Органические соединения

доступности исходного  мономера,  полипропилен  применяют  при  изготовлении

трубопроводов,  химической  аппаратуры  и  различных   предметов   домашнего

обихода.

    При  замещении   одного  из  атомов  водорода  в  молекуле  этилена   на

бензольное  ядро образуется  новая  «заготовка»  для  получения  полимеров  —

винилбензол (стирол) СН2=СН—С6Н5.

    Радикальная полимеризация стирола приводит к образованию  нерегулярного

полистирола:

    В  таком   полимере  нерегулярные  макромолекулы,  содержащие   объёмные

неполярные  заместители, не могут  образовывать кристаллы. Поэтому  полистирол

легко плавится и  растворяется  во  многих  органических  жидкостях,  а при

комнатной температуре находится  в аморфном состоянии. При 100 °С  полистирол

размягчается, а при 185 °С — превращается в вязкую жидкость.

    Полистирол получил  широкое  распространение   из-за  своей   дешевизны  и

лёгкости  обработки. Однако есть у  него  один  серьёзный  недостаток  —  это

очень непрочный и хрупкий  материал, в чём  может убедиться  каждый,  наступив

на  корпус шариковой  ручки. Прозрачные корпуса  авторучек, коробки  для  кассет

и лазерных дисков, детские игрушки, сувениры и другие предметы, для  которых

не  требуется  высокой  прочности  материала,  —  все  они  изготовлены   из

полистирола.

    При замене в  этилене атома  водорода на хлор  образуется ещё  один мономер

— винилхлорид СН2=СН—С1. Впервые его  полимеризацию  осуществил  в  1872  г.

немецкий  химик Эйген Бауман (1846—1896). Заслугой этого исследователя  стала

разработка  способа  радикальной  полимеризации  винилхлорида  в  присутствии

органических  пероксидов.                       к

    При  этом   получается   регулярный   полимер,   образованию   которого

способствует  высокая  полярность  молекулы  винилхлорида   —   в   процессе

полимеризации ей выгодно подойти  к  растущему  концу  макромолекулы  только

одной стороной:

    —СН—СН2—СН—СН2—

         Сl                Сl

    Активное практическое  использование поливинилхлорида  (сокращённо  ПВХ)

началось  сравнительно недавно  — только с середины  XX  в.  Проблема  была  в

том,  что  чистый  ПВХ  обладает   многими   недостатками.   При   комнатной

температуре  он  очень  хрупок  и  неэластичен.  Кроме  того,   его   трудно

растворить  или расплавить, а  это сильно затрудняет переработку  полимера.  В

30-х   гг.  учёным  удалось  найти   специальные   вещества  —   стабилизаторы,

увеличивающие стойкость ПВХ к действию  тепла  и  света.  Новый  материал  —

пластифицированный  поливинилхлорид  получил широкое  распространение.  Сейчас

из  него делают изоляцию для  электрических  проводов  —  здесь  он  вытеснил

более горючую и менее  химически стойкую  резину.  Дождевые  плащи,  игрушки,

паркетные плитки, один из видов  искусственной кожи — вот  далеко  не  полный

список  предметов повседневного  обихода, сделанных  из  «старейшего»  полимера

— ПВХ. 

                   Самый стойкий, самый прочный. Тефлон

    Ближайшие родственники полиэтилена, сходные с ним по  строению,  подчас

сильно  отличаются от него по свойствам  и  приятно  удивляют  учёных  новыми

ценными качествами.

    Если заменить  все атомы водорода  в молекуле этилена  на атомы фтора,  то

этилен  превратится в тетрафторэтилен,  полимеризацией  которого   химики-

технологи получили первую фторсодержашую пластмассу (фторопласт).

    Политетрафторэтилен,  названный  впоследствии   тефлоном,   по   многим

механическим, физическим, химическим свойствам, как  оказалось,  превосходит

не  только полиэтилен, но и все остальные  известные полимеры.  Этот  материал

безразличен  к  действию  любых  растворителей  и  имеет  необычно   высокую

температуру размягчения, равную 327 °С. А разложение тефлона начинается  при

рекордной для полимеров  температуре — 425 °С!

    Тефлон обладает  непревзойдённой  химической стойкостью: он совершенно  не

горит, на него не действуют  концентрированные  кислоты и щёлочи,  даже  таким

химическим  агрессорам,  как  галогены,  царская  водка и   фтороводородная

кислота, тефлон  «не  по  зубам».  Недаром  его  образно  назвали  «алмазным

сердцем в шкуре носорога».

    Этот  замечательный   материал  незаменим   при  изготовлении  химической

аппаратуры  для  агрессивных  сред,  негорючей  электроизоляции,   а   также

подшипников и  деталей,  не  требующих  смазки.  А  ещё  тефлоновой  плёнкой

покрывают металлическую посуду и гладящую поверхность  утюгов. В сковороде  с

таким покрытием никогда  не пригорит еда, а  к утюгу ничего не прилипнет.  Так

что  благородный  и  невозмутимый  тефлон  по  праву  считается  пластмассой

будущего. 

