трусики женские украина

На головну

Сучасні тенденції і нові напрями в науці про полімери - Хімія

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ГОУ ВПО «Благовещенський державний педагогічний університет»

Природно-географічний факультет

Кафедра хімії

Реферат

по дисципліні: Высокомолекулярные з'єднання

на тему

Сучасні тенденції і нові напрями в науці про полімери

Виконавець:

А.Д. Завацкая

Благовещенськ 2011

Зміст

ВВЕДЕННЯ

1 Синтез полімерів

2 Теоретичні проблеми

3 Структура і властивості полімерів

4 Перспективи промислового виробництва полімерів

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВВЕДЕННЯ

Сучасні тенденції і нові напрями в науці про полімери яскраво проілюстровані в рамках досліджень проведених Російським Фондом Фундаментальних Досліджень (РФФИ)

В цей час переважний напрям фундаментальних досліджень в полімерній області, особливо фізичного і фізико-хімічного плану, - вивчення різноманітних структур і закономірностей їх формування в багатокомпонентних полімерних системах, вивчення властивостей таких систем у взаємозв'язку з їх морфологією, а також розвиток хімічних і фізичних підходів до оптимізації цих властивостей

Інша яскраво виражена тенденція - збільшення частки теоретичних робіт і розширення їх проблематики, які зумовлені зростаючими можливостями комп'ютерного моделювання поведінки окремих макромолекул і їх ансамблів.

У області синтезу полімерів розвиваються як традиційні, так і нові напрями: реакції полімеризації і поликонденсации, реакції в ланцюгах полімерів, каталітичні процеси.

1. СИНТЕЗ ПОЛІМЕРІВ

Виконані роботи в рамках РФФИ охоплюють багато які сучасні напрями, встановлені в основу утворення полімерів як відомих класів, в тому числі як елементів органічних, так і полімерів більш складної архітектури таких, як полиротаксаны, дендримерные структури, взаимопроникающие полімерні сітки.

Викладені міркування проілюстровані нижче на ряді прикладів. Так, при вивченні радикальної полімеризації в адсорбционных шарах на поверхні твердих тіл (М.А. Брук, НИФХИ ім. Л.Я. Карпова) дані пояснення аномальної поведінки ряду мономеров, в тому числі незвичайно низьких констант швидкостей росту і констант сополимеризации мономеров з сильною адсорбционной здатністю, різкої відмінності складу сополимеров, що утворюються на поверхні і в рідкій фазі. Встановлена можливість прогнозування ефективних реакційних здібностей мономеров (і радикалів) і складу сополимеров при синтезі полімерних шарів в таких умовах. Отримані експериментальні результати дозволяють розглядати полімеризацію на твердих поверхнях як особливий випадок матричної полімеризації. Разом з розвитком теорії радикальної полімеризації проведені дослідження сприяють рішенню і ряду прикладних задач, наприклад, нанесення нанометровых шарів на тверду субстрат.

Оригінальним представляється застосування радикальної полімеризації метакрилатных макромономеров полиэтиленоксида (ПЭО) у водних середовищах для формування гидрогелей ПЭО з контрольованою структурою сітки (К.С.Казанський, Інститут хімічної фізики РАН). Таким шляхом стало можливим иммобилизовать в геле чутливі біологічні об'єкти, наприклад, частинки рідкокристалічної дисперсії ДНК. Цікаві результати отримані при вивченні полімеризації під дією УХ-опромінювання липидоподобных і поверхнево-активними мономеров (ПАМ), створюючими монослои на межі розділу рідину/гази (С.Ю.Зайцев, Інститут биоорганической хімії РАН). Уперше показане, що бажану орієнтацію реакційних центрів монослоев білків з ряду фотосинтетических бактерій і їх сумішей з природними липидами і ПАМ можна задавати і стабілізувати при використанні певних ПАМ з їх подальшою полімеризацією. Ряд виконаних досліджень пов'язаний з каталізом процесів полимерообразования. Зокрема, на прикладі сополимеризации окислу вуглеводу і олефинов (Г.П. Белов і Л.Н. Руссиян, Інститут хімічної фізики в Черноголовке РАН) встановлено, що природа каталізатора впливає на мікроструктуру сополимеров: під впливом ацетату паладія отримані сополимеры, що суворо чергуються, тоді як каталітичні системи Ti(O-n-Bu)4-EtAlCl2 і VO(OCO)3-Et1.5AlCl1.5 приводять до статистичних сополимерам. Для метатезисной полімеризації циклоолефинов виявилися ефективними нові каталітичні системи на основі з'єднань Mo і W, такі як карбонилы, циклогексадиеновые, -аллильные, ареновые комплекси, в комбінації з галогенуглеводородами або ароматичними альдегідами (І.А. Орешкин, Інститут нафтохімічного синтезу РАН). Виявлена велика каталітична активність колоїдної Pt, отриманої в комплексі полидиаллилдиметиламмонийхлорида з додецилсульфатом натрію в реакції окислення сорбозы, в порівнянні з Pt, отриманої в полидиаллидиметиламмонийхлоридном геле, що зв'язують з меншим розміром наночастиц Pt, отриманих в комплексі (П.М. Валецкий, Інститут элементоорганических з'єднань РАН). Відрадно, що в числі підтриманих РФФИ виявилася робота (Д.В. Пебалк, НИФХИ ім. Л.Я. Карпова), присвячена розробці сучасного методу синтезу ВМС за принципом мономер-виріб, коли зростання ланцюга макромолекулы суміщене з оформленням полімерного виробу або матеріалу. У цій роботі ароматичні полиимидные плівки з фотопроводящими властивостями отримували десублимационной поликонденсацией у вакуумі пар заздалегідь приготованої суміші мономеров: диангидридов тетракарбоновых кислот і ароматичних диаминов.

