Baie stel belang in die vraag watter struktuur polimere het. Die antwoord daarop sal in hierdie artikel gegee word. Polimeer-eienskappe (hierna - P) word oor die algemeen in verskeie klasse verdeel, afhangende van die skaal waarop die eienskap gedefinieer word, sowel as op die fisiese basis daarvan. Die mees basiese kwaliteit van hierdie stowwe is die identiteit van hul samestellende monomere (M). Die tweede stel eienskappe, bekend as mikrostruktuur, dui in wese die rangskikking van hierdie Me in P op 'n skaal van een Z aan. Hierdie basiese strukturele eienskappe speel 'n groot rol in die bepaling van die massa fisiese eienskappe van hierdie stowwe, wat wys hoe P optree as 'n makroskopiese materiaal. Chemiese eienskappe op die nanoskaal beskryf hoe kettings interaksie het deur verskeie fisiese kragte. Op 'n makroskaal wys hulle hoe basiese P met ander chemikalieë en oplosmiddels in wisselwerking tree.
Identity
Die identiteit van die herhalende skakels waaruit die P bestaan, is die eerste endie belangrikste eienskap. Die nomenklatuur van hierdie stowwe is gewoonlik gebaseer op die tipe monomeerresidu waaruit die P bestaan. Polimere wat slegs een tipe herhalende eenheid bevat, staan bekend as homo-P. Terselfdertyd staan Ps wat twee of meer tipes herhalende eenhede bevat bekend as kopolimere. Terpolimere bevat drie tipes herhalende eenhede.
polistireen bestaan byvoorbeeld net uit stireen M-residue en word dus as Homo-P geklassifiseer. Etileenvinielasetaat, aan die ander kant, bevat meer as een tipe herhalende eenheid en is dus 'n kopolimeer. Sommige biologiese Ps is saamgestel uit baie verskillende maar struktureel verwante monomeriese residue; byvoorbeeld, polinukleotiede soos DNA bestaan uit vier tipes nukleotiedsubeenhede.
'n Polimeermolekule wat ioniseerbare subeenhede bevat, staan bekend as 'n poli-elektroliet of ionomeer.
Mikrostruktuur
Die mikrostruktuur van 'n polimeer (soms genoem konfigurasie) hou verband met die fisiese rangskikking van M residue langs die hoofketting. Dit is elemente van die P-struktuur wat die breek van 'n kovalente binding vereis om te verander. Die struktuur het 'n sterk invloed op ander eienskappe van P. Byvoorbeeld, twee monsters natuurlike rubber kan verskillende duursaamheid toon selfs al bevat hul molekules dieselfde monomere.
Struktuur en eienskappe van polimere
Hierdie punt is uiters belangrik om uit te klaar. 'n Belangrike mikrostrukturele kenmerk van die polimeerstruktuur is sy argitektuur en vorm, wat verband hou met hoetakpunte lei tot 'n afwyking van 'n eenvoudige lineêre ketting. Die vertakte molekule van hierdie stof bestaan uit 'n hoofketting met een of meer sykettings of substituentevertakkings. Tipes vertakte Ps sluit ster Ps, kam Ps, kwas Ps, dendronized Ps, leer Ps en dendrimere in. Daar is ook tweedimensionele polimere wat bestaan uit topologies plat herhalende eenhede. 'n Verskeidenheid tegnieke kan gebruik word om P-materiaal met verskeie toesteltipes te sintetiseer, soos lewende polimerisasie.
Ander eienskappe
Die samestelling en struktuur van polimere in polimeerwetenskap hou verband met hoe vertakking lei tot afwyking van 'n streng lineêre P-ketting. Vertakking kan lukraak plaasvind, of reaksies kan ontwerp word om spesifieke argitekture te teiken. Dit is 'n belangrike mikrostrukturele kenmerk. Die argitektuur van 'n polimeer beïnvloed baie van sy fisiese eienskappe, insluitend oplossing- en smeltviskositeit, oplosbaarheid in verskeie samestellings, glasoorgangstemperatuur en die grootte van individuele P-spoele in oplossing. Dit is belangrik vir die bestudering van die komponente vervat en die struktuur van polimere.
Vertakking
Takke kan vorm wanneer die groeiende punt van 'n polimeermolekule óf (a) terug aan homself heg óf (b) aan 'n ander P-string, wat albei, deur waterstofonttrekking, 'n groeisone vir die middel kan skep ketting.
Vertakkingseffek - chemiese kruisbinding -vorming van kovalente bindings tussen kettings. Kruisbinding is geneig om Tg te verhoog en sterkte en taaiheid te verhoog. Onder ander gebruike word hierdie proses gebruik om rubbers te versterk in 'n proses bekend as vulkanisering, wat staatmaak op swael-kruisbinding. Motorbande het byvoorbeeld hoë sterkte en kruiskoppeling om luglekkasie te verminder en hul duursaamheid te verhoog. Die rubber, aan die ander kant, is nie kruisgebind nie, wat die rubber laat afdop en skade aan die papier voorkom. Die polimerisasie van suiwer swael by hoër temperature verklaar ook hoekom dit meer viskeus word by hoër temperature in die gesmelte toestand.
Grid
'n Hoogs kruisgekoppelde polimeermolekule word 'n P-netwerk genoem. 'n Voldoende hoë kruisbinding-tot-string-verhouding (C) kan lei tot die vorming van 'n sogenaamde oneindige netwerk of jel, waarin elke sodanige vertakking aan ten minste een ander gekoppel is.
