Файл: Нестареющие полимеры..pdf

тивные радикалы, скажем, два-три на тысячи триллио­ нов молекул вещества. Количество активных радикалов более или менее быстро растет. Вот их уже тысячи, миллионы. Однако по сравнению с числом молекул, на которые они «нападают», их все еще ничтожно мало. Они не более чем капля в море. Поэтому никаких из­ менений в химических и физических свойствах вещества, охваченного цепной реакцией разрушения, нельзя об­ наружить до определенного времени — они станут явны­ ми по окончании индукционного периода.

Можно представить себе случай, когда индукционный период цепной реакции разрушения полимеров будет таким длительным, что деталь из пластмассы или поли­ винилхлоридный «прозрачный» плащ успеют износиться раньше, чем обнаружится их старение. Практически та­ кие полимерные материалы можно назвать нестарею­ щими, хотя от обычных, стареющих, полимеров они будут отличаться только длительностью индукционного периода цепных реакций распада полимерных молекул.

Если бы нам удалось искусственным путем продлить индукционный период, мы бы сказали: проблема борь­ бы со старением полимеров решена.

Чтобы добиться этого, рядом с активными радикала­ ми или с молекулами промежуточных веществ, возни­ кающих (во время цепной реакции, должны оказаться в момент их появления какие-то химические соединения, которым радикалы или промежуточные вещества «отда­ дут предпочтение» перед молекулой полимера. При этом необходимо, чтобы образовалось химическое соединение, прочно удерживающее радикал.

Радикалы очень активны. Известны десятки и сотни химически активных веществ, которые могли бы реаги­ ровать с радикалами. И если бы не ряд досадных об­ стоятельств, о которых речь пойдет в следующей главе, поиски' химических противостарителей," или, как их

5»

обычно называют, ингибиторов, были бы хотя и кро~ потливым, но-не слишком сложным делом. О некоторых требованиях, предъявляемых к ингибиторам, надо, впро­ чем, сказать уже сейчас.

Мы только что подчеркнули: рядом с радикалом должно оказаться вещество, способное его связать. Но что значит «рядом»? На расстоянии в 'миллиметр или в полмиллиметра? Нет, -когда речь идет о химическом -взаимодействии двух или нескольких веществ, милли­ метры могут считаться астрономическими расстояниями. Свободный пробег радикалов измеряется тысячными и даже миллионными долями миллиметра, и именно на этом ничтожном пространстве они должны быть «пере­ хвачены» ингибиторами.

Употреблялось нами и такое выражение: противостаритель должен оказаться рядом с радикалом в мо­ мент его появления. Если пробег радикала равен столь малым долям миллиметра, то время его «жизни» изме­ ряется еще меньшими долями секунды.

При этих условиях, очевидно, нельзя рассчитывать на то, чтобы ингибиторы, подобно командам пожарных, мчались на место происшествия после того, как появят­ ся опасные радикалы. Ингибиторы обязаны ждать их появления. Они должны быть вездесущими, так как никто не может заранее предсказать, в какой точке поверхности полимерного изделия начнется разруши­ тельная цепная реакция. Одновременно в разных местах обычно возникают миллиарды крохотных «очагов заго­ рания», и -возле каждого должен дежурить ингибитор— «огнетушитель». Добавим, что ингибиторы обязаны быть в боевой готовности и сегодня, и через месяц, и через год — в течение всего срока службы изделия из полимера.

Вот одна из причин, по которой приходится вводить в состав полимеро-в довольно значительные количества

53

противостарителей: 0,5—1,0 или даже 10 процентов. Вот почему к ингибиторам, при всем разнообразии их свойств, предъявляется обязательное требование они должны быть хорошо растворимы в полимерах; только тогда может быть выполнено основное условие успеш­ ной борьбы с цепными реакциями: молекулы ингиби­

щихся в процессе цепной реакции. Таким веществом, например, является хлористый водород, выделяющийся при старении поливинилхлорида. «Основная роль боль­ шинства технических стабилизаторов поливинилхлори­ да,— читаем мы в одном руководстве, — заключается в удалении хлористого .водорода по мере его образова­ ния». . ■\

Веществами, связывающими молекулы хлористого водорода, оказались, в частности, мыла: «стеарат свин­ ца», «октоат свинца», «фталат свинца», а также мыла, содержащие барий, кадмий, литий.