Великий цикл робіт, закінчених в 1997 році, присвячений синтезу полімерів із заданим комплексом властивостей. До них, зокрема, відносяться більш або менш традиційні, хоч і вельми корисні напрями, пов'язані з отриманням полімерів відомих класів або їх композицій раніше розробленими методами, виходячи з нових мономеров або олигомеров. У їх числі дослідження з розробки наукових основ синтезу фторсодержащих негорючих эластомеров і пластик (С.П. Круковський, Інститут органічної хімії РАН), нових фенилзамещенных полигетероариленов на основі біс(о-аминодифенилметанов) (Н.М. Беломоїна, Інститут элементоорганических з'єднань РАН), полигетероариленов з сильно основними і сильно кислотними функціональними групами (Ю.А. Федотов, АТ "Полімерсинтез" і Ю.Е. Кирш, НИФХИ ім. Л.Я. Карпова). У цю ж групу робіт попадають, мабуть, і дослідження фото- і термохимических реакцій в полигетероариленах, вмісних активовані двійчасті зв'язки на основі відповідних спеціально синтезованих диаминов (Г.И. Носова, Інститут высокомолекулярных з'єднань РАН) і розробка синтезу полімерів (рідкокристалічних полифторалкил(міт)акрилатов і мезоморфных полиимидов), здібних до освіти плівок Ленгмюра-Блоджетт (В.В. Курявцев, Інститут высокомолекулярных з'єднань РАН).

Одиничними прикладами представлені дослідження в області полімерів нестандартної структури. Серед них виділяються дві роботи: "Полиротаксаны на основі азотсодержащих полімерів" (А.Р. Корігодський, РХТУ ім. Д.І. Менделеєва) і "Блоксополімери на монофункциональных матрицях - супрамолекулярные утворення нового типу" (Е.А. Ребров, Інститут синтетичних полімерних матеріалів РАН). У першій з них розроблені полімерні системи, вмісні на ланцюгу полиуретана на основі триазинсодержащих диолов жваві краун-ефіри порівняно невеликого розміру, наприклад дибензо-24-краун-8. По властивостях такі полиротаксаны істотно відрізняються від становлячих їх компонентів. Інтерес в цьому плані представляє висока селективность при сорбции іонів різних металів з нейтральних розчинів хлоридов і при видобування полиротаксанами іонів металів (Au, Be, Ga, Re, Sr) із звичайних водних розчинів.

Друга із згаданих вище робіт присвячена синтезу функціональних дендритных карбосилановых розгалужуючих центрів, які були використані для формування статистичних сополимеров шляхом обробки парою "живих" лінійних блоків. З іншого боку розроблена синтетична схема отримання блоксополимеров впорядкованої будови, що забезпечує регулярне чергування лінійних блоків різної хімічної природи відносно молекул розгалужуючого центра. У результаті отриманий 32-х променевий полистирол-полидиметилсилоксан, в молекулі якого перераховані лінійні блоки попарно прикріплені до молекули початкового 16-ти функціонального розгалужуючого центра.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ПРОБЛЕМИ

Серед проектів по фізиці і фізичній хімії полімерів потрібно передусім зупинитися на роботах теоретичного плану. Теоретичний полімерний напрям традиційно був в СРСР і залишається в Росії дуже сильним. Санкт-Петербургская і Московська теоретичні школи займають передові позиції в світі як відносно постановки найбільш актуальних проблем, так і в методичному аспекті їх рішення. Блок завершених проектів, що розглядаються в даному огляді, становить тільки частину від проектів теоретичного напряму, які фінансувалися РФФИ в 1997 році, і тому їх аналіз не дозволяє відобразити загальну картину досягнень в цій області. Однак розгляд навіть цієї частини проектів, виконаних в основному в Москві, переконливо підтверджують сказане вище. Значний прогрес досягнуть в описі утворення впорядкованих мікроструктур в сополимерах блокової і статистичної структури, різні мономерные ланки в яких виявляють відмінні види специфічної взаємодії (включаючи електростатичні). Ця проблема- одна з найбільш актуальних в сучасній фізиці полімерів. Вона цікава не тільки для загального розуміння особливостей самоорганизации макромолекул, але і в аспекті розвитку підходів до регульованого формування наноструктур в полімерах, що безсумнівно може мати вихід в прикладну сферу, зокрема для створення композиційних полімерних матеріалів нового покоління.

Цій проблемі присвячені проекти, виконані під керівництвом А.Р. Хохлова (Фізичний факультет МГУ) і П.Г. Халатура (Тверской державний університет). Проекти вдало доповнюють один одну, що відображає продуктивну співпрацю двох університетів. Ця обставина спеціально підкреслена, оскільки в цей час розумна наукова кооперація може виявитися одним з найбільш дійових способів подолання існуючих труднощів. У проектах теоретично і методами комп'ютерного моделювання проаналізовані процеси формування структурних неоднорідностей нанометрового масштабу в полімерних розплавах, розчинах, сумішах, сітках. Визначені умови виникнення в розплавах і розчинах иономеров мультиплетных структур (агрегатів макромолекул) різного типу - сфер, дисків, ламелярных шарів. Побудовані фазові діаграми, вмісні області впорядкованих структур і двофазні області. Досліджена освіта періодичних наноструктур в статистичних сополимерах і показано, що при наявності флуктуаційних ефектів повинні відбуватися руйнування регулярних структур, що характеризуються дальнім порядком, і утворення замороженої спінодальної структури. Проаналізовані можлива структура сферичних мицелл з диблоксополимеров з одним нейтральним і іншим полиэлектролитным блоками і процес їх освіти у водному розчині. Визначені також умови, при яких в полімерах зі специфічною взаємодією утворяться мицеллы несферичної форми. Показано, що при микрофазном розділенні в полімерних сумішах і розчинах зі склованням одного з компонентів і /або у разі нелокальної ентропії змішення можливо виникнення микродоменной структури нанометрового масштабу, стабільність якої визначається кінетичними і термодинамічними чинниками. Вивчений процес безповоротної агрегации макромолекул з різним числом і розподілом по ланцюгу асоціюючих груп, і виконаний фрактальний аналіз полімерних агрегатів. Запропонований новий підхід до теоретичного опису спінодального розпаду, який заснований на новому рівнянні типу рівняння Ланжевена, що дозволяє безпосередній розгляд релаксації в просторі кореляційних функцій.

