ბევრს აინტერესებს კითხვა, თუ რა სტრუქტურა აქვთ პოლიმერებს. ამაზე პასუხი ამ სტატიაში იქნება მოცემული. პოლიმერული თვისებები (შემდგომში - P) ზოგადად იყოფა რამდენიმე კლასად იმის მიხედვით, თუ რა მასშტაბით არის განსაზღვრული ეს თვისება, ასევე მისი ფიზიკური საფუძველი. ამ ნივთიერებების ყველაზე ძირითადი ხარისხი მათი შემადგენელი მონომერების (M) იდენტურობაა. თვისებების მეორე ნაკრები, რომელიც ცნობილია როგორც მიკროსტრუქტურა, არსებითად აღნიშნავს ამ M-ების განლაგებას P-ში ერთი Z მასშტაბით. ეს ძირითადი სტრუქტურული მახასიათებლები დიდ როლს თამაშობს ამ ნივთიერებების ძირითადი ფიზიკური თვისებების განსაზღვრაში, რაც გვიჩვენებს, თუ როგორ იქცევა P. მაკროსკოპული მასალა. ქიმიური თვისებები ნანომასშტაბში აღწერს, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ ჯაჭვები სხვადასხვა ფიზიკური ძალების მეშვეობით. მაკრო მასშტაბით, ისინი აჩვენებენ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ძირითადი P სხვა ქიმიკატებთან და გამხსნელებთან.
იდენტიფიკაცია
განმეორებადი ბმულების იდენტურობა, რომლებიც ქმნიან P-ს, არის მისი პირველი დაყველაზე მნიშვნელოვანი ატრიბუტი. ამ ნივთიერებების ნომენკლატურა ჩვეულებრივ ეფუძნება მონომერული ნარჩენების ტიპს, რომლებიც ქმნიან P-ს. პოლიმერები, რომლებიც შეიცავს მხოლოდ ერთ ტიპის განმეორებით ერთეულს, ცნობილია როგორც ჰომო-P. ამავდროულად, P-ები, რომლებიც შეიცავს ორი ან მეტი ტიპის განმეორებით ერთეულს, ცნობილია როგორც კოპოლიმერები. ტერპოლიმერები შეიცავს სამი ტიპის განმეორებით ერთეულებს.
მაგალითად,
პოლისტირონი შედგება მხოლოდ სტირონის M ნარჩენებისგან და, შესაბამისად, კლასიფიცირებულია როგორც Homo-P. მეორეს მხრივ, ეთილენის ვინილის აცეტატი შეიცავს ერთზე მეტ ტიპის განმეორებით ერთეულს და, შესაბამისად, არის კოპოლიმერი. ზოგიერთი ბიოლოგიური P-ები შედგება მრავალი განსხვავებული, მაგრამ სტრუქტურულად დაკავშირებული მონომერული ნარჩენებისგან; მაგალითად, პოლინუკლეოტიდები, როგორიცაა დნმ, შედგება ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდის ქვედანაყოფისგან.
პოლიმერის მოლეკულა, რომელიც შეიცავს იონიზირებად ქვეერთეულებს, ცნობილია როგორც პოლიელექტროლიტი ან იონომერი.
მიკროსტრუქტურა
პოლიმერის მიკროსტრუქტურა (ზოგჯერ უწოდებენ კონფიგურაციას) დაკავშირებულია M ნარჩენების ფიზიკურ განლაგებასთან ძირითადი ჯაჭვის გასწვრივ. ეს არის P სტრუქტურის ელემენტები, რომლებიც საჭიროებენ კოვალენტური ბმის გაწყვეტას, რათა შეიცვალოს. სტრუქტურას აქვს ძლიერი გავლენა P-ის სხვა თვისებებზე. მაგალითად, ბუნებრივი რეზინის ორ ნიმუშს შეუძლია აჩვენოს განსხვავებული გამძლეობა მაშინაც კი, თუ მათი მოლეკულები შეიცავენ ერთსა და იმავე მონომერებს.
