Полимеры - это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся различных или одинаковых по строению атомных групп - звеньев. Эти звенья соединяются между собой координационными или химическими связями в разветвленные или длинные линейные цепи и в пространственные трехмерные структуры.

Полимеры бывают:

• синтетическими,
• искусственными,
• органическими.

Органические полимеры в природе образуются в животных и растительных организмах. Самые важные из них - это белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучук и другие природные соединения.

Человек давно и широко применяет органические полимеры в своей повседневной жизни. Кожа, шерсть, хлопок, шелк, меха - все это используется для производства одежды. Известь, цемент, глина, органическое стекло (плексиглас) - в строительстве.

Органические полимеры присутствуют и в самом человеке. Например, нуклеиновые кислоты (их называют еще ДНК), а также рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Свойства органических полимеров

У всех органических полимеров есть особые механические свойства:

• малая хрупкость кристаллических и стеклообразных полимеров (органическое стекло, пластмассы);
• эластичность, то есть высокая обратимая деформация при небольших нагрузках (каучук);
• ориентирование макромолекул под действием механического направленного поля (производство пленок и волокон);
• при малой концентрации большая вязкость растворов (полимеры вначале набухают, а потом растворяются);
• под действием небольшого количества реагента способны быстро изменить свои физико-механические характеристики (например, дубление кожи, вулканизация каучука).

Таблица 1. Характеристики горения некоторых полимеров.

Полимеры	Поведение материала при внесении в пламя и горючесть	Характер пламени	Запах
Полиэтилен (ПЭ)	Плавится течет по каплям, горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени.	Светящееся, вначале голубоватое, потом желтое	Горящего парафина
Полипропилен (ПП)	То же	То же	То же
Поликарбонат (ПК)	То же	Коптящее
Полиамид (ПА)	Горит, течет нитью	Синеватое снизу, с желтыми краями	Паленых волос илигорелых растений
Полиуретан (ПУ)	Горит, течет по каплям	Желтое, синеватое снизу, светящееся, серый дым	Резкий, неприятный
Полистирол (ПС)	Самовоспламеняется, плавится	Ярко-желтое, светящееся, коптящее	Сладковатый цветочный,с оттенком запаха стирола
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ)	Горит, капает	Желто-оранжевое, коптящее	Сладкий, ароматный
Эпоксидная смола (ЭД)	Горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени	Желтое коптящее	Специфический свежий(в самом начале нагревания)
Полиэфирная смола (ПН)	Горит, обугливается	Светящееся, коптящее, желтое	Сладковатый
Поливинилхлорид жесткий (ПВХ)	Горит с трудом и разбрасыванием, при удалении из пламени гаснет, размягчается	Ярко-зеленое	Резкий, хлористого водорода
ПВХ пластифицированный	Горит с трудом и при удалении из пламени, с разбрасыванием	Ярко-зеленое	Резкий, хлористого водорода
Фенолоформальдегидная смола (ФФС)	Загорается с трудом, горит плохо, сохраняет форму	Желтое	Фенола, формальдегида

Таблица 2. Растворимость полимерных материалов.

Таблица 3. Окраска полимеров по реакции Либермана - Шторха - Моравского.

Статьи по теме

Среди большинства материалов наиболее популярными и широко известными являются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Они активно применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности. Именно данные материалы являются основным компонентом для изготовления различных изделий, применяемых с абсолютно разными целями, начиная от удочек и корпусов лодок, и заканчивая баллонами для хранения и транспортировки горючих веществ, а также лопастей винтов вертолетов. Такая широкая популярность ПКМ связана с возможностью решения технологических задач любой сложности, связанных с получением композитов, имеющих определенные свойства, благодаря развитию полимерной химии и методов изучения структуры и морфологии полимерных матриц, которые используются при производстве ПКМ.

Теоретически возможно существование неорганических полимеров, образованных химическими элементами III-VI групп системы элементов.

Наиболее важным химическим элементом для создания неорганических полимеров является кислород - самый распространенный на земле элемент. Он легко создает гетероцепные элементооксановые высокомолекулярные соединения, поэтому полиэлементооксаны являются основным классом гетероцепных безуглеродных, или неорганических, полимеров.

К неорганическим полимерам относят все безуглеродные полиэлементооксаны со связями типа Р-О, В-О, S-О, Si-О, А1-О и др., а также многие безуглеродные гетероядерные соединения типа боридов, сульфидов, силицидов, карбидов и др.

Общепринято, что к высокомолекулярным соединениям относятся вещества, состоящие из атомов, связанных в макромолекулярную структуру ковалентными связями. Установлено, что содержание ковалентных связей в неорганических полимерах составляет от 50 до 80%.

Макромолекулы неорганических полимеров могут быть не только гетероцепными, но и гомоатомными. Хорошо известны органические гомоатомные полимеры углерода - алмаз и графит, о которых говорилось выше (гл. 4).

