Mulți sunt interesați de întrebarea ce structură au polimerii. Răspunsul la acesta va fi dat în acest articol. Proprietățile polimerului (denumite în continuare - P) sunt în general împărțite în mai multe clase în funcție de scara la care este definită proprietatea, precum și de baza sa fizică. Cea mai de bază calitate a acestor substanțe este identitatea monomerilor lor constituenți (M). Al doilea set de proprietăți, cunoscut sub numele de microstructură, denotă în esență aranjarea acestor M în P pe o scară de unu Z. Aceste caracteristici structurale de bază joacă un rol major în determinarea proprietăților fizice în vrac ale acestor substanțe, care arată modul în care P se comportă ca un material macroscopic. Proprietățile chimice la scară nanometrică descriu modul în care lanțurile interacționează prin diferite forțe fizice. La o scară macro, ele arată modul în care P de bază interacționează cu alte substanțe chimice și solvenți.
Identitate
Identitatea legăturilor care se repetă care alcătuiesc P este prima șicel mai important atribut. Nomenclatura acestor substanțe se bazează de obicei pe tipul de reziduuri monomerice care alcătuiesc P. Polimerii care conțin doar un singur tip de unitate repetată sunt cunoscuți ca homo-P. În același timp, Ps care conține două sau mai multe tipuri de unități repetate sunt cunoscuți ca copolimeri. Terpolimerii conțin trei tipuri de unități repetate.
Polistirenul, de exemplu, constă numai din reziduuri de stiren M și, prin urmare, este clasificat ca Homo-P. Acetatul de etilenă vinil, pe de altă parte, conține mai mult de un tip de unități repetate și este astfel un copolimer. Unii P biologici sunt compusi din multe resturi monomerice diferite, dar legate structural; de exemplu, polinucleotidele precum ADN-ul sunt formate din patru tipuri de subunități nucleotidice.
O moleculă de polimer care conține subunități ionizabile este cunoscută ca polielectrolit sau ionomer.
Microstructură
Microstructura unui polimer (uneori numită configurație) este legată de aranjarea fizică a resturilor M de-a lungul lanțului principal. Acestea sunt elemente ale structurii P care necesită ruperea unei legături covalente pentru a se modifica. Structura are o influență puternică asupra altor proprietăți ale P. De exemplu, două mostre de cauciuc natural pot prezenta durabilitate diferită chiar dacă moleculele lor conțin aceiași monomeri.
Structura și proprietățile polimerilor
Acest punct este extrem de important de clarificat. O caracteristică microstructurală importantă a structurii polimerului este arhitectura și forma sa, care sunt legate de modul în carepunctele de ramificație conduc la o abatere de la un lanț liniar simplu. Molecula ramificată a acestei substanțe constă dintr-un lanț principal cu una sau mai multe catene laterale sau ramuri substituente. Tipurile de P ramificate includ P stele, Ps pieptene, Ps perie, Ps dendronizat, Ps scară și dendrimeri. Există, de asemenea, polimeri bidimensionali care constau din unități repetate topologic plate. O varietate de tehnici pot fi utilizate pentru a sintetiza materialul P cu diferite tipuri de dispozitive, cum ar fi polimerizarea vie.
Alte calități
Compoziția și structura polimerilor în știința polimerilor sunt legate de modul în care ramificarea duce la abaterea de la un lanț P strict liniar. Ramificarea poate avea loc aleatoriu sau reacțiile pot fi proiectate pentru a viza arhitecturi specifice. Aceasta este o caracteristică microstructurală importantă. Arhitectura unui polimer afectează multe dintre proprietățile sale fizice, inclusiv vâscozitatea soluției și topiturii, solubilitatea în diferite compoziții, temperatura de tranziție sticloasă și dimensiunea bobinelor P individuale în soluție. Acest lucru este important pentru studierea componentelor conținute și a structurii polimerilor.
Branching
Se pot forma ramuri atunci când capătul în creștere al unei molecule de polimer se atașează fie (a) înapoi la sine, fie (b) de o altă catenă P, ambele, prin retragerea hidrogenului, pot crea o zonă de creștere pentru mijloc. lanț.
Efect de ramificare - reticulare chimică -formarea de legături covalente între lanțuri. Reticulare tinde să crească Tg și să crească rezistența și tenacitatea. Printre alte utilizări, acest proces este utilizat pentru întărirea cauciucurilor într-un proces cunoscut sub numele de vulcanizare, care se bazează pe reticulare a sulfului. Anvelopele auto, de exemplu, au o rezistență ridicată și o reticulare pentru a reduce scurgerile de aer și pentru a le crește durabilitatea. Cauciucul, pe de altă parte, nu este reticulat, ceea ce permite cauciucului să se desprindă și previne deteriorarea hârtiei. Polimerizarea sulfului pur la temperaturi mai ridicate explică, de asemenea, de ce devine mai vâscos la temperaturi mai ridicate în starea topit.
Grid
O moleculă de polimer foarte reticulat se numește o rețea P. Un raport de reticulare la catena (C) suficient de mare poate duce la formarea unei așa-numite rețele sau gel infinit, în care fiecare astfel de ramuri este legată de cel puțin una alta.
