Alig lehet elképzelni a mai életet polimerek nélkül - összetett szintetikus anyagok, amelyeket széles körben használnak az emberi tevékenység különböző területein. A polimerek természetes vagy szintetikus eredetű nagymolekulájú vegyületek, amelyek kémiai kötésekkel összekapcsolt monomerekből állnak. A monomer olyan ismétlődő láncszem, amely tartalmazza az alapmolekulát.
Szerves makromolekuláris vegyületek
Egyedülálló tulajdonságai miatt a nagy molekulatömegű vegyületek az élet különböző területein sikeresen helyettesítik az olyan természetes anyagokat, mint a fa, fém, kő, és új alkalmazási területeket hódítanak meg. Az ilyen kiterjedt anyagcsoport rendszerezéséhez a polimereket különféle kritériumok szerint osztályozzák. Ide tartoznak az összetétel, a gyártási módszer, a térbeli konfiguráció és így tovább.
A polimerek kémiai összetétel szerinti osztályozása három csoportra osztja őket:
- Szerves makromolekuláris anyagok.
- Szerves elem vegyületek.
- Szervetlen makromolekuláris vegyületek.
A legnagyobb csoportot organikus IUD-k képviselik - gyanták, gumi, növényi olajok, vagyis állati és növényi eredetű termékek. Ezen anyagok makromolekulái a fő láncban a szénatomokkal együtt oxigén-, nitrogén- és más elemekkel rendelkeznek.
Tulajdonságai:
- képesek visszafordítani a deformációt, azaz rugalmasságot alacsony terheléseknél;
- kis koncentrációban viszkózus oldatokat képezhet;
- minimális mennyiségű reagens hatására megváltoztatni a fizikai és mechanikai jellemzőket;
- mechanikus hatással lehetséges a makromolekuláik orientációja.
Szerves elem vegyületek
Szerves elem IUD-k, amelyek makromolekulái a szervetlen elemek atomjain - szilícium, titán, alumínium - és a szerves szénhidrogéncsoportokon túl, mesterségesen jönnek létre, és a természetben nem. A polimerek osztályozása alapján őket három csoportra osztják.
- Az első csoport olyan anyagok, amelyekben a fő lánc bizonyos elemek atomjaiból áll, amelyeket organikus gyökök vesznek körül.
- A második csoportba olyan anyagok tartoznak, amelyek fő lánca váltakozó szénatomokat tartalmaz, és olyan elemeket, mint a kén, nitrogén és mások.
- A harmadik csoportba olyan szerves gerincű anyagok tartoznak, amelyeket különféle szerves elemcsoportok vesznek körül.
Példa erre a szilícium-organikus vegyületek, különösen a szilikon, amelyek magas kopásállósággal rendelkeznek.
A fő láncban levő szervetlen makromolekuláris vegyületek szilícium és fémek - magnézium, alumínium vagy kalcium - oxidjait tartalmazzák. Nincsenek oldalsó szerves atomcsoportjai. A fő láncok kötései kovalensek és ionkovalensek, ami meghatározza ezek nagy szilárdságát és hőállóságát. Ide tartoznak az azbeszt, kerámia, szilikát üveg, kvarc.
Carbochain és heterochain haditengerészet
A polimereknek a fő polimer lánc kémiai összetételével történő osztályozása magában foglalja ezen anyagok két nagy csoportra osztását.
- Carbochain, amelyben az IUD makromolekula fő lánca csak szénatomokból áll.
- Hetero-lánc, amelyben más atomok a fő láncban helyezkednek el a szénatomokkal együtt, ezáltal az anyag számára további tulajdonságokat biztosítva.
E nagy csoportok mindegyike a következő alcsoportokból áll, amelyek különböznek a lánc szerkezetében, a szubsztituensek számában, összetételében és az oldalsó ágak számában:
- láncban telített kötésű vegyületek, például polietilén vagy polipropilén;
- a fő láncban telítetlen kötésekkel rendelkező polimerek, például polibutadién;
- halogénatommal helyettesített makromolekuláris vegyületek - teflon;
- polimer alkoholok, amelyek példája a poli (vinil-alkohol);
- Alkoholszármazékokon alapuló IUD-k, például a polivinil-acetát;
- aldehidekből és ketonokból származó vegyületek, például poliakrolein;
- karbonsavakból származó polimerek, amelyek közül a poliakrilsav reprezentatív;
- nitrilből származó anyagok (PAN);
- aromás szénhidrogénekből származó makromolekuláris anyagok, például polisztirol.
