Tuskin voi kuvitella nykypäivän elämää ilman polymeerejä - monimutkaisia synteettisiä aineita, joita käytetään laajasti ihmisen toiminnan eri aloilla. Polymeerit ovat luonnollista tai synteettistä alkuperää olevia suurimolekyylisiä yhdisteitä, jotka koostuvat kemiallisilla sidoksilla kytketyistä monomeereistä. Monomeeri on toistuva ketjun linkki, joka sisältää kantamolekyylin.
Orgaaniset makromolekyyliset yhdisteet
Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta suurimolekyyliset yhdisteet korvaavat menestyksekkäästi sellaiset luonnolliset materiaalit kuin puu, metalli, kivi eri elämänalueilla ja valloittavat uusia käyttöalueita. Tällaisen laajan aineryhmän systemaattimiseksi hyväksytään polymeerien luokittelu eri kriteerien perusteella. Näitä ovat koostumus, tuotantomenetelmä, alueellinen konfiguraatio ja niin edelleen.
Polymeerien luokittelu kemiallisen koostumuksen perusteella jakaa ne kolmeen ryhmään:
- Orgaaniset makromolekulaariset aineet.
- Orgaaniset alkuaineyhdisteet.
- Epäorgaaniset makromolekyyliset yhdisteet.
Suurinta ryhmää edustavat orgaaniset IUD: t - hartsit, kumit, kasviöljyt eli eläin- ja kasviperäiset tuotteet. Näiden pääketjun aineiden makromolekyyleissä yhdessä hiiliatomien kanssa on happea, typpeä ja muita alkuaineita.
Niiden ominaisuudet:
- kyky kääntää muodonmuutos, ts. joustavuus pienillä kuormituksilla;
- pienessä konsentraatiossa voi muodostaa viskoosia liuoksia;
- muuttaa fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia vähimmäismäärän reagenssin vaikutuksesta;
- mekaanisella vaikutuksella niiden makromolekyylien suunta on mahdollista.
Orgaaniset alkuaineyhdisteet
Orgaanisten elementtien IUD: t, joiden makromolekyylit sisältävät epäorgaanisten elementtien - piin, titaanin, alumiinin - ja orgaanisten hiilivetyradikaalien lisäksi, keinotekoisesti, eivätkä luonnossa niitä ole. Polymeerien luokittelu jakaa ne puolestaan kolmeen ryhmään.
- Ensimmäinen ryhmä on aineita, joissa pääketju koostuu tiettyjen orgaanisten radikaalien ympäröimien elementtien atomista.
- Toiseen ryhmään kuuluvat aineet, joiden pääketju sisältää vuorottelevia hiiliatomeja ja elementtejä, kuten rikki, typpi ja muut.
- Kolmanteen ryhmään kuuluvat aineet, joilla on orgaaninen runko, jota ympäröivät erilaiset organoelementtiryhmät.
Esimerkki on piipitoiset orgaaniset yhdisteet, erityisesti silikoni, jolla on korkea kulutuskestävyys.
Pääketjun epäorgaaniset makromolekulaariset yhdisteet sisältävät piin ja metallien - magnesiumin, alumiinin tai kalsiumin - oksideja. Heillä ei ole sivusuunnassa orgaanisia atomiryhmiä. Pääketjujen sidokset ovat kovalenttisia ja ionikovalenttisia, mikä määrää niiden korkean lujuuden ja lämmönkestävyyden. Näitä ovat asbesti, keramiikka, silikaattilasi, kvartsi.
Carbochain ja heterochain Navy
Polymeerien luokittelu pääpolymeeriketjun kemiallisen koostumuksen perusteella sisältää näiden aineiden jakamisen kahteen suureen ryhmään.
- Hiilihappo, jossa IUD-makromolekyylin pääketju koostuu vain hiiliatomeista.
- Heteroketju, jossa muut atomit sijaitsevat pääketjussa yhdessä hiiliatomien kanssa, mikä antaa tälle aineelle lisäominaisuuksia.
