Естественно-научное и практическое значение полимеров
Особое место среди разнообразных органических веществ занимают соединения с молекулярной массой, достигающей десятков тысяч и даже миллионов атомных единиц массы. Эту группу веществ называют высокомолекулярными соединениями или полимерами. Полимерные вещества и материалы на их основе имеют исключительно важное значение.
Во-первых, полимерные соединения являются основой Жизни на Земле. Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров:
Следует отметить, что в природе существуют не только органические полимеры. По современным научным воззрениям многие неорганические вещества, такие как оксиды кремния и алюминия (основные компоненты земной коры), многие минералы, слюда, асбест и др., представляют собой, по существу, полимеры. Неорганические полимеры составляют основу костной ткани скелета человека и животных. Высокомолекулярные вещества обнаружены даже в космосе – углеводородные полимеры в составе метеоритов, полиформальдегид и полиацетилен в межзвездной пыли. Поэтому без преувеличения можно считать, что полимерное состояние – одна из основных форм существования материи во Вселенной.
Во-вторых, благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры (синтетические, искусственные
Искусственные полимеры — высокомолекулярные соединения, получаемые при химической модификации природных полимеров.
и некоторые природные) широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов:
- Например, метилцеллюлоза, ацетилцеллюлоза (ацетатный шелк), нитроцеллюлоза — продукты химических превращений природного полимера – целлюлозы:
Полимеры применяются для получения композиционных материалов
Композиционный материал (композит) — это материал, в котором наряду с основным веществом содержатся упрочняющие или модифицирующие компоненты.
В состав композита входят: связующее вещество (обычно полимер), наполнитель, пластификаторы, свето- и термостабилизаторы, красители и т.п.
Прочность полимерных композиций, содержащих наполнитель, обусловлена дополнительными силами, связывающими наполнитель с полимером за счет адгезии (прилипания).
Вот некоторые примеры наполнителей в композитах:
- сажа в резине,
- ткань в текстолите,
- бумага в гетинаксе,
- стеклоткань и стекловолокно в стеклопластиках,
- металлы (порошок или нити) в металлополимерах,
- взрывчатые вещества (порох) в твердом ракетном топливе,
- нитевидные монокристаллы Al2O3, карбидов кремния и бора, графита и т.д. в особо прочных материалах для космической техники.
Ионообменные смолы (иониты) — полимеры пространственного (трёхмерного) строения, содержащие ионизированные группы (-O-SO2-O–, -СOO–, -NH3+ и т.п.). являются полиэлектролитами. Подразделяются на катиониты и аниониты.
Благодаря способности к обмену ионов, иониты нашли широкое применение в различных областях техники (в гидрометаллургии для разделения и очистки редких элементов, при переработке радиоактивных отходов, в химической и фармацевтической промышленности, для устранения жесткости воды и др.).
и др.
Над проблемами химии и технологии полимеров работает в настоящее время около половины всех химиков мира.
Сегодня трудно найти область современной техники и быта, которая смогла бы обойтись без полимеров. Есть полимеры термостойкие и морозоустойчивые, есть водоотталкивающие и водорастворимые. Давно известны высокие электроизоляционные свойства полимерных материалов. Теперь получены электропроводящие полимеры, а теоретические расчеты показывают, что можно создать даже полимер-сверхпроводник.
Полимеры доказали свою незаменимость в самых различных областях: от покорения космических высот до бурения сверхглубинных скважин, от микроскопических деталей в сложнейших вычислительных устройствах и медицинских протезов до гидроизоляции целых каналов и водохранилищ. Таким образом, можно смело сказать, что полимерные материалы служат основой научно-технического прогресса, и не случайно наше время называют "веком полимеров" (по аналогии с каменным или бронзовым веком).
