книги из ГПНТБ / Нестареющие полимеры

противостарителей: 0,5—1,0 или даже 10 процентов. Вот почему к ингибиторам, при всем разнообразии их свойств, предъявляется обязательное требование они должны быть хорошо растворимы в полимерах; только тогда может быть выполнено основное условие успеш­ ной борьбы с цепными реакциями: молекулы ингиби­

щихся в процессе цепной реакции. Таким веществом, например, является хлористый водород, выделяющийся при старении поливинилхлорида. «Основная роль боль­ шинства технических стабилизаторов поливинилхлори­ да,— читаем мы в одном руководстве, — заключается в удалении хлористого .водорода по мере его образова­ ния». . ■\

Веществами, связывающими молекулы хлористого водорода, оказались, в частности, мыла: «стеарат свин­ ца», «октоат свинца», «фталат свинца», а также мыла, содержащие барий, кадмий, литий.

На том же рис. 8 было видно, что вещества типа RH реагируют е перекисиой группой, в которой один из атомов кислорода имеет свободную силу сцепления. Немного подумав, вы предложите еще один способ борьбы со старением полимера: оставим в покое моле­ кулы RH и радикалы хлора; позаботимся о том, чтобы связать как-то лерекисные группы.

...По живой цепочке передаются ведра с водой, кир­ пичи или еще какие-нибудь предметы. Достаточно, чтобы два-три человека в цепочке оказались не способ­ ными перехватывать ведра (пусть руки у них будут заняты), и правильная, непрерывная подача воды пре­ кратится: цепная реакция оборвется...

60.

Отсюда еще одно направление в борьбе со старе* нием полимеров: перед ингибиторами ставится задача заполнить свободные связи больших молекул, внедрить­ ся в них с тем, чтобы ни молекулы хлористого водорода, ни другие промежуточные вещества не могли поддержи­ вать цепные реакции разрушения полимеров.

Для каждого полимера, в зависимости от того, какие цепные |реакции ему угрожают и какие радикалы и промежуточные вещества образуются, приходится изыс­ кивать специфические противостарители. Можно ска­ зать, что противостаритель должен подходить к реак­ ции, как ключ к замку. А так как полимеров много и химические превращения их сложны, то правильный выбор ингибиторов требует от исследователя не только больших знаний, но и настойчивости, упорства, терпе­ ния, особого «химического чутья».

Положение осложняется тем, что во многих случаях механизм действия ингибиторов плохо изучен. Извест­ но, например, что многие химические соединения, ста­ билизирующие поливинилхлорид, содержат металлы. Металлы, по-видимому, обладают способностью обры­ вать радикальные реакции. Механизм обрыва не из­ вестен.

Эта неизвестность очень усложняет и без того не легкую работу тех, кто ищет ингибиторы. Но о главных трудностях мы еще не сказали: о них в следующей главе.

Впрочем, наряду с условиями, усложняющими поис­ ки ингибиторов, есть, так сказать, и благоприятные факторы. Прежде всего, самое явление старения уже довольно давно известно химикам. Советские ученые, например, задолго до того, как перед ними была по­ ставлена задача продления жизни полимеров, научились успешно бороться с окислением некоторых бензинов и смазочных масел — с окислением, механизм которого

61

нее, чем эмпириком. Теоретик должен держать в голове множество формул и принципов, гипотез и теорий, руко­ водствуясь которыми он создает новые формулы и прин­ ципы, гипотезы и теории. А эмпирик, не слишком утруж­ дая себя размышлениями, ставит один за другим опыты, пока не получится нужный результат.

Вот, например, Эдисон. Рассказывают, что в поисках подходящего материала для изготовления нитей в лам­ почках накаливания он перепробовал все сорта древе­ сины со всех концов света и еще сотни других веществ. И в конце концов создал стойкую нить, навеки просла­ вив этим свое имя.

Все это можно принять за шутку. Но если это шутка, то и она содержит в себе серьезное зерно. Дело в том, что и в наше время, когда теория помогает эксперимен­ татору, освещает путь практике, предсказывает резуль­ таты опытов, существуют очень важные области науч­ ных и технических исследований, где часто приходится

63

передвигаться вперед на ощупь, где все еще господ­ ствует эмпиризм.

Об этом говорил в 1960 году известный советский ученый академик П. Л. Капица:

«Значение эмпиризма как метода научного исследо­ вания :нельзя отрицать. Напротив, он является одним из важнейших методов научного исследования, но поль­ зоваться им очень трудно, главным образом, потому, что он требует огромного терпения. Я сам, например, не смог бы работать эмпирически, так как это требует слишком больших усилий. Эмпирические методы очень трудны.