Jokainen näistä suurista ryhmistä koostuu seuraavista alaryhmistä, jotka eroavat ketjun rakenteesta, substituenttien lukumäärästä, niiden koostumuksesta ja sivuhaaroista:
- yhdisteet, joissa on tyydyttyneitä sidoksia ketjuissa, esimerkiksi polyeteeni tai polypropeeni;
- polymeerit, joissa pääketjussa on tyydyttymättömiä sidoksia, esimerkiksi polybutadieeni;
- halogeenisubstituoidut makromolekyyliset yhdisteet - tefloni;
- polymeeriset alkoholit, joista esimerkki on polyvinyylialkoholi;
- IUD: t, jotka perustuvat alkoholien johdannaisiin, esimerkki on polyvinyyliasetaatti;
- aldehydeistä ja ketoneista johdetut yhdisteet, kuten polyakroleiini;
- polymeerit, jotka on johdettu karboksyylihapoista, joista polyakryylihappo edustaa;
- nitriileistä johdetut aineet (PAN);
- aromaattisista hiilivedyistä johdetut makromolekyyliset aineet, esimerkiksi polystyreeni.
Jako heteroatomin luonteen mukaan
Polymeerien luokittelu voi myös riippua heteroatomien luonteesta; se sisältää useita ryhmiä:
- pääketjun happiatomien kanssa - yksinkertaiset ja monimutkaiset polyesterit ja peroksidit;
- yhdisteet, joissa on typpiatomien pääketju - polyamiinit ja polyamidit;
- aineet, joissa pääketjussa on happi- ja typpiatomeja, esimerkiksi polyuretaanit;
- IUD: t, joissa on pääketjun rikkiatomeja - polytioesterit ja polytetrasulfidit;
- yhdisteet, joissa pääketjussa on fosforiatomeja.
Luonnolliset polymeerit
Nykyisin polymeerien luokittelu alkuperän, kemiallisen luonteen perusteella jakaa ne seuraavasti:
- Luonnollisia, niitä kutsutaan myös biopolymeereiksi.
- Keinotekoiset aineet, joilla on korkea molekyylipaino.
- Synteettiset yhdisteet.
Luonnollinen laivasto on maan elämän perusta. Tärkeimpiä näistä ovat proteiinit - elävien organismien "tiilet", joiden monomeerit ovat aminohappoja. Proteiinit ovat mukana kaikissa kehon biokemiallisissa reaktioissa, ilman niitä immuunijärjestelmä ei voi toimia, veren hyytymisprosessit, luu- ja lihaskudoksen muodostuminen, energianmuutostyö ja paljon muuta. Ilman nukleiinihappoja perinnöllisen tiedon säilyttäminen ja välittäminen on mahdotonta.
Polysakkaridit ovat suurimolekyylipainoisia hiilivetyjä, jotka osallistuvat yhdessä proteiinien kanssa metaboliaan. Polymeerien luokittelu alkuperän perusteella antaa sinun valita luonnolliset makromolekyyliset aineet erityisryhmästä.
Keinotekoiset ja synteettiset polymeerit
Keinotekoiset polymeerit saadaan luonnollisista erilaisilla kemiallisilla modifikaatiomenetelmillä, jotta saadaan niille tarvittavat ominaisuudet. Esimerkki on selluloosa, josta saadaan monia muoveja. Polymeerien luokittelu alkuperän perusteella luonnehtii niitä keinotekoisiksi aineiksi. Synteettiset IUD: t saadaan kemiallisesti käyttämällä polymerointi- tai polykondensaatioreaktioita. Niiden ominaisuudet ja siten laajuus riippuvat makromolekyylin pituudesta, ts. Molekyylipainosta. Mitä suurempi se on, sitä vahvempi saatu materiaali on. Polymeerien luokittelu alkuperän mukaan on erittäin kätevää. Esimerkit vahvistavat tämän.