პოლიმერების სტრუქტურა და თვისებები
ეს პუნქტი ძალიან მნიშვნელოვანია გასარკვევად. პოლიმერული სტრუქტურის მნიშვნელოვანი მიკროსტრუქტურული თავისებურებაა მისი არქიტექტურა და ფორმა, რომლებიც დაკავშირებულია როგორგანშტოების წერტილები იწვევს გადახრას მარტივი ხაზოვანი ჯაჭვიდან. ამ ნივთიერების განშტოებული მოლეკულა შედგება ძირითადი ჯაჭვისგან ერთი ან მეტი გვერდითი ჯაჭვით ან შემცვლელი ტოტებით. განშტოებული პ-ების ტიპებს მიეკუთვნება ვარსკვლავური პ-ები, სავარცხელი პ-ები, ფუნჯის პ-ები, დენდრონიზებული პ-ები, კიბეები და დენდრიმერები. ასევე არსებობს ორგანზომილებიანი პოლიმერები, რომლებიც შედგება ტოპოლოგიურად ბრტყელი განმეორებითი ერთეულებისგან. მრავალფეროვანი ტექნიკის გამოყენება შესაძლებელია P- მასალის სინთეზირებისთვის სხვადასხვა ტიპის მოწყობილობებით, როგორიცაა ცოცხალი პოლიმერიზაცია.
სხვა თვისებები
პოლიმერების შემადგენლობა და სტრუქტურა პოლიმერულ მეცნიერებაში დაკავშირებულია იმასთან, თუ როგორ იწვევს განშტოება მკაცრად ხაზოვანი P-ჯაჭვიდან გადახრამდე. განშტოება შეიძლება მოხდეს შემთხვევით, ან რეაქციები შეიძლება იყოს შემუშავებული კონკრეტული არქიტექტურის მიმართ. ეს არის მნიშვნელოვანი მიკროსტრუქტურული მახასიათებელი. პოლიმერის არქიტექტურა გავლენას ახდენს მის ბევრ ფიზიკურ თვისებაზე, მათ შორის ხსნარისა და დნობის სიბლანტეზე, ხსნადობაზე სხვადასხვა კომპოზიციებში, მინის გადასვლის ტემპერატურაზე და ხსნარში ცალკეული P- ხვეულების ზომაზე. ეს მნიშვნელოვანია პოლიმერების შემადგენელი კომპონენტებისა და სტრუქტურის შესასწავლად.
განშტოება
ტოტები შეიძლება წარმოიქმნას, როდესაც პოლიმერის მოლეკულის მზარდი ბოლო მიმაგრებულია ან (a) უკან თავისთვის ან (b) სხვა P-სტრიქონს, ორივე წყალბადის გამოყვანის გზით, შეუძლია შექმნას ზრდის ზონა შუაზე. ჯაჭვი.
განშტოების ეფექტი - ქიმიური ჯვარედინი კავშირი -ჯაჭვებს შორის კოვალენტური ბმების ფორმირება. კროსლინკინგი ზრდის Tg-ს და ზრდის ძალასა და სიმტკიცეს. სხვა მიზნებთან ერთად, ეს პროცესი გამოიყენება რეზინების გასაძლიერებლად პროცესში, რომელიც ცნობილია როგორც ვულკანიზაცია, რომელიც ეყრდნობა გოგირდის ჯვარედინი ბმულს. მანქანის საბურავებს, მაგალითად, აქვთ მაღალი სიმტკიცე და ჯვარედინი კავშირი ჰაერის გაჟონვის შესამცირებლად და მათი გამძლეობის გაზრდის მიზნით. რეზინი, მეორეს მხრივ, არ არის ჯვარედინი მიბმული, რაც რეზინის გახეხვის საშუალებას აძლევს და ხელს უშლის ქაღალდის დაზიანებას. სუფთა გოგირდის პოლიმერიზაცია მაღალ ტემპერატურაზე ასევე ხსნის იმას, თუ რატომ ხდება ის უფრო ბლანტი მაღალ ტემპერატურაზე გამდნარ მდგომარეობაში.
ბადე
უაღრესად ჯვარედინი კავშირების მქონე პოლიმერის მოლეკულას P-ქსელი ეწოდება. საკმარისად მაღალი ჯვარედინი რგოლის თანაფარდობა (C) შეიძლება გამოიწვიოს ეგრეთ წოდებული უსასრულო ქსელის ან გელის ფორმირება, რომელშიც თითოეული ასეთი განშტოება დაკავშირებულია მინიმუმ ერთთან.
