Технология производства химических волокон — 3-е изд. - Ряузов A.H.
Скачать (прямая ссылка):
Отдельные главы книги написаны: глава 1 — В. А. Груздевым,,, главы 2—14 — В. А. Груздевым, И. П. Бакшеевым и А. Н. Ряузо-вым; глава 15 — Ю. А. Костровым; глава 16 —М. Б. Сигалом; глава 17 — А. М. Айзенштейном; глава 18 — В. Л. Циперманом; главы 19 и 20 — В. А. Груздевым и А. Я. Ряузовым; главы 21 и 22— В. А. Груздевым и М. Д. Ходаковским.
Авторы приносят благодарность за оказанную помощь при подготовке настоящего издания книги Г. Г. Фингеру, В. Д. Фихману и Л. И. Новиковой.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Общие сведения
о химических волокнах
Глава J
ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЮ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИИ 1.1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
Многие природные соединения (белки; целлюлоза, являющаяся составной частью древесины и хлопка; натуральный каучук и др.), а также ряд синтетических соединений состоят из макромолекул, содержащих десятки и сотни тысяч атомов, и имеют большую мо» лекулярную массу. Такие соединения получили название высокомолекулярных, или полимеров.
Макромолекулы полимеров состоят из многократно повторяющихся структурных единиц — элементарных звеньев.
Число элементарных звеньев в макромолекуле характеризует степень полимеризации, которая может быть рассчитана по формуле
п я= М/т
где M — молекулярная масса полимера; т — молекулярная масса элементарного звена.
Полимеры состоят из макромолекул с различной степенью полимеризации, т. е. они являются молекулярно неоднородными веществами (полидисперсными). Имеются методы, позволяющие разделить полимер на отдельные фракции, отличающиеся различной молекулярной массой (фракционирование). Если определить молекулярную массу каждой фракции (части) и количественное содержание ее в полимере взвешиванием или другим путем, то характеристику полимера по молекулярной массе можно представить на диаграмме в виде кривой (рис. 1.1).
На рис. 1.1 показаны кривые распределения по молекулярной массе двух полимеров с одинаковой средней степенью полимери» зации, но с различной полидисперсностью. Кривая / характеризует более однородный полимер, в котором преобладает одна фрак* Ция. Полимер, характеризуемый кривой 2, содержит много фракций, незначительно различающихся по молекулярной массе.
Соединения, используемые для получения полимеров, называются мономерами. Так, при получении полиэтилена в качестве мономера может быть взят этилен CH2=CH2. При определенных условиях двойные связи этилена рвутся и молекулы этилена
соединяются между собой, образуя новое вещество — полиэтилен
----CH2-CH2-CH2-CH2----.
Полимеры, макромолекулы которых состоят из звеньев одинакового состава, называются гомополимерами; полимеры, макромолекулы которых состоят из звеньев разного состава, называются сополимерами.
В процессе синтеза к линейной макромолекуле одного состава можно присоединить («привить») боковые цепи другого состава. Такие полимеры называются привитыми. .
Свойства полимеров в очень большой степени зависят от формы макромолекул.
На рис. 1.2 схематично показана форма макромолекул. По строению макромолекулы делят на линейные, разветвленные и сетчатые.
Макромолекулы линейных полимеров представляют собой длинные цепи без боковых ответвлений. В цепях макромолекул разветвленных полимеров содержатся боковые ответвления, число, длина и взаимное расположение которых могут изменяться в широких пределах, влияя на свойства полимеров.
Сетчатые полимеры (их называют также пространственными, трехмерными или сшитыми) построены из макромолекул, соединенных друг с другом поперечными химическими связями. Сшитые полимеры могут быть получены как из линейных, так и из разветвленных полимеров.
По строению основной цепи полимеры могут быть разделены на три класса:
карбоцепные, основные цепи которых построены только из атомов углерода;
гетероцепные, в основных цепях которых кроме атомов углерода содержатся атомы кислорода, азота, серы, фосфора и других элементов, обычно входящих в состав природных органических соединений;
Рис. 1.1. Дифференциальные кривые распределения полимеров по молекулярной массе:
/—полимер малой полидисперсиости: 2—полимер большой иолидисперсиости.
Рис. 1.2. Форма макромолекул полимеров: о—линейная: б—разветвленная: в—сетчатая-
элементоорганические, в основных цепях которых содержатся атомы кремния, алюминия, бора и других элементов, не входящих в состав природных органических соединений.
Примером простейшего карбоцепного полимера является полиэтилен:
HHHHHHH
J]IIIM
----с—С—С—с—С—с—с----
I I I I I I I
HHHHHHH
В карбоцепных полимерах атомы водорода могут замещаться другими элементами или группами атомов. Например, в политетрафторэтилене все атомы водорода заменены атомами фтора:
FFFFFF
I I I I I I ----с—С—С—С—С—с----
I I I I I I
FFFFFF
Название карбоцепных полимеров образуется из названия мономера и приставки поли: полиэтилен, полипропилен, полиакрило-нитрил, поливинилхлорид, полистирол, поливинилиденхлорид и т. д.
Примером гетероцепных полимеров может служить поликапро-амид:
