Химия полимеров

Химия полимеров (химия высокомолекулярных соединений) — раздел науки, который изучает химические и физико-химические свойства, методы и закономерности реакций синтеза и превращений высокомолекулярных соединений, а также исходных реагентов (мономеров, олигомеров), которые применяются для их получения. Отрасль исследует как искусственные (полиолефины, полиэфиры, полиамиды и другие соединения), так и природные полимеры (крахмал, целлюлоза, лигнин).

Предмет изученияПравить

Химия полимеров изучает кинетику, катализ, механизм реакции полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полимераналогичних преобразований, деструкции и сшивания полимеров, процессов их стабилизации и других химических превращений.

Химия полимеров устанавливает взаимосвязь между химическим строением и условиями синтеза со структурой и свойствами высокомолекулярных соединений. Исследует, в связи с химическим строением, физические преобразования в полимерах и их растворах, а также структуру, физические, физико-механические свойства полимеров, поверхностные, межфазные и другие явления, происходящие в полимерных системах и композитах.

Основные направления исследованийПравить

Синтез мономеров, новых инициирующих и каталитических систем, олигомеров для получения на их основе линейных, разветвлённых и сетчатых полимеров .
Изучение реакций полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полигетероциклизации механизма и кинетики этих реакций, влияния строения исходных реагентов и условий синтеза на закономерности реакций и свойства полимеров.
Изучение механизмов реакций синтеза и химических превращений в высокомолекулярных соединениях под действием УФ, лазерной, радиационного и другого облучения, установление взаимосвязей между механизмом реакций и свойствами получившихся соединений.
Исследование химических превращений в полимерах и полимерных системах, их механизма и закономерностей.
Изучение процессов термической, термоокислительной, световой, механической и биологической деструкции и стабилизации полимеров; создание новых стабилизаторов, изучение их действия.
Изучение закономерностей синтеза блок-сополимеров, привитых и сетчатых полимеров, взаимопроникающих полимерных сеток, механизма их формирования, установления взаимосвязи их свойств со структурой.
Изучение структуры и физико-химических свойств полимеров, их растворов и гетерогенных полимерных систем.
Исследование поверхностных и межфазных явлений в многокомпонентных полимерных системах, их структуры и свойств.
Изучение физических процессов в полимерах и полимерных системах в связи с их составом и химическим строением полимерной матрицы.
Химические и физико-химические основы формирования композиционных и мембранных полимерных материалов.

ИсторияПравить

К концу 19 века было мало известно о структуре полимерных материалов. На основе измерений давления насыщенного пара и осмотического давления было известно, что в этих случаях речь идет о больших молекулах с высокой молекулярной массой. Ошибочным было предположение о том, что это коллоидные соединения.

Проведённые Г. Майером и Ф. Кларком в 1928 году рентгеноструктурные исследования каучука пролили немного света на эту проблему. Однако первые результаты были опять неправильно интерпретированы, что привело к заниженному значению молекулярной массы определённой этим методом^[1]. Кристаллические тела состоят из многих кристаллитов (фактически микрокристаллов) соединённых границами. Как теперь известно, полимерные молекулы проходят через эти границы и присутствуют одновременно во многих кристаллитах. Тогда это не было известно, что и привело к неправильной интерпретации результатов. Работы Т. Сведбега по исследованию биомолекул (нобелевский лауреат по химии 1926 г.) привели к правильным результатам.

Отцом науки о полимерах считается немецкий химик Штаудингер. В 1917 году в своем докладе в швейцарской академии наук он сообщил, что высокомолекулярные соединения состоят из ковалентно связанных длинноцепочечных молекул^[2]. В 1920 году он публикует в докладах немецкого химического общества статью, ставшую основанием современной науки о полимерах. Уже в 1924—1928 следуют работы о строении полимеров, которые заложили основы сегодняшнего представления об этом классе соединений^[3]^[4]^[5]. В 1953 году за свои работы Штаудингер получает Нобелевскую премию по химии.