ცოცხალი პოლიმერიზაციის უწყვეტი განვითარებით, ამ ნივთიერებების სპეციფიკური არქიტექტურის სინთეზი უფრო ადვილი ხდება. შესაძლებელია ისეთი არქიტექტურები, როგორიცაა ვარსკვლავი, სავარცხელი, ფუნჯი, დენდრონიზებული, დენდრიმერები და რგოლის პოლიმერები. რთული არქიტექტურის მქონე ამ ქიმიური ნაერთების სინთეზირება შესაძლებელია ან სპეციალურად შერჩეული საწყისი ნაერთების გამოყენებით, ან პირველ რიგში ხაზოვანი ჯაჭვების სინთეზით, რომლებიც გადიან შემდგომ რეაქციებს ერთმანეთთან დასაკავშირებლად. კვანძოვანი P-ები შედგება მრავალი ინტრამოლეკულური ციკლიზაციისგანბმულები ერთ P-ჯაჭვში (PC).
განშტოება
ზოგადად, რაც უფრო მაღალია განშტოების ხარისხი, მით უფრო კომპაქტურია პოლიმერული ჯაჭვი. ისინი ასევე გავლენას ახდენენ ჯაჭვის ჩახლართულობაზე, ერთმანეთის წინ სრიალის უნარზე, რაც თავის მხრივ გავლენას ახდენს ფიზიკურ თვისებებზე. გრძელი ჯაჭვის შტამებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ პოლიმერის სიმტკიცე, სიმტკიცე და მინის გადასვლის ტემპერატურა (Tg) ნაერთში ბმების რაოდენობის გაზრდის გამო. მეორეს მხრივ, Z-ის შემთხვევითმა და მოკლე მნიშვნელობამ შეიძლება შეამციროს მასალის სიძლიერე ჯაჭვების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების ან კრისტალიზაციის უნარის დარღვევის გამო, რაც განპირობებულია პოლიმერის მოლეკულების სტრუქტურით.
ფიზიკურ თვისებებზე განშტოების გავლენის მაგალითი შეიძლება მოიძებნოს პოლიეთილენში. მაღალი სიმკვრივის პოლიეთილენს (HDPE) აქვს განშტოების ძალიან დაბალი ხარისხი, შედარებით ხისტია და გამოიყენება, მაგალითად, ტყვიაგაუმტარი ჟილეტების წარმოებაში. მეორეს მხრივ, დაბალი სიმკვრივის პოლიეთილენს (LDPE) აქვს გრძელი და მოკლე ძაფების მნიშვნელოვანი რაოდენობა, შედარებით მოქნილია და გამოიყენება ისეთ პროგრამებში, როგორიცაა პლასტიკური ფილმები. პოლიმერების ქიმიური სტრუქტურა ხელს უწყობს სწორედ ასეთ გამოყენებას.
დენდრიმერები
დენდრიმერები არის განშტოებული პოლიმერის განსაკუთრებული შემთხვევა, სადაც თითოეული მონომერული ერთეული ასევე არის განშტოების წერტილი. ეს ამცირებს მოლეკულური ჯაჭვის ჩახლართვას და კრისტალიზაციას. დაკავშირებული არქიტექტურა, დენდრიტული პოლიმერი, არ არის იდეალურად განშტოებული, მაგრამ აქვს დენდრიმერების მსგავსი თვისებებიგანშტოების მაღალი ხარისხის გამო.
სტრუქტურული სირთულის ხარისხი, რომელიც ხდება პოლიმერიზაციის დროს, შეიძლება დამოკიდებული იყოს გამოყენებული მონომერების ფუნქციონალობაზე. მაგალითად, სტიროლის თავისუფალი რადიკალების პოლიმერიზაციისას დივინილბენზოლის დამატება, რომელსაც აქვს 2 ფუნქციონირება, გამოიწვევს განშტოებული P-ის წარმოქმნას.
საინჟინრო პოლიმერები
საინჟინრო პოლიმერები მოიცავს ბუნებრივ მასალებს, როგორიცაა რეზინი, სინთეტიკა, პლასტმასი და ელასტომერები. ისინი ძალიან სასარგებლო ნედლეულია, რადგან მათი სტრუქტურა შეიძლება შეიცვალოს და ადაპტირდეს მასალების წარმოებისთვის:
- მექანიკური თვისებების სპექტრით;
- ფერების ფართო სპექტრში;
- სხვადასხვა გამჭვირვალობის თვისებებით.
