Физическое воздействие → химическая реакция → изменение физической структуры

В промышленности данный вид модификации нашел очень широкое применение. Так, успешно используется радиационная модификация полимеров: сшивка полиэтилена под действием γ-облучения, радиационно-химическое отверждение ненасыщенных полиэфирных, эпоксидно-полиэфирных и других ненасыщенных полимеров и олигомеров. Возможно инициирование химических процессов при переработке полимеров, когда материал подвергается высоким тепловым и механическим нагрузкам. В этом случае модификацию можно проводить непосредственно в процессе переработки, например, осуществлять прививку. Другой пример — модификация поверхности гидрофобных полиолефинов обработкой коронным разрядом. При этом во внешних слоях образуются карбонильные группы, способствующие гидрофилизации поверхности и увеличению адгезии к другим материалам.

Из рассмотрения всех аспектов модификации полимеров — химической и физической — следует, что термин «модификация» обозначает вполне определенные приемы изменения химического строения и физической структуры полимеров. Ошибочно называть модификацией наполнение полимеров, армирование, смешение и т. п., поскольку эти процессы не связаны с изменениями самого полимера, а являются созданием на основе полимера изделия. Иначе можно прийти к терминологической путанице, и любое действие, совершаемое над полимером, называть его модификацией.

Ниже рассмотрены некоторые примеры описанных приемов модификации полимеров.

Модификация полимеров низкомолекулярными веществами (на примере производных целлюлозы)

Целлюлоза — один из немногих природных полимеров, который нашел широчайшее применение в промышленности. Но область применения целлюлозы была бы весьма ограниченной, если бы не многочисленные ее производные, получаемые химической модификацией. В составе макромолекул целлюлозы содержатся реакционноспособные гидроксильные группы:

Вот только некоторые направления химической модификации целлюлозы низкомолекулярными веществами:

Дадим краткое описание получающихся по этим схемам продуктов:

1. Тринитроцеллюлоза (пироксилин) — бездымный порох; характеризуется чрезвычайно высокой скоростью горения (за 1с сгорает 9км нити диаметром 1мм!), сопровождающегося выделением огромного количества энергии: 3,15 МДж/кг. Если нитрование прошло не по всем ОН-группам, то такой материал называется коллоксилин. Он — основа целлулоида, включающего кроме нитроцеллюлозы еще 20-40 % пластификатора и до 1 % красителя. Раньше из целлулоида изготавливали широкий ассортимент бытовых изделий, в том числе и игрушки. Возрастающий уровень гуманизма в современном обществе привел к переходу промышленности игрушек на куда менее горючие полиолефины и стирольные пластики.

2. Ацетат целлюлозы (техническое название: ацетилцеллюлоза) — менее горючее про­изводное, чем нитрат. Перерабатывается в ацетатные волокна и идет на производство трикотажных изделий: дешевых, практичных, эффектных, но крайне не комфортных. Производство ацетатных волокон — одно из старейших в технологии пластмасс; ему уже 100 лет.

3. Ксантогенат целлюлозы — основа для производства вискозы. Омылением ксантогената получают так называемую гидратцеллюлозу (практически исходную целлюлозу, отличающуюся в основном молекулярно-массовой характеристикой), использующуюся в виде целлофана, например, для оболочки колбасных изделий. Вискоза — раствор ксантогената целлюлозы в водной щелочи; ее продавливают через фильеры и получают тончайшие нити.

Все эти производные целлюлозы — пример искусственных волокон, получаемых из природного сырья. Однако они стремительно вытесняются синтетическими материалами.

4. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы — продукт взаимодействия с моно-хлоруксусной кислотой (или ее натриевой солью). Очень распопространненное вы­сокомолекулярное поверхностно-активное вещество. Входит в состав моющих средств, используется в качестве загустителя в пищевой, косметической и медицин­ской промышленности, является основой обойных клеев.

5. Метилцеллюлоза — полимер, растворимый даже в холодной воде, но не растворяющийся в горячей. Этот эфир целлюлозы самый устойчивый к термоокисли­тельной деструкции. Используется для клеев и как поверхно-активное вещество.

6. Оксиэтилцеллюлоза — продукт присоединения окиси этилена по гидроксильным группам целлюлозы. Также является распространенным поверхностно-активным веществом (используется, например, как эмульгатор при эмульсионной полимеризации винилацетата), загустителем для водных систем.