Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы және полимерлер туралы ілімнің дамуы

1 ӘДЕБИ БӨЛІМ

Полимерлер химиясы жас және тез дамып келе жатқан ғылым саласы. Полимерлер қазіргі уақытта ғылым мен техниканың, тұрмыс пен медицинаның, құрылыс пен ауыл шаруашылығының, өнеркәсіптің, жалпы халық шаруашылығының жан-жақты облыстарында кең қолданыс табуда. Жылуға және аязға төзімді, суда еритін және су жұқтырмайтын, тамаша диэлектриктер мен электр тогын өткізгіштер, космосты игеруден бастап, терең скважиналарды бұрғылайтын, электронды есептегіш машиналардың өте кішкентай тетіктері мен бүтіндей каналдарды гидроизоляциялайтын полимер бұйымдарының маңызы өте үлкен.

Қоғамның әрі қарай дамуы полимер материалдары өндірістерінсіз мүмкін емес. Жер жүзінде өндірілетін мұнай мен көмірдің, газдың тек – 1% ғана полимерлер алуға ғана жұмсалады екен. Яғни, полимер өндірісін дамыту үшін керекті шикізат материалдары жеткілікті.

Қазақстан Республикасында полимер материалдарын өндіруге, өңдеуге және оларды халық шаруашылығында қолдануға көп көңіл бөлінуде. Полимерлер өндірісі бізде Алматы, Қарағанды, Қостанай, Атырау, Ақтау қалаларында жедел дамып келеді. Полимерлердің адамзат өміріндегі аса маңыздылығы, оларға деген үлкен қызығушылықты туғызады.

Табиғатта кездесетін көптеген заттардың ішінен басқалардан өздерінің ерекше физикалық қасиеттерімен айрықшаланатын бір топ қосылыстар кездеседі. Бұларға өсімдік пен жануарлар дүниесінде кең тараған және онда организмдердің тіршілігінің нәтижесінде түзілетін целлюлоза, лигнин, крахмал, белоктар мен нуклеин қышқылдары жатады. Бұл заттар барлық тірі материяның - өсімдіктер мен жануарлар дүниесінің негізін құрайды. Полимерлерді адамзат ерте кезден-ақ пайдаланған. Бұған желім алу, тері илеу, ағаш өңдеу және тағы басқалар мысал бола алады.

Жалпы, қазіргі кезде қолданылатын барлық полимер материалдарын төрт типке бөлуге болады:

1. Пластмассалар. Үзілу беріктігі 50-ден 2000 кг/см² және үзілу кезіндегі салыстырмалы ұзаруы 100%-тен аспайтын, әдетте, қатты заттар.

2. Эластомерлерге – каучук, резіңке және кейбір оларға туыс материалдар жатады. Олар 500 %-ке жететін үлкен қайтымды деформацияға қабілетті, яғни жоғары эластикалық қасиеттермен сипатталады.

3. Талшықтар мен жіптер. Бұлар талшықтардан жасаған маталар мен тоқылмаған маталар. Олардың беріктігі, иілгіштігі, қаттылығы мен кейде тығыздықтары анизотропты.

4. Жұқа қабықтар, лактар мен бояулар және тағы басқа қорғаушы және сәндеуші жабылғылар. Лак – бояу материалдары үшін адгезия деп аталатын жабылатын негізбен полимердің ілінісу беріктігінің ерекше мәні бар. Оларды қорғалатын бетке тегіс жұқа қабат қылып жағу арқылы қолданады.

Полимер материалдарының осы төрт түрінен басқа бірнеше қосалқылары бар, олар, мысалы, желімдер, газ толтырылған материалдар, сұйық жұмыс ортасы.

Өнеркәсіпте алынған алғашқы полимер-фенол-формальдегид шайыры болды. Кейін дүниеге көптеген синтетикалық полимерлер келгенімен, фенол-формальдегид шайырлары осы күнге дейін ең көп өндірілетін полимерлердің қатарына кіреді. Соңғы жылдары эпоксид шайырлары мен қанықпаған полиэфирлер кең қолданыс табуда. Олардан пластмассалар алудың технологиялық бір ерекшелігі - мұнда қысым қолданылмайды.