Менее известны гомоатомные неорганические полимеры серы, селена, теллура. Гомоатомные полимеры серы имеют молекулярную массу от 5000 до 300 000, температуру стеклования 248-250 К и проявляют высокоэластические свойства при температуре 273-353 К. Но большинство химических элементов не способно к образованию устойчивых гомоатомных высокомолекулярных соединений.

Гетероцепные неорганические полимеры известны значительно шире. Благодаря своему строению они более стабильны и устойчивы к различным воздействиям.

Гетероцепные неорганические полимеры, так же как и органические, могут иметь линейное и сетчатое строение. К линейным относятся силикатные стекла на основе оксида кремния, полифосфаты и полибораты (соединения на основе солей полифосфорной и поли- борной кислот соответственно). Высокомолекулярную природу силикатов наш великий соотечественник Д.И. Менделеев предсказал еще в XIX в. и писал о кремнеземе как о полимере.

Другой неорганический гетероцепной полимер на основе диоксида кремния - кварц - имеет трехмерное сетчатое строение.

Хорошо известны другие природные неорганические полимерные материалы на основе силикатов - асбест, слюда, тальк. Разработаны технологии синтеза этих полимеров, причем технические характеристики искусственных материалов выше, чем природных.

Важнейшую группу неорганических гетероцепных полимерных материалов составляют керамики различного состава.

Что же позволяет считать эти материалы полимерными? Прежде всего, наличие высокой анизотропии макромолекулы и соединение атомов между собой прочными ковалентными связями. Наряду с этим для безуглеродных полимеров так же, как и для органических полимеров, неизвестно газообразное состояние. Так же как и органические высокомолекулярные соединения, безуглеродные полимеры делятся на термопласты (например, силикатные стекла) и реактопла- сты (например, оксидная керамика).

Растворы и расплавы неорганических полимеров по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ имеют повышенную вязкость, которая возрастает с увеличением молекулярной массы. Сетчатые неорганические полимеры так же, как и сетчатые органические полимеры, не способны к растворению.

Неорганические полимерные материалы линейного строения способны находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. На рис. 17.1 показаны термомеханические кривые органических и неорганических полимеров. Кривые построены путем измерения при различных температурах угла кручения ф круглого стержня из исследуемого материала.

Из приведенных данных видно, что неорганические стекла, так же как и органические полимеры, имеют два температурных перехо-

Рис. 17.1. Термомеханические кривые органических и неорганических полимеров: 1 - оргстекла; 2- эбонита; 3, 4, 5 - силикатных стекол (свинцового, щелочного и малощелочного соответственно)

да, при которых их свойства (в данном случае угол закручивания стержня) резко изменяются, что связано с их переходами из стеклообразного в высокоэластическое и из высокоэластического в вязкотекучее состояние.

Многие неорганические полимеры имеют сетчатое строение и, как органические реактопласты, не могут проявить высокоэластич- ность. Для сетчатых неорганических полимеров, как и для органических, имеющих трехмерную сетку, понятие «макромолекула» теряет смысл, поскольку все их атомы соединены в единую сетчатую структуру, образующую гигантскую сверхмакромолекулу.

Технология получения неорганических высокомолекулярных соединений, так же как и органических, основана на полимеризации и поликонденсации. Синтез неорганических полимеров сетчатого строения и формование из них изделий происходят одновременно, так же как и при изготовлении изделий из реактопластов.

Пластификация неорганических полимеров производится низкомолекулярными веществами и позволяет снизить температуру стеклования, аналогично тому, как это происходит при пластификации органических полимеров органическими пластификаторами. В качестве пластификаторов неорганических полимеров используют воду, спирты, аммиак, газы - азот и кислород, позволяющие снизить уровень межмолекулярного взаимодействия и увеличить интервал между температурами стеклования и текучести.

Неорганические полимеры склонны к образованию надмолекулярных структур. Различными методами установлено, что в структуре стекол имеются микронеоднородности, обладающие строгой упорядоченностью. Один структурно-упорядоченный элемент в стекле приходится на объем 1(Г 28 см 3 . Размеры таких элементов, как правило, чрезвычайно малы (от 1 до 300 нм), поэтому существенного влияния на свойства стекол они не оказывают. В некоторых материалах с помощью зародышей кристаллизации специально создается двухфазная аморфно-кристаллическая структура, которая позволяет получать материалы с заданными свойствами.

На рис. 17.2 приведены фотографии микроструктуры неорганических полимеров на основе оксидов металлов, на которых отчетливо видны надмолекулярные образования, свидетельствующие о структурной упорядоченности этих материалов.