На том же рис. 8 было видно, что вещества типа RH реагируют е перекисиой группой, в которой один из атомов кислорода имеет свободную силу сцепления. Немного подумав, вы предложите еще один способ борьбы со старением полимера: оставим в покое моле­ кулы RH и радикалы хлора; позаботимся о том, чтобы связать как-то лерекисные группы.

...По живой цепочке передаются ведра с водой, кир­ пичи или еще какие-нибудь предметы. Достаточно, чтобы два-три человека в цепочке оказались не способ­ ными перехватывать ведра (пусть руки у них будут заняты), и правильная, непрерывная подача воды пре­ кратится: цепная реакция оборвется...

60.

Отсюда еще одно направление в борьбе со старе* нием полимеров: перед ингибиторами ставится задача заполнить свободные связи больших молекул, внедрить­ ся в них с тем, чтобы ни молекулы хлористого водорода, ни другие промежуточные вещества не могли поддержи­ вать цепные реакции разрушения полимеров.

Для каждого полимера, в зависимости от того, какие цепные |реакции ему угрожают и какие радикалы и промежуточные вещества образуются, приходится изыс­ кивать специфические противостарители. Можно ска­ зать, что противостаритель должен подходить к реак­ ции, как ключ к замку. А так как полимеров много и химические превращения их сложны, то правильный выбор ингибиторов требует от исследователя не только больших знаний, но и настойчивости, упорства, терпе­ ния, особого «химического чутья».

Положение осложняется тем, что во многих случаях механизм действия ингибиторов плохо изучен. Извест­ но, например, что многие химические соединения, ста­ билизирующие поливинилхлорид, содержат металлы. Металлы, по-видимому, обладают способностью обры­ вать радикальные реакции. Механизм обрыва не из­ вестен.

Эта неизвестность очень усложняет и без того не легкую работу тех, кто ищет ингибиторы. Но о главных трудностях мы еще не сказали: о них в следующей главе.

Впрочем, наряду с условиями, усложняющими поис­ ки ингибиторов, есть, так сказать, и благоприятные факторы. Прежде всего, самое явление старения уже довольно давно известно химикам. Советские ученые, например, задолго до того, как перед ними была по­ ставлена задача продления жизни полимеров, научились успешно бороться с окислением некоторых бензинов и смазочных масел — с окислением, механизм которого

61

нее, чем эмпириком. Теоретик должен держать в голове множество формул и принципов, гипотез и теорий, руко­ водствуясь которыми он создает новые формулы и прин­ ципы, гипотезы и теории. А эмпирик, не слишком утруж­ дая себя размышлениями, ставит один за другим опыты, пока не получится нужный результат.

Вот, например, Эдисон. Рассказывают, что в поисках подходящего материала для изготовления нитей в лам­ почках накаливания он перепробовал все сорта древе­ сины со всех концов света и еще сотни других веществ. И в конце концов создал стойкую нить, навеки просла­ вив этим свое имя.

Все это можно принять за шутку. Но если это шутка, то и она содержит в себе серьезное зерно. Дело в том, что и в наше время, когда теория помогает эксперимен­ татору, освещает путь практике, предсказывает резуль­ таты опытов, существуют очень важные области науч­ ных и технических исследований, где часто приходится

63

передвигаться вперед на ощупь, где все еще господ­ ствует эмпиризм.

Об этом говорил в 1960 году известный советский ученый академик П. Л. Капица:

«Значение эмпиризма как метода научного исследо­ вания :нельзя отрицать. Напротив, он является одним из важнейших методов научного исследования, но поль­ зоваться им очень трудно, главным образом, потому, что он требует огромного терпения. Я сам, например, не смог бы работать эмпирически, так как это требует слишком больших усилий. Эмпирические методы очень трудны.