Розв'язанню питань часткового упорядкування в різних полімерних системах за допомогою комп'ютерного моделювання присвячені також проекти В.А. Іванова (Фізичний факультет МГУ) і А.Л. Рабіновича (Інститут біології Карельського наукового центра РАН). У першому при моделюванні переходу клубок-глобула для жесткоцепных макромолекул уперше проведений послідовний аналіз форми глобулы, що виходить і виявлений режим існування стійкої тороидальной структури, а також уперше проведений теоретичний аналіз фазової діаграми жесткоцепной макромолекулы з персистентным механізмом гнучкості і знайдена область існування стійкої тороидальной структури молекули ДНК У другому вивчені конформационные властивості ненасичених липидов і створено спеціальне програмне забезпечення, що дозволяє ефективно провести обчислювальні експерименти методами Монте-Карло і молекулярної динаміки з монослоями, бислоями і окремими липидными молекулами, вмісними ненасичені вуглеводневі фрагменти. Зв'язок виникаючої структурної микрогетерогенности з макроскопічними властивостями полімерних систем розглянутий в проекті С.А. Патлажана (Інститут хімічної фізики в Черноголовке РАН). Предметом теоретичного дослідження були вязкоупругие властивості рідких і сітчастих микрогетерогенных полімерів [суміші мономеров і розчини лінійних макромолекул, створюючих термообратимые гели за рахунок фізичних (водневих) зв'язків між однойменними і різнойменними мономерными одиницями]. Визначені фізичні умови існування фазових діаграм різного типу, які характеризуються наявністю однієї, двох і трьох критичних точок фазового розшарування. На основі методу широкоуглового розсіяння світла розроблена методика вимірювання фрактальної розмірності агрегатів частинок, диспергированных в полімерній матриці. Застосовно до сітчастих гетерогенних систем розвинені аналітичні і чисельні методи розрахунку ефективних модулів пружності фрактальних структур. Проблеми коливальної динаміки кристалічної гратки полімерів продовжують успішно вирішуватися теоретичною групою ИХФ РАН під керівництвом Л.І. Маневича. Цією групою запропоновані солитонные механізми поширення фронту топохимических реакцій і структурних переходів в кристалічних полімерних системах. Зокрема, показано, що в залежності від характеру дальнодействующих сил існують два типи бистабильных квазиодномерных молекулярних систем, для першого з яких (зі слабим дальнодействием) характерна конкуренція між локально-флуктуаційним і солитонным механізмами хімічних реакцій і структурних переходів, а для другого (з досить інтенсивним дальнодействием) можливий тільки солитонный механізм. Вивчений новий тип стаціонарних локалізованих рішень, що являють собою вузький реакційний фронт, поширення якого супроводиться квазимонохроматическим випромінюванням. Методом молекулярної динаміки показано, що теплові коливання поліетиленового ланцюга в кристалі приводять до утворення пар топологічний солитонов крутіння (з розтягненням або стисненням), і що зростання концентрації таких солитонов поблизу температури плавлення, що експериментально спостерігається, що відбивається в зростанні теплоємності ланцюга, можна ототожнити з початковою стадією фазового переходу.

3. СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІМЕРІВ

Огляд результатів експериментальних досліджень також почнемо з тих, які відносяться до проблеми самоупорядочения макромолекул. Це передусім проекти, що відносяться до вивчення рідкокристалічного (ЖК) стану в полімерах. ЖК полімерні системи, що привернули увагу великого числа вчених в 70-80-ые роки, як і раніше залишаються актуальною темою досліджень. Проблеми, що вирішуються в рамках проектів, що розглядаються, стосуються вивчення конформационных переходів в макромолекулах складної хімічної будови, зокрема вмісних мета-заміщені фрагменти азобензола в центрі мезогенного фрагмента і здібні до транс-цис изомеризации під дією УХ опромінювання, в процесі їх самоупорядочения в розплавах (Б.З. Волчек, ИВС РАН) і дослідження анізотропії вязкоупругости ЖК нематических полиэфиров і полиамидоэфиров (В.Е. Древаль, ИНХС РАН).

Однак велика частина проектів фізичного і фізико-хімічного плану, як вже відмічалося вище, присвячена багатокомпонентним полімерним системам. До них можна віднести такі традиційні двухкомпонентные системи, як розчини і гели полімерів. Основна сучасна тенденція в цій області фізичної хімії полімерів - акцент на природні полімери і макромолекулы, здатні моделювати певні типи поведінки природних макромолекул (полиэлектролиты і макромолекулы, що виявляють дифильный характер взаємодії).

Так, в проекті Ю.В. Бресткина (ИВС РАН) зіставлена крупномасштабний динаміка полімерних ланцюгів полуразбавленных розчинів полімерів, що виявляють властивості полиэлектролитов: з- і атактичного поли-2-винилпиридина і хитозана. Визначені критичні умови переходу макромолекул в практично повністю довгастий стан в інтенсивному подовжньому потоку в залежності від концентрації полімеру і іонної сили розчину. Показано, що перехід клубок - розгорнений ланцюг для частково протекаемых макромолекул хитозана є нерівновагий (динамічним) фазовим переходом першого роду, а для непротекаемых макромолекулярных клубків поли-2-винилпиридина - нерівновагий фазовим переходом другого роду (безперервним).

В.Я. Грінбергу (Інститут біохімічної фізики РАН) вдалося уперше визначити термодинамічні параметри термотропного колапсу розбавлених гелей ряду слабосшитых дифильных полімерів: слабо іонізованих сополимеров винилкапролактама з метакрилатом натрію, N-изопропилакриламида з акрилатом натрію, гомополимера N-изопропилакриламида і стехиометрических комплексів гомополимера диаллилметиламмонийхлорида з додецилсульфатом натрію. Для цієї мети був вдало використаний вітчизняний метод високочутливий диференціальної калориметрії, розроблений в свій час СКБ біологічного приладобудування РАН. Показано, що рушійною силою колапсу є гидрофобное взаємодія і що цей перехід в більшості випадків носить дифузний, безперервний характер.

