Получение растворов высокомолекулярных веществ.

Растворы высокомолекулярных соединений образуются само­произвольно и для их устойчивости не требуется вводить стабили­зирующие вещества. Все высоко­молекулярные вещества состоят главным образом из цепных ли­

Рис.6.2

нейных структур, отдельные звенья которых связаны между собой прочными химическими связями, в результате чего моле­кулярные цепи сохраняются как в твердых полимерах, так и в ра­створах. Образование высокомо­лекулярных веществ из низкомо­лекулярных происходит двумя методами: полимеризацией и поликонденсацией.

Полимеризацией называется соединение молекул низкомолекулярного вещества с образованием высокополимера такого же элементарного состава, как и исходное вещество. Так, при полимеризации винилхлорида получается высокомолекулярное соединение — поливинилхлорид:

Соединение молекул винилхлорида в данном случае происходит за счет раскрытия двойных связей. Молекулярная масса образующе­гося поливинилхлорида достигает 90 000 углеродных единиц.

Напомним, что молекулы низкомолекулярных веществ, обра­зующие полимер, называются мономерами (или звеньями), а их число в макромолекуле носит название степени полиме­ризации.

Продукты полимеризации разнородных мономеров называются сополимерами. В качестве примера можно назвать сополимер винилхлорида и винилацетата:

Поликонденсацией называется образование полимера из низкомолекулярных веществ с отщеплением от них атомов или групп атомов и образованием воды, спирта или других соединений. Элементарный состав продукта поликонденсации отличается от исходных веществ. В качестве примера можно назвать образование белков путем поликонденсации

аминокислот с отщеплением воды:

При поликонденсации одновременно с высокомолекулярным соединением образуется низкомолекулярное вещество, что позволяет считать эти реакции как бы реакциями обмена.

Типичным примером поликонденсации может служить реакция образования ортокремниевой кислоты:

Дальнейшая конденсация приводит к образованию макромолекул следующего строения:

Опыт показывает, что растворы ортокремниевой кислоты неустойчивы во времени и имеют тенденцию образовать мицеллы или переходить в студень.

Некоторые высокомолекулярные вещества могут быть получе­ны как полимеризацией, так и поликонденсацией. Так, полиэтилен-оксид можно получить полимеризацией окиси этилена:

а также поликонденсацией этиленгликоля (по Коршаку):

Высокомолекулярные системы образуются также из длинных цепных молекул (или макромолекул), которые, в свою очередь, были получены методами полимеризации или поликонденсации.

К высокомолекулярным системам относятся различные полимеры с линейными гибкими макромолекулами (каучук, эластомеры), линейными жесткими макромолекулами (целлюлоза и ее эфиры), спиральными макромолекулами (крахмал, гликоген) и др.

Для образования цепей полимерных соединений могут служить не только углерод или кремний, как считалось еще недавно, но и алюминий, бор, титан, фосфор, магний и многие другие элементы. Таким образом, высокомолекулярные соединения могут иметь как органическую, так и неорганическую природу.

Наиболее подробно разработан синтез кремнийогранических полимеров, которые обладают такими ценными свойствами, как высокая термическая устойчивость, морозоустойчивость, хорошие диэлектрические свойства. В настоящее время кремнийорганические полимеры нашли широкое применение в качестве термо- и морозостойких масел, каучуков, пластических масс, цементирующих и гидрофобилизирующих составов. Так, каучук, полученный на основе кремнийорганических смол, сохраняет свою эластичность при температурах от 213 до 473 К и не разрушается даже при 573 К.

Впервые синтез кремнийорганических соединений был разработан в 1936 г. советским ученым К. А. Андриановым. Он первона­чально получал сложные эфиры, являющиеся производными ортокремниевой кислоты Si(OH)₄. Например:

В результате гидролиза этих эфиров получаются соответствующие гидроксилсодержащие соединения кремния, которые сразу же конденсируются с отделением молекулы воды и образованием поликон­денсатов по следующей схеме:

При небольшой степени поликонденсации (если молекулы содержат до десяти атомов кремния) получаются жидкости, применяе­мые в качестве смазочных масел. При более высокой степени по­ликонденсации получаются вещества, имеющие характер смол.

Синтетические полимеры нашли широкое применение в сельском хозяйстве для создания агрономически важной оструктуренности почвы. Искусственное оструктуривание почв осуществляется введением в почву небольших количеств структурообразующих веществ. Начиная примерно с 1950 г. в ряде стран в качестве структурообразующих веществ стали применять высокомолекулярные соединения — полимеры и сополимеры, главным образом со­стоящие из производных акриловой СН₂ = СН—СООН, метакриловой СН₂ = С(СН₃)— СООН и малеиновой СООН—СН = СН—СООН кислот. Внесение, например, сополимера, состоящего из метакриловой кислоты (60%) и метакриламида (40%), всего лишь в количестве 0,001% от массы почвы существенно увели­чивает водопрочность структурыПомимо синтетических высокомолекулярных соединений, широкое распространение в народном хозяйстве имеют и так называемые искусственные высокомолекулярные соединения. Это природные высокомолекулярные соединения, подвергшиеся химической обработке. Искусственные полимеры в громадных количествах получают в промышленности в виде производных целлюлозы: нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза, вискоза и др. Из этих веществ получают нитролаки, искусственную кожу, бездымный порох, целлулоид, искусственный шелк, негорючую кинопленку и т. п. Продуктом химической обработки казеина является, например, искусственный роговидный материал галалит, который широко используется в произ­водстве предметов массового потребления.

Советские ученые создали многие высокомолекулярные соединения, которые используются в различных областях народного хозяйства. Н. Н. Семенов так определил значение полимеров в наше время: «Если девятнадцатый век часто называют веком пара и электричества, то двадцатый век делается веком атомной энергии и полимерных материалов». Без использования синтетических высокомолекулярных соединений невозможно производство радио- и электроаппаратуры, а также других приборов и машин.