סיווג פולימרים לפי מוצא

כמעט ולא ניתן לדמיין את חיי היום ללא פולימרים - חומרים סינתטיים מורכבים הנמצאים בשימוש נרחב בתחומים שונים של פעילות אנושית. פולימרים הם תרכובות מולקולריות גבוהות ממקור טבעי או סינטטי, המורכבות ממונומרים המחוברים באמצעות קשרים כימיים. מונומר הוא קישור שרשרת חוזר המכיל את מולקולת האב.

תרכובות מקרומולקולריות אורגניות

בשל תכונותיו הייחודיות, תרכובות מולקולריות גבוהות מחליפות בהצלחה חומרים טבעיים כמו עץ, מתכת, אבן בתחומי חיים שונים, כובשות תחומי יישום חדשים. כדי לבצע שיטתית של קבוצה כה רחבה של חומרים, אומץ סיווג הפולימרים על פי קריטריונים שונים. אלה כוללים הרכב, שיטת ייצור, תצורה מרחבית וכן הלאה.

סיווג הפולימרים לפי הרכב כימי מחלק אותם לשלוש קבוצות:

• חומרים מקרומולקולריים אורגניים.
• תרכובות ארגוניות.
• תרכובות מקרומולקולריות אורגניות.

הקבוצה הגדולה ביותר מיוצגת על ידי IUDs שרירים אורגניים - שרפים, גומי, שמנים צמחיים, כלומר מוצרים של בעלי חיים כמו גם ממקור צמחי. למקרומולקולות של חומרים אלה בשרשרת הראשית יחד עם אטומי פחמן יש אטומי חמצן, חנקן ואלמנטים אחרים.

המאפיינים שלהם:

• יכולת להפוך את העיוות, כלומר גמישות בעומסים נמוכים;
• בריכוז קטן יכול ליצור פתרונות צמיגיים;
• לשנות את המאפיינים הפיזיים והמכניים בהשפעת כמות מינימלית של מגיב;
• בפעולה מכנית ניתן לכוון כיוון של המיקרו-מולקולות שלהם.

תרכובות ארגוניות

IUDs organoelemental, אשר macromolecules מהם מכילים, בנוסף לאטומים של אלמנטים אורגניים - סיליקון, טיטניום, אלומיניום - רדיקלים פחמימניים אורגניים, נוצרים באופן מלאכותי, ובטבעם הם אינם. סיווג הפולימרים מחלק אותם, בתורם, לשלוש קבוצות.

• הקבוצה הראשונה היא חומרים שבהם השרשרת הראשית מורכבת מאטומים של יסודות מסוימים המוקפים ברדיקלים אורגניים.
• הקבוצה השנייה כוללת חומרים עם שרשרת עיקרית המכילים אטומי פחמן לסירוגין ואלמנטים כמו גופרית, חנקן ואחרים.
• הקבוצה השלישית כוללת חומרים עם עצמות עמוד אורגניות המוקפות בקבוצות אורגניות שונות.

דוגמה לכך היא תרכובות אורגנו-סיליקון, ובמיוחד סיליקון, בעל עמידות גבוהה בפני שחיקה.

תרכובות מקרומולקולריות אורגניות בשרשרת הראשית מכילות תחמוצות של סיליקון ומתכות - מגנזיום, אלומיניום או סידן. אין להם קבוצות אטומיות אורגניות. הקשרים בשרשראות העיקריות הם קוולנטיים ויונים-קוולנטים, שקובעים את חוזקם הגבוה ועמידות החום שלהם. אלה כוללים אסבסט, קרמיקה, זכוכית סיליקט, קוורץ.

חיל הים של קרבוצ'ין והטרוכאין

סיווג פולימרים לפי ההרכב הכימי של שרשרת הפולימרים הראשית כרוך בחלוקת חומרים אלה לשתי קבוצות גדולות.

