16.07.2021

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 изучения

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

Зимия 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 исследований

  • 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.

История

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 значение молекулярной массы определённой этим методом. 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. 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. 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. 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.

Основы

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.






Яндекс.Метрика