Мы знаем приблизительно сто металлов— ограни­ чимся ими. Описание свойств металла, его прочности, жаропрочности, упругости и т. д. занимает одну стра­ ницу. Всего получится 100 страниц. Бинарные сплавы— это уже два тома в 10 000 страниц, то есть 1002. Сплавы тройных систем — уже миллионы страниц. Описать эти материалы, исследовать их невозможно — эмпиризм уже бессилен. Но на практике используют сплавы из четырех компонентов. Эти сплавы помогают преодолеть ряд трудностей. Таким образом, мы отстаем в теорети­ ческом решении этого вопроса. Возможно, что эти во­ просы следует решать не тем или иным научным мето­ дом, а использовать для их решения счетные машины».

просы опытным путем, методом проб и ошибок, эмпири­ чески. Именно так обстоит дело в ряде случаев с по­ исками ингибиторов — прежде всего потому, что теория старения полимеров еще недостаточно разработана.

Конечно, это не значит, что поиски новых соединений ведутся наугад. В работе исследователей есть опреде­ ленная система, вернее, даже много систем. Но абсо­ лютно безошибочных систем поисков пока еще нет.

64

Конечная остановка — АКЗ

Немногим более ста лет назад Лермонтов написал:

Тамбов на карте генеральной

Кружком означен не всегда...

До самой Великой Октябрьской социалистической

.революции Тамбов оставался ничем не примечательным провинциальным городом.

...Троллейбус (интересно, что в Тамбове никогда не было трамваев — прямо из века пролеток и линеек он «перескочил» в век автобусов и троллейбусов) быстро идет по улицам, застроенным четырех-пятиэтажными домами, мимо скверов и памятников, мимо районов, над которыми господствуют башенные краны новостро­ ек, к конечной остановке третьего маршрута— АКЗ.

АКЗ — огромный анилино-красочный завод, на тер­ ритории которого расположен НИИХИМПОЛИМЕР — Научно-исследовательский институт химикатов для по­

работа уже ведется в этом институте довольно широким фронтом.

Первые работники института вышли из стен АКЗ. И вообще, соседство института с заводом не совсем слу­ чайно: многие из веществ, использующихся в анилино­ красочном производстве, находят широкое применение и в полимерной промышленности.

Тамбовский НИИХИМПОЛИМЕР — единственный в Советском Союзе институт, главной задачей которого являются поиски ингибиторов. На этот институт возла­ гается координация усилий всех советских ученых, рабо-

тающих с ингибиторами. Иными словами, институт ста­ новится головным.

Но вернемся к тем, кто ищет ингибиторы.

Все начинается с информации

Эйнштейна, совершившего в начале нашего века величайшую революцию в естествознании, не трудно представить себе сидящим за столом, на котором лежит только лист чистой бумаги. Теоретики могут, по край­ ней мере на некоторых важных этапах своей работы, обойтись без литературных справок, без вырезок и вы­ писок из сотен специальных статей и отчетов. Но те, кто делает открытия и изобретения опытным путем, лишены такой возможности. Чтобы не повторить уже сделанно­ го, чтобы не попасть в смешное положение человека, открывающего «америки», необходимо быть в курсе всех работ, ведущихся в той же области, и знать резуль­ таты возможно большего количества опытов как удач­ ных, так и приведших к отрицательному результату — ведь и на ошибках учатся!

Экспериментальное исследование без хорошо нала­ женной информации в наше время не только невероятно сложно, но и бесперспективно. Своевременная же, опе­ ративная, четкая информация может до некоторой сте­ пени облегчить трудности исследований.

Однако собрать и обработать нужную информацию— не легкое дело. В настоящее время число периодических изданий, выходящих во всех странах мира, превысило 80 тысяч названий. На долю естественных и технических наук приходится около 45 тысяч журналов, а в них ежегодно публикуется свыше трех миллионов статей! Кроме того, в мире ежегодно публикуется свыше 200 тысяч описаний к патентам и авторским свидетельствам,

66

за которыми также приходится следить специалистам. Очень обильна и книжная продукция: сейчас количество книг, опубликованных на всех языках мира, превысило 30 миллионов названий.