• פחמן, בו השרשרת העיקרית של מקרומולקולת ה- IUD מורכבת רק מאטומי פחמן.
• שרשרת הטרו, בה אטומים אחרים נמצאים בשרשרת הראשית יחד עם אטומי פחמן, מה שמקנה לחומר זה תכונות נוספות.

כל אחת מהקבוצות הגדולות הללו מורכבת מקבוצות המשנה הבאות השונות במבנה השרשרת, במספר התחליפים, בהרכבם ובמספר הענפים הצדדיים:

• תרכובות עם קשרים רוויים בשרשראות, למשל, פוליאתילן או פוליפרופילן;
• פולימרים עם קשרים בלתי רוויים בשרשרת הראשית, למשל פוליבוטדיאן;
• תרכובות מקרומולקולאריות הלוגניות - טפלון;
• אלכוהולים פולימריים שהדוגמה שלהם היא אלכוהול פוליוויניל;
• IUDs המבוססים על נגזרות של אלכוהולים, דוגמא היא פוליוויניל אצטט;
• תרכובות שמקורן באלדהידים וקטונים, כמו פוליאקרולין;

• פולימרים הנגזרים מחומצות קרבוקסיליות, שהחומצה הפוליאקרילית שלהם מייצגת;
• חומרים שמקורם בחנקן (PAN);
• חומרים מקרומולקולריים שמקורם בפחמימנים ארומטיים, למשל קלקר.

חלוקה לפי אופי ההטרום

סיווג הפולימרים עשוי להיות תלוי גם באופי ההטרואטומים; הוא כולל כמה קבוצות:

• עם אטומי חמצן בשרשרת הראשית - פוליאסטרונים פשוטים ומורכבים והפרוקסידים;
• תרכובות עם התוכן בשרשרת העיקרית של אטומי חנקן - פוליאמינים ופוליאמידים;
• חומרים עם אטומי חמצן וחנקן בשרשרת הראשית, למשל, פוליאוריטן;
• IUDs עם אטומי גופרית בשרשרת הראשית - פוליאתיאסטרים ופוליטטרסולפידים;
• תרכובות בהן אטומי זרחן נמצאים בשרשרת הראשית.

פולימרים טבעיים

נכון לעכשיו, סיווג הפולימרים לפי מקורם, לפי אופי כימי, המחלק אותם כדלקמן:

• טבעי, הם נקראים גם ביו-פולימרים.
• חומרים מלאכותיים בעלי משקל מולקולרי גבוה.
• תרכובות סינתטיות.

חיל הים הטבעי הוא בסיס החיים בכדור הארץ. החשובים שבהם הם חלבונים - "לבנים" של יצורים חיים, שהמונומרים מהם הם חומצות אמינו. חלבונים מעורבים בכל התגובות הביוכימיות של הגוף, בלעדיהם מערכת החיסון אינה יכולה לעבוד, קרישת דם, היווצרות רקמת עצם ושריר, עבודת הסבת אנרגיה ועוד ועוד. ללא חומצות גרעין, אחסון והעברת מידע תורשתי אינו אפשרי.

פוליסכרידים הם פחמימנים בעלי משקל מולקולרי גבוה אשר יחד עם חלבונים מעורבים במטבוליזם. סיווג פולימרים לפי מקור מאפשר לך לבחור חומרים מקרומולקולריים טבעיים בקבוצה מיוחדת.

פולימרים מלאכותיים וסינתטיים

פולימרים מלאכותיים מתקבלים מהטבעיות בשיטות שונות של שינוי כימי בכדי לתת להם את התכונות הדרושות. דוגמא לכך היא תאית, ממנה מתקבלים פלסטיק רבים. סיווג הפולימרים לפי מקורם מאפיין אותם כחומרים מלאכותיים. IUDs סינתטי מתקבלים כימית באמצעות תגובות פילמור או פולי-קונדנסציה. תכונותיהם, ולכן ההיקף, תלויים באורך המיקרו-מולקולה, כלומר במשקל המולקולרי. ככל שהוא גדול יותר כך החומר המתקבל חזק יותר. הסיווג של פולימרים לפי מוצא נוח מאוד. דוגמאות מאשרות זאת.

