6. Развитие химии полимеров
Создание новых полимерных материалов с улучшенными и принципиально новыми свойствами продолжается. Если полвека назад в промышленности использовалось несколько десятков различных полимерных материалов, то теперь их выпускается более 300 видов. Очень перспективными являются материалы, созданные на основе полимерных смесей и сплавов, сложных композиционных материалов, в основе которых лежит полимерная матрица. По мнению ученых, масштабы открывающихся при этом перспектив сравнимы с переходом металлургии от индивидуальных металлов к сплавам целевого назначения. Уже сейчас на основе синтетических волокнистых материалов созданы новые высокопрочные материалы – композиты. Жесткость и высокая удельная прочность предопределили области использования этих материалов – строительство, авиационная техника и т.д. Вот что дало, например, использование композитов в самолетостроении. В каждом транспортном самолете «Руслан» работает 5,5 т разнообразных композитов, что позволило сэкономить на каждой машине 15 т металла. Облегчение веса самолета в результате такой замены позволяет за время эксплуатации каждого самолета сэкономить по несколько тысяч тонн горючего.
Рис. 63. Синтетические композиты используют в самолетостроении.
Новые полимерные материалы позволяют экономить энергоресурсы не только в воздухе, но и на земле. Теперь принято судить о качестве автомобиля при прочих равных условиях – надежности, экономичности, комфортабельности – по общей массе используемых в нем полимерных материалов. В отечественном автомобилестроении этот средний показатель достиг 45 кг на автомобиль, а для моделей ВАЗ-2108 – 76 кг. В мировом автомобилестроении средняя «пластмассоемкость» автомобиля составляет 75 кг, а в некоторых моделях доходит до 120 кг. А ведь применение 1 т пластмасс позволяет экономить 5–6 т металла, высвобождает до 25 м3 деловой древесины.
Гигантские молекулы обеспечили новыми материалами не только промышленность, они помогли обуть и одеть человечество. Изделия из искусственных и синтетических волокон, меха, кожзаменителя стали неотъемлемой частью гардероба любого современного человека. В 2000 г. на каждого человека выпускалось 9–12 кг волокон, причем максимальная доля синтетики составила 70%. Сейчас по гигиеническим свойствам предпочтительны натуральные ткани, однако ученые стремятся, чтобы и по этим показателям синтетические материалы приблизились к природным.
Замена традиционных материалов новыми не должна восприниматься как подделка чего-то искусственного «под натуральное», хорошее, но имеющееся в недостаточном количестве. Напротив, новые материалы зачастую оказываются лучше старых, надежнее, долговечнее. Например, стальная труба может выйти из строя через 3–5 лет, а в особо жестких условиях эксплуатации – 1,5–2 года, в то же время пластмассовые трубы служат 20–30 лет.
На смену природному созданы разнообразные синтетические каучуки, обладающие совершенно уникальными свойствами. Так, силиконовый каучук, будучи физиологически совершенно безвредным, сохраняет свои свойства в широком интервале температур от –550 С до 1800 С. Расширилась и область применения каучуков: от традиционных резинотехнических изделий до искусственного сердца. Из полиэфирных волокон с включенным в них титаном созданы ткани, способные выдерживать температуру 1200 °С. Очевидно, что из известных натуральных волокон создать такую ткань совершенно невозможно.
Развитие химии полимеров обеспечило снижение расхода древесины на нужды мебельной отрасли промышленности и строительства. Создание композиционных материалов на основе полимеров и древесины позволило использовать не только малоценные породы, но и отходы древесины, вплоть до опилок.
В настоящее время широким фронтом ведутся работы по синтезу физиологически активных полимерных лекарственных веществ, полусинтетических гормонов и ферментов, синтетических генов. Большие успехи достигнуты в создании сополимерных заменителей плазмы человеческой крови. Сейчас уже не редкость, когда человеку в случае необходимости восполняют до 30% крови растворами медицинских сополимеров. Синтезированы и с хорошими результатами применяются в клинической практике эквиваленты различных тканей и органов человека: костей, суставов, зубов. Созданы протезы кровеносных сосудов, искусственные клапаны и желудочки сердца. Синтез полупроницаемых полимерных мембран и умелое использование разнообразных свойств сополимерных материалов привели к созданию аппаратов «искусственное сердце», «искусственное легкое» и «искусственная почка». Они позволяют временно заменить соответствующие органы человека, в частности проводить сложные хирургические операции на сердце и легких.
Медицинские полимеры и сополимеры используются для культивирования клеток и тканей, хранения и консервации крови, кроветворной ткани (костного мозга), консервации кожи и многих других органов. В терапии широко используются сополимеры – ионообменники (ионообменные смолы) для удаления из организма щелочных металлов, радиоактивных элементов, для введения в организм дополнительных количеств необходимых ионов металлов. Изучается возможность применения ионообменников для коррекции электролитного и кислотно-щелочного равновесия биологических сред при сердечной, печеночной и почечной недостаточности. На основе синтетических сополимеров создаются противовирусные вещества, пролонгаторы важнейших лекарственных средств, противораковые препараты.