Osztás a heteroatom jellege szerint
A polimerek besorolása a heteroatomok természetétől is függhet, több csoportot foglal magában:
- a fő láncban lévő oxigénatomokkal - egyszerű és összetett poliészterek és peroxidok;
- vegyületek a nitrogénatomok fő láncában - poliaminok és poliamidok;
- a fő láncban oxigén- és nitrogénatomot tartalmazó anyagok, például poliuretánok;
- A fő láncban kénatomokkal rendelkező IUD-k - poli-tioészterek és politetraszulfidok;
- vegyületek, amelyek foszforatomjai vannak a fő láncban.
Természetes polimerek
Jelenleg a polimereket származás szerint, kémiai természetük szerint osztályozzák, amely azokat a következőképpen osztja:
- Természetes, ezeket biopolimereknek is nevezik.
- Nagy molekulatömegű műanyagok.
- Szintetikus vegyületek.
A természetes haditengerészet a földi élet alapja. Ezek közül a legfontosabbak a fehérjék - az élő szervezetek "téglái", amelyek monomerei aminosavak. A fehérjék részt vesznek a test minden biokémiai reakciójában, anélkül, hogy az immunrendszer működni nem tud, a vér koagulációs folyamataiban, a csont- és izomszövetképződésben, az energiaátalakításban és még sok másban. Nukleinsavak nélkül lehetetlen az örökletes információk tárolása és továbbítása.
A poliszacharidok nagy molekulatömegű szénhidrogének, amelyek a fehérjékkel együtt részt vesznek az anyagcserében. A polimerek származás szerinti osztályozása lehetővé teszi a természetes makromolekuláris anyagok kiválasztását egy speciális csoportba.
Mesterséges és szintetikus polimerek
A mesterséges polimereket a természetes tulajdonságokból különböző kémiai módosítási módszerekkel nyerik, hogy megkapják a szükséges tulajdonságokat. Példa erre a cellulóz, amelyből sok műanyagot nyernek. A polimerek származás szerinti besorolása műanyagként jellemzi őket. A szintetikus IUD-ket kémiai úton állítják elő polimerizációs vagy polikondenzációs reakciók alkalmazásával. Tulajdonságai és így terjedelme a makromolekula hosszától, azaz a molekulatömegtől függ. Minél nagyobb, annál erősebb a kapott anyag. A polimerek származás szerinti osztályozása nagyon kényelmes. A példák ezt megerősítik.
Lineáris makromolekulák
A polimerek bármilyen besorolása meglehetősen önkényes, és mindegyiknek megvannak a maga hátrányai, mivel nem képes megmutatni ennek az anyagcsoportnak az összes jellemzőjét. Ennek ellenére segít valamilyen módon rendszerezni őket. A polimerek makromolekulák formájában történő osztályozása a következő három csoport formájában mutatja be:
- lineáris;
- elágazó;
- térbeli, amelyeket meshnek is nevezünk.
A hosszú, ívelt vagy spirál alakú, lineáris IUD-láncok az anyagoknak néhány egyedi tulajdonságot adnak:
- az intermolekuláris kötések megjelenése miatt erős szálakat képeznek;
- képesek nagy és hosszú, de ugyanakkor visszafordítható deformációkra;
- fontos tulajdonság a rugalmasság;
- oldódáskor ezek az anyagok nagy viszkozitású oldatokat képeznek.
Elágazó makromolekulák
Az elágazó polimerek lineáris szerkezetűek is, de sok oldalsó elágazásuk rövidebb, mint a fő.Ugyanakkor tulajdonságuk is megváltozik:
- az elágazó anyagok oldhatósága nagyobb, mint a lineáris, alacsonyabb viszkozitású oldatokat képeznek;
- az oldalláncok hosszának növekedésével az intermolekuláris erők gyengülnek, ami az anyag lágyságának és rugalmasságának növekedéséhez vezet;
- minél magasabb az elágazás, annál fizikai tulajdonságai közelebb állnak egy ilyen anyag tulajdonságaihoz a szokásos kis molekulatömegű vegyületek tulajdonságaihoz.
Háromdimenziós makromolekulák
A makromolekuláris háló lapos (lépcsőház és parketta típusú) és háromdimenziós. A lapos gumi természetes gumit és grafitot tartalmaz. A térbeli polimerekben a láncok között térhálósító „hidak” vannak, amelyek egy nagy, háromdimenziós makromolekulát képeznek, amelynek rendkívüli keménysége van.
Példa erre a gyémánt vagy a keratin. A szembőségű makromolekuláris vegyületek gumi, bizonyos típusú műanyagok, valamint ragasztók és lakkok alapját képezik.
