Химия полимеров (химия высокомолекулярных соединений) — раздел химии, который изучает химические и физико-химические свойства, методы синтеза высокомолекулярных соединений и материалов на их основе, а также исходных реагентов ( мономеров , олигомеров ) для их получения. Включает исследования как искусственных ( полиолефины , полиэфиры , полиамиды и другие соединения), так и природных полимеров ( крахмал , целлюлоза , лигнин ).

Предмет изучения

Химия полимеров изучает кинетику , катализ , механизмы реакций полимеризации , поликонденсации , , деструкции и вулканизации полимеров , процессы их стабилизации и другие их химические превращения .

Химия полимеров устанавливает взаимосвязь между условий синтеза со структурой и свойствами получаемых 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 и композитах .

Основные направления исследований

• Синтез мономеров , новых и , олигомеров для получения на их основе , и полимеров .
• Изучение реакций полимеризации , поликонденсации , , механизма и кинетики этих реакций, влияния строения исходных 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 , их механизма и закономерностей.
• Изучение процессов , , , и и стабилизации полимеров; создание новых стабилизаторов, изучение их действия.
• Изучение закономерностей синтеза блок-сополимеров , и , 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 .

История

К концу 19 века структура полимерных материалов была малоизученной. 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 .

Основателем химии полимеров 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, и в 1920-х годах опубликовал свою теорию в серии публикаций . В 1953 году за свои работы Штаудингер получил Нобелевскую премию по химии .

Проведённые Г. Майером и Ф. Кларком в 1928 году рентгеноструктурные исследования каучука позволили определить его молекулярную массу , хотя полученные результаты оказались заниженными . Причиной послужило отсутствие в то время сведений о том, что полимерные молекулы могут входить в состав многих кристаллитов , образующих структуру полимера. Правильные результаты были получены позднее в работах Т. Сведбега ( нобелевский лауреат по химии 1926 г.) по исследованию биомолекул.

В начале 1950-х годов немецкий химик Карл Циглер предложил катализаторы на основе алкилалюминия и тетрахлорида титана , которые позволили полимеризовать этилен в полиэтилен при комнатной температуре; ранее эту рекцию проводили при высоком давлении в стальных автоклавах . Синтезированный этим методом полиэтилен обладает более высокими физико-механическими свойствми. Итальянский ученый Джулио Натта , основываясь на работах Циглера, разработал аналогичную 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 полимерных растворов и смесей полимеров. На сегодняшний день эти исследования составляют основы физической химии полимеров .

Основы

Полимерами принято называть соединения, состоящие из повторяющихся структурных (мономерных) фрагментов, с молекулярной массой более 10000 г/моль. Аналогичные по строению соединения с меньшей массой называют олигомерами ( греч. оліго — некоторые). Полимеры, состоящие из одного вида мономеров ( греч. моно — один) называют гомополимерами ( греч. гомо — равный), из разных видов — сополимерами .

Процесс получения полимеров из мономеров, называемый полимеризацией или поликонденсацией , включает следующие основные стадии: конденсация, рост цепи, обрыв цепи.

Для анализа полимеров используют различные методы:

• косвенные — гель-хроматографии , вискозиметрия
• прямые — масс-спектрометрия , осмос , эбулиоскопия , статическое рассеяние света ( нефелометрия ).

Примечания

Литература

• Глоссарий терминов по химии // И. Опейда, А. Заточка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет. — Донецк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• ВАК Украины. Паспорт специальности. N 17-09 / 1 от 29.01.98
• Основы химии полимеров : Учеб. пособие. / А. В. Суберляк, Е. И. Сембай; Нац. ун-т "Львов. политехника ". Ин-т дистанции. обучения. — Л., 2004. — 240 c. — (Удален. Обучения; № 24). — Библиогр .: с. 238—239.
• Энциклопедия полимеров. Т. 1—3. М. : 1972—1977.
• Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения. — М. , 2003. — 367 с.
• Аблесимов Н. Е. Синопсис химии. — Справочно-учебное пособие по общей химии. — Хабаровск: ДВГУПС, 2005. — 84 с.
• Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете? Химия и жизнь — XXI в (рус.) // Ч. 2. — 2009. — № 6 . — С. 34—37 .