Odată cu dezvoltarea continuă a polimerizării vii, sinteza acestor substanțe cu o arhitectură specifică devine din ce în ce mai ușoară. Sunt posibile arhitecturi precum stea, pieptene, perie, dendronizat, dendrimeri și polimeri inel. Acești compuși chimici cu arhitectură complexă pot fi sintetizați fie folosind compuși de pornire special selectați, fie mai întâi prin sintetizarea lanțurilor liniare care suferă reacții ulterioare pentru a se lega între ele. P-urile înnodate constau din multe ciclizări intramolecularelegături într-un lanț P (PC).
Branching
În general, cu cât gradul de ramificare este mai mare, cu atât lanțul polimeric este mai compact. Ele afectează, de asemenea, încurcarea lanțului, capacitatea de a aluneca unul pe lângă celăl alt, care, la rândul său, afectează proprietățile fizice în vrac. Tulpinile cu lanț lung pot îmbunătăți rezistența polimerului, duritatea și temperatura de tranziție sticloasă (Tg) datorită creșterii numărului de legături din compus. Pe de altă parte, o valoare aleatorie și scurtă a lui Z poate reduce rezistența materialului din cauza unei încălcări a capacității lanțurilor de a interacționa între ele sau de a cristaliza, ceea ce se datorează structurii moleculelor de polimer.
Un exemplu de efect al ramificării asupra proprietăților fizice poate fi găsit în polietilenă. Polietilena de în altă densitate (HDPE) are un grad foarte scăzut de ramificare, este relativ rigidă și este utilizată la fabricarea, de exemplu, a vestelor antiglonț. Pe de altă parte, polietilena de joasă densitate (LDPE) are o cantitate semnificativă de fire lungi și scurte, este relativ flexibilă și este utilizată în aplicații precum foliile de plastic. Structura chimică a polimerilor favorizează tocmai astfel de aplicații.
Dendrimeri
Dendrimerii sunt un caz special de polimer ramificat, în care fiecare unitate monomerică este, de asemenea, un punct de ramificare. Acest lucru tinde să reducă încurcarea lanțului intermolecular și cristalizarea. O arhitectură înrudită, polimerul dendritic, nu este perfect ramificat, dar are proprietăți similare dendrimerilor.datorită gradului lor ridicat de ramificare.
Gradul de complexitate structurală care apare în timpul polimerizării poate depinde de funcționalitatea monomerilor utilizați. De exemplu, în polimerizarea cu radicali liberi a stirenului, adăugarea de divinilbenzen, care are o funcționalitate de 2, va duce la formarea de P ramificat.
Polimeri de inginerie
Polimerii proiectați includ materiale naturale precum cauciucul, materialele sintetice, materialele plastice și elastomerii. Sunt materii prime foarte utile deoarece structurile lor pot fi modificate și adaptate pentru a produce materiale:
- cu o gamă largă de proprietăți mecanice;
- într-o gamă largă de culori;
- cu proprietăți de transparență diferite.
Structura moleculară a polimerilor
Un polimer este format din multe molecule simple care repetă unități structurale numite monomeri (M). O moleculă a acestei substanțe poate consta din sute până la milioane de M și poate avea o structură liniară, ramificată sau de rețea. Legăturile covalente țin atomii împreună, iar legăturile secundare țin apoi grupurile de lanțuri polimerice împreună pentru a forma polimaterialul. Copolimerii sunt tipuri ale acestei substanțe, constând din două sau mai multe tipuri diferite de M.
Un polimer este un material organic, iar baza oricărui astfel de tip de substanță este un lanț de atomi de carbon. Un atom de carbon are patru electroni în învelișul său exterior. Fiecare dintre acești electroni de valență poate forma un covalento legătură cu un alt atom de carbon sau cu un atom străin. Cheia pentru înțelegerea structurii unui polimer este că doi atomi de carbon pot avea până la trei legături în comun și încă se pot lega cu alți atomi. Elementele cel mai frecvent întâlnite în acest compus chimic și numerele de valență ale acestora sunt: H, F, Cl, Bf și I cu 1 electron de valență; O și S cu 2 electroni de valență; n cu 3 electroni de valență și C și Si cu 4 electroni de valență.
Exemplu de polietilenă
Abilitatea moleculelor de a forma lanțuri lungi este vitală pentru realizarea unui polimer. Luați în considerare materialul polietilenă, care este fabricat din gaz etan, C2H6. Gazul etan are doi atomi de carbon în lanț și fiecare are doi electroni de valență cu celăl alt. Dacă două molecule de etan sunt legate între ele, una dintre legăturile de carbon din fiecare moleculă poate fi ruptă, iar cele două molecule pot fi unite printr-o legătură carbon-carbon. După ce doi metri sunt conectați, încă doi electroni de valență liberi rămân la fiecare capăt al lanțului pentru a conecta alte contoare sau fire P. Procesul este capabil să continue conectarea mai multor contoare și polimeri împreună până când este oprit prin adăugarea unei alte substanțe chimice (terminator) care umple legătura disponibilă la fiecare capăt al moleculei. Acesta se numește polimer liniar și este elementul de bază pentru compușii termoplastici.
Lanțul polimeric este adesea prezentat în două dimensiuni, dar trebuie remarcat faptul că au o structură polimerică tridimensională. Fiecare legătură este la un unghi de 109° față deîn continuare, și, prin urmare, coloana vertebrală de carbon trece prin spațiu ca un lanț răsucit de TinkerToys. Când se aplică tensiune, aceste lanțuri se întind, iar alungirea P poate fi de mii de ori mai mare decât în structurile cristaline. Acestea sunt caracteristicile structurale ale polimerilor.
