Волокна

Одна из важных областей применения полимеров – изготовление волокон и тканей.

Рассмот­рим два важнейших синтетических волокна – лавсан и найлон.

Лавсан получают поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой (бензол-1,4-дикарбоновой) кислоты:

Образующийся линейный полимер представляет собой поли­эфир, элементарное звено которого выглядит следующим образом:

Волокно, изготовленное из лавсана (другие названия этого поли­эфира – терилен, дакрон), обладает хорошей прочностью, термо­стойкостью, устойчиво к действию разбавленных кислот и щелочей.

Найлон – полиамидное волокно, которое получают поликон­денсацией гексаметилендиамина H₂N(CH₂)₆NH₂ и адипиновой ки­слоты НООС(СН₂)₄СООН:

Найлон и другие полиамидные волокна характеризуются высо­кой прочностью и устойчивостью к истиранию. Недостатками их являются высокая электризуемость и неустойчивость при нагрева­нии. Поэтому одежду из найлона нельзя гладить горячим утюгом.

Каучуки

Каучуки – продукты полимеризации диенов и их производных.

Натуральный каучук получают из латекса – сока некоторых тропических растений. Его строение можно установить по химиче­ским свойствам: каучук присоединяет бром, бромоводород и водород, а при нагревании без доступа воздуха распадается с образованием изопрена (2-метилбутадиена). Это означает, что каучук представляет собой непредельный полимер – полиизопрен. При более детальном изучения строения натурального каучука выяснилось, что каучук – линейный полимер, продукт 1,4-полиприсоединения изопрена:

Молекулярная масса каучука изменяется от 100 тыс. до 3 млн. Каждое элементарное звено в полиизопрене может существовать в цис- и транс-формах. В натуральном каучуке почти все звенья име­ют цис-конфигурацию:

Это означает, что натуральный каучук имеет стереорегулярное Строение, которое обусловливает его ценные свойства.

Важнейшее физическое свойство каучука – эластичность, т.е. способность обратимо растягиваться под действием даже неболь­шой силы. Другое важное свойство – непроницаемость для воды и газов. Основной недостаток каучука – чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании каучук размягчается и те­ряет эластичность, а при охлаждении становится хрупким и также теряет эластичность.

Эти недостатки можно преодолеть, если нагреть каучук вместе с серой. Этот процесс называется вулканизацией каучука и приводит к сшиванию полиизопреновых цепей за счет образования между ними дисульфидных мостиков. Полученный продукт называют резиной. Он имеет разветвленную пространственную структуру и поэтому менее эластичен, чем нату­ральный каучук, однако обладает значительно большей прочностью.

Синтетические каучуки. Промышленный спрос на каучук зна­чительно превосходит возможности его природных источников, по­этому химикам пришлось решать проблему синтеза каучука, не ус­тупающего по свойствам натуральному продукту.

Первый промышленный синтетический каучук был получен в России в 1931 г. Профессор СВ. Лебедев открыл экономичный спо­соб производства бутадиена из этилового спирта и осу­ществил полимеризацию бутадиена по радикальному механизму в присутствии металлического натрия:

Бутадиеновый каучук обладает хорошей водо- и газонепрони­цаемостью, однако менее эластичен, чем натуральный каучук, по­скольку имеет нерегулярное строение. В его цепи цис- и транс-зве­нья распределены хаотично. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, при этом образуется полимер с разветвленной структурой типа

В 1950-х гг. была разработана технология производства синтети­ческого бутадиенового каучука с линейной стереорегулярной струк­турой (такой каучук называют дивиниловым). Для этого используют металлоорганические катализаторы – алкилпроизводные алюминия с добавками солей титана, циркония и других веществ. Аналогич­ным образом получают синтетический изопреновый каучук со стереорегулярной структурой.

Некоторые синтетические каучуки получают, используя процесс сополимеризации. Например, бутадиен-стирольный каучук синте­зируют по реакции:

Преимущество метода сополимеризации состоит в том, что, варьируя соотношение между компонентами, можно управлять свойствами каучука.

В настоящее время производство синтетических каучуков в не­сколько раз превосходит производство натурального каучука. Из синтетических каучуков изготовляют более 50 тыс. различных изде­лий. Основные области их применения: шины, обувь, электроизоляция.