מולקולות ליניאריות

כל סיווג של פולימרים הוא די שרירותי, ולכל אחד חסרונות משלו, מכיוון שהוא אינו יכול להציג את כל המאפיינים של קבוצת חומרים זו. עם זאת, זה עוזר לבצע שיטתיות בדרך כלשהי. סיווג הפולימרים בצורת מקרומולקולות מציג אותם בצורה של שלוש הקבוצות הבאות:

• ליניארי
• מסועף;
• מרחבית, הנקראים גם רשת.

שרשראות ארוכות, מעוקלות או בצורת ספירלה של מכשירי IUD ליניאריים מעניקות לחומרים תכונות ייחודיות:

• בשל הופעתם של קשרים בין-מולקולריים נוצרים סיבים חזקים;
• הם מסוגלים לעיוותים גדולים וארוכים אך יחד עם זאת הפיכים;
• מאפיין חשוב הוא הגמישות שלהם;
• לאחר ההמסה, חומרים אלה יוצרים תמיסות בעלי צמיגות גבוהה.

מקרומולקולות מסועפות

גם פולימרים מסועפים הם בעלי מבנה ליניארי, אך עם ענפי צדדים רבים קצרים יותר מזה העיקרי.במקביל, המאפיינים שלהם משתנים גם הם:

• המסיסות של חומרים מסועפים היא גבוהה יותר מאשר ליניארית, בהתאמה, הם יוצרים פתרונות של צמיגות נמוכה יותר;
• עם עלייה באורך שרשראות הצד, הכוחות הבין-מולקולריים נחלשים מה שמוביל לעלייה ברכות החומר והאלסטיות;
• ככל שמידת הענף גבוהה יותר, כך התכונות הפיזיות של חומר כזה מתקרבות לתכונות של תרכובות רגילות בעלות משקל מולקולרי.

מקרומולקולות תלת מימדיות

תרכובות מקרומולקולריות רשת הן שטוחות (גרם מדרגות ופרקט) ותלת מימדיות. גומי שטוח כולל גומי טבעי וגרפיט. בפולימרים מרחביים ישנם "גשרים" בין שרשראות מקשרים בין צורות ויוצרים מקרומולקולה תלת ממדית אחת גדולה, בעלת קשיות יוצאת דופן.

דוגמא לכך היא יהלום או קרטין. תרכובות מקרומולקולריות רשת הן הבסיס לגומי, סוגים מסוימים של פלסטיק, כמו גם דבקים ולכות.

תרמופלסטים ותרמוסים

סיווג הפולימרים לפי מקורם וביחס לחימום נועד לאפיין את התנהגותם של חומרים אלה בטמפרטורה. בהתאם לתהליכים המתרחשים במהלך החימום מתקבלות תוצאות שונות. אם האינטראקציה הבין-מולקולרית נחלשת והאנרגיה הקינטית של המולקולות גדלה, אז החומר מתרכך והופך למצב צמיגי. כאשר הטמפרטורה יורדת, הוא חוזר למצב רגיל - אופיו הכימי נשאר ללא שינוי. חומרים כאלה נקראים פולימרים תרמופלסטיים, למשל פוליאתילן.

קבוצה אחרת של תרכובות נקראת תרמוסטית. מנגנון התהליכים המתרחשים בהם במהלך החימום שונה לחלוטין. בנוכחות קשרים כפולים או קבוצות פונקציונליות הם מתקשרים זה עם זה ומשנים את אופיו הכימי של החומר. זה לא יכול לשחזר את צורתו המקורית לאחר הקירור. דוגמא לכך היא שרפים שונים.

