Історичний розвиток хімії полімерів

 Термін «полімерія» був уведений в науку І. Берцеліусом в 1833 р. для позначення особливого виду ізомерії, при якій речовини однакового складу, відрізняються молекулярною масою. Наприклад, етилен і бутилен, кисень і озон. Синтетичні полімери на той час ще не були відомі, а перші згадки про них відносяться до 1838 (полівінілхлорид) і 1839 (полістирол). Тому такий зміст терміну не відповідає сучасним уявленням.

 Деякі полімери вірогідно одержували ще в першій половині ХІХ ст. Це були побічні та небажані на той час продукти «осмолення» основної хімічної реакції. Реакції полімеризації та поліконденсації, які вели до утворення таких продуктів на той час намагалися подавити. Тому для полімерів ще іноді використовують термін «смола».

 Хімія полімерів, як наука, виникла лише після створення в 60-х роках ХІХ ст. російським хіміком О. М. Бутлеровим (1828—1886) теорії хімічної будови органічних речовин, що дало можливість систематизувати величезний практичний матеріал, накопичений на той час органічною хімією.

 Реакція Кучерова заклала основу промислового синтезу складних і простих вінілових ефірів, які використовуються для утворення ряду полімерів (наприклад, полівінілацетата). Вуглеводні ацетиленового ряду також дуже легко полімеризуються з утворенням циклічних вуглеводнів ряду бензолу.

Фізичні властивості

 Полімери здебільшого аморфні речовини. Довгі ланцюжки та велика молекулярна маса не дозволяють полімерам переходити до рідкого стану (швидше наступає хімічний розпад). Проте при підвищенні температурі з полімерами відбуваються зміни - вони розм'якають і стають дуже пластичними. Температура переходу від крихкого стану до пластичного називається температурою склування. Температура склування не є чітко визначеною температурою фазового переходу, а радше вказує на температурний діапазон, у якому відбуваються зміни. При низьких температурах полімери є досить крихкими матеріалами.

 Здебільшого використовуються механічні властивості полімерів. При темературі вищій за температуру склування їх неважко пресувати в довільну форму, при застиганні вони зберігають форму й можуть слугувати для інкапсуляції та інших цілей. Проте спряжені полімери дедалі частіше використовуються як органічні напівпровідники.

Полімери - хімічні сполуки з високої молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа повторюваних  угруповань  (мономерних ланок). Атоми, що входять до складу макромолекул, з'єднані один з одним силами головних і (чи) ко

ординаційних валентностей.

Застосування

 Полімерні матеріали мають комплекс характеристик, які при умілому їх використанні забезпечують ефективні експлуатаційні властивості виробів та рентабельність їх виробництва. До основних переваг полімерів відносять:

 • висока технологічність, завдяки якій з виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та коштовні операції механічної обробки виробів;

 • мінімальна енергомісткість обумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів складає, як правило, 150 — 250 °C, що значно нижче ніж у металів та кераміки;

 • можливість отримання за один цикл формування відразу декілька виробів, у тому числі складної конфігурації, а при виробництві погонажних виробів вести процес на великих швидкостях;

 • практично всі процеси переробки автоматизовані.

 У наслідок перелічених особливостей полімери отримали виключно широке розповсюдження та ефективно використовуються практично в усіх галузях світового господарства.

 Основними виробниками полімерів є США, Японія, Німеччина, Корея, Китай

Поліетилен  [–CH₂–CH₂–]_n існує в двох модифікаціях, що відрізняються за структурою, а виходить, і по властивостях. Обидві модифікації виходять з етилену CH₂=CH₂. В одній з форм мономери зв'язані в лінійні ланцюги (див. мал. 1); в іншій – розгалуження з 4–6 вуглецевих атомів приєднані до основного ланцюга випадковим способом.

Лінійні поліетилени виробляються з використанням особливих каталізаторів, полімеризація протікає при помірних температурах (до 150° С) і тисках (до 20 атм).

Лінійні поліетилени утворюють область кристалічності, що сильно впливають на фізичні властивості зразків. Цей тип поліетилену (див. таблицю) звичайно називають поліетиленом високої щільності; він являє собою дуже твердий, міцний і твердий термопласт, широко застосовуваний для литьєвого і видувного формування (див. нижче) ємкостей, використовуваних у домашнім господарстві і промисловості. Поліетилен високої щільності міцніший поліетилену з низькою щільністю.