                           Каучук, резина и другие

    Помимо  высокомолекулярных  веществ  семейства   полиэтилена   существует

огромный  класс полимеров, получаемых из сопряжённых  диенов:  бутадиена-1,3;

2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) и их  аналогов.

    В результате полимеризации  этих непредельных  углеводородов   образуются

высокомолекулярные  вещества, называемые каучуками:

    1. натуральный изопреновый  каучук

    2. синтетический бутадиеновый каучук

    Природный каучук  стал известен  в Европе ещё  в конце XV  в.  Первыми  из

европейцев  его увидели участники  второго путешествия  Христофора  Колумба  в

Америку  (1493—1496  гг.).  Тогда  они  узнали,  что  американские   индейцы

получают  «слезы дерева» (на их языке «кау»  означало  «дерево»,  а  «учу»  —

«течь»,  «плакать»)  из  млечного  сока  тропического   растения   гевея   и

используют  его для изготовления обуви, мячей, небьющейся  посуды.  Однако  в

Европе  в течение долгого времени экзотический материал не  находил  никакого

применения.  Только  в  1823  г.  шотландский  изобретатель  Чарлз  Макинтош

(1766—1843)  предложил  пропитывать   ткань  смесью  каучука  с   органическим

растворителем. В результате был  получен  непромокаемый  материал.  Макинтош

первым  организовал  производство  таких  тканей  и  пошив  из  них  дождевых

плащей. Правда, у этих  плащей  были  весьма  неприятные  недостатки  —  они

прилипали к телу в жаркую погоду и трескались в холодную.

    В 1834 г. американский изобретатель Чарлз Гудьир (1800—1860)  предложил

вводить в каучук оксиды магния и  кальция,  а  в  1839  г.  изучил  действие

нагрева на смесь сырого каучука  с  оксидом  свинца  и  серы.  Полученный  в

результате  новый материал назвали резиной (от греч. «резина» —  «смола»),  а

процесс превращения каучука  в резину при нагревании с серой —  вулканизацией

(по  имени римского  бога огня Вулкана).

    Резина, в отличие  от каучука, представляет  собой сшитый полимер.  Однако

благодаря  большому  расстоянию  между сшивками  макромолекулы не   теряют

способности выпрямляться при  растяжении  и  сворачиваться  в  клубки  после

снятия  механической нагрузки.  С  другой  стороны,  сшивки  не  дают  резине

плавиться при нагревании и  кристаллизоваться при охлаждении. Таким образом,

резина, находясь в аморфном состоянии, сохраняет  свои механические  свойства

в более широком  диапазоне температур, чем каучук.

    С развитием автомобилестроения  в конце XIX в.  резко  возрос  спрос  на

автомобильные  шины,   и   резина,   сочетающая   эластичность   с   высокой

механической  прочностью, оказалась  единственным  подходящим  материалом  для

их  изготовления. Для  производства шин  с каждым годом  требовалось всё  больше

резины, а следовательно, и натурального каучука. Тогда  каучук  получали  по

старинке  — из млечного сока гевеи. Основ-

    ными поставщиками  этого ценного  природного  полимера  были  тропические

страны  — Бразилия, английские и французские  колонии  в  Юго-Восточной  Азии.

Для получения 1000 т растительного полимера  необходимо  было  обработать  3

млн каучуконосных деревьев и затратить на это в течение  года труд  5,5  тыс.

человек.

    Таким образом,  необходимый для  изготовления резины  натуральный  каучук

был достаточно дорогим  и дефицитным материалом. По  этой  причине в первой

половине XX в. химики настойчиво искали вещества, способные  заменить  каучук

и синтезируемые из доступных дешёвых  соединений.

    Первой  страной,  освоившей  промышленное  производство  синтетического

каучука, стал  Советский  Союз.  В  конце  20-х  гг.  русский  химик  Сергей

Васильевич  Лебедев (1874— 1934) занялся  проблемой  полимеризации  бутадиена-

1,3. Учёный и  его   коллеги  нашли   подходящий  катализатор   —  им  оказался

металлический  натрий.  И  в   1927   г.   исследователь,   проведя   ионную

каталитическую  полимеризацию, получил  первые образцы синтетического  натрий-

бутадиенового каучука:

    Лебедев  и   его  группа  разработали  также   дешёвый  способ  получения

бутадиена-1,3 из этилового спирта.

    Промышленное производство бутадиенового каучука было  налажено  в 1932

г., когда вступили в  строй опытные  заводы в Ярославле  и Воронеже.

    В 1935 г. наступила  новая эра в  производстве синтетических   каучуков  —

их  стали делать из сополимеров, получаемых радикальной  полимеризацией  1,3-

бутадиена  в  присутствии  стирола,  акрилонитрила  и   других   соединений.

Сополимеры  бутадиена начали быстро вытеснять  другие каучуки  в  производстве