Рис. 17.2. Надмолекулярные структуры неорганических полимеров (х10 000): а - топливной таблетки U0 2 ; б - шпинели MgAl 2 0 4

Макромолекулы безуглеродных линейных полиэлементооксанов, так же как и органических полимеров, обладают гибкостью. Распространенное мнение об отсутствии гибкости у макромолекул неорганических полимеров основано на том, что большинство безуглеродных природных полимеров (силикатов) имеют трехмерную структуру, жестко ограничивающую сегментальную подвижность макромолекул.

Физические и химические свойства неорганических полимеров принципиально отличаются от свойств органических и элементоорганических полимеров, что является следствием различий в структуре главной цепи. Они обладают высокой прочностью и твердостью, тугоплавкостью и жаростойкостью, износостойкостью и отличными диэлектрическими свойствами, химически и биологически инертны.

Благодаря этим свойствам неорганические полимеры находят широкое применение в качестве огнеупорных, жаропрочных и сверхпрочных конструкционных материалов. Из них делают катализаторы и адсорбенты, клеи и герметики с высокой теплостойкостью, эти материалы применяются при изготовлении лазерного и электронного оборудования. Широко используются неорганические полимеры в качестве строительных материалов, а также в ортопедии и стоматологии. И это только начало.

Таблица 17.1. Прогноз развития исследований и разработок в области керамических материалов и стекла

Новые технологии и открытия	Области промышленности	Социальный или технический эффект
Научные принципы конвергенции неорганических, органических и биологических материалов	Производство энергетических установок; утилизация отходов; производство сельскохозяйственной продукции; создание био- функциональных и «интеллектуальных» материалов	Повышение безопасности энергетических установок (в том числе атомных); увеличение продолжительности здоровой жизни; создание новых технологий сельскохозяйственного производства, экологически здоровой среды обитания человека
Научные принципы стандарта рО для расплавов оксидных систем (по аналогии с pH для водных растворов); мониторинг оксидных расплавов	Принципиально новые технологии производства цемента, стекла, металлов	Сокращение энергозатрат на единицу продукции, снижение стоимости строительных материалов; разработка новых типов стекол и ситаллов; изменение условий жизни человека
Физико-химические процессы в системах с наноразмерами; теоретические представления, учитывающие размер как физико-химический фактор, и представления о «пятом» состоянии вещества	Новые технологии производства материалов; новые машины и оборудование; многофункциональные микропроцессоры	Промышленное производство дешевых и долговечных бытовых предметов; развитие городской инфраструктуры
Принципы структурно-энергетического моделирования строения и свойств материалов; программы компьютерного моделирования большинства конструкционных материалов, изделий и конструкций	Дизайн и конструирование новых машин и механизмов	Резкое изменение условий и содержания труда материаловедов и конструкторов, сокращение числа работающих в неблагоприятных условиях; автоматизированное производство материалов и механизмов

В табл. 17.1 приведены прогнозы развития исследований в области неорганических полимерных материалов, которые показывают, что это направление материаловедческой науки должно привести к революционным изменениям в области создания новой техники.

Дальнейшее развитие использования этих материалов связано с необходимостью снижения их стоимости и расширения объемов производства.

Контрольные вопросы

• 1. Какие химические элементы могут образовывать неорганические полимерные материалы?
• 2. Какими связями соединены атомы в неорганических полимерных материалах?
• 3. Приведите примеры неорганических конструкционных материалов.
• 4. Какими важнейшими свойствами, присущими высокомолекулярным соединениям, обладают неорганические полимеры?
• 5. Какие физические состояния известны для неорганических полимеров?
• 6. Как можно классифицировать неорганические полимеры по отношению к нагреванию?
• 7. Можно ли пластифицировать неорганические полимеры?
• 8. Применимо ли понятие о надмолекулярной структуре к неорганическим полимерам?
• 9. Каковы отличительные свойства неорганических конструкционных материалов?

