КАК ОСОБОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ

Некоторые терминологические вопросы

В научной и технической литературе на русском языке существует некоторая терминологическая неопре­ деленность в наименовании рассматриваемых здесь си­ стем. Применяются два термина: «гель» и «студень».

ваю. Однако в учебниках коллоидной химии по инициа­ тиве Н. П. Пескова была введена искусственная диф­ ференциация понятий. Он предложил {1, с. 29] оставить наименование «гели» за осадками, возникающими при коагуляции коллоидных растворов, а «студнями» назы­ вать системы, образующиеся при превращении раство­ ров в «своеобразную полужидкую — полутвердую фор­ му, которую и в повседневной жизни называют студ­ нями». В настоящее время все еще сохраняется неопределенность в терминологии, хотя во многих слу­ чаях название «гели» употребляется как обобщающее, охватывающее и тот и другой тип систем, а к студням относят лишь системы, образованные полимерными ве­ ществами. Во избежание неопределенности мы будем в дальнейшем изложении употреблять применительно к полимерным системам термин «студень».

При этом, естественно, следует учитывать и другую условность этого термина. Он, как и эквивалентный ему термин «гель», происходит из определения того состоя­ ния растворов природных полимеров (желатина, агар, крахмал и т. п.), которое возникает при охлаждении растворов этих веществ. В дальнейшем наименование «студень» было распространено и на те случаи, когда «отверждение» раствора происходит в результате иных, весьма разнообразных причин, таких, как изменение со-

9