Ключове питання в розумінні процесу формування високодисперсних багатокомпонентних полімерних систем, їх морфології і властивостей - міжфазна взаємодія. Цій проблемі присвячено декілька проектів. Вивчення міжфазних шарів высокомолекулярных з'єднань в рівновазі з двома несмешивающимися фазами (В.Н. Ізмайлова, Хімічний факультет МГУ) привело до розвитку уявлень про міжфазні шари як особливу прикордонну зону. З'ясована роль фазових перетворень при утворенні міжфазних шарів, а також залежність властивостей міжфазних шарів від конформационного стану высокомолекулярного стабілізатора в рівноважних рідких фазах. Знайдені шляхи регулювання параметрів міжфазних адсорбционных шарів за рахунок комплексообразования з низкомолекулярными ПАВ, утворення интерполимерных комплексів з высокомолекулярными ПАВ, зміни рН і электролитного складу водної фази.

Дослідження впливу міжфазної взаємодії (фізичної і хімічної природи) на структурообразование в эмульсионных розплавах двухкомпонентных полімерних композицій було проведене на модельних системах полікарбонат - полибутилентерефталат, полікарбонат, полибутилентерефталат і полипропилен - рідкокристалічні полиэфиры (С.И. Белоусов, НИФХИ ім. Л.Я. Карпова). Вивчення впливу організації прикордонного шара на структуру і властивості армованих полімерних систем складає зміст проекту, виконаного в ИХФ РАН під керівництвом Е.С. Зеленського. Проаналізовані закономірності утворення на поверхні скляних, базальтових і вуглецевих волокон гнучких вуглеводневих систем при модифікації силоксанами з бічними вуглеводневими групами різної довжини і гнучкості, а також атактичний полипропиленом. Така модифікація виявилася перспективною для створення регульованої структури межі розділу і приповерхностных шарів і, відповідно, отримання армованих полімерних систем з механічними властивостями, що прогнозуються. Проблема міцності армованих полімерних систем розглянута в аспекті ролі нелінійних ефектів в механізмі їх руйнування (В.Е. Юдін, ИВС РАН). Запропоновані моделі локалізованого і делокализованного руйнування композиційних матеріалів засновані на статистичній теорії процесів, що гілкуються. Введений новий, єдиний для широкого кола гетерогенних систем і типів процесу накопичення критерій, який дозволяє описати залежність розривного напруження зразка композита від масштабних співвідношень між його окремими структурними елементами (розмірами неоднорідності).

Представляє великий інтерес запропонований новий підхід до створення високодисперсних полімерних сумішей термодинамічно несумісних полімерів (Л.М. Яришева, Хімічний факультет МГУ). Він заснований на використанні як матриця полімерів, деформованих в рідких середовищах по механізму крейзинга. Такі суміші перспективні для отримання електропровідних матеріалів. По своїй структурі вони характеризуються микрофазовым розділенням компонентів на дві безперервні фази з високим рівнем дисперсності і відповідно аналогічні взаимопроникающим полімерним сіткам. У проблему отримання таких композицій входить подальший розвиток уявлень про структуру крейзованных полімерів. Питання про граничну пористість і дисперсність квазиколлоидной структури крейзованных полімерів розглянуте в проекті Е.А. Синевича (НИФХИ ім. Карпова). Показано, що фибриллы в крейзах полипропилена являють собою орієнтований полімер з високою мірою кристалличности як при класичному, так і при межкристаллитном (делокализованном) крейзинге. При "изометрической" заміні рідкої середи в крейзах різного типу довжина фибрилл впливає на зміну питомої поверхні, але граничні значення параметрів мікропористої структури визначає тільки міжфазна поверхнева енергія на межі полімер - середа.

Велика увага останнім часом приділяється вивченню структури і властивостей поверхні полімерних матеріалів і розвитку підходів до їх регулювання. Цій проблемі присвячені два проекти, в яких досліджені закономірності гетерофазного фторирования елементарним фтором і гетерофазного сульфирования сірчаним ангидридом ряду полиолефинов і эластомеров (В.Г. Назаров, Військова академія хімічного захисту) і вивчені особливості трибохимических процесів на поверхні полімерів (А.П. Краснов, ИНЭОС РАН). Виявлене цікаве явище - "двонапрямний" рух макромолекул в поверхневих шарах нанометрового розміру. Воно полягає в тому, що в процесі тертя нарівні з орієнтацією полімеру в напрямі сдвигового зусилля, яка супроводиться деструкцией макромолекул, відбувається масоперенос деструктированных полярних фрагментів макромолекул в нижележащие шари і недеструктированных макромолекул у верхній шар. Полімерні системи з особливими електричними, магнітними і оптичними властивостями є в цей час предметом підвищеного інтересу і інтенсивного дослідження. Проекти, що Відносяться до них можна виділити в окрему групу, хоч проблеми, що порушуються в них в багатьох випадках безпосередньо пов'язані з іншими напрямами фізичних досліджень, зокрема, структурними. Ілюстрацією цього може служити грунтовне дослідження впливу різного типу дефектів на электрофизические властивості полидиацетилена і нового типу електропровідних полімерів - сополимеров этилена з ацетиленом, яке було проведене в Фізико-технічному інституті ім. А.Ф. Іоффе під керівництвом В.А. Маріхина. Методами оптичної і ИК спектроскопії, резонансного рамановского розсіяння світла і дифракції рентгенівських променів у великих кутах вивчена молекулярна і надмолекулярная організація вказаних сополимеров. Було показано, що велика відмінність в провідності сополимеров і полиацетилена зумовлена наявністю в сополимерах великої кількості дефектів (ізольованих зв'язків З=З, коротких зв'язаних послідовностей, нерегулярних конформеров GTG, GTTG, GG і інш.), а також недосконалістю надмолекулярной організації в сополимерах, погіршуючої умови прыжкового транспорту носіїв заряду. Результати цього дослідження дозволили сформулювати новий підхід до реалізації високої провідності в полидиацетиленах, які звичайно розглядаються як діелектрики. Один з найбільш перспективних підходів до створення полімерних матеріалів з особливими електричними і магнітними властивостями - полімерні композиты, вмісні нанокристаллы напівпровідників. Ця ідея була вдало реалізована в проекті Д.Ю. Годовського (Російський науковий центр "Курчатовський інститут"). Розроблена методика отримання высоконаполненных композицій з кристалів CuS, Cu2S, CdS і Fe3O4 і поливинилового спирту, поливинилового спирту - полиакриловой кислоти і полипропилена з ваговою концентрацією наполнителя до 150%. Уперше був виявлений сильний вплив на вольтамперные характеристики нанокомпозитов носіїв заряду на глибокі пастки і утворення об'ємного заряду, а також існування релаксационных струмів і электретных ефектів, зумовлених наночастицами напівпровідника. Для системи -оксид заліза - поливиниловый спирт було виявлено негативне гігантське магнитосопротивление і наявність переходу суперпарамагнетик - феромагнетик, при температурах від 77 до 293 До в залежності від концентрації наночастиц оксиду заліза. Теоретичному і експериментальному вивченню ролі молекулярної рухливості в транспорті зарядів, що генеруються іонізуючим випромінюванням в полімерах присвячений проект С.А. Хатіпова (НИФХИ ім. Карпова). Розроблена кінетична модель електронного транспорту в полімерах, що враховує молекулярну динаміку і її зміни внаслідок процесів деструкции ланцюгів і їх зшиття. Запропонований ионнопарный механізм поляризаційний явищ при опромінюванні фторированных полімерів і розвинена модель ориентационной динаміки стабілізованих электронно-дырочных пар з урахуванням розподілу часів молекулярної релаксації.