Lineaariset makromolekyylit
Mahdollinen polymeerien luokittelu on melko mielivaltaista, ja jokaisella on omat haittansa, koska sillä ei voida näyttää tämän aineryhmän kaikkia ominaisuuksia. Siitä huolimatta se auttaa järjestelmästämään niitä jollain tavalla. Polymeerien luokittelu makromolekyylien muodossa esittää ne seuraavien kolmen ryhmän muodossa:
- lineaarinen;
- haarautunut;
- spatiaalinen, jota kutsutaan myös mesh.
Pitkät, kaarevat tai spiraalimaiset lineaaristen IUD-ketjut antavat aineille joitain ainutlaatuisia ominaisuuksia:
- muodostaa molekyylien välisten sidosten esiintymisen vuoksi vahvoja kuituja;
- ne kykenevät suuriin ja pitkiin, mutta samalla palautuviin muodonmuutoksiin;
- tärkeä ominaisuus on niiden joustavuus;
- liukenemisen jälkeen nämä aineet muodostavat liuoksia, joilla on korkea viskositeetti.
Haaroittuneet makromolekyylit
Haaroittuneilla polymeereillä on myös lineaarinen rakenne, mutta monilla sivuhaaroilla on lyhyempi kuin pääosalla.Samanaikaisesti myös niiden ominaisuudet muuttuvat:
- haarautuneiden aineiden liukoisuus on korkeampi kuin lineaarinen, vastaavasti ne muodostavat liuoksia, joilla on alhaisempi viskositeetti;
- sivuketjujen pituuden kasvaessa molekyylien väliset voimat heikentyvät, mikä johtaa materiaalin pehmeyden ja kimmoisuuden lisääntymiseen;
- mitä korkeampi haarautumisaste, sitä fysikaalisempia ominaisuuksia lähestyy tavallisten pienimolekyylipainoisten yhdisteiden ominaisuuksia.
Kolmiulotteiset makromolekyylit
Verkkomakromolekyyliset yhdisteet ovat tasaisia (portaikko- ja parkettilaji) ja kolmiulotteisia. Litteä kumi sisältää luonnonkumia ja grafiittia. Avaruuspolymeereissä ketjujen välillä on silloittavat "sillat", jotka muodostavat yhden suuren kolmiulotteisen makromolekyylin, jolla on poikkeuksellinen kovuus.
Esimerkki on timantti tai keratiini. Mesh-makromolekulaariset yhdisteet ovat kumien, eräiden muovityyppien, samoin kuin liimojen ja lakkojen perusta.
Kestomuovit ja termoseetit
Polymeerien luokittelulla alkuperästä ja lämmityksestä on tarkoitus karakterisoida näiden aineiden käyttäytyminen lämpötilassa. Lämmityksen aikana tapahtuvista prosesseista riippuen saadaan erilaisia tuloksia. Jos molekyylien välinen vuorovaikutus heikkenee ja molekyylien kineettinen energia kasvaa, niin aine pehmenee, jolloin siitä tulee viskoosinen tila. Lämpötilan laskiessa se palaa normaalitilaansa - sen kemiallinen luonne pysyy ennallaan. Sellaisia aineita kutsutaan kestomuovipolymeereiksi, esimerkiksi polyeteeniksi.
Toista ryhmää yhdisteitä kutsutaan lämpökovettuvaksi. Heissä lämmityksen aikana tapahtuvien prosessien mekanismi on täysin erilainen. Kaksoissidosten tai funktionaalisten ryhmien läsnä ollessa ne ovat vuorovaikutuksessa keskenään, muuttaen aineen kemiallista luonnetta. Se ei voi palauttaa alkuperäistä muotoaan jäähtyessään. Esimerkki on erilaiset hartsit.
Polymerointimenetelmä
Toinen polymeerien luokittelu tapahtuu valmistusmenetelmällä. IUD: n saamiseksi on olemassa sellaisia tapoja:
- Polymerointi, joka voi tapahtua käyttämällä ionista reaktiomekanismia ja vapaita radikaaleja.
- Polykondensaatio.
