Loading...
 

Polimery


... należą do związków organicznych, których cząsteczka (makrocząsteczka) jest zbudowana z wielu mniejszych, powtarzających się, uporządkowanych w sposób regularny jednostek zwanych monomerami, połączonych kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi, które tworzą długie łańcuchy, czasami z rozgałęzieniami lub sieciowaniem pomiędzy łańcuchami. Wiele monomerów (zob. Tabela 1 i Rys. 3 ) to lub inne cząsteczki zawierające w swojej strukturze nienasycone wiązania podwójne.

Tabela 1: Przykładowe polimery addycyjne.
Przykładowe polimery addycyjne.


Nazewnictwo polimerów na ogół opiera się na nazwie monomeru wchodzącego w skład polimeru. Polimery, które zawierają tylko jeden rodzaj monomeru ( \( \ce{A} \) ) są nazywane homopolimerami (zob. Rys. 1 ). Mogą one zostać przedstawione w sposób następujący: \( {-}\ce{[A}{-}\ce{A}{-}\ce{A}{-}\ce{A}{-}\ce{A}{-}\ce{A]}{-} \). Nazwę tych polimerów tworzy się przez umieszczenie przedrostka 'poli−' przed nazwą monomeru, z którego zbudowany jest polimer. Na przykład, polistyren to nazwa polimeru wytworzonego z monomeru styrenu (winylobenzenu). Natomiast polimery zawierające dwa lub więcej typów monomerów ( \( \ce{A} \) i \( \ce{B} \) ) są znane jako kopolimery. Mogą one zostać zapisane w sposób następujący: \( {-}\ce{[A}{-}\ce{B}{-}\ce{A}{-}\ce{B}{-}\ce{A}{-}\ce{A]}{-} \). Ich nazwy tworzy się przez podanie nazw monomerów połączonych prefiksem ‘−co−‘ z przedrostkiem 'poli−', np. kopolimer styrenu i arrylonitrylu nosi nazwę poli(styren-co-akrylonitryl).

Architektura struktury polimerów.
Rysunek 1: Architektura struktury polimerów.


Polimery można podzielić na polimery syntetyczne, naturalne i modyfikowane. Do naturalnych polimerów (biopolimerów) zalicza się (np. jedab, kolagen, czy keratyna), (np. celuloza – główny składnik drewna i papieru, skrobia, czy glikogen) i  (DNA i RNA), a także szelak, ambra, wełna, jedwab i kauczuk naturalny. Natomiast lista syntetycznych polimerów obejmuje: tworzywa sztuczne, elastomery (ciała stałe o właściwościach gumo-podobnych), gumę (szkielet węglowy utworzony z monomerów węglowodorowych), silikony (szkielet przemiennego atomu krzemu i tlenu), włókna, materiały stałe o właściwościach pośrednich, żele lub lepkie płyny. Jednakże wiele ważnych handlowo polimerów syntetyzuje się przez chemiczną modyfikację naturalnie występujących polimerów. Przykładem jest reakcja celulozy z kwasem azotowym, w wyniku której powstaje nitroceluloza oraz tworzenie wulkanizowanej gumy przez ogrzewanie naturalnego kauczuku w obecności siarki. Sposoby modyfikowania polimerów obejmują utlenianie, sieciowanie i zamykanie.

Niezwykle ważną cechą polimerów jest ich architektura (struktura) i kształt, które opisują sposób odchylenia od prostego, liniowego (tzn. nie rozgałęzionego) łańcucha, który przyjmuje większość polimerów. Polimer liniowy składa się z identycznych jednostek ułożonych jedna za drugą i połączonych w długi łańcuch, nazywany szkieletem ( Rys. 1 ). Szkielet polimeru liniowego nie musi być prosty i sztywny. Następuje bowiem rotacja względem pojedynczych wiązań pomiędzy atomami w szkielecie polimeru. Polimer taki ma jeden początek i jeden koniec. Natomiast częsteczka polimeru rozgałęzionego składa się z łańcucha głównego z jednym lub większą liczbą łańcuchów bocznych lub rozgałęzień. A zatem szkielet polimeru rozgałęzionego ma dodatkowe początki i wiele końców wzdłuż łańcucha. Rodzaje rozgałęzionych polimerów obejmują: polimery gwiaździste, polimery grzebieniowe, polimery szczotkowe, polimery dendronizowane, polimery drabinkowe i dendrymery. Istnieją również dwuwymiarowe polimery, które składają się z topologicznie płaskich merów.