პოლიმერების მოლეკულური სტრუქტურა
პოლიმერი შედგება მრავალი მარტივი მოლეკულისგან, რომლებიც იმეორებენ სტრუქტურულ ერთეულებს, რომელსაც ეწოდება მონომერები (M). ამ ნივთიერების ერთი მოლეკულა შეიძლება შედგებოდეს ასობით მილიონი M-ისგან და ჰქონდეს წრფივი, განშტოებული ან ქსელური სტრუქტურა. კოვალენტური ბმები იკავებენ ატომებს ერთად და მეორადი ბმები, შემდეგ აკავებენ პოლიმერული ჯაჭვების ჯგუფებს პოლიმასალის შესაქმნელად. კოპოლიმერები არის ამ ნივთიერების ტიპები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი სხვადასხვა ტიპის M.
პოლიმერი არის ორგანული მასალა და ნებისმიერი ასეთი ტიპის ნივთიერების საფუძველია ნახშირბადის ატომების ჯაჭვი. ნახშირბადის ატომს აქვს ოთხი ელექტრონი მის გარე გარსში. თითოეულ ამ ვალენტურ ელექტრონს შეუძლია შექმნას კოვალენტურიკავშირი სხვა ნახშირბადის ატომთან ან უცხო ატომთან. პოლიმერის სტრუქტურის გასაგებად არის ის, რომ ნახშირბადის ორ ატომს შეიძლება ჰქონდეს სამამდე საერთო ბმა და მაინც სხვა ატომებთან. ამ ქიმიურ ნაერთში ყველაზე ხშირად ნაპოვნი ელემენტები და მათი ვალენტური რიცხვებია: H, F, Cl, Bf და I 1 ვალენტური ელექტრონით; O და S 2 ვალენტური ელექტრონით; n 3 ვალენტური ელექტრონით და C და Si 4 ვალენტური ელექტრონით.
პოლიეთილენის მაგალითი
მოლეკულების უნარი შექმნან გრძელი ჯაჭვები სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია პოლიმერის შესაქმნელად. განვიხილოთ მასალა პოლიეთილენი, რომელიც მზადდება ეთანის გაზისგან, C2H6. ეთანის გაზს აქვს ორი ნახშირბადის ატომი ჯაჭვში და თითოეულს აქვს ორი ვალენტური ელექტრონი მეორესთან. თუ ორი ეთანის მოლეკულა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული, თითოეულ მოლეკულაში ნახშირბადის ერთ-ერთი ბმა შეიძლება დაირღვეს, ხოლო ორი მოლეკულა შეიძლება შეუერთდეს ნახშირბად-ნახშირბადის ბმას. ორი მეტრის შეერთების შემდეგ, ჯაჭვის თითოეულ ბოლოში რჩება კიდევ ორი თავისუფალი ვალენტური ელექტრონი, რათა დააკავშიროს სხვა მრიცხველები ან P-სტრიქონები. პროცესს შეუძლია გააგრძელოს მეტი მეტრისა და პოლიმერის ერთმანეთთან დაკავშირება მანამ, სანამ არ შეჩერდება სხვა ქიმიური ნივთიერების (ტერმინატორის) დამატებით, რომელიც ავსებს ხელმისაწვდომ კავშირს მოლეკულის თითოეულ ბოლოში. მას უწოდებენ ხაზოვან პოლიმერს და წარმოადგენს თერმოპლასტიკური ნაერთების სამშენებლო ბლოკს.
პოლიმერული ჯაჭვი ხშირად ნაჩვენებია ორ განზომილებაში, მაგრამ უნდა აღინიშნოს, რომ მათ აქვთ სამგანზომილებიანი პოლიმერული სტრუქტურა. თითოეული ბმული არის 109°-ის კუთხითშემდეგ, და, შესაბამისად, ნახშირბადის ხერხემალი გადის სივრცეში, როგორც TinkerToys-ის გრეხილი ჯაჭვი. როდესაც ძაბვა გამოიყენება, ეს ჯაჭვები იჭიმება და P დრეკადობა შეიძლება იყოს ათასობით ჯერ მეტი, ვიდრე კრისტალურ სტრუქტურებში. ეს არის პოლიმერების სტრუქტურული მახასიათებლები.
