Полимеры, получаемые в реакциях поликонденсации.

Строение молекул. Реакция поликонденсации – процесс образования высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных, которые сопровождается выделением простых низкомолекулярных продуктов (H₂O, NH₃, HCl и др.) [3, 5]. Рассмотрим, как при реакции поликонденсации образуются фенолформальдегидные смолы. Известно, что в молекуле фенола в положениях 2, 4 и 6 атомы водорода весьма подвижны, а для альдегидов характерны реакции присоединения, обусловленные наличием в них p-связи. В связи с этим реакцию фенола с формальдегидом можно отразить так:

Это промежуточное соединение затем реагируют с другими молекулами фенола:

Далее образовавшийся продукт реагируют с другими молекулами метаналя, а затем – с молекулами фенола и т. д. В результате этих реакций получаются высокомолекулярное вещество – фенолформальдегидная смола и побочный продукт – вода.

При повышенной температуре и давлении между разветвленными молекулами полимера происходит химическое взаимодействие и образуется полимер с пространственной структурой. Такой материал теряет термопластичность и становится более прочными.

Полимеры, которые при повышенной температуре не размягчаются и не плавятся в отличие от термопластичных полимеров, называются термореактивными.

Применение. Изфенолформальдегидного полимера (смолы), добавляя различные наполнители (древесная мука, хлопчатобумажная ткань, стеклянное волокно, различные красители и т. д.), получают фенолформальдегидные пластмассы, которые сокращенно называют фенолпластами [1, 3] .

Еще в [3] изложено, что фенопласты- важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности. Из них изготовляются большое количество изделий широкого потребления, электроизоляционные материалы и строительные детали [3] .

Синтетические каучуки

В России нет природных источников получения натурального каучука, поэтому необходимо было получить его синтетическим путем [2].

Под руководством академика С. В. Лебедева впервые в мире был разработан метод промышленного производства синтетического каучука из 1,3-бутадиена (1932 г.). Его получали из этилового спирта. В настоящее время для получения синтетических каучуков в основном используются углеводороды, содержащиеся в нефтяных газах и продуктах переработки нефти.

Производство бутадиенового каучука основывается на полимеризации 1,3-бутадиена в присутствии катализатора:

где n может достигать нескольких тысяч.

Однако оказалось, что группы − CH₂ − в звеньях макромолекул в отличие от природного каучука расположены по разные стороны двойной связи, т. е. находятся в транс- положении:

Впоследствии на основе изучения пространственного строения природного каучука ученым удалось решать проблему синтеза не только дивинилового каучука, но и изопренового каучука стереорегулярного строения [1, 2, 3] .

Некоторые синтетические каучуки получают из различных мономеров в результате их совместимой полимеризации, называемой сополимеризацией. Так, например, при сополимеризации 1,3-бутадиена со стиролом синтезируют бутадиенстирольный каучук [1]:

Для улучшения качества натуральных и синтетических каучуков их превращают в резину. Резина - это вулканизированный каучук. Сущность вулканизации состоит в том, что атомы серы присоединяются к линейным молекулам каучука по месту двойных связей и как бы сшивают эти молекулы друг с другом. Резина прочнее каучука и более устойчива к изменению температуры [2, 3].

Синтетические волокна

Этот раздел в [1 ,2] изложен очень хорошо, но в [3] - очень мало по объему.

Волокнами называют материалы, получаемые из натуральных и синтетических, органических и неорганических веществ, имеющие очень малые поперечные размеры, их длина должна не меньше чем в 100 раз превышать диаметр. Например: хлопковое волокно, шелк, шерсть, капрон и др. [5]. Капрон относится к полиамидным волокнам. Для его производства используются некоторые производные аминокислот, например, капролактам. Его можно рассматривать как продукт внутримолекулярного взаимодействия карбоксильной группы и аминогруппы молекулы 6-аминогексановой

кислоты:

Упрощенно превращение капролактами в полимер, из которого производят капроновое волокно, можно представить следующим образом. Капролактам в присутствии воды превращается в 6-аминогексановую кислоту, молекулы которой реагируют друг с другом:

В результате этой реакции образуется высокомолекулярное вещество, макромолекулы которого имеют линейную структуру. Отделенные звенья полимера являются остатками 6-аминогексановой кислоты [1, 2]:

Полимер представляет собой твердое вещество, размягчающееся при температуре 210 °С и плавящееся при 225 °С. Для получения волокон капрон плавят, пропускают через фильеры. Струи полимера охлаждаются потоком холодного воздуха и превращаются в волоконца, при скручивании которых образуются нити [2].

Капроновая смола используются для получения пластмасс. Из них изготовляют различные детали машин, шестерни, вкладыши для подшипников и т. д. Предметы из капроновых пластмасс обладают исключительно большой прочностью и износоустойчивостью [1].

Лавсан- полиэфирное волокно. По своему составу лавсан – сложный эфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. Этиленгликоль - это двухатомный спирт. Терефталевая кислота- процесс окисления n-кислол. При

взаимодействии последней с этиленгликолем получается сложный эфир:

При поликонденсации этого эфира образуется высокомолекулярное вещество – лавсан:

Промышленный процесс получения лавсана более сложный. Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовления немнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Его применяют также для производства транспортерных лент, ремней, занавесей, парусов и т. д. [1].

В этой главе мы узнали о полимерах и их структуре и о ступенчатой полимеризации и поликонденсации. И в следующей главе мы будем рассматривать связанные с ними экологические вопросы.