В начале 1950-х годов немецкий химик Карл Циглер открывает, что катализаторы на основе алкилалюминия и тетрахлорида титана позволяют полимеризовать этилен в полиэтилен уже при комнатной температуре. До этого полимеризовали этен при высоком давлении в стальных автоклавах. Добытый таким образом полиэтилен имел другие свойства, высокую степень устройчивости. Итальянский ученый Джулио Натта основываясь на работах Циглера разработал такую же методику производства полипропилена^[6]. Циглер и Натта получили за свои работы в 1963 году Нобелевскую премию по химии. Работы Поля Флори и Маурицио Гуггинса заложили основы теории поведения полимеров в растворах, смесях и их кристаллизации. На сегодня они составляют основы физической химии полимеров^[7].

ОсновыПравить

Полимеры, состоят из одного или разных типов мономеров (греч. моно — один). Полимеры, состоящие из одного сорта мономеров называют гомополимерами (греч. гомо — равный), а из разных типов — сополимеры.

Процесс получения полимеров из мономеров называют полимеризацией или полиреакцией. При полиреакции различают разные ступени: конденсацию, рост цепи. О полимерах говорят, когда молекулярная масса достигает 10000 а. о. и больше. При соединениях меньшей массы говорят как об олигомерах (греч. оліго — некоторые).

Для анализа полимеров используют различные методы:

косвенные — гель-хроматографии, вискозиметрия
прямые — масс-спектроскопия, осмос, эбулиоскопия, статическое рассеяние света (нефелометрия).

Механизмы реакций образования описаны в статьях поликонденсация, полимеризация.

ПримечанияПравить

↑ Meyer, Kurt H.; Mark, H.: Gummi. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen, 1928, 61B 1939-49.
↑ Staudinger H., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1920, 53, 1073.
↑ Staudinger, H.: Die Struktur des Gummis. VI.; Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1924, 57B 1203-8.
↑ Staudinger H. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1926, Ges. 59.201.
↑ Staudinger, H.; Frey, K.; Starck, W.: Verbindungen hohen Molekulargewichts IX. Polyvinylacetat und Polyvinylalkohol., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1927, 60B 1782-92.
↑ Natta, G.; Pasquon, I.; Zambelli, A.: Stereospecific catalysts for the head-to-tail polymerization of propylene to a crystalline syndiotacfic polymer.; Journal of the American Chemical Society, 1962, 84, 1488-90.
↑ Flory, P. J.; Yoon, D. Y.: Moments and distribution functions for polymer chains of finite length. I. Theory.; Journal of Chemical Physics; 1974, 61, 5358-65.

ЛитератураПравить

Глоссарий терминов по химии // И. Опейда, А. Заточка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет. — Донецк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
ВАК Украины. Паспорт специальности. N 17-09 / 1 от 29.01.98
Основы химии полимеров : Учеб. пособие. / А. В. Суберляк, Е. И. Сембай; Нац. ун-т "Львов. политехника ". Ин-т дистанции. обучения. — Л., 2004. — 240 c. — (Удален. Обучения; № 24). — Библиогр .: с. 238—239.
Энциклопедия полимеров. Т. 1—3. М.: 1972—1977.
Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения. — М., 2003. — 367 с.
Аблесимов Н. Е. Синопсис химии. — Справочно-учебное пособие по общей химии. — Хабаровск: ДВГУПС, 2005. — 84 с.
Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете? Химия и жизнь — XXI в (рус.) // Ч. 2. — 2009. — № 6. — С. 34—37.

[1] Meyer, Kurt H.; Mark, H.: Gummi. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen, 1928, 61B 1939-49.

[2] Staudinger H., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1920, 53, 1073.

[Staudinger1924-3] Staudinger, H.: Die Struktur des Gummis. VI.; Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1924, 57B 1203-8.

[Staudinger1926-4] Staudinger H. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1926, Ges. 59.201.

[Staudinger1928-5] Staudinger, H.; Frey, K.; Starck, W.: Verbindungen hohen Molekulargewichts IX. Polyvinylacetat und Polyvinylalkohol., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1927, 60B 1782-92.

[Natta1962-6] Natta, G.; Pasquon, I.; Zambelli, A.: Stereospecific catalysts for the head-to-tail polymerization of propylene to a crystalline syndiotacfic polymer.; Journal of the American Chemical Society, 1962, 84, 1488-90.

[Flory1974-7] Flory, P. J.; Yoon, D. Y.: Moments and distribution functions for polymer chains of finite length. I. Theory.; Journal of Chemical Physics; 1974, 61, 5358-65.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]