Глава 7

Пластические массы и изделия на их основе

отрезки макромолекул. Представителями этого класса соединений являются отвержденные феноло-формальдегидые, эпоксидные, карбамидные смолы, сшитые (вулканизированные) каучуки (ре­зины, эбонит) и др.

Классифицировать высокомолекулярные соединения мож­но и по ряду других признаков, например: по отношению к воде (гидрофильные и гидрофобные), по форме макромолекул, по про­странственному расположению боковых цепей и т, д.

СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Природные (естественные) органические высокомолекулярные соединения образуются в процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов и для использования выделяются из расти­тельного и животного сырья с помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов.

Природные неорганические высокомолекулярные соединения образуются в результате геохимических процессов, происходящих в земной коре.

Искусственные высокомолекулярные соединения получают путем химической модификации природных высокомолекулярных соединений за счет протекания химических реакций природного полимера с различными химическими агентами.

Так, например, сырьем для целого ряда искусственных высо­комолекулярных соединений служат целлюлоза древесины и хлоп­ковая целлюлоза, при обработке которых смесью азотной и серной кислот получают нитраты целлюлозы, один из которых - кол­локсилин используется в качестве основного компонента (связу­ющего) для получения целлулоида, этрола, целлюлозных пленок и лаков.

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом по­лучаются уксуснокислые эфиры целлюлозы - ацетаты целлюлозы, которые используются для получения ацетатного шелка, ацетил-целлюлозного этрола, кинопленок и лаков.

372

Синтетические высокомолекулярные соединения получают из низкомолекулярных веществ - мономеров - по реакциям полиме­ризации или поликонденсации.

Синтез высокомолекулярного вещества из низкомолекулярных веществ (мономеров) возможен лишь только в том случае, если мо'лекула мономера может взаимодействовать по крайней мере с двумя другими молекулами, т. е. если исходное вещество имеет в своей структуре двойные связи или является по меньшей мере бифункциональным, т. е. содержит не менее двух функциональных групп, которые могут взаимодействовать между собой. К функ­циональным группам относятся кислород-азот-серосодержащие группы типа

Примером монофункциональных соединений является, напри­мер, этиловый спирт (С₂Н₅ОН), метиламин (СН₃МН₂).

К бифункциональным соединениям, например, относятся этиленгликоль (НО — СН₂ — СН₂ — ОН), гексаметилендиамин (Н₂М-(СК₂)₆-№1₂).

Примером трифункциональных соединений является, напри­мер, глицерин:

Высокоактивными мономерами, достаточно легко вступа­ющими в реакции образования высокомолекулярных соединений, являются также вещества, содержащие двойные связи, например: этилен (СН₂ - СН₂), бутадиен-1,3 (СН₂ = СН — СН = СН₂) и др.

Если через А обозначить молекулу мономера, то упрощенно синтез высокомолекулярных соединений можно представить схе­мой:

п А -> — А' — А' — А' — А' — .. „

где А' - элементарное звено макромолекулы, которое по своему химическому (элементарному) составу либо аналогично элемен-

373

Пластические массы и изделия на их основе

тарному составу мономера (в случае протекания реакции поли­меризации), либо отличается от него (в случае реакции поликон­денсации).

В настоящее время химия высокомолекулярных соединений рас­полагает методами синтеза веществ, построенных как из одинаковых, многократно повторяющихся звеньев (—-А — А — А-— А — ), так и из различных беспорядочно расположенных звеньев ( — А — В — В — А — В — А — А — А —,). Возможен и синтез высокомолекулярных веществ, построенных из различных эле­ментарных звеньев, но со строго определенным их расположени­ем. Правда, следует отметить, что такой синтез технологически достаточно труден.

Характерной особенностью высокомолекулярных соединений является влияние условий проведения синтеза на свойства образу­ющегося продукта. Этим синтез высокомолекулярных соединений отличается от синтеза низкомолекулярных веществ, где изменение условий проведения реакции влияет только на количественный выход продукта.

Это связано с тем, что при синтезе низкомолекулярных веществ в результате каждого реакционного акта образуются не связан­ные друг с другом молекулы нового вещества, поэтому от числа элементарных реакций зависит лишь количество вновь образо­вавшихся молекул, т. е. количественный выход синтезированного продукта.

При синтезе же высокомолекулярного соединения промежу­точный продукт, образовавшийся в результате элементарных реак­ций, принимает участие в последующих элементарных реакциях, и результатом всех этих процессов является одна общая большая макромолекула.

В зависимости от метода и условий синтеза высокомолеку­лярного соединения изменяется его средняя молекулярная масса, а также количество макромолекул различной длины (изменяется полидисперсность полимера).

'Величина средней молекулярной массы и степень полидисперс­ности влияют на возможность формирования физической струк-374

туры высокомолекулярного соединения, его физико-химические и физико-механические свойства. Вследствие этого кинетика ре­акции образования высокомолекулярных соединений приобретает особенно важное значение.

В настоящее время известно четыре основных метода синтеза высокомолекулярных соединений:

1. полимеризация;

2. поли конденсация;

3. ступенчатая полимеризация;

4. реакции превращения.

Наиболее распространенными из них являются два первых метода.

Полимеризация представляет собой цепную реакцию получе­ния высокомолекулярных соединений, в ходе которой молекулы мономера последовательно присоединяются к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи.

Реакция полимеризации характерна для соединений с двойны­ми связями, число и характер которых в молекуле мономера могут быть различными.

Простейшим примером такой реакции является полимеризация олефинов или их производных в результате раскрытия двойных связей:

п СН₂ = СН₂

СП,

СН₂ —СН₂-

Полимеризоваться могут также мономеры, содержащие в мо­лекуле две или более двойных связей (полиены), тройные связи (производные ацетилена) и др. Например:

п СН₂ = СН — СП = СН₂ -» — [ — СН₂ —СН - СП — СН₂— ]_я.

При протекании реакций полимеризации всегда наблюдается снижение количества двойных связей в реагирующих веществах, уменьшение общего числа молекул в системе и увеличение их средней молекулярной массы.

В результате полимеризации непредельных углеводородов об­разуются карбоцепные полимеры.

375