Reakcja chemiczna, która prowadzi do łączenia się wielu monomerów w łańcuch związany kowalencyjnie lub sieć jest nazywana reakcją polimeryzacji (polimeryzacją) (zob. Rys. 2 ). Podczas procesu polimeryzacji z każdego monomeru może dojść do utraty pewnych grup atomów lub też nie. Wyróżnia się zatem polimery addycyjne (zob. Tabela 1 ), w których cząsteczki monomeru wiążą się ze sobą bez utraty grup atomów oraz polimery kondensacyjne (zob. Rys. 3 ), w których zazwyczaj dwa różne monomery łączą się ze sobą z utratą niewielkiej grupy atomów, najczęściej wody. Większość poliestrów i poliamidów (nylon) należy do tej klasy polimerów.

Reakcja polimeryzacji.
Rysunek 2: Reakcja polimeryzacji.



Przykładowe polimery kondensacyjne.
Rysunek 3: Przykładowe polimery kondensacyjne.


Struktura polimeru wpływa na wiele jego właściwości fizycznych, takich jak np.: lepkość roztworu, lepkość stopu, rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach i temperatura zeszklenia. Duża masa cząsteczkowa polimerów w stosunku do związków małocząsteczkowych nadaje im także unikalne właściwości fizyczne, do których należą: wytrzymałość, lepkość, sprężystość, czy tendencja do tworzenia szkieł i struktur półkrystalicznych, a nie kryształów. Na przykład, wraz ze wzrostem długości łańcucha, temperatury topienia i wrzenia polimerów rosną szybko. Odporność na uderzenia również wzrasta wraz z długością szkieletu, podobnie jak lepkość lub odporność na przepływ polimeru w stanie stopionym. Zwiększenie długości łańcucha prowadzi także do zmniejszenia ruchliwości łańcucha oraz zwiększenia wytrzymałości i podwyższenia temperatury zeszklenia. Jest to wynikiem wzrostu oddziaływań (np. Van der Waalsa) pomiędzy łańcuchami polimeru o zwiększonej długości łańcucha. Na ogół wytrzymałość na rozciąganie wzrasta wraz z długością łańcucha polimeru i sieciowaniem łańcuchów polimerowych. Różne grupy boczne w polimerze (np. \( {-}\ce{NH}{_2} \) lub \( {>}\ce{C}{=}\ce{{O}} \)) sprzyjają tworzeniu się wiązań jonowych i wodorowych pomiędzy łańcuchami własnymi polimeru. To z kolei prowadzi do zwiększenia wytrzymałości polimeru na rozciąganie i do podwyższenia jego temperatury topnienia.

Polimery odgrywają istotną i wszechobecną rolę w życiu codziennym. Przedmioty codziennego użytku, takie jak np. opakowania czy materiały budowlane stanowią  połowę wszystkich syntezowanych polimerów. Tekstylia, obudowy urządzeń elektronicznych, płyty CD, części samochodowe i wiele innych artykułów jest także wykonywanych z polimerów. Niektóre produkty, takie jak kleje (np. żywice epoksydowe) zawierają monomery, które mogą być polimeryzowane przez użytkownika podczas ich zastosowania. Jedna czwarta odpadów stałych z domów to tworzywa sztuczne. Tylko część z nich można poddać recyklingowi. Polimery, takie jak: PMMA (poli(metakrylan metylu) i HEMA (poli(metakrylan 2-hydroksyetylu) są stosowane w laserach polimerowych.


Ostatnio zmieniona Środa 08 z Sierpień, 2018 11:21:18 UTC Autor: Edyta Proniewicz
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.