§ 12. ПОЛИМЕРЫ

В сознании любого человека, знающего основы естествознания, понятие «полимеры» ассоциируется с чем-то необыкновенно большим, крупным. В действительности это так и есть. Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.
Повторяющийся структурный фрагмент в макромолекуле полимера называют элементарным звеном и в химической формуле записывают в круглых скобках. Число элементарных звеньев именуют степенью полимеризации. Поскольку степень полимеризации каждой конкретной молекулы полимера может варьироваться в значительных пределах, ее обозначают не числом, а подстрочным индексом n в формуле вещества. Например, химическую формулу одного из самых распространенных полимеров полиэтилена – записывают так: (–СН2–СН2–)n, где (–СН2–СН2–) – элементарное звено, n – степень полимеризации.
Вещество, из которого образуется полимер, называют мономером. По природе мономера различают неорганические и органические полимеры. Превращение мономера в полимер может осуществляться в ходе реакции полимеризации (в этом случае помимо полимера в результате реакции не образуетсяникаких других веществ) или реакции поликонденсации (в таких реакциях кроме полимера образуются также низкомолекулярные побочные продукты, например вода).
Приведем пример записи реакции полимеризации для получения полиэтилена: nСН2=СН2 → (–СН2–СН2–)n.
Примером реакции поликонденсации служит превращение моносахарида глюкозы в полисахарид крахмал:
nС6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O.
По происхождению различают природные полимеры, или биополимеры (те, которые создаются самой природой без участия человека), искусственные (это химически модифицированные природные полимеры) и синтетические полимеры (те, которые получают химическим путем).
«Везде пластмасса, никель – все не то…» (И.Бродский). Буквально на каждом шагу в повседневной жизни мы сталкиваемся с веществами полимерного строения: это строительные, отделочные, упаковочные, конструкционные, изоляционные материалы; детали машин и механизмов; одежда, ткани и обувь; декоративные, антикоррозионные и специальные покрытия; резинотехнические изделия, эластомеры и многое, многое другое.
Сама жизнь немыслима без природных высокомолекулярных веществ – биополимеров, к числу которых относятся белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), полисахариды (крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и др.). Кратко охарактеризуем наиболее важные группы известных вам полимеров – пластмассы и волокна.

Пластмассы – это полимерные материалы, способные при нагревании приобретать заданную форму и сохранять ее после охлаждения.

Как правило, пластмасса представляет собой смесь нескольких веществ, а полимер – это лишь одно из них, но самое важное. Именно он связывает все компоненты пластмассы в единое, более или менее однородное целое. Поэтому полимер в составе пластмассы называют связующим. Понятно, что превращать в готовые изделия удобно те пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются. Такие пластмассы называют термопластами, или термопластичными полимерами. К таким пластмассам относят полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды. Если же в процессе формования изделия происходит сшивка макромолекул, и полимер, твердея, приобретает пространственную структуру, то такие пластмассы называют реактопластами, или термореактивными полимерами. К ним относятся фенолоформальдегидные, карбамидные и полиэфирные смолы. Обратно в вязкотекучее состояние такие полимеры вернуть нельзя.

Кроме связующего полимера, в состав пластмасс часто вводят разные добавки: наполнители, красители, а также вещества, повышающие механические свойства, термостойкость и устойчивость к старению. Наполнители не только значительно удешевляют пластмассы, но и придают им многие специфические свойства. Например, пластмассы с наполнителем в виде алмазной и карборундовой пыли – это абразивы, т.е. шлифовальный материал. Широкому применению пластмасс способствует низкая их стоимость, легкость переработки. По свойствам пластмассы часто не уступают металлам и сплавам, а иногда даже превосходят их.
Основные потребители пластмасс – это строительная индустрия, машиностроение, электротехника, транспорт, производство упаковочных материалов, товаров народного потребления (рис. 1).

Рис. 1. Области применения пластмасс
Понятие «полимеры» часто воспринимается как категория химическая, как нечто придуманное и синтезированное изобретателями-химиками. Однако многие полимеры встречаются в природе, и не в форме брошенных человеком и загрязняющих ее отработанных изделий, а как натуральные вещества, синтезированные растительными и животными организмами.
Так, растущее в Малой Азии дерево Liuamber orientalis выделяет пахучую смолу, называемую стираксом, которую еще 3000 лет назад древние египтяне использовали при бальзамировании умерших. Стиракс, так же, как и «драконова кровь», выделяемая малайской пальмой ротангом, представляет собой не что иное, как полистирол. Жук Abax ater в случае опасности выстреливает в атакующего жидкостью, состоящей, в основном, из мономерного метилметакрилата, который, полимеризуясь на теле врага, делает его неподвижным.

Основные пластмассы и области их применения приведены в таблице 1.

Пластмассы и их применение

Ко второй группе полимерных материалов относятся волокна.

Как и все полимеры, волокна бывают природные (натуральные), искусственные и синтетические .

Природные волокна по происхождению делят на растительные , животные и минеральные .

Волокна растительного происхождения можно подразделить на:

– волокна, формирующиеся на поверхности семян (хлопок);
– волокна стеблей растений – лубяные волокна (лен, джут, пенька);
– волокна оболочек плодов (копра орехов кокосовой пальмы).
Наиболее важное волокно растительного происхождения – хлопковое – обладает хорошими механическими свойствами, износоустойчивостью, термостабильностью, умеренной гигроскопичностью. Оно применяется в производстве различных тканей и трикотажа, швейных ниток, ваты. Лен применяют для изготовления бельевых, платьевых и декоративных тканей. Лубяные волокна используют в производстве тканей, из которых изготавливают тару (мешки), канаты, веревки.

К волокнам животного происхождения относят шерсть и шелк.
Натуральная шерсть характеризуется невысокой прочностью, большой эластичностью. Применяют ее для изготовления тканей бытового и технического назначения, трикотажа, валяльно-войлочных изделий.
Натуральный шелк вырабатывают многочисленные гусеницы и пауки. Самый известный шелк выделяют шелковичные черви Bombyx mori (рис. 2).

