Полимеры и их растворы

04.06.2015

Высокомолекулярные соединения - полимеры, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок, или мономерных звеньев, соединенных между собой химическими связями. По происхождению полимеры делятся на природные, или биополимеры, и синтетические, получаемые полимеризацией или поликонденсацией.
Образование полимерных молекул приводит к появлению совершенно новых свойств, которые нельзя объяснить обычными терминами агрегатных состояний.
XX век нередко называют веком полимеров. Широкое внедрение полимерных материалов революционизировало многие отрасли производства. Сверхпрочные детали и конструкции в машиностроении и строительстве, эластичные полимерные пленки и нити, материалы для протезирования, изоляторы и сверхпроводники, прозрачные стекла и коррозионно-устойчивые покрытия - это только начало длинного перечня применения полимерных материалов.
По объему производства полимерные материалы занимают одно из первых мест в мире. Это обусловлено широко распространенными источниками сырья (практически полимеры можно получать из углекислого газа и воды), многочисленным числом сиптезированных полимеров (ежегодно синтезируют десятки тысяч новых полимерных соединений), широким диапазоном свойств, определяемых молекулярной и надмолекулярной структурой полимеров (при неизменном химическом составе), возможностями разнообразной модификации методов путем введения добавок низкомолекулярных соединений.
Сегодня трудно назвать такие свойства используемых человеком материалов, которыми бы не обладали полимеры. Однако возможности полимеров не ограничиваются их применением в качестве материалов. Они обладают еще одним свойством, сыгравшим решающую роль в эволюции жизни на Земле, - огромной информативностью.
Если говорить о простом веществе определенного химического состава, то его молекулы не могут быть использованы в качестве системы знаков, так как они неотличимы и на этих молекулах записать информацию невозможно. Напротив, полимерные молекулы, даже если они обладают одинаковой степенью полимеризации и составом, индивидуализированы: их можно отличить одну от другой, причем вследствие особой формы конденсации (все связи между звеньями ковалентные) эти отличия устойчивы во времени, практически вечны.
Если быть точнее, то индивидуализированы даже отдельные достаточно протяженные участки макромолекул, поэтому их можно уподобить ленте, на которой записана какая-то информация. Тем самым решается задача хранения громадного объема информации, размер которой сегодня растет экспоненциально, а также реализуется возможность создания на макромолекуле «микро-микро» аналогов ЭВМ.
Природа дает пример такой направленности информации в виде белковых молекул, входящих в состав генов. Причиной того, что в основе всех растительных и животных организмов, существующих на Земле, лежат соединения макромолекулярной природы, является их значительная лабильность при сохранении стабильной формы.
Растворы полимеров нашли широкое применение при синтезе полимеров, их переработке в изделия, а также в исследованиях макромолекулярного состояния.
В самом начале развития учения о полимерах растворы ВМС рассматривались как типичные коллоидные системы со всеми присущими им свойствами, одним из которых являлась неприменимость правила фаз к процессам растворения полимеров. В качестве классического примера мицеллярной, термодинамически неустойчивой системы приводились водные растворы желатины. Работами В.А. Каргина и А.А. Тагер было доказано, что кажущаяся необратимость водных растворов желатины связана с наличием в ней большого количества неорганических солей, тормозящих процесс достижения равновесия и что растворы желатины, очищенные с помощью высоковольтового электродиализа, ведут себя как обратимые термодинамически устойчивые системы, и равновесие в них устанавливается быстро.