УДК 678.0 ББК 24.7 ISBN 978-5-261-01096-8 © Свиридов Е.Б., Дубовый В.К., 2015 © Свиридов Е.Б., Дубовый В.К., с изменениями, 2016 © Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 2016 Всем нашим Учителям посвящается Предисловие Побудительным мотивом появления этой книги стало то нерадостное обстоятельство, что, несмотря на огромный и незаменимый вклад, который высокомолекулярные соединения вносят в общечеловеческую материальную культуру, широко распространенной остается вопиющая неосведомленность в этой области науки и даже явная недооценка материалов на основе полимеров. <...> Отдельная глава посвящена истории развития полимерной химии, рассказам о замечательных ученых, изобретателях и технологах, малоизвестным обстоятельствам открытий и изобретений в этой области (гл. <...> Формированию и закреплению полученных знаний призваны помочь примеры практического решения нескольких нестандартных задач, которые стали возможными именно за счет понимания и использования специфических свойств высокомолекулярных соединений, т. е. всего того, что авторы объединили термином «полимерная специфика» (гл. <...> Причиной такой универсальности и многоликости является комплекс присущих этим веществам особых свойств, т. н. «полимерная специфика» (см. приведенный в данном издании Полимерный словарь), рассмотрению, объяснению и использованию которой уделено в этой книге большое внимание. <...> И, наконец, в Энциклопедии полимеров (1974 г.) мы найдем такое лаконичное определение: полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа одинаковых группировок, соединенных химическими связями4. <...> Часто привычное кажется обыденным и скучным, но если для пытливого ума «электрон так же неисчерпаем, как и атом…»7, то высокомолекулярные соединения неисчерпаемы тем более. <...> Никого сегодня не удивишь химическими волокнами и тканями из этих волокон, полиэтиленовыми пакетами, полипропиленовыми <...>
Книга_о_полимерах.pdf
УДК 678.0
ББК 24.7
С24
Рекомендовано к изданию научно-техническим советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
и картона Санкт-Петербургского государственного технологического
университета растительных полимеров А.С. Смолин
доктор химических наук, заведующий аналитической лабораторией
Института высокомолекулярных соединений РАН В.Д. Красиков;
доктор технических наук, профессор кафедры технологии бумаги
С24
Свиридов, Е.Б.
Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний
день материалов на основе высокомолекулярных соединений / Е.Б. Свиридов,
В.К. Дубовый; Сев. (Арктич.) федер. ун-т. – 2-е изд., испр. и доп. – Архангельск:
САФУ, 2016. – 392 с.: ил.
ISBN 978-5-261-01096-8
Изложенные в книге данные о современном состоянии науки и технологии
высокомолекулярных соединений представлены в форме, облегчающей понимание
сложных и необычных свойств и закономерностей, характерных для
этих веществ. Большое внимание уделяется также практическому применению
полимерных материалов, истории отрасли и создавшим ее ученым и технологам.
Для
широкого круга читателей: от старшеклассников, студентов и специалистов
в различных отраслях народного хозяйства до всех, кому не чуждо
такое ценное человеческое качество, как любознательность.
УДК 678.0
ББК 24.7
ISBN 978-5-261-01096-8
© Свиридов Е.Б., Дубовый В.К., 2015
© Свиридов Е.Б., Дубовый В.К.,
с изменениями, 2016
© Северный (Арктический) федеральный
университет имени М.В. Ломоносова, 2016
Стр.3
оглавление
Предисловие ....................................................................................................
Обращение к читателю ..................................................................................
Глава 1. Что такое полимер и чем полимеры отличаются
от других веществ .........................................................................................
1.1. Что может быть интересного в этих полимерах ....................................
3
6
8
1.2. Особенности поведения полимеров при приложении механической
нагрузки ...........................................................................................................
1.3. Высокоэластическое состояние полимеров ...........................................
1.4. Склонность полимеров к переходу в анизотропное состояние ..........
10
20
1.5. Зависимость величины деформации от скорости приложения
нагрузки ............................................................................................................
1.6. Растворы и расплавы полимеров ............................................................
Приложение к главе 1 .....................................................................................
Глава 2. Кому, когда и зачем потребовались полимеры ........................
Глава 3. Какие бывают полимеры .............................................................
Глава 4. Очерки истории развития химии и технологии полимеров ..
22
23
25
26
28
4.1. Немного о природных полимерах ..........................................................
4.2. Первые искусственные полимеры и их создатели ................................
4.2.1. Первые искусственные пластмассы ...............................................
4.2.2. Первые искусственные волокна ......................................................
4.2.3. Искусственные пластмассы, волокна и пленки начала XX века
4.3. Сок «плачущего дерева» и синтетические каучуки .......................
4.3.1. Натуральный каучук ........................................................................
32
38
43
4.3.2. Краткий и простой рассказ о долгой и трудной истории создания
синтетических каучуков ....................................................................
4.4. Путь к вершине, или как создавались синтетические полимеры ......
4.4.1. Первые, «случайные» синтетические полимеры ..........................
4.4.2. Начало эры синтетических полимеров .........................................
44
45
49
56
59
63
63
4.4.3. Кто доказал, что полимер – это полимер, и почему это так
важно ..........................................................................................................
4.4.4. Бурное послевоенное развитие химии и технологии полимеров
4.4.5. Поликонденсация и судьба Уоллеса Карозерса .............................
Приложение к главе 4 .....................................................................................
69
75
76
78
82
85
88
90
Стр.390
Глава 5. Почему у полимеров необычные свойства ............................... 134
5.1. Релаксационные явления ......................................................................... 134
5.2. Три агрегатных состояния вещества и четыре физических состояния
полимеров ........................................................................................................ 138
5.3. «Стеклянные» полимеры ........................................................................ 143
5.3.1. Вынужденная высокоэластичность полимеров ............................. 148
5.3.2. Волокна полимерные и не только ................................................... 151
5.4. Каучук – ни на что не похожее вещество. Энтропия и «энтропийная
упругость» ........................................................................................... 154
5.5. Растворы, расплавы, студни и смеси полимеров ................................. 161
5.5.1. Пластификация полимеров и полимерные студни ...................... 167
5.5.2. Смеси полимеров ............................................................................. 170
5.6. Кристаллы и надмолекулярные образования в полимерах ................ 171
Приложение к главе 5 ..................................................................................... 171
Глава 6. Современные синтетические полимеры. «Большая
четверка» ........................................................................................................ 190
6.1. Полиэтилен – полимер «счастливчик» .................................................. 195
6.1.1. Полиэтилен высокого давления ...................................................... 196
6.1.2. Открытие Карла Циглера. Полиэтилен низкого давления ........... 204
6.1.3. Полиэтилен среднего давления и другие виды этого полимера .... 207
6.2. Открытие Джулио Натта. Полипропилен ............................................ 211
6.3. Поливинилхлорид .................................................................................... 214
6.4. Полистирол ............................................................................................... 218
Приложение к главе 6 ..................................................................................... 221
Глава 7. Полимерная «мозаика» (экспресс-путешествие по миру
полимеров) ...................................................................................................... 227
7.1. Полиэфирные смолы ................................................................................ 227
7.1.1. Полиэтилентерефталат ......................................................................... 228
7.1.2. Алкидные смолы .................................................................................... 231
7.1.3. Полиэфиры предельные и непредельные ........................................... 234
7.1.4 Полиарилаты ........................................................................................... 236
7.1.5. Поликарбонат ......................................................................................... 236
7.1.6. Поливинилацетат ................................................................................... 240
7.1.7. Полиформальдегид ................................................................................ 242
7.2. Кремнийорганические полимеры .......................................................... 247
7.3. Полиуретаны ............................................................................................ 249
7.4. Эфиры и другие производные полиакриловой кислоты ..................... 254
7.5. Фторопласты ............................................................................................ 262
7.6. Эпоксидные смолы .................................................................................. 266
7.7. Полиамиды ................................................................................................ 270
7.8. Фено- и аминопласты ............................................................................... 276
7.9. Композиционные материалы .................................................................. 279
7.10. Что и как можно склеить с помощью полимеров ................................ 284
Приложение к главе 7 ..................................................................................... 293
Стр.391
Глава 8. Термостойкость и термостойкие полимеры .............................. 304
8.1. Как сделать макромолекулу прочнее ..................................................... 307
8.2. Зачем нужно растворять термостойкие полимеры .............................. 318
8.3. Как сделать термостойкие полимеры растворимыми ......................... 320
Приложение к главе 8 ..................................................................................... 323
Глава 9. Неорганические полимеры .......................................................... 332
9.1. Природные неорганические полимеры .................................................. 333
9.2. Синтетические неорганические полимеры ........................................... 335
9.2.1. Полифосфазены ................................................................................. 335
9.2.2. Прекерамические неорганические полимеры .............................. 338
Приложение к главе 9 ..................................................................................... 342
Глава 10. Несколько примеров решения нестандартных
технических задач с помощью полимеров ............................................... 344
10.1. Случай первый. Покрытие, к которому ничего не липнет ................ 344
10.2. Случай второй. Полимер, который умел сам себя «лечить» ............ 347
10.3. Случай третий. Полимер, который «хотел быть слишком большим»
................................................................................................................ 354
10.4. Случай четвертый. «Водолюбивый» полиэтилен ............................... 361
Приложение к главе 10 .................................................................................... 366
Глава 11. Основные способы переработки полимерных
материалов ..................................................................................................... 370
Заключение ....................................................................................................... 376
Полимерный словарь ...................................................................................... 377
Список литературы ........................................................................................ 388
Стр.392