Розгалужені поліетилени спочатку одержували нагріванням етилена (зі слідами кисню як ініціатора) до температур порядку 200° С при дуже високих тисках (понад 1500 атм). Розгалуження зменшують здатність поліетилена до кристалізації, у результаті цей різновид поліетилена має наступні властивості:

Цей поліетилен звичайно називають поліетиленом низкою щільності. Розроблено методи одержання поліетилена низкою щільності при низькому тиску і помірних температурах сополімеризацією етилена з іншим олефином, наприклад бутиленом CH₂=CH–CH₂–CH₃. Там, де в ланцюг убудовується бутиленова одиниця, утвориться короткий бічний ланцюг:

У цьому випадку упакування ланцюгів не може бути настільки ж щільної, як для «чистого» поліетилена. Поліетилен низкою щільності являє собою міцний, дуже гнучкий і злегка пружний термопласт, трохи більш м'який, легше формується і що видавлюється, чим поліетилен високої щільності; поліетилен низкою щільності знаходить широке застосування у виробництві покрить, пакувальних матеріалів і виробів, виготовлених методом литьєвого формування.

Поліетилен - один з найбільш корисних і важливих пластичних матеріалів. Деталі електронних пристроїв, покриття картонних молочних пакетів, пакувальні плівки й іграшки - от далеко не повний перелік того, що роблять з поліетилену.

По походженню полімери поділяються на природні (біополімери), наприклад білки, нуклеїнові кислоти, смоли природні, і синтетичні, наприклад поліетилен, поліпропілен,  феноло-формальдеговані смоли.

Полімери, молекули яких складаються з однакових мономерних ланок, називаються гомополімерами (наприклад полівінілхлорид, полікапроамід, целюлоза).

У залежності від складу основної (головної) ланцюга полімери, поділяють на: гетероцепні,  в основному ланцюзі яких містяться атоми різних елементів,  найчастіше вуглецю,  азоту, кремнію, фосфору, і гомоцепні, основні ланцюги яких побудовані з однакових атомів. З гомоцепні полімерів найбільш поширені  карбоцепні полімери, головні ланцюги яких складаються тільки з атомів вуглецю, наприклад поліетилен, поліметилметакрилат, политетрафторзтілен. Приклади гетероцепних полімерів - поліефіри (полиетилентерефталат, полікарбонати), поліаміди, мочевино-формальдегідні смоли, білки, деякі кремнійорганічні полімери. Полімери, макромолекули яких поряд з вуглеводні групами містять атоми неорганогенних елементів, називаються елементоорганічні. Окрему групу полімерів утворять неорганічні полімери, наприклад пластична сірка, поліфосфонітрилхлорид.

         Сьогодні можна говоритити щонайменше про чотири основні напрямки використання полімерних матеріалів у сільському господарстві. І у вітчизняній і у світовій практиці перше місце належить плівкам. Завдяки застосуванню мульчируючої перфорованої плівки на полях врожайність деяких культур підвищується до 30%, а терміни дозрівання прискорюються на 10-14 днів.

Використання поліетиленової плівки для гідроізоляції створюваних водоймищ забезпечує істотне зниження утрат вологи, що запасається. Укриття плівкою сінажу, силосу, грубих кормів забезпечує їхню кращу схоронність навіть у несприятливих погодних умовах. Але головна область використання плівкових полімерних матеріалів у сільському господарстві - будівництво й експлуатація плівкових теплиць. В даний час стало технічно можливим випускати полотнища плівки шириною до 16 м, а це дозволяє будувати плівкові теплиці шириною в підставі до 7,5 і довжиною до 200 м. У таких теплицях можна всі сільськогосподарські роботи проводити механізовано; більш того, ці теплиці дозволяють вирощувати продукцію круглорічно. У холодний час теплиці обігріваються знов-таки за допомогою полімерних труб, закладених у ґрунт на глибину 60-70 див.

         З погляду хімічної структури полімерів, використовуваних у тепличних господарствах такого роду, можна відзначити переважне використання поліетилену, непластифікованого полівінілхлориду й у меншій мері поліамідів.

Поліетиленові плівки відрізняються кращою світлопроникністю, кращими властивостями міцності, але гіршої погодостійкості і порівняно високими тепловтратами. Вони можуть справно служити лише 1-2 сезону. Поліамідні й інші плівки поки застосовуються порівняно рідко.

         Інша область широкого застосування полімерних матеріалів у сільському господарстві - меліорація. Отут і різноманітні форми труб і шлангів для поливу, особливо для самого прогресивних у даний час краплинного зрошення; отут і перфоровані пластмасові труби для дренажу. Цікаво відзначити, що термін служби пластмасових труб у системах дренажу, напри мір, у республіках Прибалтики в 3-4 рази довше, ніж відповідних керамічних труб. На кінець  використання пластмасових труб, особливо з гофрованого полівінілхлориду, дозволяє майже цілком виключити ручна праця при прокладці дренажних систем.