Рис. 2. Тутовый шелкопряд. На открытке:
бабочка за откладкой яиц, гусеница, кокон
и кокон в разрезе (художник Л.В.Аристов)
Китайцам шелк был известен более чем за две с половиной тысячи лет до н.э. Секрет его изготовления охранялся государством, пока в 556 г. н.э. монахи из Европы не вывезли контрабандой из Китая яйца шелковичных червей, спрятав их в полые трости. Натуральный шелк – это очень дорогое волокно.
Например, в Японии шелковое кимоно стоит около 30 000 долларов. Раньше шелк окрашивали натуральными красителями, например, кошенилью в различные цвета: пурпурные, алые, лиловые и т.д. Такой шелк использовали для пошива одежды царствующих особ, священнослужителей, светских красавиц.
…И кажется лицо бледней
От лиловеющего шелка…
А.Ахматова
Единицей измерения шелка служит мумми. Слово это не имеет ничего общего с египетскими мумиями. Оно происходит от японского «момме». Мумми – это единица массы ткани (3,75 г), соотнесенная с одним квадратным метром ткани фабричного производства. Один квадратный метр большинства сортов шелка весит 16–22 мумми, однако некоторые китайские сорта весят только 4–8 мумми.

Химические волокна получают из растворов или расплавов волокнообразующих полимеров. Их подразделяют на следующие группы:
– искусственные (вискозное, ацетатное и др.), которые получают из природных полимеров или продуктов их переработки, главным образом из целлюлозы и ее эфиров;
– синтетические (капрон, лавсан, энант, найлон), которые получают из синтетических полимеров.
Рассмотрим еще одну группу полимеров, которую в обыденном сознании редко связывают с этим понятием. Это неорганические полимеры .
Такой неорганический полимер, как сера пластическая, нетрудно получить из кристаллической серы, выливая ее расплав в холодную воду. В результате получается резиноподобное вещество, строение которого можно отобразить так:

Элементарным звеном в этом полимере являются атомы серы.
Другие неорганические полимеры, имеющие атомную структуру, – это все аллотропные видоизменения углерода (в т.ч. алмаз и графит), селен и теллур цепочечного строения, красный фосфор, кристаллический кремний. Последний обладает полупроводниковыми свойствами и используется для изготовления солнечных батарей (рис. 3).

Рис. 3. Солнечная батарея на крыше жилого дома
Мы привели примеры простых веществ, имеющих полимерную атомную структуру. Еще более разнообразна группа неорганических полимеров – сложных веществ. Это, например, оксид кремния(IV):

Разновидностями этого полимера, который образует основную массу литосферы, являются кварц, кремнезем, горный хрусталь, агат (рис. 4).

Рис.4. Агат

Не менее распространен и такой важный для литосферы полимер, как оксид алюминия. Чаще всего оба эти полимера образуют минералы, имеющие общее название алюмосиликаты. К ним относятся, например, белая глина (каолин), полевые шпаты, слюда (рис. 5).

Рис. 5. Парагонит (слюда – природный слоистый минерал)

Почти все минералы и горные породы представляют собой природные полимеры.
Среди неорганических полимеров встречаются и волокна.
К минеральным волокнам относят асбест (рис. 6), издавна известный на Руси под названием «горный лен». Из него в «Каменном поясе» (так нередко называли Уральские горы) на предприятиях промышленников и предпринимателей Демидовых готовили несгораемое белье, которое они в качестве экзотических презентов дарили знатным людям, в том числе и императрице Екатерине Великой.

Асбест в наши дни используется для производства тепло- и огнезащитных химически стойких изделий: технических тканей, шифера, труб и др.

1. Что такое полимер, мономер, элементарное звено, степень полимеризации?
2. Какие биополимеры вы знаете? Охарактеризуйте их с использованием понятий, перечисленных в первом вопросе.
3. Что такое пластмассы? На какие группы по происхождению и по отношению к нагреванию они делятся? Приведите примеры.
4. Что такое полимеризация и поликонденсация? Сравните эти процессы. Приведите примеры. При ответе на этот вопрос используйте, в том числе, и знания по общей биологии.
5. Что такое волокна? На какие группы они делятся? Приведите примеры и расскажите о значении конкретных представителей каждой группы, используя возможности Интернета.
6. Приготовьте сообщение на тему: «Синтетические материалы и их роль в современной технике» с использованием ресурсов Интернета.
7. Какие неорганические полимеры вам известны? Что общего в их строении? Какую роль они играют в неживой природе?
8. Приготовьте сообщение на тему «Полимеры – природные минералы» с использованием ресурсов Интернета.
9. Запишите структурное звено кварца. Расскажите о разновидностях природных минералов, имеющих это структурное звено.
10. Что такое полупроводники? Чем они отличаются от проводников и диэлектриков? Какое значение имеют полупроводники в современной технике? Для ответа на эти вопросы воспользуйтесь ресурсами Интернета.
11. Подготовьте сообщение на тему «Шелк: история и развитие шелковой промышленности», используя возможности Интернета.