Дослідження природи виникнення високої провідності в діелектричних плівках полімерів різної природи (ефект, виявлений раніше Л.Г. Грігоровим, ИСПМ РАН) склав зміст проекту А.М. Ельяшевича (Фізико-технічний інститут ім. А.Ф. Іоффе). Показано, що поява провідності плівок товщиною більше за 10 мкм в структурах металл-полиимидная плівка-метал пов'язано з появою крізного порожнистого каналу, який забезпечує провідність або за рахунок металевого дендрита, що утворюється всередині каналу, або за рахунок провідності шара вуглеводу, що формує стінки каналу. Зроблений також висновок про вирішальну роль неоднорідностей при виникненні провідності в тонких полімерних плівках. До блоку проектів, що розглядаються можна віднести і проект В.А. Закревського (Фізико-технічний інститут ім. А.Ф. Іоффе), що стосується механізму електричного руйнування полімерних діелектриків. У рамках дослідження кінетики електричного руйнування різних полімерних діелектриків в умовах придушення часткових розрядів розроблені чисельні методи для розрахунку діючих в діелектрику полів на основі аналізу процесу інжекції електронів з микроострий катода з урахуванням їх захвата і звільнення з структурних пасток (міжмолекулярних порожнин).

Таким чином, послідовний аналіз звітів по проектах РФФИ, виконаних в різні періоди часу, дозволяє, в принципі, не тільки скласти уявлення про об'єм і основні напрями фундаментальних досліджень в різних областях науки, зокрема в хімії высокомолекулярных з'єднань, але і прослідити їх динаміку і служити досить об'єктивною основою для прогнозування.

4. ПЕРСПЕКТИВИ ПРОМИСЛОВОГО ВИРОБНИЦТВА ПОЛІМЕРІВ

Для рішення однієї з найважливіших проблем, пов'язаної з блокуванням водопритоков в нафтових свердловинах, була розроблена полімерна система (гель гидрофобно модифікованого полиакриламида), яка сама знаходить місце притоки води всередині свердловини і блокує його, не заважаючи при цьому течії нафти. Для гидроразрыва пласта замість звичайно вживаних для цих цілей ПАВ запропоновано використати сітку, побудовану з гидрофобно модифікованого полиакриламида і мицеллярных ланцюгів, що дозволило істотно розширити діапазон температур експлуатації такої системи (до 100оС). І, нарешті, для створення систем направленого транспорту речовин в свердловині, наприклад, під дією магнітного поля запропоновані полімерні микрогели з альгината, в які включені частинки магнітного наполнителя (напр., магнетита) і речовина, яку необхідно доставити в потрібне місце свердловини.

Розроблені основні підходи до створення біологічно активних полімерних систем, що цілеспрямовано змінюють свої характеристики при зміні параметрів навколишнього середовища і що активно впливають на ці параметри по механізму зворотного зв'язку. Розглянуті методи синтезу полімерних носіїв, здатних виборче концентруватися в певній дільниці організму. На їх основі були створені універсальні системи для направленого транспорту біологічно активних з'єднань, а також прийоми і методи отримання полімерних матриць, що забезпечують не тільки направлений транспорт иммобилизованных в їх об'ємі з'єднань, але і що захищають ці з'єднання від денатурирующего впливу навколишнього середовища.

"Биодеградируемые полімери: структура і властивості". Полімери цього типу, наприклад, поли(b -гидроксибутираты (ПГБ), що отримуються під впливом мікроорганізмів (бактерій), володіють, крім здатності швидко деградувати, високої биосовместимостью, гидрофобностью і особливими оптичними, мембранными і п'єзоелектричними властивостями. Автором приведений приклад розв'язання технологічної проблеми отримання виробів з ПГБ, яка пов'язана з близькістю температур плавлення і деструкции цього полімеру.

