1.3. Синтетические органические полимеры

Их производство началось в 1906 году, когда Л.Бакеланд запантетовал бакелитовую смолу – продукт конденсации фенола и формальдегида. Благодаря усилиям Г.Форда (США) перед Первой мировой войной началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, а затем синтетического каучука (см. раздел Диеновые углеводороды). Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в СССР, Англии, Германии, США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида (прекрасные электроизолирующие материалы), а также полиметиметакрилата (органическое стекло, плексиглас) для авиапромышленности:

⁰С, kat

CH=CH₂  - (-CH-CH₂-)_n-

│ │

С₆Н₅ С₆Н₅

Стирол Полистирол

(Винилбензол) (Поливинилбензол)

⁰С, kat

n CH₂=CH  - (-CH₂-CH-)_n-

│ │

Сl Cl

Винилхлорид Поливинилхлорид

После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, найлон), начатое еще до войны:

n Н₂N-(СН₂)₅-СООН  (НN-(СН₂)₅-СО)_n + (n-1) Н₂О

-Аминокапроновая кислота Капрон

Из капрона получают прочное синтетическое волокно, широко использующееся в производстве автопокрышек, рыболовных сетей, чулок, шовного материала (хирургия) и т.д.

n НООС-(СН₂)₄-СООН + n Н₂N-(СН₂)₆-NH₂  (ОС-(СН₂)₄-СО-НN-(СН₂)₆-NH)_n

Адипиновая кислота Гексаметилендиамин Найлон

+ (n-1) Н₂О

В 50-х гг. ХХ в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан:

n НООС-С₆Н₄-СООН + n НО-(СН₂)₂-ОH  (ОС-С₆Н₄-СО-О-(СН₂)₂-О)_n

Терефталевая кислота Этиленгликоль Лавсан

+ (n-1) Н₂О

Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х гг. ХХ столетия и промышленное освоение катализаторов Циглера – Натта, что позволило начать выпуск полиолефинов (полиэтилена и полипропилена) низкого давления (до этого производство шло при давлении порядка 1000 атм):

⁰С, kat

n CH₂=CH₂  - (-CH₂-CH₂-)_n-

Этилен Полиэтилен

⁰С, kat

n CH₂=CH  - (-CH₂-CH-)_n-

│ │

СН₃ СН₃

Пропилен Полипропилен

Затем были внедрены в производство полиуретаны – наиболее распространенные герметики, адгезивы и пористые мягкие материалы (поролон), а также силоксаны – элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

Список замыкают уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. ХХ в. К ним относятся полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфиркетоны и др. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости. Период разработки и освоения производства основных полимеров закончился в 70-х гг. ХХ в.

Полиамиды можно получать и поликонденсацией самих аминокислот (с отщеплением воды):

n NH₂-(CH₂)₆-COOН  -NH-(CH₂)₆-C(O)-NH-(CH₂)₆-C(O)-NH-(CH₂)₆-C(O)-

Фрагмент макромолекулы полиамида энант

n NH₂-(CH₂)₁₀-COOН  -NH-(CH₂)₁₀-C(O)-NH-(CH₂)₁₀-C(O)-NH-(CH₂)₁₀-C(O)-

Фрагмент макромолекулы полиамида ундекан

Полиамиды указанного типа идут на изготовление синтетического волокна, искусственного меха, кожи, пластмассовых изделий, обладающих большой прочностью и упругостью.