A polimerek szerkezete: összetétel, alapvető tulajdonságok, jellemzők

Sokan érdekli a polimerek szerkezetének kérdése. A választ ebben a cikkben adjuk meg. A polimer tulajdonságait (a továbbiakban: P) általában több osztályra osztják, attól függően, hogy milyen mértékben határozzák meg a tulajdonságot, valamint annak fizikai alapját. Ezen anyagok legalapvetőbb minősége az alkotó monomerek (M)azonossága. . A tulajdonságok második halmaza, mikrostruktúra néven ismert, lényegében ezeknek az M-nek az N-ben való elhelyezkedését jelöli egy C skálán. Ezek az alapvető szerkezeti jellemzők játszanak fontos szerep ezen anyagok térfogati fizikai tulajdonságainak meghatározásakor, amelyek megmutatják, hogyan viselkedik p makroszkopikus anyagként. A nanoméretű kémiai tulajdonságok leírják, hogy a láncok hogyan hatnak egymásra különböző fizikai erők révén. A makro skálán megmutatják, hogy az alapvető P kölcsönhatásba lép más vegyi anyagokkal és oldószerekkel.

Identitás

A P-t alkotó ismétlődő linkek azonossága az első és legfontosabb attribútuma. Ezeknek az anyagoknak a nómenklatúrája általában a monomer maradékok típusán alapul. Azok a polimerek, amelyek csak egy típusú ismétlődő egységet tartalmaznak, homo-P néven ismertek. Ugyanabban az időben, két vagy több típusú ismétlődő egységet tartalmazó p kopolimerek. A terpolimerek háromféle ismétlődő linket tartalmaznak.

A polisztirol például Csak m sztirol maradékaiból áll, ezért homo-P kategóriába sorolható. Az etilén-vinil-acetát viszont egynél több típusú ismétlődő egységet tartalmaz, így kopolimer. Egyes biológiai vegyületek sok különböző, de szerkezetileg rokon monomer maradékból állnak; például a polinukleotidok, például a DNS, négyféle nukleotid alegységből állnak.

Ionizálható alegységeket tartalmazó polimer molekula ismert polielektrolitként vagy ionomer.

Mikrostruktúra

A polimer mikrostruktúrája (néha konfigurációnak nevezik) összefügg az M maradékok fizikai elhelyezkedésével a fő lánc mentén. Ezek a P szerkezet elemei, amelyek megváltoztatásához meg kell szakítani a kovalens kötést. A szerkezet erősen befolyásolja az. Például két természetes gumi Minta eltérő tartósságot mutathat, még akkor is, ha molekuláik ugyanazokat a monomereket tartalmazzák.

A polimerek szerkezete és tulajdonságai

Ez a pont rendkívül fontos a tisztázáshoz. A polimer szerkezet fontos mikrostrukturális jellemzője az architektúra és az alak, amelyek összefüggenek azzal, hogy az elágazási pontok hogyan vezetnek az egyszerű lineáris lánctól való eltéréshez. Ennek az anyagnak az elágazó molekulája egy fő láncból áll, amelynek egy vagy több oldallánca vagy egy szubsztituens ága van. Az elágazó N típusai közé tartozik a csillag alakú, a fésű alakú N, az ecset N, A dendronizált, a létra és a dendrimerek. Vannak olyan kétdimenziós polimerek is, amelyek topológiailag lapos ismétlődő linkekből állnak. . Különböző technikák alkalmazhatók a P-anyag szintetizálására különböző típusú eszközökkel, például élő polimerizációval.

Egyéb tulajdonságok

A polimerek összetétele és szerkezete a tudományban összefügg azzal, hogy az elágazás hogyan vezet a szigorúan lineáris P-lánctól való eltéréshez. Az elágazás véletlenszerűen történhet, vagy a reakciókat úgy lehet megtervezni, hogy meghatározott architektúrákat célozzanak meg. Ez egy fontos mikrostrukturális jellemző. A polimer architektúrája számos fizikai tulajdonságát befolyásolja, beleértve az oldat viszkozitását, az olvadékot, az oldhatóságot különböző készítményekben, az üveg átmeneti hőmérsékletét, valamint az oldatban lévő egyes P-tekercsek méretét. Ez fontos a polimerek összetevőinek és szerkezetének tanulmányozására.

Elágazás

Az ágak akkor alakulhatnak ki, amikor a polimer molekula növekvő vége (a) önmagára vagy (b) egy másik P-láncra van rögzítve, mindkettő a hidrogén eltávolításának köszönhetően képes létrehozni a középső lánc növekedési zónáját.

Elágazó hatás-kémiai térhálósítás-kovalens kötések kialakulása a láncok között. A térhálósítás növeli a Tg - t és növeli az erőt és a szívósságot. Egyéb alkalmazások mellett ezt az eljárást a gumik megerősítésére használják a vulkanizálásnak nevezett folyamatban, amely a kén térhálósodásán alapul. Az autógumik például nagy szilárdsággal és varrással rendelkeznek, hogy csökkentsék a levegő szivárgását és növeljék tartósságukat. A gumiszalag viszont nincs varrva, ami lehetővé teszi a gumi lehúzását, és megakadályozza a papír károsodását. A tiszta kén magasabb hőmérsékleten történő polimerizációja azt is megmagyarázza, hogy miért válik viszkózusabbá magas hőmérsékleten olvadt állapotban.

Rács

A nagyfokú térhálósodású polimer molekulát P-rácsnak nevezzük. A kellően magas térhálósítás a lánchoz Arány (C) úgynevezett végtelen hálózat vagy gél kialakulásához vezethet, amelyben minden ilyen ág legalább egy másikhoz kapcsolódik.