К неорганическим относятся полимеры, макромолекулы
которых имеют неорганические главные цепи и не содер­жат органических боковых радикалов (обрамляющих групп).

Неорганические полимеры классифицируются по про­исхождению (синтетические и природные), конфигура­ции макромолекул (линейные, разветвленные, лестнич­ные, регулярные и нерегулярные плоскосетчатые, регу­лярные и нерегулярные пространственно-сетчатые и т. д.), химической структуре главной цепи - гомоцепные (гомоатомные) и гетероцепные (гетероатомные). Природные неорганические полимеры, относящиеся к группе сетчатых, чрезвычайно распространены и в виде минералов входят в состав земной коры.

Неорганические полимеры отличаются по химиче­ским и физическим свойствам от органических или элементоорганических полимеров главным образом различ­ной электронной структурой главной цепи и отсутствием органических обрамляющих групп. Область существова­ния неорганических полимеров ограничена элементами III-IV групп Периодической системы. Большинство не­органических полимеров относится к категории минера­лов и кремнийсодержащих материалов.

БЕНТОНИТЫ

Бен­тонитовые глины - дешевое природное сырье. Благода­ря своим физико-химическим свойствам они привлекли большое внимание исследователей всего мира. Бентониты являются дисперсными системами с размером час­тиц менее 0,01 мм.

Глинистые минералы имеют сложный состав и пред­ставляют в основном алюмогидросиликаты.

Различие в строении кристаллических решеток обусловливает неодинаковую степень дисперсности глинистых минералов. Степень дис­персности каолинитовых частиц невелика и определяет­ся порядком нескольких микрон, в то время как монт­мориллониты при распаде диспергируются до элемен­тарных ячеек.

Бентониты характеризуются активным физико-хими­ческим взаимодействием с водой. Вследствие образова­ния гидратной оболочки частицы глинистых минералов способны прочно удерживать воду.

Широкое применение нашли бентониты в производстве зубных паст. По существу­ющим рецептурам в зубные пасты входят до 50% глицерина. Однако производство глицерина ограничено дефи­цитностью сырья, поэтому необходимо найти более де­шевый и доступный заменитель глицерина.

Глицерин в зубных пастах способствует стабилиза­ции твердых нерастворимых в воде веществ, предохра­нению пасты от высыхания, укреплению зубной эмали и в больших концентрациях консервирует их. Для стаби­лизации твердых нерастворимых веществ в последнее время широко используются монтмориллонитовые гли­ны. Предложено также использовать в зубных пастах вместо карбонита кальция в качестве абразивного сред­ства каолинит. Использование глинистых минералов (монтмориллонита в виде 8% геля и каолинита) в зуб­ных пастах позволяет освободить значительные количе­ства глицерина (до 27%) без ухудшения их свойств, осо­бенно при длительном хранении.

Монтморил­лониты могут быть использованы для повышения вязко­сти суппозиторных основ в суппозиториях, содержащих большие количества лекарственных препаратов. Уста­новлено, что добавление 5-15% монтмориллонита по­вышает вязкость суппозиторной основы, что обеспечивает равномерное распределение суспендированных лекар­ственных веществ в основе. Благодаря их адсорбционным свойствам глинистые минералы используются для очи­стки различных антибиотиков, ферментов, белков, ами­нокислот, витаминов.

АЭРОСИЛЫ

Аэросилы, так же как и бентониты, относятся к неорга­ническим полимерам. В противоположность бентонитам, которые являются природным сырьем, аэросилы отно­сятся к синтетическим продуктам.

Аэросилколлоидальная двуокись кремния, представляющая собой очень легкий белый по­рошок, который в тонком слое кажется прозрачным, го­лубоватым. Это высокодисперсный, микронизированный порошок с размером частиц от 4 до 40 мкм (в основном 10-30 мкм), плотностью 2,2 г/см3. Особенность аэросила состоит в его большой удельной поверхности - от 50 до 400м2/г.

Существует несколько марок аэросила, которые раз­личаются в основном по величине удельной поверхности, степени гидрофильности или гидрофобности, а также сочетаний аэросила с другими веществами. Стандарт­ный аэросил марок 200, 300, 380 имеет гидрофильную поверхность.

Аэросил получают в результа­те парофазного гидролиза четыреххлористого коемния в пламени водорода при температуре 1100-1400°С.

Многочисленными ис­следованиями установлено, что аэросил при применении внутрь хорошо переносится больными и является эффек­тивным средством при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта и других воспалительных процессов. Имеются сведения, что аэросил способствует сокращению гладкой мускулатуры и сосудов и обладает бактерицид­ными свойствами.

