Говорячи про полімери, деякі з нас, мабуть, досі не знають - крім учнів XII класу. Однак ці полімери насправді існують так близько до нашого повсякденного життя. У різних формах. Так, ми використовували полімери протягом тисячоліть у вигляді дерева, гуми, бавовни, вовни, шкіри, шовку тощо. У повсякденному житті ми всі повинні бути знайомі з такими предметами, як пластикові склянки, контактні лінзи, гребінці, гумки, сковорідки та інші, так? Ну, це все полімери. Мало того, деякі полімери навіть присутні в нашому тілі, наприклад нуклеїнові кислоти та білки (волосся, кров тощо).
Отже, що саме називається полімером?
Саме слово Полімер походить від грецької мови, яка складається з двох слів, а саме Полі, що означає багато, і Мерос, що означає одиницю або частину. Отже, полімер - це велика сполука, яка утворюється із поєднання ряду (багатьох) малих молекулярних одиниць. Молекулярні одиниці, що входять до складу цих сполук, називаються мономерами. Це означає, що полімерні сполуки складаються з багатьох мономерів.
Класифікація полімерів
Полімери класифікуються на основі їх джерела, структури, режиму полімеризації та молекулярної сили.
Полімери за джерелом
Виходячи з джерела, полімери поділяються на 3, а саме природні полімери, синтетичні полімери та напівсинтетичні полімери.
Природні полімери
Природні полімери отримують з рослин і тварин. Наприклад білок, целюлоза, крохмаль, смола та інші.
Синтетичні полімери
Синтетичні полімери - це штучні полімери, які виготовляються в лабораторії. Приклади: поліетилен, нейлон 66 та Buna-S.
Напівсинтетичні полімери
Напівсинтетичні полімери - це природні полімери з хімічними модифікаціями. Приклад: вулканізований каучук та ацетат целюлози.
Полімери на основі структури
За структурою полімери поділяються на три, а саме лінійні полімери, розгалужені ланцюгові полімери та поперечно-зв’язані полімери або мережеві полімери.
Лінійні полімери
У лінійних полімерах мономери пов'язані довгими прямими ланцюгами. Полімерні ланцюги зазвичай складають одну на іншу і утворюють добре упаковану структуру.
Лінійні полімери мають високу щільність, високу міцність на розрив і високу температуру плавлення. Приклади: поліетилен високої щільності, полівінілхлорид, нейлон 6 та інші.
Розгалужені ланцюгові полімери
Цей полімер складається з бічного ланцюга мономерних ланок, прикріплених до основного ланцюга. Через це розгалуження розгалужені ланцюгові полімери не можуть бути щільно розташовані між собою. Цей полімер має низьку щільність, низьку міцність на розрив і низьку температуру плавлення. Прикладом розгалуженого ланцюгового полімеру є поліетилен низької щільності.
Полімери з поперечним зв’язком
Зшиті полімери також відомі як тканинні полімери. Цей полімер не тільки твердий, але й жорсткий і крихкий. Наприклад: Bakelit, меламін, формальдегідна смола.
Полімери на основі режиму полімеризації
На основі режиму полімеризації полімери поділяються на два, а саме полімери приєднання та полімери конденсації. Потім полімери поділу поділяють на ще два, а саме сополімери та гомополімери.
Додавання полімерів
Аддиційні полімери утворюються додаванням мономерів без усунення побічних молекул. Мономерами аддитивного полімеру є ненасичені сполуки. Приклад: поліетиленовий тефлон та інші.
Гомополімери
Додавання полімерів, утворених полімеризацією окремих мономерних видів. Приклади: Полівінілхлорид, Поліпропілен, Поліетілен
Сополімери
Аддиційні полімери утворюються шляхом аддиційної полімеризації двох різних типів мономерів. Приклад: Buna-S, Buna-N та інші.
Конденсаційні полімери
Конденсація Полімери утворюються в результаті конденсації двох різних мономерів з виділенням або без виділення дрібних молекул, таких як вода, спирт та хлористий водень.
Мономери конденсуючого полімеру мають щонайменше дві функціональні групи. Наприклад: Bakelit, Nylon 66, Terylene та інші.
