ВВЕДЕНИЕ. Бурное развитие техники выдвигает проблему создания новых типов полимерных материалов с комплексом свойств

Бурное развитие техники выдвигает проблему создания новых типов полимерных материалов с комплексом свойств, которыми не обладают известные ныне пластики. Эту проблему, вероятно, нельзя разрешить только синтезом новых полимеров, поскольку в нем имеются принципиальные ограничения, в настоящее время осложненные экономической ситуацией. Поэтому в научных и прикладных исследованиях последних лет сохраняется тенденция к смещению акцента при решении проблем создания материалов с заранее заданными свойствами в сторону модификации свойств традиционных полимеров [1]. Только аргументированный выбор методов модификации дает возможность максимально полно раскрыть потенциальные возможности новых полимеров и ускорить процесс их внедрения в народное хозяйство. Огромное количество появляющихся научных публикаций и проводимых в разных странах исследований позволяет утверждать, что модификация полимеров и в настоящее время остаётся одним из приоритетных направлений развития полимерной химии и технологии.

В области химической модификации, включающей полимераналогичные превращения (макромолекулярные взаимодействия с низкомолекулярными веществами) и модификацию цепей макромолекул (блок-сополимеризация, привитая сополимеризация, сшивание), достигнуты огромные успехи. Богатый эмпирический материал связан с апробированием в качестве модификаторов различных соединений, выступающих либо в качестве наполнителей, либо химически активных добавок, вводимых в широком диапазоне концентраций практически во все известные промышленные полимеры. Вопросам модификации посвящен ряд трудов российских и зарубежных ученых, например, работы В.А. Каргина, Г.Л. Слонимского, Г.Н. Гуля, С.С. Воюцкого, Б.В. Дерягина, Н.Н. Кротова, Г.Д. Андриевской, Ю.С. Липатова, Г. Марка, Д. Бекермана, Р. Вакса, А.Г.Сироты, М.С. Акутина и других. Следует, однако, подчеркнуть, что, несмотря на высокий уровень разработанности проблемы, практически неизвестны способы моделирования и надежного прогнозирования свойств полимеров в процессах модификации полимеров, позволяющие создавать материалы с необходимыми свойствами и сроками эксплуатации.

Практическое использование накопленного банка данных зачастую затруднено, а классические представления не учитывают все многообразие условий при переработке и модифицировании полимеров. Объясняется это, по-видимому, двумя причинами. Во-первых, в ряде работ отсутствуют конкретные сведения об использованных полимерных материалах, особенно в отношении молекулярно-структурных характеристик, идентичности режимов приготовления образцов, прежде всего, их термической предыстории, и условий проведения испытаний, в результате чего имеющиеся в литературе данные крайне противоречивы. Во-вторых, не рассматривается различие промышленных марок полимеров с точки зрения содержания примесей и аномальных группировок атомов в полимере. Кроме того, часть фундаментальных исследований выполнена в условиях, неприемлемых для проведения технологического процесса. С учетом изложенного, для решения прикладных задач требуются дополнительные исследования, направленные на систематизацию, обобщение и структурирование эмпирического материала, а также на разработку принципов выбора модификаторов, обеспечивающих целевой результат, которые в совокупности позволят создать теоретико-методологический, концептуальный ее базис (концепции, механизмы, теории). Необходимость как физической, так и химической модификации большинства полимеров априори детерминируется несколькими основными причинами:

необходимостью придания промышленным маркам полимеров требуемых эксплуатационных и технологических характеристик. Известно, например, что кристаллические ПО обладают, наряду с комплексом ценных свойств, рядом существенных недостатков (низкой адгезией к металлам, невысокими теплостойкостью (ПЭ) и термостабильностью (ПП)), в определенных случаях лимитирующих их использование в качестве эксплуатационных материалов. С помощью различных методов модификации возможно придание композициям на их основе необходимых свойств. Модификация каучуков полярными добавками позволяет улучшать основные эксплуатационные свойства резиновых изделий, в частности, манжет, сальников, прокладок, автомобильных шин (в первую очередь их надежность и долговечность), из-за низких значений которых от 40 до 90 % резиновых изделий выходят из строя. Целенаправленное введение модифицирующих компонентов в зоны, испытывающие при работе основную нагрузку, позволяет сократить расходы на получение и одновременно повысить срок службы всего изделия. Однако подобное локальное повышение износостойкости резин требует научного и прикладного обоснования протекающих при этом специфических процессов;

неполноценностью их химической и надмолекулярной структуры, обусловленной неоднозначным протеканием процессов синтеза, в результате которого в реальном полимере появляются нарушения регулярности структуры: разветвления, ненасыщенные группы, пространственная неоднородность и другие, оказывающие существенное и чаще всего негативное влияние на весь комплекс его свойств [2]. В частности, такие аномальные звенья, как двойные связи, обладая высокой реакционной способностью, являются центрами окисления, деструкции или структурирования макромолекул в процессе термостарения. Кроме того, они ухудшают условия упаковки макромолекул, определяя тем самым изменения условий и возможности кристаллизации, приводя к формированию дефектных надмолекулярных образований. В результате реальные свойства полимеров, именно вследствие дефектности структуры, на порядок или более отстают от теоретических их значений. Разработка способов модификации, основанных на управлении дефектностью структуры ПО на стадиях как синтеза, так конфекционирования и переработки его в изделия, является актуальной теоретической и практической проблемой, поскольку, с одной стороны, позволяет осознанно регулировать свойства полимеров, а с другой, достигать комплексного влияния на них;

возможностью достижения значительного экономического эффекта как за счет удешевления полимерных композиций, так и упрощения технологии изготовления изделий из модифицированных полимеров;

возможностью восстановления или изменения свойств отработанных изделий, обеспечивающих их повторное использование, и необходимостью защиты окружающей среды. Необходимость рецикла полимерных материалов, загрязняющих окружающую среду, становится серьезной социально значимой для человеческого сообщества задачей, которая может быть решена различными способами, в частности, модификацией полимеров (например, созданием фото- и биоразрушаемых полиэтиленовых пленок, деградируемых до усваиваемого микроорганизмами почвы уровня);

ограничением некоторых природных ресурсов, в частности, ценного натурального каучука. Проблема модификации химической структуры синтетического каучука связана с существенным отставанием его свойств от качественных характеристик натурального каучука, прежде всего высоких значений физико-механических свойств, обусловленных большой когезионной прочностью из-за наличия в макромолекулах остатков растительных полипептидов, функциональные группы которых способны к образованию лабильных водородных связей.

Список литературы к введению

1. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1974. Т.2. С.269 - 275.

2. Коршак В.В. Разнозвенность полимеров. М.: Наука, 1977. 302с.