Благодаря фармакологи­ческой активности аэросила он нашел широкое примене­ние в фармации в различных лекарственных формах как при создании новых, так и при совершенствовании су­ществующих.

Аэросил широко применя­ется для стабилизации суспензий с различной дисперси­онной средой и суспензионных масляных линиментов. Введение аэросила в состав масляных и водно-спиртово-глицериновых суспензионных линиментов способствует повышению седиментационной и агрегативной устойчи­вости этих систем созданию достаточно прочной прост­ранственной структуры, способной удержать в ячейках иммобилизированную жидкую фазу с суспендированны­ми частицами. Установлено, что осаждение частиц твердой фазы в стабилизированных аэросилом масляных ли­ниментах происходит в 5 раз медленнее, чем в нестабилизированных.

В водных и водно-спиртовых суспензиях стабилизи­рующее действие аэросила обусловлено, в основном, электростатическими силами.

Одним из свойств аэросила является его заглушаю­щая способность. Это свойство используется для полу­чения аэросилсодержащих гелей с целью использова­ния их в качестве мазевых основ, или являются самостоятельными лекарственными препаратами при лечении ран, язв, ожогов.

Изучение биологических свойств аэросилсодержащих гелей показало, что они не оказывают раздражающего и общетоксичеокого действия.

Для мазей неомициновых и неомицин-преднизолоновых (с содержанием неомицина сульфата и преднизолона ацетата соответственно 2 и 0,5%) предложена эсилон-аэросильная основа. Мази, содержащие аэросил, гидрофобны, легко выдавливаются из туб, хорошо удержива­ются на коже и обладают пролонгирующим действием.

Аэросил находит широкое применение в качестве вспомогательного вещества в производстве таб­леток: он сокращает время распадаемости таблеток, об­легчает гранулирование и гидрофилирование липофильных лекарственных веществ, улучшает текучесть, позво­ляет вводить несовместимые и химически нестойкие лекарственные вещества.

Введение аэросила в суппозиторную массу способст­вует повышению вязкости, регуляции интервала плава­ния, придает массе гомогенный характер и уменьшает расслоение, обеспечивает равномерное распределение лекарственных веществ и более высокую точность дози­ровки, позволяет вводить жидкие и гигроскопические ве­щества. Суппозитории, содер­жащие аэросил, не раздражают слизистую оболочку прямой кишки. В пилюлях аэросил используется для со­хранности их в сухом виде.

Аэросил входит в состав зубоврачебного пломбировочного материала как наполнитель, обеспечивающий хорошие структурно-механические свойства пломбиро­вочного материала. Он используется также в различных лосьонах, применяемых в парфюмерии и косметике.

Заключение

При подведении итогов курсовой работы, можно сделать вывод о существенной роли высокомолекулярных соединений в технологии лекарственных препаратов. Из приведенной классификации видно, насколько широк спектр использования рассматриваемых соединений, а отсюда вытекает вывод об эффективности их использования в фармацевтическом производстве. Во многих случаях нам не обойтись без их использования. Это имеет место в использовании пролонгированных лекарственных формах, для сохранения стабильности препарата при его хранении, упаковки готовых препаратов. Немаловажную роль высокомолекулярные вещества играют при получении новых лекарственных форм (напр. ТДС).

Но не только в фармации высокомолекулярные соединения нашли свое применение. Эффективно использование их в таких отраслях как пищевая, при производстве СМС, в химическом синтезе, а также других отраслях.

На сегодняшний день, я считаю, рассматриваемые мною соединения в полной мере используются в фарм производстве, но все же, хотя методы и способы их использования давно известны и зарекомендовали себя с положительной стороны, все глубже продолжают изучать их роль и цели при производстве лекарственных препаратов.

Список литературы

1. Биофармация: Учеб. для студ. фармац. вузов и фак./ А.И. Тихонов, Т.Г. Ярных, И.А. Зупанец и др.; Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2003.– 240 с. ;

2. Гельфман М.И. Коллоидная химия / Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. – С.Пб. и др.: Лань, 2003. - 332 с.;

3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фармац. вузов и факультетов / Под ред. К.И. Евстратовой. – М.: Высш. шк., 1990. – 487 с.;

4. Машковский М.Д. Лекарственные средства: В 2 т.– 14-е изд., перераб., испр. и доп. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2000. – Т. 1.– 540 с.;

5. Полимеры медицинского назначения /Под ред. Сэноо Манабу. – М.: Медицина, 1991. – 248 с.;

6. Тихонов А.И., Ярных Т.Г. Технология лекарств: Учеб. для фармац. вузов и фак.: Пер. с укр. / Под ред. А.И. Тихонова. – Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2002. – 704 с.;

7. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.;

