Ключевые слова
ковалентная связь,
вторичное взаимодействие
Обычные сшитые полимеры невозможно повторно использовать, поскольку они не плавятся. А не плавятся они потому, что при сшивании все макромолекулы полимера связываются воедино, поэтому-то материал и не может течь.
Здесь-то и появляется идея об использовании обратимого сшивания. Обычное сшивание возникает благодаря ковалентным связям, которые возникают между различными молекулами полимера, соединяя их в одну молекулу. При обратимом сшивании используются не ковалентные, а вторичные взаимодействия между молекулами полимера для их соединения в одно целое. К вторичным взаимодействиям относятся водородная и ионная связи.
Прелесть использования нековалентных взаимодействий для образования связей между молекулами заключается в том, что при нагревании материала эти связи разрываются. Это позволяет обрабатывать такой материал и, что еще важнее, повторно его использовать. Когда материал остывает, межмолекулярные связи восстанавливаются.
Для создания таких материалов было исследовано два подхода, с использованием иономеров и блочных сополимеров.
Иономеры являются разновидностью сополимеров. Это сополимеры, в которых небольшая часть повторяющихся звеньев содержит ионные боковые группы. Далеко не все повторяющиеся звенья, конечно же, а лишь немногие. Обычно основная цепь молекулы полимера бывает неполярной. Все мы помним правило, что подобное растворяется в подобным. И в этом случае такое правило работает. Неполярные основные цепи молекул группируются вместе, а полярные ионные группы - тоже соберутся в кластеры. И как бы не хотели эти кластеры ионных групп, которым свойственен некий снобизм, совершенно отделиться от основной цепи полимера, им это не удается. Как вы помните, они ведь просто присоединены к основным цепям. То, что мы получаем в конце концов, так это образование связей между основными цепями молекул посредством кластеров ионных групп, точно так же, как и при обычном сшивании.
С одним небольшим отличием. Если мы попробуем из чистого любопытства нагреть такие иономеры, то произойдет нечто интересное и полезное. Наши кластеры ионных групп развалятся. Когда молекулы нагреваются, они начинают двигаться гораздо активнее. Разумеется, ведь движение молекул и есть само тепло. Поэтому подобное движение при высоких температурах делает сложным положение ионных групп - они не могут оставаться вместе в их маленьких кластерах. Поэтому-то кластеры и разваливаются. Теперь наш иономер потерял свои связи и его можно обрабатывать и вторично использовать точно так же, как и любой другой обыкновенный полимер. Если вы теперь охладите его, то ионные кластеры снова образуются и наш материал будет снова вести себя как сшитый полимер. Здорово, не правда ли?
Мы можем получить термопластичный эластомер и другим способом. Этот второй способ заключается в использовании блочного сополимера. Сополимер - это полимер, состоящий из мономеров более чем одного вида мономеров, то есть сделанный из двух или более типов сомономеров. Блок-сополимер - это сополимер, в котором сомономеры разделены на длинные участки, входящие в состав основной цепи макромолекулы. Каждый из таких участков, называемых блоками, выглядит чем-то похожим на гомополимер.
Одним из распространенных термопластичных эластомеров является
блок-сополимер под названием
бутадиенстирольный каучук. Слово
бутадиенстирольный в его названии говорит о том, что он сделан
из чередующихся звеньев: сначала идет короткая цепочка
полистирола, за ней следует длинная
цепочка полибутадиена, а за ней опять
короткая цепочка полистирола. Если бы мы могли растянуть
цепочку бутадиенстирольного каучука, то она бы выглядела так,
как показано на картинке внизу.
А теперь, кажется, настало время посвятить вас, ребята, в одну маленькую тайну: различные полимеры не слишком хорошо смешиваются друг с другом. Вы помните старое правило: "подобное растворяется в подобным"? На самом деле у макромолекул даже еще более привередливый характер, чем у маленьких молекул. Поэтому смешать два различных полимера очень сложно, даже если они очень похожи друг на друга. Это правило выполняется и для блоков нашего бутадиенстирольного каучука точно так же, как и для других полимеров. Поэтому блоки полистирола склонны группироваться вместе, и полибутадиеновые блоки тоже любят собираться вместе. Кластеры, образованные блоками полистирола, связывают вместе полибутадиеновые блоки. Как вы помните, на обоих концах каждого полибутадиенового блока находится по одному блоку полистирола, а различным блокам полистирола одной и той же молекулы СБС-каучука совершенно не обязательно находиться в одном кластере. Это значит, что различные кластеры полистирола будут связаны между собой полибутадиеновыми блоками.
Поэтому кластеры полистрола играют роль вулканизующих связей для полибутадиеновых блоков. И точно так же, как ионные кластеры в иономере, кластеры полистирола разваливаются при нагревании бутадиенстирольного каучука, поэтому его можно обрабатывать и использовать повторно точно так же, как и несшитый полимер.
Быть зеленым, кажется, проще, чем полагали некоторые лягушки!
Но вы можете также сделать термопластичный эластомер, даже используя блок-сополимер, сделанный всего лишь из одного типа мономера! Я понимаю, что это выглядит полнейшей бессмыслицей, как может сополимер быть сделан лишь из одного типа мономера, но тем не менее это так. Вы можете сделать полимер из полипропилена, в котором есть блоки с различной тактичностью. Можно, например, получить полипропилен состоящий из атактических и изотактических блоков, используя полимеризацию с применением металлоценовых катализаторов, вот так:
Эти блоки разделяются точно так же, как они это делают и в
бутадиенстирольном каучуке. А разделяются они потому, что
изотактические блоки образуют кристаллы, тогда как
атактические блоки являются аморфными. В результате мы
получаем нечто похожее на то, что изображено на рисунке,
который вы видите справа. Он ведет себя как эластомер по той
же причине, что и бутадиенстирольный каучук.
Вернуться в директорию Третьего УровняВернуться
в основную директорию Макрогалереи