שיטת פילמור

סיווג נוסף של פולימרים הוא בשיטת ההכנה. ישנן דרכים כאלה להשיג IUD:

• פילמור, שיכול להתקיים באמצעות מנגנון התגובה היונית והרדיקל החופשי.
• פוליקרונדציה

פולימריזציה היא תהליך היווצרות של מקרומולקולות על ידי חיבור רצף של יחידות מונומרים. לרוב מדובר בחומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך עם קשרים מרובים וקבוצות מחזוריות. במהלך התגובה, קשר כפול או קשר בקבוצה המחזורית נשברים ונוצרים חדשים בין מונומרים אלה. אם מונומרים מאותו המין מעורבים בתגובה, זה נקרא homopolymerization. בעת שימוש בסוגים שונים של מונומרים, מתרחשת תגובת קופולימרטיזציה.

תגובת הפילמור היא תגובת שרשרת שיכולה להתרחש באופן ספונטני, עם זאת, משתמשים בחומרים פעילים כדי להאיץ אותה. באמצעות מנגנון הרדיקלים החופשיים התהליך מתבצע במספר שלבים:

• חניכה. בשלב זה, על ידי אור, חום, כימיה, או סוג אחר של השפעה, נוצרים במערכת קבוצות פעילות - רדיקלים.
• צמיחת אורך שרשרת. שלב זה מאופיין על ידי הוספת המונומרים הבאים לרדיקלים ליצירת רדיקלים חדשים.
• שרשרת פתוחה מתקבלת על ידי אינטראקציה של קבוצות פעילות עם היווצרות של מקרומולקולות לא פעילות.

אי אפשר לשלוט ברגע סיום השרשרת, ולכן המקרומולקולות המתקבלות נבדלות זו מזו במשקולות מולקולריות שונות.

העיקרון של המנגנון היוני של תגובת הפילמור זהה לזה של הרדיקל החופשי. אך כאן, קטיונים ואנונים משמשים כמרכזים פעילים, ולכן נבדלים פילמור קטיוני ואנוני. בתעשייה, הפולימרים החשובים ביותר מתקבלים על ידי פילמור רדיקלי: פוליאתילן, קלקר ורבים אחרים. פילמור יון משמש בייצור גומי סינטטי.

פוליקרונדציה

תהליך היווצרות של תרכובת בעלת משקל מולקולרי גבוה עם הפרדה של כמה חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך כתוצר לוואי הוא פול-קונדנסציה, השונה מהפולימריזציה בכך שהרכב היסודי של המיקרו-מולקולה המתקבלת אינו תואם את ההרכב של החומרים הראשוניים המעורבים בתגובה. רק תרכובות עם קבוצות פונקציונליות יכולות להשתתף בהן, אשר, באינטראקציה, מפצלות את המולקולה של חומר פשוט ויוצרות קשר חדש. פולי-קונדנסציה של תרכובות דו-פונקציונליות מייצרת פולימרים לינאריים. כאשר מעורבים בתגובה תרכובות רב-פונקציונליות, נוצרים מכשירי-רחל עם מבנה מסועף או אפילו מרחבי. החומרים במשקל המולקולרי הנמוך שנוצרו במהלך התגובה מקיימים אינטראקציה גם עם מוצרי הביניים, וגורמים לסיום השרשרת. לכן עדיף להסיר אותם מאזור התגובה.

לא ניתן להשיג פולימרים מסוימים בשיטות ידועות של פילמור או פולי-קונדנסציה, מכיוון שאין מונומרים התחלתיים נדרשים המסוגלים להשתתף בהם. במקרה זה, סינתזת הפולימר מתבצעת בהשתתפות תרכובות בעלות משקל מולקולרי גבוה המכילות קבוצות פונקציונליות המסוגלות להגיב זו עם זו.

סיווג הפולימרים מסתבך מדי יום, מכיוון שנראים יותר ויותר סוגים חדשים של חומרים מדהימים אלה בעלי תכונות קבועות מראש, ואדם כבר לא מדמיין את חייו בלעדיהם. עם זאת, בעיה נוספת מתעוררת, חשובה לא פחות - אפשרות לסילוקם הקל והזול. הפיתרון לבעיה זו חשוב מאוד לקיומו של כדור הארץ.