Az élő polimerizáció folyamatos fejlődésével ezeknek az anyagoknak a szintézise egy bizonyos architektúrával könnyebbé válik. Lehetséges olyan architektúrák, mint a csillag alakú, fésű alakú, kefe alakú, dendronizált, dendrimerek és gyűrűs polimerek. Ezek a komplex architektúrájú kémiai vegyületek szintetizálhatók vagy speciálisan kiválasztott kiindulási vegyületek alkalmazásával, vagy először olyan lineáris láncok szintetizálásával, amelyek további reakciókon mennek keresztül, hogy összekapcsolódjanak egymással. A csomózott P-k sok intramolekuláris ciklizációs láncból állnak egy P-láncban (PC).

Elágazás

Általában minél nagyobb az elágazás mértéke, annál kompaktabb a polimer lánc. Ezek befolyásolják a lánc összefonódását, az egymás melletti csúszás képességét is, ami viszont befolyásolja a térfogati fizikai tulajdonságokat. A hosszú láncú deformációk javíthatják a polimer szilárdságát, szívósságát és az üveg átmeneti hőmérsékletét (TG) a vegyületben lévő kötések számának növekedése miatt. Másrészt a C véletlenszerű és rövid értéke csökkentheti az anyag szilárdságát a láncok egymással való kölcsönhatásának vagy kristályosodásának megsértése miatt, ami a polimer molekulák szerkezetének köszönhető.

Az elágazás fizikai tulajdonságokra gyakorolt hatásának példája a polietilénben található. A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) nagyon alacsony elágazási fokú, viszonylag merev, például testpáncél gyártásához használják. Másrészt az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) jelentős számú hosszú és rövid ággal rendelkezik, viszonylag rugalmas, és olyan területeken használják, mint a műanyag fóliák. A polimerek kémiai szerkezete hozzájárul ehhez az alkalmazáshoz.

Dendrimerek

A dendrimerek az elágazó polimer speciális esete, ahol minden monomer egység elágazási pont is. Ez csökkenti az intermolekuláris lánc összefonódását és a kristályosodást. A kapcsolódó architektúra, a dendrites polimer, nem tökéletesen elágazó, de hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a dendrimerek magas elágazási fokuk miatt.

A polimerizáció során bekövetkező szerkezet összetettségének kialakulásának mértéke függhet az alkalmazott monomerek funkcionalitásától. Például a sztirol szabad gyökös polimerizációjában a divinil-benzol hozzáadása, amelynek funkcionalitása 2, elágazó N képződéséhez vezet.

Mérnöki polimerek

A mérnöki polimerek közé tartoznak a természetes anyagok, például a gumi, a szintetikus anyagok, a műanyagok és az elasztomerek. Nagyon hasznos nyersanyagok, mert szerkezetük módosítható és adaptálható az anyagok előállításához

• számos mechanikai tulajdonsággal;
• a színek széles választékában;
• különböző átlátszósági tulajdonságokkal.

A polimerek molekuláris szerkezete

A polimer sok egyszerű molekulából áll, amelyek megismétlik a monomereknek (M)nevezett szerkezeti egységeket. . Ennek az anyagnak egy molekulája több száz millió M-es mennyiségből állhat, lineáris, elágazó vagy hálós szerkezettel rendelkezik. A kovalens kötések együtt tartják az atomokat, majd a másodlagos kötések együtt tartják a polimer láncok csoportjait, hogy polimeranyagot képezzenek. A kopolimerek ennek az anyagnak a típusai, amelyek két vagy több különböző típusú M.

A polimer szerves anyag, bármely ilyen típusú anyag alapja a szénatomok lánca. A szénatomnak négy elektronja van a külső héjában. Ezen vegyértékelektronok mindegyike kovalens kötést képezhet egy másik szénatommal vagy egy idegen atommal. A polimer szerkezetének megértésének kulcsa az, hogy két szénatomnak legfeljebb három közös kötése lehet, amelyek még mindig kötődnek más atomokhoz. A kémiai vegyületben leggyakrabban előforduló elemek és azok vegyértékszámai a következők: H, F, Cl, Bf és I 1 vegyértékelektronnal; O és S 2 vegyértékelektronnal; n 3 vegyértékelektronnal és C és Si 4 vegyértékelektronnal.

Példa polietilénre

A molekulák hosszú láncok kialakításának képessége létfontosságú a polimer előállításához. Tekintsük az anyagot polietilén, amely készült etán gáz, C2H6. Az etán gáznak két szénatomja van egy láncban, mindegyiknek két vegyértékű elektronja van a másikkal. Ha két etán molekula összekapcsolódik, az egyes molekulák egyik szénkötése megszakadhat, a két molekula pedig szén-szén kötéssel összekapcsolható. Két méter csatlakoztatása után még két szabad vegyérték elektron marad a lánc mindkét végén, hogy más mérőket vagy P-láncokat csatlakoztasson. A folyamat képes további mérők és polimerek összekapcsolására, amíg meg nem állítják egy másik vegyi anyag (Terminátor) hozzáadásával, amely kitölti a rendelkezésre álló kötést a molekula mindkét végén. Ezt lineáris polimernek nevezik, amely a hőre lágyuló vegyületek építőköve.

A polimer láncot gyakran két dimenzióban mutatják be, de meg kell jegyezni, hogy a polimerek háromdimenziós szerkezete van. Minden link alatt van a következőhöz képest 109 MHz-es szögben, következésképpen a szén gerinc áthalad az űrben, mint a TinkerToys csavart lánca. Feszültség alkalmazása esetén ezek az áramkörök megnyúlnak, és az N megnyúlása ezerszer nagyobb lehet, mint a kristályszerkezetekben. Ezek a polimerek szerkezeti jellemzői.