Очевидно, що перспективи застосування нанотехнологий в полімерній галузі грандіозні, як завжди буває на стику декількох напрямів науки і виробництва. Вже по самому своєму визначенню (нанотехнологии - сукупність методів і прийомів, вживаних при вивченні, проектуванні, виробництві і використанні структур, пристроїв і систем, що включає цілеспрямований контроль і модифікацію форми, розміру, інтеграції і взаємодій становлячих їх наномасштабных елементів (1-100 нм) для отримання об'єктів з новими хімічними, фізичними, біологічними властивостями), нанотехнологии дають в руки полимерщикам нові методи і прийоми виробництва полімерних матеріалів нарівні з традиційними технологіями і відкривають можливість реалізувати давнішній мрію конструкторів - отримати матеріали із зазделегідь заданими властивостями шляхом керованого впорядкування розташування молекул в полімерах. І ряд успішних кроків в цьому напрямі вже зроблений. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту створили новий клас матеріалів - нанополимеры. У довжину вони досягають 50 тис. частинок, при цьому можуть утворювати тонкі полімерні плівки площею 1 кв. см і завтовшки 60 мкм. Полімери були створені завдяки порушенню симетрії сферичних наночастиц. Вчені приєднали два різних типи лигандов, молекул тиола, до полюсів сфер. Потім лиганды однієї наносферы сполучалися з лигандами іншої частинки, утворюючи наномасштабный еквівалент полімеру. Ланцюгова реакція, яка займає декілька годин, дуже схожа на реакцію полімеризації нейлону. За допомогою нової технології можна створювати нанополимеры, що володіють певними корисними властивостями. Наприклад, вона дає можливість контролювати пористість матеріалу на наноуровне. Крім того, нові полімери можуть використовуватися для дослідження фундаментальних властивостей матеріалів.

Вчені з університету штату Пенсільванія і університету Райса (США) зробили новий важливий крок в створенні надміцних полімерів. Новий матеріал є композиційним, в ньому використані звичайний нейлон і вуглецеві нанотрубки. Композит отримують методом міжфазної полімеризації, за допомогою якого нанотрубки рівномірно розподіляються по довжині макромолекулы. Крім того, дослідники навчилися модифікувати властивості полімеру шляхом введення алкильных сегментів, або вуглецевих спейсеров. Спейсеры грають роль зв'язуючих сегментів, що забезпечують ковалентную зв'язок між нанотрубками і макромолекулами. Цей зв'язок визначає прочностные і пружні властивості композиційного матеріалу. Спроби створити композицію нейлону з нанотрубками без спейсеров були невдалими - матеріали виявилися дуже крихкими.

Важливим результатом дослідження є можливість отримувати матеріали із заданими властивостями - регулювати можна не тільки механічні, але і електричні, і термічні властивості». Вчені з National Institute of Standards and Technology (NIST) створили абсолютно незвичайний полімер з нанотрубок довгої до 1 див. Трубки дозволяють матеріалу бути не тільки надзвичайно міцним, але і необмежений час підтримувати форму. Крім матеріалу для чого-небудь, даний полімер може застосовуватися як засіб передачі малих об'ємів химикатов (через трубки), тобто працювати як мікроскопічні шприци, що вводять молекули в зону хімічної реакції по 1 шт. До цього часу самими «вдалими» властивостями володіли нанотрубки з вуглеводу. Стабільні і не крихкі трубки з іншого матеріалу були отримані уперше.

Вчені з Боннського і Левенського університетів виявили, що можуть впливати на газо- і водопроницаемость пластмас, додаючи в них наноразмерные пластинки. Якщо такі пластики використати для харчової упаковки, то вони могли б допомогти в збереженні фруктів, овочів і інших швидкопсувних продуктів, збільшуючи допустимий час знаходження на прилавку і знижуючи вартість перевезення, включаючи доставку від виробника до сховища.

Упаковка з нанополимера, вмісного частинки оксиду цинку, не сприйнятлива до УХ-випромінювання і продовжує термін зберігання харчових продуктів. Розробка представлена компанією Micronisers. Спеціальний матеріал з оксидом цинку Nanocryl забезпечує найкращий і найбільш тривалий захист від впливу сонячного світла і високих температур. Компанія також завіряє, що новий ПЭНД плівки на основі нового полімеру не так швидко розкладаються в грунті як традиційні пластикові матеріали, і може успішно застосовуватися в сільському господарстві - як укрывная плівка для рослин. Освоєна методика організації протяжних структур з нанотрубок і наностержней на різноманітних поверхнях зі суворо визначеною, контрольованої і стабільно густиною, що витримується по поверхні з використанням полімерних пузирів. Вченим з Гарвардського і Гавайського університетів вдалося продемонструвати можливість використання методу экструзии за допомогою надування пузирів для створення протяжних шарів з орієнтованих в просторі заданим образом нанотрубок. Аналогічні технології були відомі і використовувалися в промисловості і раніше, наприклад, при виробництві пластикових плівок, однак для організації масивів з нанотрубок технологія «мильних пузирів» була застосована уперше. У ході проведених експериментів наноструктуры розчинялися в рідині на основі полімеру, з якої видувався пузир. Мала товщина стінок пузиря (декілька стільники нанометров) сприяла рівномірному і впорядкованому розташуванню нанотрубок в стінках пузиря. По мірі контрольованого зростання пузир стикався з експериментальною підкладкою - наприклад, кремнієвою пластиною. При цьому стінка пузиря з тими, що містяться в ній наноструктурами «прилипала» до пластини, утворюючи надтонку плівку зі суворо певною і контрольованою питомою густиною наноструктур. Передбачається, що нова технологія дозволить здешевити, зокрема, масиви біологічних сенсоров і екрани на основі наноструктур». Полімерна гумова суміш молекулярного рівня, народжена нанотехнологиями, забезпечує взаємодію шини навіть з самими найдрібнішими виступами дорожньої поверхні, що йде на молекулярному рівні. Можна сказати, нова шина прямо-таки бере дорогу в своє обіймання. Нова гумова суміш також відрізняється видатними параметрами зносостійкості. Об'єднання цих суперечливих параметрів - відмінне зчеплення і низький знос - відноситься до заслуг розробників шин. І все це за рахунок нанотехнологий.