Hőre lágyuló műanyagok és hőreagensek
A polimerek származás szerinti és hevítés szerinti osztályozása célja ezen anyagok hőmérsékleti viselkedésének jellemzése. A hevítés során zajló folyamatoktól függően eltérő eredményeket kapnak. Ha az intermolekuláris kölcsönhatás gyengül, és a molekulák kinetikus energiája növekszik, akkor az anyag meglágyul, viszkózus állapotgá alakulva. Amikor a hőmérséklet csökken, visszaáll normál állapotába - kémiai jellege változatlan marad. Az ilyen anyagokat hőre lágyuló polimereknek, például polietilénnek nevezzük.
A vegyületek egy másik csoportját hőre keményedőnek hívják. A melegítés során bekövetkező folyamatok mechanizmusa teljesen más. Kettős kötések vagy funkcionális csoportok jelenlétében kölcsönhatásba lépnek, megváltoztatva az anyag kémiai természetét. Hűtéskor nem tudja helyreállítani eredeti formáját. Példa erre a különböző gyanták.
Polimerizációs módszer
A polimerek másik osztályozása az előállítás módszerével történik. IUD-re van ilyen módszer:
- Polimerizáció, amely az ionos reakciómechanizmus és a szabad gyök felhasználásával történhet.
- Poliaddíció.
A polimerizáció a makromolekulák képződésének folyamata a monomer egységek egymás utáni összekapcsolásával. Általában kis molekulatömegű, többszörös kötésű és gyűrűs csoportok. A reakció során kettős kötés vagy kötés a gyűrűs csoportban megszakad, és újak képződnek ezek között a monomerek között. Ha ugyanazon faj monomerei vesznek részt a reakcióban, akkor ezt homopolimerizációnak nevezzük. Különböző típusú monomerek alkalmazásakor kopolimerizációs reakció lép fel.
A polimerizációs reakció egy láncreakció, amely spontán módon is megtörténhet, azonban aktív anyagokat alkalmaznak annak felgyorsítására. A szabadgyök-mechanizmus révén a folyamat több szakaszban megy végbe:
- Az eljárás megindítása. Ebben a szakaszban fény, hő, kémiai vagy másfajta hatás hatására aktív csoportok - gyökök - képződnek a rendszerben.
- Lánchossz növekedés. Ezt a stádiumot az jellemzi, hogy a következő monomerek hozzáadódnak a gyökökhöz, és így új gyököket képeznek.
- Nyílt láncot kap az aktív csoportok kölcsönhatásba lépése inaktív makromolekulák kialakulásával.
A lánc lezárásának pillanatát nem lehet ellenőrizni, ezért a kapott makromolekulák különböznek egymástól különböző molekulatömegűekben.
A polimerizációs reakció ionos mechanizmusának elve megegyezik a szabad gyökökével. De itt a kationok és az anionok aktív központokként működnek, ezért megkülönböztetjük a kationos és az anionos polimerizációt. Az iparban a legfontosabb polimereket radikális polimerizációval állítják elő: polietilén, polisztirol és még sok más. Az ionos polimerizációt szintetikus gumi előállításában használják.
polikondenzáció
A nagy molekulatömegű vegyület képződésének folyamata néhány alacsony molekulatömegű anyag melléktermékként történő elválasztásával polikondenzáció, amely abban különbözik a polimerizációtól, hogy a kapott makromolekula elemi összetétele nem felel meg a reakcióban részt vevő kiindulási anyagok összetételének. Csak funkcionális csoportokkal rendelkező vegyületek vehetnek részt benne, amelyek kölcsönhatásba lépve megbontják egy egyszerű anyag molekuláját és új kötődést képeznek. A bifunkciós vegyületek polikondenzációja lineáris polimereket eredményez. Ha többfunkciós vegyület vesz részt a reakcióban, elágazó vagy egyenletes térbeli szerkezetű IUD-k képződnek. A reakció során képződött kis molekulatömegű anyagok szintén kölcsönhatásba lépnek a közbenső termékekkel, láncolatot okozva. Ezért jobb, ha eltávolítja őket a reakciózónából.
Bizonyos polimereket nem lehet előállítani ismert polimerizációs vagy polikondenzációs módszerekkel, mivel nincs szükség kiindulási monomerekre, amelyek képesek bennük részt venni. Ebben az esetben a polimer szintézist nagy molekulatömegű vegyületek részvételével hajtják végre, amelyek olyan funkcionális csoportokat tartalmaznak, amelyek képesek reagálni egymással.
A polimerek osztályozása napról napra bonyolultabbá válik, mivel egyre több új típusú ilyen csodálatos, előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyag jelenik meg, és az ember már nem gondolja életét nélküle. Ugyanakkor felmerül egy másik, nem kevésbé fontos probléma - egyszerű és olcsó ártalmatlanításuk lehetősége. A probléma megoldása nagyon fontos a bolygó létezése szempontjából.
