Книга рассчитана на широкий круг исследователей и инженеров, занимающихся вопросами химии, физико-химии и переработки полимеров.
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние годы в Советском Союзе изданы или подготовлены к изданию ряд оригинальных и капитальных монографий и учебных пособий как по общим вопросам химии полимеров, так и по отдельным разделам химии и технологии высокомолекулярных соединений.
Однако в связи с резким расширением объема исследовательских работ в этой области, стремительным развитием производства полимерных материалов у нас в стране и соответственно значительным увеличением числа научных и инженерно-технических работников, интересующихся этой быстро развивающейся и перспективной областью современной химии и химической технологии, количество' литературы, издаваемой по этим вопросам, явно недостаточно.
Наряду с дальнейшим расширением выпуска отечественной литературы по полимерным материалам, рассчитанной на широкие круги читателей различной квалификации и различных интересов, необходимо обеспечить систематический выпуск наиболее интересных книг и монографий, изданных по этим вопросам за рубежом.
Изданием перевода книги Бильмейера «Введение в химию и технологию полимеров», осуществленным Издательством иностранной литературы в 1958 году, было положено начало этой большой; и полезной работы. Перевод книги Батцера «Введение в химию высокомолекулярных соединений» является следующим этапом в осуществлении этих мероприятий.
Профессор Батцер, видный представитель Фрайбургской школы, один из ближайших сотрудников лауреата Нобелевской премии профессора Штаудингера в последние годы его работы, широко известен своими капитальными исследованиями в области синтеза полимеров, в частности полиэфиров. Основные проблемы современной химии, физико-химии и технологии полимеров излагаются им в данной книге вполне квалифицированно и доступно. Особенно удачна, по нашему мнению, попытка классификации различных типов полимерных материалов, их свойств и методов получения, систематизированных в многочисленных таблицах, приведенных в книге. Существенный интерес представляют также краткие данные о принципах переработки полимерных материалов, хотя некоторые специальные разделы этой части книги нами при переводе исключены.
Однако книгу профессора Батцера едва ли можно рассматривать как краткий учебник по химии высокомолекулярных соединений, как это делает% автор в предисловии к немецкому изданию. Для этой книги характерен односторонний подход к изложению отдельных принципиальных положений, рассматриваемых в основном только на основании результатов исследований Фрайбургской школы при почти полном игнорировании результатов работ советских исследователей, без учета которых в настоящее время нельзя достаточно детально и всесторонне анализировать ни одну из проблем современной химии и технологии полимеров. Это обстоятельство не позволило профессору Батцеру выполнить одно из требований, предъявляемых к учебнику и учебному пособию,— объективное и всестороннее изложение рассматриваемых проблем.
Тем не менее, книга профессора Батцера, содержащая большое количество нового, хорошо систематизированного материала, последовательно и доходчиво излагающая представления одной из ведущих школ в современной химии полимеров по основным принципиальным вопросам химии и физико-химии полимеров, сможет, по нашему мнению, представить значительный интерес для широкого круга советских читателей, интересующихся современными проблемами химии полимеров.
3. Роговин
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
В последнее время вопросы химии высокомолекулярных соединений приобретают все большее значение. Эта область химии после выяснения принципов строения высокомолекулярных соединений получила большое развитие, перспективы которого'4пока даже трудно предвидеть. Возрастающая роль химии полимеров объясняется тем, что высокомолекулярные Соединения составляют основную часть живой природы; кроме того, синтезируемые на их основе вещества являются сырьем для получения таких материалов, как искусственные и синтетические волокна, каучук, играющих значительную роль в народном хозяйстве. Исследование биологически важных высокомолекулярных соединений только началось. Это и неудивительно, если вспомнить о сложности строения живой материи (даже если учесть только бесчисленное количество возможных вариантов строения). Вследствие этого представляется нецелесообразным рассмотрение химии высокомолекулярных соединений в ее связи с биологией, так как такой подход затруднил бы понимание общих
основных положений.
Настоящий краткий курс химии высокомолекулярных соединений должен явиться доступным введением в эту область химии. Он должен познакомить изучающих этот курс с постановкой вопроса, дать общие сведения практикам и техникам, особенно работающим и отдельных узких областях химии или технологии полимеров. Поэтому технология высокомолекулярных соединений рассматривается в отдельной главе преимущественно с точки зрения зависимости свойств вещества от строения макромолекулы. В книге рассматривается большое число полимеров, однако при этом мы не претендуем на полноту охвата даже наиболее важных продуктов — эта книга не может и не должна заменить изучение оригинальной литературы и монографий. В соответствии с характером книги мы отказались от цитирования оригинальных работ, однако в тех
случаях, когда приводятся таблицы и рисунки, в тексте дается ссылка на источник. В книге неоднократно использованы данные, полученные автором.
Я должен выразить сердечную благодарность моему глубокоуважаемому учителю, основателю химии высокомолекулярных соединений профессору доктору Штаудингеру не только за его любезное согласие написать предисловие к книге, но в особенности за его ценные советы и указания, способствовавшие расширению и углублению изложения материала.
Я надеюсь, что эта книга окажет помощь в изучении химии и технологии высокомолекулярных соединений.
Г. Батцер Базель—Штутгарт, июль 1958 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ ШТАУДИНГРРА К НЕМЕЦКОМУ ИЗДАНИЮ
Я охотно принял дружеское предложение автора написать предисловие к этой книге. Нас связывает более чем десятилетняя совместная работа сначала в химической лаборатории Фрайбургского университета, а после 1951 года — в Государственном научно-исследовательском институте высокомолекулярных соединений. Благодаря знанию научной деятельности профессора Батцера, а также личному знакомству с ним я смог достаточно оценить его. Его экспериментальная работа была сильно осложнена вследствие разрушения в начале ноября 1944 года химической лаборатории. С чувством благодарности я вспоминаю его неустанную помощь при восстановлении лаборатории и Объединенного научно-исследовательского института высокомолекулярных соединений, благодаря чему стало возможным уже в 1947 году возобновить преподавание и исследовательские работы.
Профессор Батцер с многочисленными сотрудниками является автором целого ряда исследований в области полиэфиров, перерабатываемых затем на синтетические волокна и искусственную кожу. Эти исследования содержат ряд новых интересных положений, многие из которых использованы в настоящей книге. Благодаря большому интересу к техническому прогрессу в химии полимеров профессор Батцер хорошо знает различные отрасли технологии. Ведущее положение в промышленности, которое он занимал, способствовало высокому уровню его преподавательской деятельности, продолжаемой им и в настоящее время в качестве профессора Высшей технической школы в Штутгарте.
Этот широкий круг научных и технических знаний в сжатой форме излагается в настоящей книге, которая представляет собой Ценное введение в современные научные проблемы химии высокомолекулярных соединений. Книга дает также представление о наиболее технически важных областях применения полимерных мате-
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................ 5
Предисловие автора ......................... 7
Предисловие Штаудингера к немецкому изданию........... g
А. Введение ............................ ц
1. Граница между химией низкомолекулярных и химией высокомолекулярных соединений.................. ц
2. Определение понятия «высокомолекулярные соединения» ... 13
3. Доказательства существования макромолекул........ 14
4. Макромолекулы в растворе как коллоидная система..... 14
5. Общие представления о строении макромолекул....... 17
6. Принципы классификации высокомолекулярных соединений . . 22
7. Терминология....................... 23
Б. Синтез и выделение высокомолекулярных соединений....... 27
I. Синтез высокомолекулярных соединений............ 27
1. Поликонденсация...................... 27
а) Растворимые поликонденсаты (линейные и разветвленные полимеры)........................ 30
б) Нерастворимые поликонденсаты (сетчатые полимеры) ... 39
2. Реакция ступенчатой полимеризации............. 43
3. Цепная полимеризация................... 46
а) Радикальная полимеризация............... 48
б) Ионная полимеризация.................. 56
в) Структура полимеров.................. 59
г) Технические методы осуществления процесса полимеризации .......................... "°
со
д) Некоторые технически важные полимеры......... °
4. Сополимеризация]......................
II. Природные высокомолекулярные соединения..........
1. Природные высокомолекулярные соединения, встречающиеся
в чистом виде .......................
а) Полипрены.......................
б) Полисахариды............х^-^.........
в) Нуклеиновые кислоты.......• (v-)........ Q7
г) Белки и протеиды..........V.........
2. Природные смешанные высокомолекулярные соединения . . . 103
III. Превращения высокомолекулярных соединений........ 107
1. Реакции превращения синтетических полимеров....... 107
2. Реакции превращения природных высокомолекулярных соединений ........................... 114
а) Каучук......................... 114
б) Целлюлоза....................... 115
В. Характеристика и идентификация высокомолекулярных соединений 127
I. Методы характеристики макромолекул в растворе....... 129
1. Фракционирование и молекулярное распределение...... 130
2. Вычисление средних значений молекулярного веса высокомолекулярных соединений................. 136
3. Процесс растворения высокомолекулярных соединений .... 140
4. Применение физических методов для исследования свойств полимеров в растворах................... 144
а) Турбо, имегрическое титрование............. 144
б) Измерение осмотического давления............ 146
в) Криоскопические и эбулиоскопические измерения ..... 152
г) Определение молекулярного веса в ультрацентрифуге ... 153
д) Определение молекулярного веса методом светорассеяния 157
е) Вязкость растворов высокомолекулярных веществ .... 161
ж) Двулучепреломление в потоке.............. 181
5. Характеристика полимеров при помощи химических методов 181
а) Характеристика полимеров путем исследования продуктов деструкции....................... 182
б) Полимераналогичные превращения............ 183
в) Определение концевых групп.............. 187
II. Характеристика высокомолекулярных соединений в твердом
состоянии.......................... 191
а) Температура стеклования и температура текучести .... 192
б) Рентгенографические и спектроскопические методы .... 196
в) Методы исследования с помощью микроскопа....... 198
е) Механические испытания................. 199
д) Определение диэлектрических свойств .......... 200
Г. Технические свойства и переработка высокомолекулярных соединений 202
' I. Зависимость свойств полимеров от строения макромолекул . . . 202
а) Волокнообразующие полимеры.............. 205
б) Полимеры с сетчатой структурой............ 210
в) Пластичные и эластичные материалы........... 211
II. Технологические методы переработки высокомолекулярных соединений ....................... •... 216
1. Методы формования волокон 1:з расплавов и растворов. . . . 216
2. Производство изделий, имеющих плоскую форму....... 221
а) Переработка из растворов или дисперсий......... 221
б) Переработка термопластичных полимеров методом каландро-вания.......................... 224
в) Переработка термопластичных материалов методом выдувания .......................... 227
г) Переработка термопластичных материалов путем экструзии 228
д) Переработка термопластичных полуфабрикатов плоской формы с целью получения заготовок больших размеров 229
3. Производство формованных изделий под давлением..... 231
а) Формование термопластичных материалов методом литья
под давлением ..................... 231
б) Переработка термореактивных полимеров методом прессования ......................... 232
4. Переработка термореактивных материалов при нормальном давлении.......................... 233
5) Переработка эластичных материалов............ 235
а) Производство изделий из вулканизованного каучука .... 236
б) Теория вулканизации................... 239
в) Теория эластических свойств............... 240
Литература............................. 243
Дополнительная литература..................... 245
Предметный указатель....................... 247