Крім створення матеріалів з поліпшеними характеристиками, симбіозу нанотехнологий і полімерів дозволяє отримувати корисні ефекти, раніше не бачені. Створена американськими дослідникам хімічного факультету Каліфорнійського університету в Ріверсайде рідину, що змінює свій колір під впливом магнітного поля, містить крихітні частинки оксиду заліза діаметром приблизно 100 нанометров з нанесеним на них полімерним покриттям. Пластик несуть на собі електричний заряд, а оксид заліза схильний до дії магнітних полів. Внаслідок маніпуляцій цими двома протистоячими силами з частинок можна створювати впорядковані структури, що носять найменування колоїдних «фотонних кристалів». Акуратно вибудована гратка володіє здатністю не пропускати світло з довжиною хвилі, порівнянної з періодом структури фотонного кристала - таким чином можна міняти колір зображення на «рідких екранах». Подібна взвесь частинок надзвичайно дешева і проста у виготовленні і крім гігантських моніторів, що не «сліпнуть» під прямими променями сонця, з успіхом може бути використана при створенні гнучкого електронного паперу, що перезаписується «». Вченими створений перший в світі нейроинтерфейс, зв'язуючий нейрони з плівками, вмісними фотоэлементы. Як вважають дослідники, це відкриття дозволить в майбутньому сконструювати штучну сітчатку ока. Професору Ніколасу Котову з медичного відділення Техасського університету і його колегам з університету Мічигана вдалося зв'язати нервові клітки з впливом фотонів на спеціальну фотосенсорную плівку, пов'язану з клітками. Це відкриття не обійшлося без використання нанотехнологий. Наночастицы, використані в складі световоспринимающей плівки, допомогли створити сучасний прототип майбутньої штучної сітчатки. Основа штучної сітчатки - тонка плівка, створена послойно. Вона являє собою «бутерброд» з двох шарів: шара наночастиц теллурида ртуті і позитивно зарядженого шара полімеру PDDA. Обидва шари вчені з'єднали за допомогою спеціального клею і нанесли на поверхню «бутерброда» биосовместимое амінокислотне покриття, щоб нервові клітки могли без проблем взаємодіяти з плівкою. На плівці вчені розмістили культуру нейронів. Як тільки фотони почали попадати на її поверхню, в плівці наночастицы абсорбували фотони, виробляючи при цьому електрони, що проходять через шар полімеру PDDA, що виробляє слабий електричний струм. Коли струм доходив до клітинної мембрани нейронів, відбувався процес її деполяризація, і починалося поширення нервового сигналу, що свідчить об наявність в цій області плівки світла. Штучна сітчатка, створена на базі відкриття вчених, зможе навіть відтворювати колірну насиченість об'єктів, не говорячи вже про високий дозвіл. Також сітчатка біологічно сумісна з тканинами людини, завдяки використанню полімерів.

Препарат «тромбовазим», що запобігає інфаркту і інсульту, розроблений вченими з Інституту цитологии і генетики, Інституту ядерної фізики і Сибірського центра фармакології і біотехнології. Препарат не ушкоджує здорові тканини організму, не токсичний і не викликає ускладнень, як деякі його аналоги. Він був створений з використанням електронно-променевої технології, нанотехнологии і биополимерной технології і являє собою биополимер, сполучений за допомогою електронного пучка з лікарським засобом. Препарат є першим в світі пероральним тромболитиком, який всмоктується шлунково-кишковим трактом, не втрачаючи своїх лікувальних якостей. Реактивні двигуни, робочим тілом яких є полімерні матеріали, що утворюються в ході швидкої полімеризації, можуть стати ефективним засобом пересування нанороботов. Принаймні, в природі такий принцип руху успішно використовується деякими видами бактерій. Наприклад, могутні викиди через спеціальні сопла в мембрані струменів слизу, ключовий компонент якої - полисахариды, що формуються шляхом реакції полімеризації олигосахаридов, дозволяють пересуватися миксобактериям. Якщо полімерний ланцюг утвориться повільно, вона так само повільно виділяється з сопла, і руху не виникає. А ось при більш швидкій освіті полисахарида, що перевищує по швидкості стік слизу, відбувається стиснення цього робочого тіла, і слиз выстреливается з клітки, завдяки чому миксобактерии можуть пересуватися з швидкістю до 10 мкм/з. Цей принцип пересування можна використати для керованого переміщення нанороботов.

Дослідники з технологічного інституту Нью-Джерсе (NJIT) розробили новий тип сонячних батарей, відмінний невисокою вартістю і можливістю виробляти їх шляхом друку на гнучкій пластиковій підкладці. На думку ведучого розробника і автора ідеї Сомната Митра, професора і керівника кафедри хімії і навколишнього середовища NJIT, домовласники зможуть навіть друкувати осередки цих сонячних батарей на недорогих домашніх струйных принтерах. Потім вони зможуть прикріпити отриманий продукт на стіну, дах або огорожу, щоб створити власну електростанцію. Суть технології полягає в тому, що вуглецеві нанотрубки комбінуються з фуллеренами і формують таким чином структури на зразок «змійовиків». Сонячне світло, падаючи на полімерну основу, збуджує в полімері струм, і фуллерены захоплюють електрони. Однак фуллерены не володіють електропровідністю, і тут свою роль грають нанотрубки, провідні струм аналогічно мідним провідникам. Захоплені електрони, рухаючись по нанотрубкам, створюють в них струм. «Використання цієї унікальної комбінації в сонячних батареях на органічній основі приведе до збільшення ефективність майбутніх друкарських сонячних батарей, - вважає Митра. - Ця технологія дозволить забезпечити домовласників недорогим альтернативним джерелом енергії». У Дубне вченими Наукового центра прикладних досліджень (НЦеПІ) ОИЯИ на основі нової речовини - гетероэлектрика (гетероэлектрик - гетерогенна субстанція, що складається з носія і активного початку - наночастиц речовини, відмінного від речовини носія, при цьому розміри наночастиц і відстань між ними менше довжини хвилі впливаючого електромагнітного поля, що дозволяє здійснювати управління магнітним полем і його перетворення з метою створення приладів і пристроїв з оптичними, електричними і магнітними властивостями, що прогнозуються ) створена «зіркова батарея». «Зіркова батарея» складається з гетероэлектрического фотоэлемента з високою ефективністю роботи у видимому і інфрачервоному спектрі і гетероэлектрического конденсатора величезної ємності в малому об'ємі. На способи і пристрої з використанням гетероэлектрика фахівцями НЦеПІ отримані патенти, що не мають аналогів в світі: наноусилитель електричного випромінювання, електричний конденсатор і ненавісні елементи інтегральних схем, дзеркало, спосіб генерації когерентного електромагнітного випромінювання і дипольний нанолазер на його основі, оптичне скло, фотокатод, гетерогенний фотоелемент, фотоелемент. Фахівцями НЦеПІ подана також заявка на оптичне скло з гетероэлектрика з рекордним показником заломлення світла, що перевищує сучасні показники в десятки разів. У цей час слабе застосування сонячної енергетики зумовлене наступними її недоліками:

низька ефективність перетворення світла в електричний струм (не більше за 20%);

відсутність можливості отримання електроенергії вночі, при хмарності і з малою кількістю сонячних днів в році;

відсутність високоефективних і екологічно безпечних джерел накопичення енергії (в цей час використовуються акумулятори).

У вченими НЦеПІ зразка, що демонструється гетероэлектрического фотоэлемента, що є основним компонентом «Зіркової батареї», ці недоліки відсутні.

Зате є явні переваги: ефективність перетворення видимого спектра складає -54%, що значно перевищує існуючі світові показники, а ефективність перетворення інфрачервоного спектра - 31%, що навіть вище, ніж у сучасних сонячних батарей. Фототок гетероэлектрического фотоэлемента (ГЭФ) в 4 рази вище, ніж у сучасних сонячних батарей. При цьому ГЭФ має масу напівпровідникової речовини на ват енергії в 1000 раз менше, ніж у фотоэлементов сучасних сонячних батарей. Отримані розрахунки вказують на те, що собівартість гетероэлектрического фотоэлемента зіркової батареї буде нижче за собівартість фотоэлемента сучасної сонячної батареї.

Для довідки

Нова речовина, відкрита і запатентована під назвою гетероэлектрик, володіє цікавою властивістю: якщо в який-небудь матеріал (носій) ввести наночастицы певного ряду інших матеріалів (затравка), то вплив електромагнітного поля спричиняє явище суперкогерентности - інтенсивні узгоджені за часом коливання електронів «затравка», що приводять до інтенсивної взаємодії всього зразка (гетероэлектрика) з електромагнітним полем, що унікальним образом міняють властивості цього матеріалу. У перекладі на простонародный: формування структури матеріалу за допомогою введення в нього наночастиц іншого матеріалу під дією електромагнітного поля дозволяє істотним образом змінювати властивості висхідного матеріалу і управляти цими властивостями, змінюючи параметри електромагнітного випромінювання. Вчені з екатеринбургского Фінансово-промислового венчурного фонду ВПК, розробили рідку броню на основі рідкого полімеру, наповненого наночастицами. Сам склад «наноброни», як і імена розробників, не розголошується, оскільки всі деталі наукового проекту сховані під грифом «секретно», але принцип її дії широко відомий: при різкому механічному впливі (наприклад, ударі кулі) наночастицы в рідкому полімері практично вмить зближуються і за рахунок сил міжмолекулярної взаємодії злипаються в кластери. Рідка броня перетворюється в міцну тверду композит. Зокрема, елементи технології «рідкої броні» можна з успіхом застосувати в будівництві сейсмоустойчивых споруд, які при підземних поштовхах перетворювалися б в міцні бастіони, а не розсипалися, як карткові будиночки. Адже є ж приклади злиття нанотехнологий і полімерів при будівництві сейсмоустойчивых будівель. Але поки що не у нас. Що стосується перспектив нанотехнологий в індустрії полімерів, то згідно з прогнозами американської компанії ВСС, заснованими на дослідженні ринку наноматериалов, незважаючи на те, що в цей час найбільшу частку по рівню споживання складають неполімерні наноматериалы, в найближчому майбутньому вони поступляться своїм місцем нанополимерам, які вже сьогодні упевнено складають більше за чверть усього ринкового сегмента. Саме нанополимеры стануть, по прогнозу ВСС, найбільш запитаними наноматериалами в світі. Ряд дослідників має намір використати вуглецеві нанотрубки, що є на сьогоднішній день найбільш відомими наноструктурами, для формування мініатюрних волосків при створенні костюма «людини-павука». Принцип його дії подібний хитруванню ящірок і павуків: у обох цих видів тварин на лапках є крихітні волоски, які дозволяють їм триматися на вертикальній поверхні, як би «приклеюватися» до неї, завдяки силам міжмолекулярного тяжіння (силам Ван-дер-Ваальса). Ось деякі вчені і працюють над технологією створення матеріалу, покритого безліччю найтонших міцних волосків, вільні електрони з поверхні яких вступають у взаємодію з вільними електронами гладкої на перший погляд вертикальної поверхні, дозволяючи легко переміщатися по ній. Одними з самих перспективних матеріалів для костюма «людини-павука» є нанополимеры.

ВИСНОВОК

Таким чином, в сучасному світі все більшу вагу набирають саме інноваційні науки, зокрема нанотехнологии. У всьому світі перевага віддається саме ім. На їх розвиток тратяться мільярди доларів. Це ж характерно і для тенденцій розвитку науки про полімери. Нові відкриття в області высокомолекулярных з'єднань знаходять величезне застосування в різних областях науки і техніки, зокрема в медицині, оборонній промисловості, біотехнології і інш.

Росія, внаслідок застойности розвитку науки в останні декілька років, відстає від Європи і США в цьому напрямі, однак вже зараз російська наука може представити миру свої останні досягнення в цих галузях, причому деякі новинки викликають серйозний науковий інтерес Заходу.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

полімер синтез хімія

1. Семчиков Ю.Д. Високомолекулярние з'єднання: Навчань. для вузів - Н. Новгород: Видавництво Ніжегородського державного університету ім. Н.І. Лобачевського; Видавничий центр «Академія», 2003. - 368 з.

2. http//ru.wikipedia/org

3. http://www.rfbr.ru/

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка