СИНТЕТИЧНІ ПОЛІМЕРИ: ВЛАСТИВОСТІ, ТИПИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці синтетичні полімери є виробленим людською рукою в лабораторному або промислових масштабах. Структурно вони складаються з об'єднання невеликих одиниць, які називаються мономерами, які пов'язують, утворюючи те, що відомо як полімерний ланцюг або мережа.

Нижня верхня частина зображує полімерну структуру типу «спагетті». Кожна чорна крапка являє собою мономер, пов'язаний з іншим ковалентним зв’язком. Послідовність точок призводить до зростання полімерних ланцюгів, ідентичність яких буде залежати від природи мономеру.

Крім того, переважна більшість його мономерів походить з нафти. Це досягається за допомогою низки процесів, які полягають у зменшенні розміру вуглеводнів та інших органічних видів для отримання малих та синтетично універсальних молекул.

Властивості

Так само, як можливі структури полімерів різноманітні, так і їх властивості. Вони йдуть рука об руку з лінійністю, розгалуженням (відсутня на зображенні ланцюгів), зв’язками та молекулярними вагами мономерів.

Однак, незважаючи на те, що існують структурні структури, які визначають властивість полімеру - і, отже, його тип - більшість мають деякі спільні властивості та характеристики. Деякі з них:

- Вони мають відносно низькі витрати на виробництво, але високі витрати на переробку.

- Через великий об’єм, який можуть займати їхні конструкції, вони не дуже щільні матеріали і, крім того, механічно дуже стійкі.

- Вони є хімічно інертними, або достатніми, щоб протистояти атаці кислих (HF) та основних (NaOH) речовин.

- Відсутність смуг провідності; отже, вони погані провідники електрики.

Типи

Полімери можна класифікувати за їх мономерами, механізмом полімеризації та їх властивостями.

Гомополімер - це мономерні одиниці одного типу:

100A => AAAAAAA …

Хоча сополімер - це той, який складається з двох або більше різних мономерних одиниць:

20A + 20B + 20C => ABCABCABC…

Вищевказані хімічні рівняння відповідають полімерам, синтезованим шляхом додавання. У них полімерна ланцюг або мережа зростає у міру того, як до неї зв’язується більше мономерів.

З іншого боку, для полімерів через конденсацію зв'язування мономеру супроводжується виділенням невеликої молекули, яка "конденсується":

A + A => AA + p

AA + A => AAA + p…

У багатьох полімеризаціях p = H ₂ O, як це відбувається з поліфенолами, синтезованими формальдегідом (HC ₂ = O).

За своїми властивостями синтетичні полімери можна класифікувати як:

Термопластика

Вони являють собою лінійні або слаборозгалужені полімери, міжмолекулярні взаємодії яких можна подолати за рахунок впливу температури. Це призводить до їх пом'якшення та формування та полегшує їх переробку.

Термостабільний

На відміну від термопластів, термореактивні полімери мають багато гілок у своїх полімерних структурах. Це дозволяє їм витримувати високі температури без деформації та плавлення, завдяки їх сильним міжмолекулярним взаємодіям.

Еластомери

Це ті полімери, які здатні протистояти зовнішньому тиску, не руйнуючись, деформуючись, але потім повертаючись до початкової форми.

Це пояснюється тим, що їх полімерні ланцюги з'єднані, але міжмолекулярні взаємодії між ними досить слабкі, щоб поступатися місцем тиску.

Коли це відбувається, спотворений матеріал має тенденцію розташовувати свої ланцюги в кристалічному розташуванні, «уповільнюючи» рух, викликаний тиском. Потім, коли це зникає, полімер повертається до початкового аморфного розташування.

Волокна

Вони є полімерами з низькою еластичністю та розтяжністю завдяки симетрії їх полімерних ланцюгів та великій спорідненості між ними. Ця спорідненість дозволяє їм сильно взаємодіяти, утворюючи лінійне кристалічне розташування, стійке до механічної роботи.

Цей тип полімерів знаходить застосування у виробництві тканин, таких як бавовна, шовк, шерсть, нейлон тощо.

Приклади

Нейлон

Нейлон - прекрасний приклад полімеру волокнистого типу, який знаходить багато застосувань у текстильній промисловості. Його полімерний ланцюг складається з поліаміду з такою структурою:

Цей ланцюг відповідає структурі нейлону 6,6. Якщо порахувати атоми вуглецю (сірі), починаючи і закінчуючи тими, що приєднані до червоної сфери, їх шість.

Так само є шість вуглець, які розділяють сині сфери. З іншого боку, синя та червона сфери відповідають амідній групі (C = ONH).

Ця група здатна взаємодіяти через водневі зв’язки з іншими ланцюгами, які також можуть приймати кристалічну композицію завдяки їх закономірностям та симетрії.

Іншими словами, нейлон має всі властивості, необхідні для кваліфікації волокна.

Полікарбонат

Це прозорий пластиковий полімер (переважно термопластичний), з якого виготовлені вікна, лінзи, стелі, стіни тощо. На зображенні вище зображено теплицю, виготовлену з полікарбонатів.

Як виглядає його полімерна структура і звідки походить назва полікарбонат? У цьому випадку мова йде не про аніон CO ₃ ^2- , а про цю групу, яка бере участь у ковалентних зв'язках у молекулярному ланцюзі:

Таким чином, R може бути будь-яким типом молекули (насиченою, ненасиченою, ароматичною тощо), в результаті чого утворюється широке сімейство полікарбонатних полімерів.

Полістирол

Це один з найпоширеніших полімерів у повсякденному житті. Пластикові чашки, іграшки, предмети для комп’ютера та телебачення, а також манекена головка на зображенні вгорі (як і інші предмети) виготовлені з полістиролу.

Його полімерна структура складається з об'єднання російських стиролів, утворюючи ланцюг з високим ароматичним компонентом (шестикутні кільця):

Полістирол може бути використаний для синтезу інших сополімерів, таких як SBS (Poly (стирол-бутадієн-стирол)), який застосовується в тих областях, які потребують стійкої гуми.

Політетрафторетилен

Також відомий як тефлон, він є полімером, який присутній у багатьох кухонних посудах із антипригарною дією (чорні сковороди). Це дозволяє смажити їжу без необхідності додавати масло або інший жир.

Його структура складається з полімерного ланцюга, "вкритого" атомами F з двох сторін. Ці F дуже слабо взаємодіють з іншими частинками, такими як жирні, не дозволяючи їм прилипати до поверхні каструлі.

Список літератури

1. Чарльз Е. Каррахер-молодший (2018). Синтетичні полімери. Отримано 7 травня 2018 року з: chemistryexplained.com
2. Вікіпедія. (2018). Список синтетичних полімерів. Отримано 7 травня 2018 року з: en.wikipedia.org
3. Університет Карнегі Меллон. (2016). Натуральний проти синтетичних полімерів. Отримано 7 травня 2018 року з: cmu.edu
4. Центр навчання полімерних наук. (2018). Синтетичні полімери. Отримано 7 травня 2018 року з: pslc.ws
5. Яссін Мрабет. (29 січня 2010 р.). Нейлон 3D. . Отримано 07 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
6. Освітній портал. (2018). Властивості полімерів. Отримано 7 травня 2018 року з: portaleducativo.net
7. Наукові тексти. (23 червня 2013 р.). Синтетичні полімери. Отримано 7 травня 2018 р. З: тексти- наукознавство.com