Ориентироваться в этом безбрежном море научнотехнической информации помогают реферативные жур­ налы. Один лишь советский реферативный журнал, вы­ пускаемый в нескольких сериях, поместил в 1960 году около 700 тысяч публикаций, полученных в результате тщательной обработки свыше 11 тысяч зарубежных и трех тысяч советских научных журналов, сборников трудов, научных записок, отчетов международных съез­ дов и конференций, а также 90 тысяч советских и зару­ бежных патентов, полученных из 90 стран мира.

Естественно, что на столах сотрудников группы науч­ но-технической информации НИИХИМПОЛИМЕРа по­ четное место занимают реферативные журналы. Но эти журналы, к сожалению, живут вчерашним днем: в луч­ шем случае, ,в последних их выпусках содержатся сооб­ щения о материалах, увидевших свет полгода—год назад. Действенная же помощь информации должна быть гораздо оперативней. Поэтому в институте изуча­ ются около 60 советских и такое же количество зару­ бежных периодических изданий, в которых с наиболь­ шей вероятностью могут встретиться сведения об инги­ биторах. Кроме того, в институт поступают отчеты из многих лабораторий — «смежников».

Сотрудники группы научно-технической информации следят за книгами, газетами, изучают патенты, про­ спекты иностранных фирм, справочники... Собранная об ингибиторах информация группируется по химическим классам соединений и по применению их в различных видах полимеров. Благодаря этому здесь можно полу­ чить справку о том, какие ингибиторы следует добавить, например, при изготовлении поливинилхлорида; и здесь

67

же вам скажут, где используются сложные эфиры бетарезорциновой кислоты, и т. д.

Работа группы не ограничивается сбором и система­ тизацией информации. Ее сотрудники в курсе того, чем заняты сегодня и будут заняты завтра работники Там­ бовского института и даже лабораторий, находящихся в других городах. Они имеют возможность, обнаружив интересную статью, «выловив» какое-нибудь указание, могущее пригодиться исследователю, довести информа­ цию непосредственно до человека, который держит з руках пробирку или колбу с веществом и решает во­ прос: быть или не быть этому веществу ингибитором.

Суровый экзамен

В институте несколько лабораторий; в одних разра­ батывают технологию получения противостарителей ре­ зин (от успеха в этой работе в большой мере зависит длина пробега автомобильных шин), . в других ищут ингибиторы пластмасс и т. д.

Но какой бы противостаритель ни синтезировался или ни проверялся в лабораториях, сотрудники инсти­ тута знают: претендент на звание ингибитора должен

ханизмом старения этого полимера мы познакомились во второй главе нашей книжки.—Авт.) должен быть:

совместим со смолой, без запаха, цвета и вкуса,

огнестойким и нелетучим, не должен влиять на электрические свойства, должен быть устойчив.

Эти условия являются суровыми...» А за ними стоят

68

еще очень многие другие требования, все более сужи­ вающие круг возможных претендентов.

«Совместимость со смолой» означает, например, не только то, что ингибитор должен хорошо растворяться в полимере: иначе его молекулы не окажутся в нужный час на нужном месте — у любого «очага загорания». Необходимо, кроме того, чтобы -молекулы ингибитора

.обладали способностью диффундировать в массе поли­ мера, перемещаться от участков, где их концентрация относительно велика, к участкам, где их становится мало. Дело в том, что процессы старения, а следова­ тельно, и защитная деятельность ингибиторов проте­ кают главным образом в поверхностном слое полимер­ ного изделия. Поэтому через некоторое времй на по­ верхности изделия молекулы ингибитора оказываются израсходованными. Им на смену должны сами собой поступать новые порции противостарителей, сохранив­ шихся в глубине изделия-. Однако скорость диффузии не должна быть и слишком большой. Иначе молекулы ингибитора могут «выскочить» за Пределы изделия. Произойдет выпотевание противостарителя.

Отвергаются не только вещества, которые сами по себе обладают .сильным запахом или яркой 'окраской. Не пригодными в качестве противостарителей оказы­ ваются и такие вещества, которые в результате слож­ ных превращений дают пахучие или окрашенные про­ дукты. А к чему все это практически приводит, станет ясно из одного .примера. Для полиэтилена до 1961 года было найдено т о л ь к о д в а противостарителя, не имеющих ни запаха, ни вкуса, а потому пригодных при изготовлении тонких ‘ пленок для хранения продуктов. Из сотен, а может быть, из тысяч химических соедине­ ний, способных оборвать цепную реакцию старения полиэтилена, практически пока можно использовать только два. Сколько же напряженной работы потребо­

63