Введение

Целью изучения курса растворы высокомолекулярных соединений органической химии по специальности «Биология» специализации «Биохимия» является подготовка квалифицированного научного работника биолога и преподавателя биологии способного на высоком уровне проводить занятия по биологии на базовом и повышенном уровне.

Программа по данному курсу включает ознакомление с основными классами и типами полимеров, и особенно с биополимерами – полисахаридами, белками, нуклеиновым кислотами, и с основными положениями методологии химии полимеров, с историей этой науки и ее новыми, наиболее интересными тенденциями, складывающимися в настоящее время.

В результате изучения химии полимеров студент должен приобрести следующие знания, заложенные в содержании данного курса. Студент должен иметь сведения о классификации полимеров, способах их получения, о строении макромолекул полимеров, свойствах полимеров. Он должен приобрести знания о способах получения полимеров и их растворов.

У студента должны быть сформированы умения: осуществлять синтезы полимеров путем полимеризации мономеров и поликонденсации полифункциональных соединений. Он должен уметь проводить исследования по изучению важнейших свойств полимеров и их растворов. Студент должен уметь решать экспериментальные и теоретические задачи по определению вязкости растворов полимеров, определению их молекулярной массы, степени набухания, критической концентрации мицеллообразования, получению гелей полимеров.

Пособие состоит их теоретической части, в которой изложены исторические сведения о возникновении и развитии химии полимеров, основных понятий химии полимеров, способам их получения, растворам ВМС,

Организация занятий по дисциплине проводится в течение одного семестра на лекционных и лабораторных занятиях и сдаче зачета.

Таблица 1

Организация учебного процесса по дисциплине «Растворы высокомолекулярных соединений»

Всего часов	Аудиторные часы	Лекции	Лабораторные занятия	Форма контроля
48	28	8	20	Зачет

Историческая справка

Природные полимеры животного и растительного происхождения: шерсть, шелк, натуральный каучук, использовались человеком очень давно. Первые работы по синтезу полимеров были проведены в первой половине XIXвека.

В 1839 году Э. Симон осуществил первый синтез полимера проведя реакцию радикальной полимеризации стирола.

В 1847 г. Берцелиус открыл, вероятно, первый полиэфир взаимодействием винной кислоты с глицерином. Предполагают, что несколько раньше полиэфир синтезировали Гей-Люссак и Пелуз путем нагревания молочной кислоты.

В 1833 г. А. Бракконо, в 1838 г. Т. Пелуз, в 1846 г. К. Шёнбайн получили первый искусственный полимер на основе природного полимера целлюлозы - нитроцеллюлозу.

Первая реакция по превращению линейного полимера каучука в пространственный полимер резину была осуществлена в 1839 г. Ч. Гудьиром путем нагревания каучука с серой. Процесс получил название вулканизации.

Первым искусственным полимером, получившим практическое применение для изготовления биллиардных шаров, был полимер на основе нитроцеллюлозы – целлулоид. В 1869 г. американский изобретатель Дж.У. Хайат совместно со своим братом И.С. Хайатом пытаясь завоевать приз, установленный за создание заменителя слоновой кости для изготовления биллиардных шаров, открыл пластическую массу (пластмассу) целлулоид. Материал был получен растворением нитрованной целлюлозы в смеси спирта, эфира, с добавлением камфоры. Его можно было отливать в формы и изготавливать разнообразные изделия. Промышленное производство изделий из целлулоида было осуществлено на фабрике основанной в Нью-Йорке в 1872 г. В 1878 г. аналогичная фабрика была основана во Франции, а с 20-х годов ХХ века целлулоид стал применяться повсеместно. На основе нитроклетчатки в 1884 г. Шардоне создал первое искусственное волокно – рейон. В том же 1884 г. американский фотограф Дж. Истмен получил из нитроцеллюлозы фотографические пленки, что сделало фирму «Истмен-Кодак» ведущей фирмой по производству изделий для фотографии. В настоящее время изделия из целлулоида используют редко из-за его горючести. Целлулоид является лучшим материалом для изготовления шаров для настольного тенниса.

