Предисловие
В течение многих десятилетий общий теоретический курс «Высокомолекулярные соединения» входит в образовательные программы химических, химико-технологических и биологических факультетов и отделений ведущих отечественных вузов. Цель курса — ознакомление студентов с основами науки о полимерах, ее важнейшими теоретическими положениями и практическими приложениями, знание которых необходимо широкому кругу специалистов.
В настоящее время во всем мире профессиональная деятельность более 60% химиков непосредственно связана с полимерами. Учитывая тенденции развития современного материаловедения, направленные на создание композиционных и гибридных материалов с применением последних достижений нанохимии и нанотехнологий, к когорте «полимерщиков» следует отнести значительную часть физиков, материаловедов, технологов и инженеров.
Объективной основой фундаментальной научной дисциплины «Высокомолекулярные соединения» служит тезис о том, что полимерное состояние — это особая форма существования химических веществ, которая в основных химических, физико-химических и физических проявлениях принципиально отличается от низкомолекулярных соединений или, по крайней мере, характеризуется рядом специфических черт. В рамках данного направления все существенные аспекты науки о полимерах рассматривают с единой позиции, базирующейся на представлениях о макромолекулярной цепной природе полимера.
Настоящий учебник обобщает многолетний опыт преподавания курса «Высокомолекулярные соединения» на химическом факультете Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Данный учебный курс был создан в результате труда большого коллектива преподавателей и сотрудников кафедры высокомолекулярных соединений. Значительный вклад в его разработку внесли В. А. Кабанов, Н. А. Платэ, Н. Ф. Бакеев, А. В. Ермолина, А. В. Волынский, В. И. Герасимов, В. Б. Голубев, Е. С. Гарина, А. В. Ефимов, В. А. Изумрудов, В. А. Касаикин, Л. Б. Строганов, В. С. Пше- жецкий и др., а также авторский коллектив предлагаемого учебника.
Учебник включает семь глав, в которых изложены современные представления о молекулярной и надмолекулярной структуре полимеров, их физико-химическом и физико-механическом поведении, о поведении макромолекул в растворе, о полиэлектролитах, об основных подходах и закономерностях синтеза и химических реакций макромолекул, а также рассмотрены основные тенденции развития полимерного материаловедения. Изложение теоретических основ науки о полимерах сопровождается методическим комплексом, включающим примеры решения задач, контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы.
В результате освоения данного учебника студент должен:
знать
- • основные определения, понятия и термины науки о полимерах;
- • принципы классификации полимеров и полимерных материалов;
- • особенности строения макромолекул и структуры аморфных и кристаллических полимеров;
- • особенности физико-химического, физического и механического поведения полимеров;
- • основные методы исследования полимеров;
- • механизмы и способы синтеза полимеров и химических реакций с их участием;
- • перспективы и тенденции использования полимеров;
- • химические, физико-химические и физические основы создания конструкционных и функциональных полимерных материалов;
уметь
- • определять и рассчитывать размеры макромолекул и молекулярномассовые характеристики полимеров;
- • прогнозировать поведение раствора полимера и параметры макромолекулы при изменении температуры и качества растворителя;
- • оценивать основные физико-механические параметры полимерного материала (модуль упругости, предел вынужденной эластичности, прочность, удлинение при разрыве) на основе результатов механических испытаний;
- • определять температуры релаксационных и фазовых переходов, используя механические и теплофизические методы исследования;
- • выбирать оптимальный тип полимеризации для данного мономера;
- • оценивать предельную температуру полимеризации и молекулярную массу полученного полимера;
- • строить диаграмму состава сополимера по известным значениям констант сонолимеризации;
- • оценивать состав конечного полимера после протекания химических реакций;
- • рассчитывать степень сшивки полимерной сетки;
- • оценивать изменение эксплуатационных параметров полимеров и материалов на их основе при химической, физической и физико-химической модификации, смешении и наполнении;
владеть
- • методами моделирования изолированных макромолекул и расчетными процедурами оценки их размеров;
- • методологией изучения полимеров в растворе и математическим аппаратом расчета характеристик высокомолекулярного соединения на основе уравнений Хаггинса, Флори —Фокса и Марка — Куна — Хаувипка;
- • основными теориями, механизмами и моделями, описывающими физико-механическое и физическое поведение полимеров в растворах, расплавах и в твердом состоянии;
- • методологией производства полимерных материалов с заданным комплексом свойств;
- • приемами регулирования реакций синтеза полимеров, изомерии и молекулярно-массовых характеристик конечного материала путем изменения концентраций компонентов, температуры, качества растворителя и т.д.;
- • принципами направленной модификации химической структуры полимера для придания материалу требуемого комплекса свойств;
- • методологией создания новых полимерных материалов на основе взаимосвязи «состав — структура — свойство».
Учебник соответствует действующим типовым образовательным программам российских университетов, однако может быть использован и для химико-технологических вузов.
Авторы: Аржаков Максим, Зезин Александр, Антипина Алла, Ефимова Анна, Жирнов Артём, Королев Борис
