Введение. Часть 1

Первые систематические попытки химиков установить строение природного каучука относятся приблизительно к тому периоду, когда был открыт процесс вулканизации. Исторически этот период характеризуется исследовательскими работами, начало которым было положено в предшествующие годы. Эти исследования, которыми занимались целые поколения и школы химиков, несколько десятилетий спустя разрослись с необычной быстротой и послужили началом эры современных искусственных высокомолекулярных соединений, способных заменять и во многих случаях превосходить природный каучук.

С первыми достижениями в этой области связаны имена великих основоположников современной химии, таких, как Фарадей, Либих, Дальтон и Дюма. Основные работы этих ученых и их менее известных современников касались изучения продуктов сухой перегонки природного каучука. Фарадей на основании этих исследований сделал заключение, что каучук состоит из большого числа молекул основного вещества, состав которого определяется эмпирической формулой С₅Н₈. Углеводород, отвечающий приведенной формуле, впервые в чистом состоянии был выделен Вильямсом в 1860 г. Вильямс изолировал его из продуктов термического разложения природного каучука и назвал его изопреном. Он также нашел, что со временем изопрен переходит в вязкую жидкость. 15 лет спустя изопрен точно таким же способом получил Бушарда. Он выделил изопрен наряду с его изомерами и полимерами и главным образом димером — дипентеном. Бушарда удалось также провести обратный процесс и получить из изопрена при действии на него концентрированной соляной кислоты вещество, обладающее упругими свойствами и напоминающее каучук, которое при нагревании вело себя точно так же, как и природный каучук, и разлагалось на те же самые продукты. Следующим, кто занимался химией каучука, был Тильден. Он нашел, что изопрен является основным продуктом сухой перегонки природного каучука наряду с другими более сложными соединениями и что изопрен получается также при разложении других видов природного сырья, например терпентина. Тильден подтвердил открытие Бушарда — полимеризацию изопрена в упругую каучукообразную массу — и определил структурную формулу изопрена. Согласно Тильдену, изопрен представляет собой 2-метилбутадиен-1,3

Приблизительно в это же самое время были опубликованы работы других авторов, посвященные природному каучуку, изопрену и некоторым углеводородам, которые своим поведением походили на изопрен и которые можно было превращать в вещества, напоминающие природный каучук. Так, Баллах указывал, что дипентен является димером изопрена, а Гофман и одновременно с ним Шоттен синтезировали углеводород пиперилен, который оказался способным к полимеризации. Физические, химические и механические свойства полимерного пиперилена почти не отличались от соответствующих свойств природного каучука.

В первые годы двадцатого столетия с исчерпывающей точностью была доказана структура природного каучука путем его озонолиза, приводящего к образованию альдегида левулиновой кислоты. Эта работа была проведена Гарриесом.

Затем Кондаков опубликовал свое открытие, касающееся полимеризации 2,3-диметилбутадиена-1,3 при помощи спиртового раствора щелочи, а в 1910 г. Лебедев опубликовал работы, касающиеся полимеризации самого бутадиена под влиянием тепла. В 1912 г. Остромысленскому был выдан первый патент на способ производства полимеров на основе винильных соединений. Казалось, скоро сбудется предсказание Тильдена о том, что можно будет получать искусственный каучук из простых соединений. И действительно, реализация этой проблемы, до тех пор встречавшая на своем пути технологически неразрешенную задачу производства дешевых исходных материалов, не заставила себя долго ждать. Непосредственно перед Первой мировой войной с развитием автомобильной промышленности сильно возросла потребность в природном каучуке и на мировом рынке стал остро ощущаться его недостаток. Этот период характеризуется интенсивными поисками заменителей каучука. Искали удовлетворительный и доступный по стоимости источник сырья для производства изопреновых каучуков. В различных странах были разработаны разнообразные технологические методы, наиболее выгодные в смысле использования местных сырьевых ресурсов. Целый ряд соединений, которые вырабатывались в большом количестве, нашел новое применение, и их производство было во много раз увеличено. Это в первую очередь относится к карбиду кальция и получающемуся из него ацетилену и ацетальдегиду, а кроме того, к этиловому спирту, спиртам вообще, ацетону, фенолу, крезолам и другим соединениям. Одновременно с этим проводились поисковые работы и вместе с ними дальнейшие технологические разработки. Были приложены большие усилия в направлении улучшения свойств некоторых видов вырабатываемых синтетических заменителей каучука. Одновременно усовершенствовались и удешевлялись способы производств исходных веществ, изыскивались как новые пути их получения, так и новые способы полимеризации, позволяющие получать из уже известных соединений полимеры, обладающие ценными свойствами. Некоторые из этих соединений явились основой широкой отрасли химической промышленности гораздо раньше, чем возбудили интерес исследователей в области пластических масс. Другие же соединения являлись более или менее редкими и необходимо было найти дешевые способы их производства. В исследовательских лабораториях в довольно короткий срок удалось получить несколько десятков новых соединений, которые можно было превращать в новые высокомолекулярные вещества. Поскольку в ряде случаев свойства этих веществ, главным образом химические и механические, оказались превосходными, то результаты лабораторных исследований, касающиеся технологии получения этих веществ, были быстро использованы, и началось их производство. На новые пластические массы появился большой спрос вследствие ценности технических изделий из них, и их производство и применение в технике начало развиваться быстрыми темпами. Таким образом, в короткое время возникла одна из наиболее важных отраслей промышленности — промышленность пластических масс, значение которой в нашей жизни столь очевидно.

Существует два способа образования макромолекул. По первому из них рост молекулы происходит за счет постепенного присоединения все новых и новых молекул основного вещества и по второму — за счет конденсации, т.е. реакции, при которой образование макромолекулы сопровождается отщеплением воды, хлористого водорода, аммиака, спирта и т.п.

Первый способ, т.е. образование макромолекулы в результате реакции соединения, мы называем полимеризацией, а образующееся в результате полимеризации высокомолекулярное соединение — полимером. Во втором способе мы имеем дело с поликонденсацией и ее продуктом — поликонденсатом. Такого рода различие между полимером и поликонденсатом следует понимать в более широком смысле. На практике между полимером и поликонденсатом различий не делается и под термином «полимер» понимают вообще высокомолекулярные вещества с соответствующими химическими, механическими, термическими и электрическими свойствами, позволяющими использовать эти вещества для производства технических изделий. Полимеры и поликонденсаты обычно называют пластическими массами.

В принципе полимеры отличаются от поликонденсатов своим поведением при повышенных температурах. При нагревании до достаточно высокой температуры все полимеры, за небольшим исключением, быстро разлагаются или деполимеризуются с образованием исходных соединений, что указывает на обратимый характер полимеризации. Наоборот, поликонденсаты нельзя деполимеризовать путем нагревания, но некоторые из них разлагаются на исходные соединения под действием гидролизующих агентов*. Исходные вещества, из которых получаются полимеры и поликонденсаты, обычно называют мономерами. Как полимер, так и поликонденсат можно получить либо из молекул одного и того же мономера, например полистирол — полимеризацией стирола, полигликоль — поликонденсацией гликоля, либо из молекул двух и более различных мономеров. Примером последнего является смешанный полимер, или сополимер стирола и бутадиена, или поликонденсат из адипиновой кислоты и гексаметилендиамина.

* Это не касается поликапролактама (капрона), который при высокой температуре деструктируется на мономерный капролактам.

Copyright © 2007-2013 Zomber.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Решить контрольную по химии