В конце ХIХ века для покрытия полов стал широко использоваться материал линолеум. Линолеум получали нанесением на тканевую основу мастики, состоящей из окисленных растительных масел и пробковой муки. Такой натуральный линолеум по прочности на истирание превосходил мрамор. В последствие натуральный линолеум был вытеснен более дешевым линолеумом на основе поливинилхлорида, однако в настоящее время мода на натуральный линолеум возвращается, т. к. он в отличие от линолеума на основе поливинилхлорида не выделяет вредных веществ. Сам поливинилхлорид был получен немецким химиком Э. Бауманом в 1872г. В этом же году немецкий химик А. Байер получил смолообразное вещество взаимодействием фенола с формальдегидом, которое при нагревании превращалось в неплавкое и нерастворимое вещество.

В 1908 г. американский химик Л. Бакеланд сообщил о получении фенолформальдегидной пластмассы, которую он назвал бакелитом. В 1910-1914 гг. для поликонденсации фенола и формальдегида русский химик Г.С. Петров использовал эффективный катализатор на основе нефтяных сульфокислот «контакт Петрова» и получил пластмассу карболит не уступавшую по качеству бакелиту.

Важным этапом в химии полимеров стали исследования американского химика У. Каррозерса по поликонденсации диаминов и дикарбоновых кислот, которые привели к созданию синтетического волокна нейлон. В 1937 г. нейлон стали использовать для производства зубных щеток, а в 1938 г. было налажено производство нейлоновых чулок. В это же время Бредли, Кропа и Джонстон обнаружили, что ненасыщенные полиэфирные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние вследствие сшивки линейных макромолекул в пространственные полимеры. С 1941 г. ненасыщенные полиэфирные смолы стали применять в электротехнике, а с 1942 г. для производства стеклопластиков. Успешные работы Карозерса в области синтеза полиамидов побудили немецкий концерн И.Г. Фарбениндустри начать исследования по синтезу полиуретанов. Первые работы в этой области были опубликованы Байером в 1942 г., а в 1952 в лабораториях Байера были синтезированы эластичные пенополиуретаны высокой прочности и очень низкой плотности.

Г. Штаудингер (1881-1965) установил, что свойства полимеров зависят не только от химического, но и пространственного строения. В связи с этим начались поиски способов получения линейных неразветвленных полимеров стереорегулярного строения. Немецкий химик К.Циглер и итальянский химик Дж. Натта создали катализатор позволяющий получать такие полимеры с очень ценными механическими свойствами. В 1963 году их исследования в этой области были отмечены Нобелевской премией по химии.

В настоящее время ассортимент полимерных материалов очень велик. Наиболее распространенные полимеры: полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, нейлон, полиэтилентерефталат, фенолформальдегидные, эпоксидные смолы, каучуки и резины, кремнийорганические полимеры и другие. Из полимеров с особыми свойствами следует отметить тетрафторполиэтилен (тефлон). Тефлон имеет достаточно высокую термоустойчивость, уникальную химическую стойкость, он не плавится, не растворяется в растворителях, трущиеся поверхности из тефлона не требуют смазки. Тефлон используется в химическом машиностроении, изготовлении посуды, термостойких скатертей, незагрязняющихся изделий и т.д. Самым прочным синтетическим волокном, превосходящим по прочности сталь, является кевлар, который получают взаимодействием дихлорангидрида терефталевой кислоты и пара-фенилендиамина. Очень прочным полимером является поликарбонат лексан. Лист лексана толщиной 3мм не пробивается при выстреле из пистолета с расстояния до 3 м.

Химическая промышленность Республики Беларусь выпускает значительное количество полимерных материалов и изделий из них. Старейшим белорусским предприятием по производству искусственных волокон является Могилевское объединение «Химволокно», которое было создано в 1930 г. В 1964 г. аналогичное более современное предприятие было построено в г. Светлогорске. В 1957 г. в г. Новополоцке было построено крупнейшее предприятие в Белоруссии объединение «Полимир» на котором выпускаются такие полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полиакрилонитрил (синтетическое волокно нитрон) и целый ряд других полимеров.