Мы знаем приблизительно сто металлов— ограни­ чимся ими. Описание свойств металла, его прочности, жаропрочности, упругости и т. д. занимает одну стра­ ницу. Всего получится 100 страниц. Бинарные сплавы— это уже два тома в 10 000 страниц, то есть 1002. Сплавы тройных систем — уже миллионы страниц. Описать эти материалы, исследовать их невозможно — эмпиризм уже бессилен. Но на практике используют сплавы из четырех компонентов. Эти сплавы помогают преодолеть ряд трудностей. Таким образом, мы отстаем в теорети­ ческом решении этого вопроса. Возможно, что эти во­ просы следует решать не тем или иным научным мето­ дом, а использовать для их решения счетные машины».

просы опытным путем, методом проб и ошибок, эмпири­ чески. Именно так обстоит дело в ряде случаев с по­ исками ингибиторов — прежде всего потому, что теория старения полимеров еще недостаточно разработана.

Конечно, это не значит, что поиски новых соединений ведутся наугад. В работе исследователей есть опреде­ ленная система, вернее, даже много систем. Но абсо­ лютно безошибочных систем поисков пока еще нет.

64

Конечная остановка — АКЗ

Немногим более ста лет назад Лермонтов написал:

Тамбов на карте генеральной

Кружком означен не всегда...

До самой Великой Октябрьской социалистической

.революции Тамбов оставался ничем не примечательным провинциальным городом.

...Троллейбус (интересно, что в Тамбове никогда не было трамваев — прямо из века пролеток и линеек он «перескочил» в век автобусов и троллейбусов) быстро идет по улицам, застроенным четырех-пятиэтажными домами, мимо скверов и памятников, мимо районов, над которыми господствуют башенные краны новостро­ ек, к конечной остановке третьего маршрута— АКЗ.

АКЗ — огромный анилино-красочный завод, на тер­ ритории которого расположен НИИХИМПОЛИМЕР — Научно-исследовательский институт химикатов для по­

работа уже ведется в этом институте довольно широким фронтом.

Первые работники института вышли из стен АКЗ. И вообще, соседство института с заводом не совсем слу­ чайно: многие из веществ, использующихся в анилино­ красочном производстве, находят широкое применение и в полимерной промышленности.

Тамбовский НИИХИМПОЛИМЕР — единственный в Советском Союзе институт, главной задачей которого являются поиски ингибиторов. На этот институт возла­ гается координация усилий всех советских ученых, рабо-

тающих с ингибиторами. Иными словами, институт ста­ новится головным.

Но вернемся к тем, кто ищет ингибиторы.

Все начинается с информации

Эйнштейна, совершившего в начале нашего века величайшую революцию в естествознании, не трудно представить себе сидящим за столом, на котором лежит только лист чистой бумаги. Теоретики могут, по край­ ней мере на некоторых важных этапах своей работы, обойтись без литературных справок, без вырезок и вы­ писок из сотен специальных статей и отчетов. Но те, кто делает открытия и изобретения опытным путем, лишены такой возможности. Чтобы не повторить уже сделанно­ го, чтобы не попасть в смешное положение человека, открывающего «америки», необходимо быть в курсе всех работ, ведущихся в той же области, и знать резуль­ таты возможно большего количества опытов как удач­ ных, так и приведших к отрицательному результату — ведь и на ошибках учатся!

Экспериментальное исследование без хорошо нала­ женной информации в наше время не только невероятно сложно, но и бесперспективно. Своевременная же, опе­ ративная, четкая информация может до некоторой сте­ пени облегчить трудности исследований.

Однако собрать и обработать нужную информацию— не легкое дело. В настоящее время число периодических изданий, выходящих во всех странах мира, превысило 80 тысяч названий. На долю естественных и технических наук приходится около 45 тысяч журналов, а в них ежегодно публикуется свыше трех миллионов статей! Кроме того, в мире ежегодно публикуется свыше 200 тысяч описаний к патентам и авторским свидетельствам,

66