Met die voortdurende ontwikkeling van lewende polimerisasie, word die sintese van hierdie stowwe met 'n spesifieke argitektuur makliker. Argitekture soos ster, kam, kwas, gedendroniseerde, dendrimere en ringpolimere is moontlik. Hierdie chemiese verbindings met komplekse argitektuur kan gesintetiseer word óf deur spesiaal geselekteerde beginverbindings te gebruik, óf eers deur lineêre kettings te sintetiseer wat verdere reaksies ondergaan om met mekaar te skakel. Geknoopte Ps bestaan uit baie intramolekulêre sikliseringskakels in een P-ketting (PC).
Vertakking
Oor die algemeen, hoe hoër die graad van vertakking, hoe kompakter is die polimeerketting. Hulle beïnvloed ook kettingverstrengeling, die vermoë om verby mekaar te gly, wat op sy beurt grootmaat fisiese eienskappe beïnvloed. Langkettingvervormings kan polimeersterkte, taaiheid en glasoorgangstemperatuur (Tg) verbeter as gevolg van 'n toename in die aantal bindings in die verbinding. Aan die ander kant kan 'n ewekansige en kort waarde van Z die sterkte van die materiaal verminder as gevolg van 'n skending van die vermoë van kettings om met mekaar te reageer of te kristalliseer, wat te wyte is aan die struktuur van polimeermolekules.
'n Voorbeeld van die effek van vertakking op fisiese eienskappe kan gevind word in poliëtileen. Hoëdigtheid poliëtileen (HDPE) het 'n baie lae graad van vertakking, is relatief styf en word gebruik in die vervaardiging van byvoorbeeld koeëlvaste baadjies. Aan die ander kant het laedigtheid poliëtileen (LDPE) 'n aansienlike hoeveelheid lang en kort stringe, is relatief buigsaam en word in toepassings soos plastiekfilms gebruik. Die chemiese struktuur van polimere bevoordeel juis sulke toepassings.
Dendrimers
Dendrimere is 'n spesiale geval van 'n vertakte polimeer, waar elke monomeriese eenheid ook 'n vertakkingspunt is. Dit is geneig om intermolekulêre kettingverstrengeling en kristallisasie te verminder. 'n Verwante argitektuur, die dendritiese polimeer, is nie perfek vertakt nie, maar het soortgelyke eienskappe as dendrimereas gevolg van hul hoë mate van vertakking.
Die graad van strukturele kompleksiteit wat tydens polimerisasie voorkom, kan afhang van die funksionaliteit van die monomere wat gebruik word. Byvoorbeeld, in die vrye radikale polimerisasie van stireen sal die byvoeging van divinielbenseen, wat 'n funksionaliteit van 2 het, lei tot die vorming van vertakte P.
Ingenieurspolimere
Gemanipuleerde polimere sluit natuurlike materiale soos rubber, sintetiese, plastiek en elastomere in. Hulle is baie bruikbare grondstowwe omdat hul strukture verander en aangepas kan word om materiale te produseer:
- met 'n reeks meganiese eienskappe;
- in 'n wye reeks kleure;
- met verskillende deursigtige eienskappe.
Molekulêre struktuur van polimere
'n Polimeer bestaan uit baie eenvoudige molekules wat strukturele eenhede genoem monomere (M) herhaal. Een molekule van hierdie stof kan uit honderde tot miljoene M bestaan en 'n lineêre, vertakte of netwerkstruktuur hê. Kovalente bindings hou die atome bymekaar en sekondêre bindings hou dan die groepe polimeerkettings bymekaar om die polimateriaal te vorm. Kopolimere is tipes van hierdie stof, wat bestaan uit twee of meer verskillende tipes M.
'n Polimeer is 'n organiese materiaal, en die basis van enige so 'n tipe stof is 'n ketting van koolstofatome. 'n Koolstofatoom het vier elektrone in sy buitenste dop. Elkeen van hierdie valenselektrone kan 'n kovalent vorm'n binding met 'n ander koolstofatoom of met 'n vreemde atoom. Die sleutel om die struktuur van 'n polimeer te verstaan, is dat twee koolstofatome tot drie bindings gemeen kan hê en steeds met ander atome bind. Die elemente wat die algemeenste in hierdie chemiese verbinding voorkom en hul valensiegetalle is: H, F, Cl, Bf en I met 1 valenselektron; O en S met 2 valenselektrone; n met 3 valenselektrone en C en Si met 4 valenselektrone.
Voorbeeld van poliëtileen
Die vermoë van molekules om lang kettings te vorm, is noodsaaklik vir die maak van 'n polimeer. Beskou die materiaal poliëtileen, wat van etaangas gemaak word, C2H6. Etaangas het twee koolstofatome in die ketting, en elkeen het twee valenselektrone met die ander. As twee etaanmolekules aan mekaar gebind word, kan een van die koolstofbindings in elke molekule verbreek word, en die twee molekules kan deur 'n koolstof-koolstofbinding verbind word. Nadat twee meter verbind is, bly nog twee vrye valenselektrone aan elke punt van die ketting oor om ander meters of P-stringe te verbind. Die proses kan voortgaan om meer meters en polimere aan mekaar te verbind totdat dit gestop word deur die byvoeging van 'n ander chemikalie (terminator) wat die beskikbare binding aan elke kant van die molekule vul. Dit word 'n lineêre polimeer genoem en is die bousteen vir termoplastiese verbindings.
Die polimeerketting word dikwels in twee dimensies getoon, maar daar moet kennis geneem word dat hulle 'n driedimensionele polimeerstruktuur het. Elke skakel is teen 'n hoek van 109° totvolgende, en dus loop die koolstofruggraat deur die ruimte soos 'n gedraaide ketting TinkerToys. Wanneer spanning toegepas word, rek hierdie kettings, en die verlenging P kan duisende kere groter wees as in kristallyne strukture. Dit is die strukturele kenmerke van polimere.