Халық шаруашылығының, ғылым мен техниканың, медицинаның тағы басқа көптеген салаларында ерекше қасиеттері бар полимерлер кең қолданылады. Олар әртүрлі қанықпаған көмірсутектердің карботізбекті полимерлері, гетеротізбекті полиамидтер мен полиимидтер, полиэфирлер мен полимочевиналар, силикон каучуктері мен синтетикалық шайырлар.

Жалпы “полимер” деген терминді химиялық әдебиетке 1833 жылы швед ғалымы Берцелиус енгізген. Бірақ ол полимер деп химиялық құрамы бірдей, ал молекулалық массасы әртүрлі кез келген қосылыстарды атаған.

Бірінші полимерді 1835 химик Ренью синтездеген. Ол поливинилхлорид еді. 1839 жылы Симон полистиролды алды. 1872 жылы неміс ғалымы Байер фенол мен формальдегид арасындағы реакцияны зерттеудің нәтижесінде полимерлі шайыр алады. Бұл ғалымдар осы полимерлерді алғанмен, олармен ешқандай зерттеулер жүргізбеді және ол кездегі әдістермен ондай зерттеулер жүргізу мүмкін емес еді.

Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы тек классикалық органикалық химия жоғарғы даму сатысына жеткеннен кейін ғана жеке ғылым ретінде бөлініп шықты. 1861 жылы Бутлеров ашқан химиялық құрылыс теориясы органикалық химияның қарқынды дамуын қамтамасыз етті. Осы теория негізінде органикалық, кейіннен жоғары молекулалық қосылыстарды алып, олардың құрылысын анықтауға мүмкіндік туды.

Жоғары молекулалық қосылыстардың құрылысын анықтау және қасиеттерін сипаттау көп уақытқа дейін оларды классикалық органикалық химия әдістерімен химиялық таза күйінде бөліп алудың қиындығынан болды. ХІХ ғасырдың аяғы мен ХХ ғасырдың басында химиктер арасында “шайырлану” деген түсінік болды. Бұл реакция нәтижесінде түзілетін кристалданбайтын немесе өңделуі қиын өнім еді. Мұндай заттарды зерттеуге келмейді деп, көбінесе керексіз қалдыратын.Осындай “шайырланған” өнімдер көп ретте полимерлер болатын.

Полимерлер құрылысы мен қасиеттерін жан-жақты зерттеу тек физикалық химияның дамуынан және электронды микроскопия, рентгенография және тағы басқа әдістердің пайда болумен ғана іске асты. Жоғары молекулалық қосылыстардың ерітіндісінің кейбір қасиеттерінің ерекшекліктері сол кездегі белгілі коллоидтық системаларға жақын болғандықтан, олардың қасиеттерін сипаттауда алғашқы әрекеттері полимерлердің құрылысының “коллоидты” теориясына әкелді.

Мысалы, жоғары молекулалық қосылыстардың ерітіндісінің барлығы төменгі молекулалық қосылыстарға қарағанда жүздеген, мыңдаған есе артық. Молекуласының өлшемі бойынша полимерлер коллоидты бөлшектерге жақын. Бұл көзқарас Марктің мицелды теориясында қарастырылған. Марк теориясы бойынша жоғары молекулалық қосылыстар құрамында бірнеше ондаған, жүздеген мономер молекулалары бар мицелдерден тұрады. Ондағы молекулалар бір-бірімен химиялық емес байланыс арқылы шоғырланған.

Жоғары молекулалық қосылыстардың құрылысы туралы және полимер, полимеризация терминдерінің қазіргі заманғы мағынасына сай түсініктерін алғаш рет неміс ғалымы Штаудингер ұсынды. Оның теориясы бойынша жоғары молекулалық қосылыстар бір-бірімен химиялық байланыс арқылы қосылған көптеген төменгі молекулалық қосылыстардан тұратын өте ұзын бөлшектер.