Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Значение, которое придается в мировом масштабе полимерным материалам, позволяет утверждать, что в ближайшие годы их производство по объему сравняется с производством металлических материалов. Подобный темп развития устанавливает новые масштабы использования материала.

В ГДР также ежегодно растет объем производства полимеров, особенно полученных на базе нефтехимии. В 1970 г. он составлял 370000 т, а в 1974 г.-уже 520 000 т. Такие темпы роста будут удерживаться и дальше. Прежде всего будет наблюдаться значительный рост производства полиэтилена низкого и высокого давления, а также полиуретана.

Однако и уголь в качестве сырья долго еще не утратит своего значения, особенно в связи с ростом мировых цен на нефть.

Полимеры по сравнению с металлическими материалами очень молоды. Их развитие длится с середины предыдущего столетия. Оно началось с модификации природных высокомолекулярных веществ, в которые вводились функциональные группы. На этой основе возникли самые старые пластмассы ( 46). К ним относят вулканизованную фибру, которая была впервые получена в 1859 г. из целлюлозы через ее гидрат. Десятью годами позднее появился еще один искусственный материал-целлулоид. Он был получен превращением целлюлозы в ее нитрат и до сих пор служит, между прочим, сырьевой основой для быстросохнущих нитролаков.

Далее были синтезированы производные целлюлозы: ацетат, ацетобутират ипропионат. Все три соединения сегодня еще имеют значение как термопластичные литьевые материалы. Эфир целлюлозы, кроме этого, служит основой для негорючей кинопленки.

Переработка целлюлозы в ее технический гидрат по вискозному способу известна уже с 1910 г. Целлофан торговое название этого материала, широко используемого как упаковочная пленка.

Возможна также модификация природных веществ и на другой сырьевой основе. В качестве примера здесь может служить галалит, который был получен уже в 1896 г. действием формальдегида (или метанола) на казеин.

К началу 20 столетия разработка синтетических методов получения высокополимеров создала широкую основу для развития производства полимерных материалов. С именами немецкого химика Байера и бельгийца Бекеланда связано создание классической поликонденсационной фено-лоформальдегидной смолы и материалов на ее основе. Торговое название бакелит напоминает об изобретателях. На основе синтезированной фенольной смолы были получены термореактивные слоистые пластики, а также содержащие наполнитель прессовочные массы (рис? 47). Эти старейшие термореактивные жесткие материалы приобрели особенно большое значение в электротехнике и машиностроении. Следующие представители классических термореактивных смол-мочевино- и мелами-ноформальдегидные - относятся к аминопластам.

В 1922 г. Штаудингер закончил свою фундаментальную работу о возможности образования нитеподобных макромолекул с помощью полимеризации ненасыщенных соединений. Она стала предпосылкой для синтеза термопластичных материалов. Наиболее важным их результатом было создание полистирола и поливинилхлорида, которые стали употреблять в технике с 1930-1931 г. На следующий период развития (до 1952 г.) приходится создание поли-изобутилена, полиамидов (применяются для производства синтетических волокон), а также синтез полиэтилена. По сегодняшним оценкам, доля термопластичных материалов составляет свыше 50% от общего производства пластмасс.

Классические термопласты проявляют сильную зависимость прочностных и деформационных свойств от температуры, что обусловлено их молекулярным строением.

В связи с этим на следующем этапе развития полимеров была предпринята попытка с помощью введения неорганических элементов в макромолекулу и применения новых методов синтеза получить вещества принципиально нового строения.

Так называемая трехмерная полимеризация (сшивание) и образование макромолекул на основе взаимодействия реакцион-носпособных групп по принципу ступенчатой полимеризации создали предпосылки к получению термореактивных материалов.

В отличие от классических поликонденсационных продуктов, они менее прихотливы к условиям переработки и имеют более широкую сферу применения. Самые известные из этих веществ-сложные полиэфиры и эпоксидные смолы, а также полиуретаны.

Преимуществом этих полимеров является возможность пространственного сшивания с использованием системы ускорителей без применения высоких температур и давления.

Таким образом, полимеры это макромолекулярные органические вещества, которые получают химическим превращением натуральных продуктов или комплексной химической переработкой угля, нефти или природного газа. При определенных условиях переработки, т.е. под влиянием тепла и давления, термопласты формуются.

Хотя натуральные высокомолекулярные вещества сегодня еще используются, но уже утратили свое прежнее значение. Их заменили полимеры, полученные из продуктов переработки угля, нефти и природного газа.

Заметную роль для получения полимеров в ГДР играет производство ацетилена. В электропечах при очень интенсивном воздействии энергии на исходные уголь и известняк получается карбид кальция, который под воздействием воды отщепляет газообразный химически ненасыщенный и поэтому очень реакционноспособный ацетилен. На его основе получают, например, синтетический каучук и поливинил-хлорид. В последние годы уголь как исходное вещество для синтеза макромолекулярных соединений во все большем объеме заменяют нефтью и природным газом, которые содержат больше углеводородных соединений, необходимых для производства полимеров.