Раздел I. Общие сведения о высокомолекулярных соединениях

1.1. Особенности полимерного состояния вещества Введение

Научная область и соответственно дисциплина, которую сегодня называют "Высокомолекулярные соединения", зародилась в конце XIX – начале XX столетия в рамках трех, тогда еще не слишком связанных друг с другом наук: органической химии (синтез), коллоидной химии (изучение растворов и дисперсий высокомолекулярных веществ) и физики (изучение структуры и механических свойств полимерных тел).

Интерес к этим исследованиям был обусловлен в первую очередь множившимися практическими применениями полимеров, значение которых как незаменимых материалов непрерывно возрастало в связи с потребностями различных отраслей промышленности: каучуки, искусственные и синтетические волокна, пластмассы и органические стекла, лакокрасочные покрытия. В этот же период постепенно прояснялась определяющая роль полимерных веществ в живой природе: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 г. (поливинилиденхлорид) и 1839 г. (полистирол).

Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения. А.М.Бутлеров изучал связь между строением и относительной устойчивостью молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден, К.Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У.Карозерса.

С начала 20-х годов 20 века развиваются также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

Однако, главной причиной того, что к началу 1950-х годов наука о полимерах сформировалась в самостоятельную область химии, стало осознание решающей роли "макромолекулярности" как необходимого общего качества, благодаря которому полимерные вещества соответствующего химического состава и строения способны выполнять все столь разнообразные функции, перечисленные выше. Проще говоря, только тела, построенные из длинных молекулярных цепей, могут обладать свойствами высокоэластичных резин, высокопрочных нехрупких волокон и пластиков, твердых тел, способных набухать в жидкостях, поглощая их в количестве сотен и тысяч процентов от собственного исходного объема. Только из макромолекул могут быть построены вещества с "магическими" свойствами белков и нуклеиновых кислот.

Невозможно перечислить всех ученых, внесших вклад в формирование науки о полимерах. Мы можем лишь упомянуть некоторых из тех, чьи имена свя­заны с развитием ключевых представлений: Г.Штаудингер, Г.Марк, П.Флори, Г.А.Александров, Ю.П.Лазуркин, В.А.Каргин, М.Ф.Волькенштейн. Их работы позволили установить цепной характер и механизм гибкости макромолекул, позволили объяснить и количественно описать основные свойства полимеров и их растворов. Мы не можем также не упомянуть тех ученых, чьи работы привели к открытию полимеров, полу­чивших широкое практическое применение. И в данном случае невозмож­но перечислить всех ученых и инженеров, трудами которых созданы наи­более распространенные материалы нашего времени. Упомянем лишь Л.Бакеланда, организовавшего в 1906г. первое производство синтетиче­ского полимера – фенолформальдегидной смолы, а также У.Карозерса, К. Циглера и Д.Натта, открывших человечеству мир полиамидов и полиолефинов.