Полімери на основі молекулярних сил
Виходячи з молекулярного стилю, полімери можна розділити на еластомери, волокна, термопластичні полімери та термореактивні полімери.
Еластомер
В еластомерах полімерні ланцюги утримуються разом слабкими міжмолекулярними силами. Слабка сила дозволяє розтягувати полімер. Полімерний ланцюг має безліч поперечних зв’язків, які допомагають полімеру повернутися до початкової форми. Приклад: Buna-S, Buna-N, неопрен.
Клітковина
У волокнах полімерні ланцюги утримуються разом за допомогою сильних антимолекулярних сил (водневих зв’язків або диполь-дипольних взаємодій). Сильна сила надає йому кристалічних властивостей.
Волокно має форму пряжі з високою міцністю на розрив і високим модулем. Приклад: Поліамід (нейлон 66) та поліестер (терилен).
Термопластичні
Термопластичні полімери мають лінійні або злегка розгалужені полімерні ланцюги. Міжмолекулярні притягання є проміжними між еластомером і волокном.
Термопластичні полімери можуть неодноразово розм’якшуватися при нагріванні та затвердівати при охолодженні з незначними змінами властивостей. Полімери цього типу можна формувати у бажану форму. Приклади: поліетилен, полістирол, полівініхлорид та інші.
Оскільки термопласти не мають поперечних зв’язків, міжмолекулярні сили, що існують між полімерними ланцюгами, легко пошкоджуються при нагріванні. Тому їх можна сформувати у будь-яку бажану форму.
Термореактивний
Термореактивні полімери - це полімерні ланцюги, які зшиті або сильно розгалужені. Полімерний ланцюг зазнає поперечного зшивання при нагріванні у формі. Термореактивні полімери постійно змінюються при нагріванні. Термореактивні полімери не можна використовувати багаторазово, як термопластичні полімери. Приклади: Бакеліт, смола, сечовина-формальдегід та інші.
Реакція полімеризації
Існує 2 типи реакцій полімеризації, а саме аддиційна полімеризація та конденсаційна полімеризація.
Додана полімеризація
На додаток до полімеризації мономери поєднуються без елімінації будь-яких молекул продукту. Мономери - це ненасичені сполуки та їх похідні. До ланцюга додаються мономери, що призводить до збільшення довжини ланцюга.
Додані полімери, як правило, не є хімічно реактивними. Це пов’язано з дуже міцними зв’язками C-C та C-H. Через це дуже важко переробити приєднані полімери. Або іншими словами, доданий полімер не піддається біологічному розкладанню.
Додаткова полімеризація відбувається за допомогою двох механізмів, а саме механізму вільних радикалів та іонного механізму. Однак механізм вільних радикалів є більш поширеним. Ненасичені сполуки та їх похідні дотримуються механізму вільних радикалів. Щоб виробляти вільні радикали, потрібен ініціатор. До них належать третинний перекис бензоїлу та перекис бутилу.
Вільнорадикальна полімеризація: Ненасичені сполуки та їх похідні полімеризуються цим методом. Це відбувається в ініціаторах, що генерують вільні радикали, таких як перекис бензилу, третинний перекис бутилу тощо. Полімеризація передбачає наступні етапи:
(i) Ініціювання ланцюга: Органічні пероксиди піддаються гомолітичному поділу, утворюючи вільні радикали, які діють як ініціатори. Ініціатор додає подвійні зв’язки до вуглеців з утворенням нових вільних радикалів.
(ii) Розповсюдження ланцюга: Вільні радикали додають мономерні подвійні зв’язки з утворенням більших вільних радикалів. Цей процес триває доти, доки радикали не будуть знищені
iii) Переривання ланцюга: Ланцюг закінчується при поєднанні двох вільних радикалів.
Конденсаційна полімеризація
У цьому методі два або більше двофункціональних мономерів конденсуються шляхом видалення деяких простих молекул, таких як вода, спирт тощо. Продукт кожного етапу знову є двофункціональним типом, і послідовність продовжується. Оскільки кожен етап призводить до іншого і незалежного типу функціоналізації, цей процес також відомий як ріст полімеризації.