Polymerointi on makromolekyylien muodostumisprosessi yhdistämällä peräkkäin monomeeriyksiköitä. Ne ovat yleensä pienimolekyylipainoisia aineita, joilla on useita sidoksia ja syklisiä ryhmiä. Reaktion aikana kaksoissidos tai sidos syklisessä ryhmässä hajoaa ja muodostuu uusia näiden monomeerien välille. Jos reaktioon osallistuu samojen lajien monomeerejä, sitä kutsutaan homopolymeroinniksi. Käytettäessä erityyppisiä monomeerejä tapahtuu kopolymerointireaktio.
Polymerointireaktio on ketjureaktio, joka voi tapahtua spontaanisti, mutta sen kiihdyttämiseksi käytetään aktiivisia aineita. Vapaiden radikaalien mekanismin avulla prosessi etenee useissa vaiheissa:
- Aloittamista. Tässä vaiheessa järjestelmään muodostuu aktiivisia ryhmiä - radikaaleja - valon, lämmön, kemiallisen tai jonkin muun vaikutuksen vaikutuksesta.
- Ketjun pituuden kasvu. Tämä vaihe on ominaista seuraavien monomeerien lisäämiselle radikaaleihin uusien radikaalien muodostamiseksi.
- Avoin ketju saadaan aikaan aktiivisten ryhmien vuorovaikutuksella inaktiivisten makromolekyylien muodostumisen kanssa.
Ketjun päättymismomenttia on mahdotonta hallita, ja siksi tuloksena olevat makromolekyylit eroavat toisistaan eri moolimassien välillä.
Polymerointireaktion ionisen mekanismin periaate on sama kuin vapaan radikaalin. Mutta tässä kationit ja anionit toimivat aktiivisina keskuksina, siksi kationinen ja anioninen polymerointi erotetaan toisistaan. Teollisuudessa tärkeimmät polymeerit saadaan radikaalisella polymeroinnilla: polyeteeni, polystyreeni ja monet muut. Ionipolymerointia käytetään synteettisten kumien valmistuksessa.
polykondensaatiossa
Suurimolekyylipainoisen yhdisteen muodostumisprosessi erottamalla pienistä molekyylipainoisista aineista sivutuotteena on polykondensaatio, joka eroaa polymeroinnista siinä, että tuloksena olevan makromolekyylin alkuainekoostumus ei vastaa reaktiossa mukana olevien alkuaineiden koostumusta. Ainoastaan funktionaalisia ryhmiä sisältävät yhdisteet voivat osallistua niihin, jotka vuorovaikutuksessa jakavat yksinkertaisen aineen molekyylin ja muodostavat uuden sidoksen. Bifunktionaalisten yhdisteiden polykondensaatio tuottaa lineaarisia polymeerejä. Kun monifunktionaaliset yhdisteet osallistuvat reaktioon, muodostuu haarautuneita tai jopa alueellisia rakenteita sisältäviä IUD: itä. Reaktion aikana muodostuneet pienimolekyylipainoiset aineet ovat myös vuorovaikutuksessa välituotteiden kanssa aiheuttaen ketjun päättymisen. Siksi on parempi poistaa ne reaktiovyöhykkeeltä.
Tiettyjä polymeerejä ei voida saada tunnetuilla polymerointi- tai polykondensaatiomenetelmillä, koska ei ole vaadittuja aloitusmonomeerejä, jotka kykenevät osallistumaan niihin. Tässä tapauksessa polymeerien synteesi suoritetaan osallistumalla suurimolekyylipainoisiin yhdisteisiin, jotka sisältävät funktionaalisia ryhmiä, jotka kykenevät reagoimaan keskenään.
Polymeerien luokittelu tulee monimutkaisemmaksi joka päivä, kun esiintyy yhä enemmän uusia tyyppejä näistä uskomattomista aineista, joilla on ennalta määritellyt ominaisuudet, ja ihminen ei enää ajattele elämäänsä ilman niitä. Esiin nousee kuitenkin toinen, yhtä tärkeä ongelma - mahdollisuus niiden helppoon ja halpaan hävittämiseen. Ratkaisu tähän ongelmaan on erittäin tärkeä planeetan olemassaololle.