8. Фармацевтическая технология: технология лекарственных форм. Под ред. И.И. Краснюка и Г. В. Михайловой, - М: «Академия», 2004г., 464с.;

9. Энциклопедии полимеров, т. 1, ред. В. А. Каргин, М., 1972 – 77с;

10. Шур А.М., Высокомолекулярные соединения, 3 изд., М., 1981;

11. Алюшин М.Т. Силиконы в фармации, - М., 1970. – 120с.;

12. Муравьев И.А. Физико-химические аспекты использования основообразующих и вспомогательных веществ в лекарственных суспензионных системах: учебн. пособие / И.А. Муравьев, В.Д. Козьмин, И.Ф. Кононихина. – Ставрополь, 1986. – с.61;

13. ПАВ и ВМС в технологии лекарственных форм. Лекарственные средства. Экономика, технология и перспективы получения. Обзор информации/ Г.С. Башура, О.Н. Клименко, З.Н. Ленушко и др. – М.: ВНИИСЖТИ, 1988. – вып. 12. – 52с.;

14. Полимеры в фармации / Под ред. А.И. Тенцовой и М.Т. Алюшина. – М., 1985. 256с.

15. ru.wikipedia.org/wiki/Полимер

16. www. pharm vestnik. ru

В 1833 году Й. Берцелиус ввел в обиход термин «полимерия», которым он назвал один из видов изомерии. Такие вещества (полимеры) должны были обладать одинаковым составом, но разной молекулярной массой, как например этилен и бутилен. К современному пониманию термина «полимер» умозаключение Й. Берцелиуса не соответствует, потому что истинные (синтетические) полимеры в то время еще не были известны. Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) годам.

Химия полимеров возникла только после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений и получила дальнейшее развитие благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука (Г. Бушарда, У. Тилден, К Гарриес, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев). С начала 20-х годов 20 века стали развиваться теоретические представления о строении полимеров.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Полимеры — химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов) , молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).

Классификация полимеров

Классификация полимеров основана на трех признаках: их происхождении, химической природе и различиях в главной цепочке.

С точки зрения происхождения все полимеры подразделяют на природные (натуральные), к которым относят нуклеиновые кислоты, белки, целлюлозу, натуральный каучук, янтарь; синтетические (полученные в лаборатории путем синтеза и не имеющие природных аналогов), к которым относят полиуретан, поливинилиденфторид, фенолформальдегидные смоли и др; искусственные (полученные в лаборатории путем синтеза, но на основе природных полимеров) – нитроцеллюлоза и др.

Исходя из химической природы, полимеры делят на полимеры органической (в основе мономер – органическое вещество – все синтетические полимеры), неорганической (в основе Si, Ge, S и др. неорганические элементы – полисиланы, поликремниевые кислоты) и элементоорганической (смесь органических и неорганических полимеров – полислоксаны) природы.

Выделяют гомоцепные и гетероцепные полимеры. В первом случае главная цепь состоит из атомов углерода или кремния (полисиланы, полистирол), во втором – скелет из различных атомов (полиамиды, белки).

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны два агрегатных состояния – кристаллическое и аморфное и особые свойства – эластичность (обратимые деформации при небольшой нагрузке — каучук), малая хрупкость (пластмассы), ориентация при действии направленного механического поля, высокая вязкость, а также растворение полимера происходит посредством его набухания.

Получение полимеров

Реакции полимеризации – цепные реакции, представляющие собой последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема получения полимера

Так, например, полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса молекулы достигает 1миллиона.

n CH 2 =CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -)-

Химические свойства полимеров

В первую очередь для полимеров будут характерны реакции, характерные для функциональной группы, присутствующей в составе полимера. Например, если в состав полимера входит гидроксо-группа, характерная для класса спиртов, следовательно, полимер будет участвовать в реакциях подобно спиртам.

Во-вторых, взаимодействие с низкомолекулярными соединениями, взаимодействие полимеров друг с другом с образованием сетчатых или разветвленных полимеров, реакции между функциональными группами, входящими в состав одного и того же полимера, а также распад полимера на мономеры (деструкция цепи).

Применение полимеров

Производство полимеров нашло широкое применение в различных областях жизни человечества — химической промышленности (производство пластмасс), машино – и авиастроении, на предприятиях нефтепереработки, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (производство гербицидов, инсектицидов, пестицидов), строительной промышленности (звуко- и теплоизоляция), производство игрушек, окон, труб, предметов быта.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 1

Задание	Полистирол хорошо растворяется в неполярных органических растворителях: бензоле, толуоле, ксилоле, тетрахлориде углерода. Вычислите массовую долю (%) полистирола в растворе, полученном растворением 25 г полистирола в бензоле массой 85г. (22,73%).
Решение	Записываем формулу для нахождения массовой доли: Найдем массу раствора бензола: m р-ра (C 6 H 6) = m(C 6 H 6)/(/100%)