К полимерам относят: . К полимерам относят: А) глюкозу Б) ДНК В) фосфолипиды Г) жиры
alexxlab | 15.01.1979 | 0 | Разное
Полимеры, не относящиеся к виниловому ряду
В заключение рассмотрим вкратце химическое строение и характеристику свойств основных полимерных веществ, используемых при изготовлении кинодекорационной бутафории и бутафорского реквизита. К ним относятся полиэтилен, некоторые полимеры винилового ряда (поливинилацетат, полистирол, полиакриловая и полиметакриловая кислоты и их эфиры), эпоксидные смолы. [c.152] В первый класс входят органические полимеры, цепи которых состоят только из атомов углерода. К ним относятся полиолефины, полимеры винилового ряда, полимеры винилиденового ряда, полимеры дивинилового ряда, или полидиены, и, наконец, циклические карбоцепные полимеры (см. гл. X). В этот класс входят основные типы синтетических каучуков, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и его сополимеры с винилиденхлоридом (саран), полистирол, полиме-тилметакрилат (органическое стекло) и другие полиакриловые полимеры, политетрафторэтилен (тефлон) и другие фторпроизводные полиэтилена (фторопласты), фенолформальдегидные полимеры и многие другие синтетические органические карбоцепные полимеры из природных полимеров — натуральный каучук и гуттаперча.
К сшивающимся под воздействием ионизирующих излучений полимерам относятся полиэтилен, его сополимеры, замещенные полимеры винилового ряда к деструктирующим — полипропилен, полиметилметакрилат, полиизобутилен. [c.54]
Полистирол, поливинилацетат, полиакриловая и полиметакриловая кислоты и их производные, об использовании которых в кинодекорационной и бутафорской технике говорилось выше, относятся к большой группе полимеров винилового ряда, к которой принадлежит и поливинилхлорид, получение и свойства которого бы.ли достаточно подробно описаны ранее. [c.156]
Оптическая активность полимеров винильного ряда, обусловленная асимметрией боковых групп, связана с предпочтительным направлением свернутости спиралевидных макромолекул и имеет в значительной мере конформационный характер. Это относится, в частности, к полимерам оптически активных простых виниловых эфиров. Образование соответствующих оптически активных полимеров наблюдается при использовании комплексов кислот Льюиса с оптически активными основаниями Льюиса. [c.361]
Посмотрим, как изменяются К а Уе ряду виниловых полимеров, т. е. при одинаковом линейном размере основного звена СНг—СН и различных заместителях. Наибольшие значения К и наименьшие значения Уе наблюдаются у кристаллического полиэтилена. Это наиболее плотно упакованный полимер. Введение группы ОН сравнительно мало сказывается на значениях Уе и К, т. е. поливиниловый спирт — тоже плотно упакованный полимер. Введение группы СНз приводит к меньшему значению К и большей величине Уе (полипропилен, полиизобутилен, полиизопрен). Очевидно, наличие фенильного радикала не позволяет макромолекулам столь плотно упаковываться, так как даже кристаллический изотактический полистирол характеризуется меньшим значением К и большим значением Уе- Для аморфного атактического полистирола К еще меньше, а Уе больше. Полистирол обычно относят к рыхло упакованным полимерам.
Вторая и третья — относятся к технологии изготовления пленок из цел-ЛЮЛ0.3Ы и ацетатов целлюлозы, а также технологии производства пленок из основных типов синтетических полимеров полиолефинов, полимеров винилового ряда, полиэфиров и полиамидов. Эти части содержат основные сведения о классах высокомолекулярных веществ, методах их получения и свойствах, методах получения пленок из таких веществ и их свохгствах. Кроме того, в сжатой форме даются физико-химические основы отдельных технологических операций и определяется роль отдельных компонентов, используемых в производстве пленок. [c.3]
Рис и Скерретт [95], проведя более детальный анализ, уточнили границы разрешенных и запрещенных областей и нашли, что 96% конформационной карты (ф, -ф) целлобиозы соответствует очень коротким контактам. Именно по этой причине и еще благодаря водородным связям целлюлоза не столь гибка, как рассмотренные выше полимеры винилового ряда, и ее обычно относят к разряду полужестких цепей [96]. [c.349]
Вторая группа включает полимеры, проявляющие склонность к интромолекулярному отщеплению соответ ствующих атомов или групп, к реакциям циклизации конденсации, рекомбинации и другим типам реакции которые приводят к образованию нелетучих карбонизи рованных продуктов. К этой группе полимеров относят ся поливиниловый спирт и его производные, хлорсодер жащие полимеры винилового ряда полиакрилонитрил целлюлоза, фенолоформальдегидная, эпоксидная смолы полиамид, полиуретан. Общей чертой пиролитического процесса полимеров этой группы являются образование в макромолекулах участков с сопряженными кратными связями, переход от линейной структуры к пространственной— сетчатой. Как показывают данные, разложение органического связующего в этих материалах сопро-
Виниловые и винилиденовые полимеры составляют наиболее обширную группу высокомолекулярных соединений, часть которой находит широкое применение и входит в ассортимент многотоннажной продукции. К ним относятся, например, поливинилхлорид и его дополнительно хлорированный продукт (перхлорвинил) политетрафторэтилен (тефлон) и другие фторопроизводные этилена поливинилиденхлорид и сополимер винилиденхлорида с винилхлоридом (саран) полистирол, полиакриловая и полиметакриловая кислоты и метиловый эфир полиметакриловой кислоты (плексиглас) поливиниловый спирт и его производные поливинилацетат, поливинилциапид (полиакрилонитрил), являющийся нитрилом акриловой кислоты, и ряд других полимеров. [c.448]
В настоящее время можно привести лишь несколько примеров, на которых с достоверностью установлено протекание полимеризации полярного мономера винильпого ряда под действием инициирующих систем с участием переходных металлов по механизму, отличному от свободнорадикального [54]. Это относится прежде всего к простым виниловым эфирам, для которых еще в 1959 г. был установлен факт образования изотактических полимеров при использовании для инициирования некоторых титаналюминиевых комплексов. Однако по своему характеру и конечному результату эти реакции не отличаются от обычной катионной полимеризации, которая характерна для простых виниловых эфиров. [c.223]
При перемещении цепной молекулы из идеального кристалла в разбавленный раствор устраняются ограничения, налагаемые на ее форму факторами, обусловливающими эффективность упаковки в кристаллической решетке. Это даст внутренним углам вращения возможность изменить свою величину до значений, приводящих к иррациональному числу мономерных звеньев в витке спирали. В растворе нет необходимости в том, чтобы валентный угол 0 или внутренний угол вращения ф имел строго определенное значение. Однако они могут изменяться в широких пределах, обеспечивая гибкость конформации макромолекулы. Наконец, вследствие тенденции системы к увеличению энтропии ряд звеньев цепи главных валентностей принимает конформации с более высокой энергией, что приводит к образованию изгибов в регулярном расположении, характерном для макромолекулы в кристаллическом состоянии. На рис. 30 изображен такой изгиб, возникший в полностью тракс-полиэтиленовой цени за счет введения одной скошенной связи. При анализе конформационных соотношений в виниловых или винилиденовых полимерах в растворе Волькенштейн [234] считает удобным подразделить цепь таким образом, чтобы участок цепи главных валентностей между двумя заместителями принадлежал к одному мономерному остатку. На рис. 31 изображен участок винилиденовой цепи со связями, пронумерованными таким образом, что символы 2/ и 2/ +1 относятся к связям /-Г0 мономерного звена. В таком случае можно легко убедиться в том, что взаимное сближение соседних заместителей цепи будет определяться внутренними углами вращения ф2J и ф2Л-1 вокруг 2/-Й и 2 (/ + 1)-й связей. В простейшем случае винилиденового полимера
Природные полимеры: описание, свойства и применение
wikipedia.orgПолимеры – это химические «бусинки». Это соединения, которые состоят из мономерных звеньев, соединенных в длинные макромолекулы. То есть они имеют длинную цепочку с повторяющимся фрагментом.
Содержание
- Что относится к природным полимерам
Чаще всего полимеры – это искусственно созданные соединения, но прежде, чем человек научился их делать, он узнал о природных полимерах – соединениях созданных матушкой природой.
Еще до появления пластмасс и резины природа создала и использовала свои полимеры для того, чтобы жизнь на планете стала возможной. Мы чаще всего к природному полимеру относимся равнодушно, не уделяя им должного внимания и не рекламируя, как созданных человеком синтетических собратьев. А зря природные полимеры во многом могут оказаться даже важнее для жизни человека, чем искусственные.
Что относится к природным полимерам
К природным полимерам относятся жизненно важные ДНК и РНК. Эти соединения важны для генов и продолжения жизни человека. Среди природных полимеров можно также назвать крахмал, целлюлозу, полисахариды, натуральный каучук и другие.
Полисахариды
Большая группа природных полимеров, являющихся «полимерами сахара».
К данной группе относятся ДНК и РНК соединения, состоящие из звеньев глюкозы, а к другой части относят крахмал и целлюлозу.
Крахмал – это полимер, полисахарид, с высокой молекулярной массой, в его состав может входить до 10000 звеньев глюкозы, связанных между собой. Крахмал содержится в кукурузе, картофеле.
Другим членом семейства полисахаридов является целлюлоза. Она – это главное составляющие растений right 0. Крахмал и целлюлоза отличаются друг от друга по свойствам.
Крахмал растворим в воде и его можно употреблять в пищу. Целлюлоза, это более кристаллическое соединение, нерастворимое в воде. Ее используют при изготовлении бумаги, волокон для тканей. Хлопок – типичный представитель изделия из целлюлозы. Приятный и удобный в носке материал.
Еще одним представителем семейства полисахаридов, является хитин. Из него матушкой природой изготовлены панцири раков, креветок, крабов и других. Его свойства активно изучаются, но обширной области применения, как, например, целлюлоза, он не нашел.
Природа дает нам примеры полимеров, на их основе мы учимся получать новые модификации, повторяем созданное ей. Мы научились получать искусственный шелк, но вот повторить молекулы ДНК и РНК пока не можем. Мы не можем до конца изучить свойства хитина и найти область использовании. Полимеры – это отдельная уникальная наука и главный учитель в которой – природа. Она дает нам не только знания, но и сырье для новых веществ.
Протеины и полипептиды
Протеины или белки – это первые примеры полиамидов. Также подобного рода полимеры называют «найлон» — это подобное природным, созданное искусственно соединения.
Природные и синтетические полимеры данного класса имеют общую черту — содержат амидные связи в основной цепи.
А различия связаны, конечно, с получением. Синтетические полимеры создаются из соединений содержащих большое количество СН2 групп. Поэтому конечная молекула полимера имеет по пять-шесть атомов углерода между амидными группами. В то время, как природа более экономична и в созданных ее молекулах всего по одному углероду, между амидными группами.
Энзимы
Энзимы — наиважнейшие представителя группы полипептидов. Они являются ключевым звеном для возникновения жизни на Земле. Энзимы — это своего рода катализаторы, благодаря которым все живые организмы могут строить, разрушать, создавать. На практике установлено, что определенный энзим может создавать определенный полимер. Как и почему происходит именно так пока точно не определено. Ответ известен только природе.
Шелк — еще один представитель полипептидов, который уже очень давно и очень широко используется человеком. Шелк производят гусеницы, которые плетут из него кокон. Из «украденного» кокона прядут волокно. Структура молекулы шелка содержит не замещенные аминогруппы и глицерин. Глицериновые звенья способны образовывать плоские протяженные цепочки, которые плотно упаковываются друг с другом. Это придает шелку прочность и блеск. Шелк — прекрасный материал, он очень красивый и прохладный на ощупь. Из него можно создавать шикарные наряды.
Глядя на природу человек начинает производить полимеры, он учится от нее, пытаясь понять правила и законы. Но в отличии от природы, которая щедра на подарки, люди жадны. Они хотят производить много и быстро. И поэтому зачастую, вместо маленьких изящных молекул природного полимера, мы получаем огромную глыбу, с кучей лишних хвостов, отдаленно напоминающую природный полимер. Зачем мы так поступаем? Во-первых, желание много и сразу.
Во-вторых, человечество еще до конца не понимает многие природные технологические решения и не все природные полимеры, мы можем получать.
Зачем тогда пытаться создавать самим? Можно взять у природы — постоянно возобновляемый ресурс.
У природы материалы, конечно, возобновляемы, но аппетит человеческого прогресса растет постоянно, мы и так вырубаем леса быстрее, чем они растут. А также необходимо понять механизмы создания полимеров природой — найти ответы на многие, в том числе и медицинские вопросы, которые позволят лечить сложные болезни, а в некоторых случаях даже предугадывать недуги и избегать.
Загадка, о природном полимере, которая пока неизвестна. Паук плетет паутину. Вначале паутина — это раствор полипептида в воде. Как только паутина образовалась она высыхает и перестает быть растворимой в воде. Как же изначально полипептид растворялся? Если бы найти ответ на этот вопрос, то можно было бы делать нейлоны таким же способом, используя вторресурсы.
Вот пример подсказки природы, которую пока не может понять человечество. Наблюдайте за природой и берегите ее. Она наша кормилица, спасительница и учитель. В ней столько всего неразгаданного и нового, что нам еще дано познать.
Microsoft Word – титул.doc
%PDF-1.6 % 1745 0 obj >/OCGs[1747 0 R]>>/StructTreeRoot 1333 0 R/Type/Catalog>> endobj 1308 0 obj > endobj 1742 0 obj >stream 2013-02-08T19:32:55+04:002011-09-19T13:11:11+04:002013-02-08T19:32:55+04:00PScript5.dll Version 5.2application/pdf
PC | Виды полимеров – Resinex
Поликарбонат (ПК) характеризуется уникальным сочетанием ударопрочности, оптической прозрачности, жесткости и сопротивления деформации. Кроме того, ПК демонстрирует превосходные электрические свойства. Поликарбонат является аморфным и прозрачным.
Поликарбонатные смолы в большинстве случаев получают посредством реакции поликонденсации, впервые проведенной компаниями Bayer Material Science и GE Plastics (в настоящее время – Sabic Innovative Plastics) с использованием БФА (бисфенола A) и фосгена (COCl2). Технологии получения аморфного поликарбоната (ПК) были разработаны в 90-е годы прошлого века.
Химическая формула поликарбоната.
Поликарбонат по своей природе является одним из наиболее прозрачных полимеров. В то же время, ПК может компаундироваться с получением различных цветов, от прозрачных ненасыщенных до сплошных темных тонов. С эстетической точки зрения поликарбонат занимает высочайшее место в ассортименте конструкционных полимеров.
Молекулярная цепочка ПК может формироваться в процессе полимеризации для придания ему самых различных показателей текучести расплава (MFR или MFI). Показатель текучести расплава ПК, как правило, составляет от 3 до 80 г/10 мин. Поликарбонат пригоден как для литья под давлением, так и для экструзионного формования. Кроме того, он хорошо подходит для экструзионно-выдувного формования.
Поликарбонатам может придаваться множество различных свойств, включая: возможность переработки с использованием новой, соответствующей экологическим требованиям технологии производства огнестойких продуктов, стойкость к царапанию, ударопрочность, термостойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, биосовместимость, хорошие оптические свойства и соответствие строгим требованиям Управления по контролю качества продовольствия и медикаментов (FDA) и Фармокопеи США (USP).
Поликарбонат имеет превосходную ультрафиолетостойкость, которая может быть дополнительно повышена за счет добавления УФ-стабилизаторов. В числе других присадок можно отметить усилители теплостойкости или добавки, повышающие сопротивление растрескиванию под воздействием окружающей среды. ПК может быть армирован стекловолокном для еще большего повышения прочности.
К типовым областям применения поликарбоната относятся:
- Автомобилестроение: рассеиватели головных фар, защитные стекла
- Листовая и профильная продукция: прозрачные крыши и окна, антивандальные изделия
- Электротехническое оборудование: вилки, розетки, счетчики, защитные/предохранительные устройства
- Бытовая техника: контейнеры для блендеров, дверцы микроволновых печей
- Потребительские и хозяйственные товары: заливочные формы для шоколадных конфет
- Средства защиты: перчатки, шлемы
- Изделия медицинского назначения: корпуса диализаторов
- Световое оборудование: шаровые плафоны, светорассеиватели, светофоры
- Компакт-диски: CD-ROM, CD-recordable, DVD
А) глюкозу Б) ДНК В) фосфолипиды Г) жиры, биология
Fedorchenko611 / 17 дек. 2013 г., 16:26:56
живого
А) Популяционно-видовому Б) Биогеоценотическому
В) Организменному Г) Биосферному
2. Как называется группа растений, объединяющая родственные роды?
А) Вид Б) Семейство
В) Класс Г) Отдел
3. Основной признак клеток прокариот –
А) Наличие оболочки Б) Одноклеточность
В) Отсутствие ядра Г) Наличие жгутиков
4. Хлоропласт можно узнать по наличию в нём
А) Крист Б) полостей и цистерн
В) Гран Г) Ядрышек
5. К двумембранным органоидам относятся
А) Митохондрии и пластиды Б) Рибосомы и клеточный центр
В) Лизосомы и вакуоли Г) ЭПС и аппарат Гольджи
6. Рибосомы не участвуют
А) В биосинтезе белка Б) В фотосинтезе
В) В размещении на них иРНК Г) В сборке полипептидной цепи.
7. Органоид, в котором между аминокислотами образуются пептидные связи
А) Лизосома Б) Митохондрия
В) Хлоропласт Г) Рибосома
8. Какую функцию не выполняет в клетке ЭПС
А) Синтез жиров Б) Транспорт белка
В) Синтез углеводов Г) Синтез нуклеиновых кислот
9. Какая структура молекулы белка имеет форму глобулы?
А) Первичная Б) Вторичная
В) Третичная Г) Четвертичная
10. Молекулы глюкозы в отличие от жиров
А) Беднее энергией Б) Содержатся только в растительных клетках
В) Богаче энергией Г) Содержатся только в животных клетках
11. При окислении каких веществ освобождается больше энергии
А) Глюкозы Б) Крахмала
В) Белков Г) Жиров.
12. В процессе пластического обмена в клетках образуются
А) Белки Б) Вода
В) АТФ Г) Неорганические вещества
13. Энергия, заключенная в химических связях молекул АТФ, используется на реакции
А) Присоединения аминокислот к тРНК
Б) Бескислородного этапа
В) Расщепления молекул воды
Г) Поглощения энергии света хлорофиллом
14. Сколько клеток и с каким набором хромосом образуются после митоза?
15. В процессе мейоза гомологичные хромосомы расходятся в дочерние клетки
А) Метафазе превого деления Б) метафазе второго деления
В) Анафазе первого деления г) Анафазе второго деления
16. Биологический смысл мейоза.
17. Преимущества полового размножения.
Химики СПбГУ создали возобновляемые полимеры на основе растительного сырья
Простая механическая обработка полимера на основе миртанола: а — исходный полимер в виде белого порошка; b — расплавленный полимер, c-f — различные формы полимера после повторного плавленияСтатья о разработке опубликована в журнале Green Chemistry.
Современная жизнь немыслима без полимерных материалов. К ним относятся пластмассы, волокна, пленки и лакокрасочные покрытия. Все они находят свое применение в быту и различных сферах производства. При этом товары из полимерных материалов — пластиковые бутылки, пакеты, одноразовая посуда — обычно служат человеку на протяжении короткого времени и после использования могут представлять угрозу окружающей среде из-за химических соединений, которые выделяются при их переработке.
Полимеров, которые можно было бы многократно перерабатывать, достаточно мало. И поэтому интерес к вторичной переработке возрастает с каждым днем. Другая проблема состоит в том, что зачастую товары, произведенные из вторичного сырья, уступают по качеству первичным.
В основе новых полимеров, созданных учеными Санкт-Петербургского университета, лежат соединения, полученные из биомассы — возобновляемого источника ценного сырья для химической промышленности будущего. Главным компонентом таких полимеров являются терпенолы — представители природных спиртов. Яркими примерами данного класса соединений являются ментол, получаемый из эфирного масла мяты, и борнеол, в больших количествах содержащийся в эфирном масле пихты одноцветной.
Синтезированные полимеры хорошо подходят как для вторичной переработки, так и для утилизации. В первом случае созданные из них материалы можно разобрать до исходных соединений, а потом снова провести процедуру полимеризации. При этом для разложения полимеров требуются умеренные температуры.
То же самое можно сказать и об утилизации материалов, созданных на основе наших полимеров. При их разложении без доступа кислорода образуются либо природные спирты, либо их производные, которые можно восстановить до тех же самых спиртов. А поскольку они содержатся в природе, то не наносят вреда окружающей среде.
Первый автор статьи, лаборант-исследователь лаборатории кластерного анализа СПбГУ Светлана Метляева
По словам авторов статьи, полимер подобного типа можно расплавить при температуре около 120 градусов и придать ему другую форму. При охлаждении он вновь затвердевает. Интересно, что химики повторили этот цикл семь раз и выяснили, что при многократном плавлении свойства полимера существенно не меняются.
В дальнейшем на базе ресурсных центров Научного парка СПбГУ ученые планируют продолжить работу и всесторонне изучить механические свойства получившихся полимеров — упругость, пластичность, прочность и другие. Этот этап имеет особое значение для внедрения разработки в производство.
«На данный момент мы синтезировали только сами полимеры. Свойства материалов, созданных на их основе, могут варьироваться в определенных пределах, которые, в свою очередь, зависят от выбранного нами класса исходных соединений и методики их синтеза. Так что для начала сами полимеры и полученные из них материалы нужно будет модифицировать, и уже потом можно говорить о каком-то конкретном применении», — комментирует Светлана Метляева.
Исследование поддержано внутренним грантом СПбГУ.
В МАИ тестируют уникальное антимикробное покрытие для пластика
Сложно представить область человеческой деятельности, где не используются полимерные материалы. К полимерам относятся известные всем полиуретан, полипропилен и множество других видов материалов с приставкой “поли-“. Эти материалы обладают целым рядом достоинств: при своей легкости они имеют высокую прочность и эластичность, недороги в производстве и, в отличие от металлов, не подвержены коррозии.
Однако у полимеров есть свои естественные враги. Микроорганизмы, размножающиеся на их поверхности, приводят к разрушению материалов и снижению срока службы изделий из них. Поиском решения этой проблемы занимаются на кафедре “Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии” института № 12 “Аэрокосмические наукоемкие технологии и производства” МАИ.
Иголки” и электричество
Защищать полимеры от биодеструкции команда кафедры РТН, возглавляемая профессором Верой Матвеевной Елинсон, предлагает с помощью специальных антимикробных покрытий нанометровой толщины.
В процессе работы над проектом было проведено исследование основных характеристик поверхности полимеров, влияющих на развитие микроорганизмов. Команда пришла к выводу, что создать неблагоприятную для микробов среду поможет гидрофобное покрытие, обладающее электрическим зарядом.
– Бактериальные клетки не могут существовать и делиться в среде, не содержащей жидкой воды, – объясняет участник проекта, аспирант кафедры РТН Владислав Кочетов. – Поэтому специфический рельеф и гидрофобность поверхности будут способствовать максимальному отчуждению микробных клеток. Также микроорганизмы имеют свой заряд, поэтому, придавая определенный заряд поверхности, возможно добиться отталкивающего эффекта.
Наиболее перспективными в решении этих задач маевцы считают фторуглеродные покрытия, сформированные методами ионно-плазменной технологии. Они представляют собой тончайшую пленку, наносимую на поверхность изделия методом распыления. Электрический заряд пленки образуется за счет взаимодействия ионов фтора и углерода. Также покрытие обладает особым микрорельефом, напоминающим иглы ежика. Если электрический заряд со временем ослабнет, острые, хоть и не видимые глазом “иголки” пленки все равно обеспечат защиту от бактерий.
Защита на Земле и в космосе
Команда уже опробовала разработанные покрытия на полиэтилентерефталате (ПЭТФ) – материале, который широко используют при производстве радиоэлектроники, оптических, медицинских и биотехнологических систем, например, оптических линз, мембранных телескопов, имплантатов, лабораторной посуды и др.
– Было доказано, что воздействие электрического поля приводит к изменению устойчивости микроорганизмов на поверхности ПЭТФ, – говорит Владислав. – Однако заряд можно рассматривать как временный барьер, ограждающий материал от микробиологического воздействия. Определить время, в течение которого защита будет максимально эффективной, – наша следующая задача.
Покрытия, разработанные в МАИ, уникальны. Коллектив уверен: с учетом актуальности проблемы биодеструкции полученные результаты будут полезны не только в России, но и за рубежом.
– Разработка будет востребована в аэрокосмической инженерии, в производстве электроники и политроники, где полимерные материалы используются особенно широко и зачастую выходят из строя раньше, чем само изделие, – отмечает маевец. – Также мы предполагаем, что результаты нашей работы будут внедрены в медицину и помогут добиться максимально длительного срока службы изделий, взаимодействие которых с микроорганизмами неизбежно, например имплантов.
В ближайшее время команда планирует продолжать исследования с использованием расширенной линейки полимерных материалов, а также фторуглеродных смесей разных видов для достижения максимальной эффективности покрытия.
Авторские права на данный материал принадлежат организации «МАИ». Цель включения данного материала в дайджест – сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Основы полимеров – Chemistry LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Введение
- Типы полимеров
- Природные биополимеры
- Синтетические полимеры
- Классификация полимеров
- Полимеры, классифицируемые по способу полимеризации
- Полимеры, классифицированные по физическому отклику на нагрев
- Термопласты
- Термопласты 10
- Термопласты
- Переработанный пластик
- Участники
Полимеры представляют собой длинные цепи, гигантские органические молекулы собраны из множества более мелких молекул, называемых мономерами .Полимеры состоят из множества повторяющихся мономерных звеньев в длинных цепях, иногда с разветвлением, или сшивками между цепями. Полимер аналогичен ожерелью из множества мелких бусин (мономеров). Химическая реакция, образующая полимеры из мономеров, называется полимеризацией , , и существует много их типов. Обычное название для многих синтетических полимерных материалов – пластик, которое происходит от греческого слова «пластикос», подходящего для формования или придания формы.
В следующем проиллюстрированном примере многие мономеры, называемые стиролом, полимеризуются в длинноцепочечный полимер, называемый полистиролом.Волнистые линии указывают на то, что молекула полимера простирается дальше как с левого, так и с правого концов. Фактически, молекулы полимера часто состоят из сотен или тысяч мономерных звеньев.
Введение
Многие предметы повседневного использования из упаковки, упаковки и строительных материалов включают половину всех синтезированных полимеров. Другие области применения включают текстиль, корпуса многих электронных устройств, компакт-диски, автомобильные детали и многие другие изделия, изготовленные из полимеров. Четверть твердых бытовых отходов – это пластмассы, некоторые из которых могут быть переработаны, как показано в таблице ниже.
Некоторые продукты, такие как клеи, содержат мономеры, которые пользователь может полимеризовать при их применении.
Типы полимеров
Существует много типов полимеров, включая синтетические и натуральные полимеры.
Синтетические полимеры
- Пластмассы
- Эластомеры – твердые вещества с каучуковидными свойствами
- Каучук (углеродная основа, часто из углеводородных мономеров)
- силиконы (основная цепь из чередующихся атомов кремния и кислорода).
- Волокна
- Твердые материалы с промежуточными характеристиками
- Гели или вязкие жидкости
Классификация полимеров
Гомополимеры: они состоят из цепей с одинаковыми связями для каждого мономерного звена. Обычно это означает, что полимер состоит из всех идентичных молекул мономера. Они могут быть представлены как: – [A-A-A-A-A-A] – Гомополимеры обычно называют, помещая префикс poly перед названием составляющего мономера.Например, полистирол – это название полимера, состоящего из мономера стирола (винилбензола).
Сополимеры: они состоят из цепей с двумя или более связями, обычно подразумевая два или более различных типов мономерных звеньев. Они могут быть представлены как: – [A-B-A-B-A-B] –
Полимеры, классифицированные по способу полимеризации
- Аддитивные полимеры: молекулы мономеров связываются друг с другом без потери каких-либо других атомов. Аддитивные полимеры из алкеновых мономеров или замещенных алкеновых мономеров представляют собой самые большие группы полимеров этого класса.Полимеризация с раскрытием цикла может происходить без потери каких-либо небольших молекул.
- Конденсационные полимеры: Обычно два разных мономера сочетаются с потерей небольшой молекулы, обычно воды. Большинство полиэфиров и полиамидов (нейлон) относятся к этому классу полимеров. Пенополиуретан на рисунке выше.
Полимеры, классифицированные по физическому отклику на нагрев
Термопласты
Пластмассы, которые размягчаются при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. Это более популярный тип пластика, поскольку нагрев и охлаждение можно повторять, а термопласт можно преобразовывать.
Термореактивные материалы
Это пластмассы, которые размягчаются при нагревании и могут подвергаться формованию, но затвердевают надолго. Они разлагаются при повторном нагревании. Примером является бакелит, который используется в тостерах, ручках для кастрюль и сковородок, посуде, электрических розетках и бильярдных шарах.
Вторичный пластик
| Код вторичного использования | Аббревиатура и химическое название пластика | Типы использования и примеры |
| 1 | прозрачный ПЭТ – полиэтилентерефталат | потребительские бутылки, включая прозрачные 2-литровые бутылки для напитков |
| 2 | HDPE – полиэтилен высокой плотности | Молочные кувшины, бутылки для моющих средств, некоторые бутылки для воды, некоторые пластиковые пакеты для продуктовых магазинов |
| 3 | PVC – поливинилхлорид | Пластиковая сливная труба, занавески для душа, некоторые бутылки с водой |
| 4 | LDPE – полиэтилен низкой плотности | Пластиковые мешки для мусора и другие пакеты, мешки для одежды, защелкивающиеся крышки, такие как крышки для банок из-под кофе |
| 5 | PP – полипропилен | Многие полупрозрачные (или непрозрачные) пластиковые контейнеры; контейнеры для некоторых продуктов, таких как йогурт, мягкое масло или маргарин; крышки аэрозольных баллончиков; жесткие пробки для бутылок; фантики; дно бутылок |
| 6 | PS – Полистирол | Жесткие прозрачные пластиковые стаканчики, поролоновые стаканы, столовые приборы, контейнеры для пищевых продуктов, наборы игрушечных моделей, упаковка для попкорна |
| 7 | Другое | Поликарбонат обычный тип, биоразлагаемый, попкорн в некоторых упаковках |
Авторы
- Чарльз Офардт, почетный профессор, колледж Элмхерст; Виртуальный Чембук
полимер
Полимер представляет собой вещество, состоящее из молекул с большой молекулярной массой, состоящих из повторяющихся структурных единиц или мономеров, связанных ковалентными химическими связями.Слово происходит от греческого πολυ, polu, «много»; и μέρος, мерос, «часть». Хорошо известные примеры полимеров включают пластмассы, ДНК и белки.
В то время как широко используемый термин «полимер» подразумевает «пластик», полимеры составляют большой класс природных и синтетических материалов с различными свойствами и назначениями. Природные полимерные материалы, такие как шеллак и янтарь, использовались веками. Биополимеры, такие как белки (например, волосы, кожа и часть костной структуры) и нуклеиновые кислоты, играют решающую роль в биологических процессах.Существует множество других природных полимеров, таких как целлюлоза, которая является основным компонентом древесины и бумаги.
Рекомендуемые дополнительные знания
Историческая застройка
Начиная с 1811 года Анри Браконно провел новаторскую работу по производным соединениям целлюлозы, возможно, самую раннюю важную работу в науке о полимерах. Термин «полимер» был придуман в 1833 году Йенсом Якобом Берцелиусом.Развитие вулканизации в конце девятнадцатого века повысило долговечность натурального полимерного каучука, что стало первым популярным полусинтетическим полимером. Первый полностью синтетический полимер, бакелит, был представлен в 1909 году.
Несмотря на значительные успехи в синтезе и изучении полимеров, правильное понимание молекулярной структуры полимера появилось только в 1920-х годах. До этого ученые полагали, что полимеры представляют собой кластеры небольших молекул (называемых коллоидами) без определенного молекулярного веса, удерживаемые вместе неизвестной силой, – концепция, известная как теория ассоциации.В 1922 году Герман Штаудингер предположил, что полимеры состоят из длинных цепочек атомов, удерживаемых вместе ковалентными связями, идея, которая не получала широкого распространения более десяти лет, и за которую Штаудингер в конечном итоге был удостоен Нобелевской премии. Важный вклад в науку о синтетических полимерах был внесен итальянскими химиками Джулио Натта и Карлом Циглером, получившими Нобелевскую премию по химии в 1963 году за разработку катализатора Циглера-Натта. В прошедшем столетии синтетические полимерные материалы, такие как нейлон, полиэтилен, тефлон и силикон, стали основой быстрорастущей полимерной промышленности.
Синтетические полимеры сегодня находят применение практически во всех отраслях и сферах жизни. Полимеры широко используются в качестве адгезивов и смазок, а также в качестве конструктивных элементов для различных продуктов, от детских игрушек до самолетов. Такие полимеры, как полиметилметакрилат, находят применение в качестве фоторезистивных материалов, используемых в производстве полупроводников, и диэлектриков с низким k для использования в высокопроизводительных микропроцессорах. Будущие приложения включают гибкие полимерные подложки для электронных дисплеев и улучшенную целевую доставку лекарств по времени.
Наука о полимерах
- Основная статья: Наука о полимерах
Большинство исследований полимеров можно классифицировать как науку о полимерах, суб-дисциплину материаловедения, в которую входят исследователи в области химии (особенно органической химии), физики и инженерии. Науку о полимерах можно условно разделить на две дисциплины:
- Химия полимеров или химия макромолекул, изучающая химический синтез и химические свойства полимеров.
- Физика полимеров, изучающая объемные свойства полимерных материалов и инженерных приложений.
Область науки о полимерах обычно связана с синтетическими полимерами, такими как пластмассы, или химической обработкой и модификацией природных полимеров.
Изучение биологических полимеров, их структуры, функций и методов синтеза, как правило, является областью биологии, биохимии и биофизики. Эти дисциплины имеют общую терминологию, знакомую науке о полимерах, особенно при описании синтеза биополимеров, таких как ДНК или полисахариды.Однако сохраняются различия в использовании, такие как практика использования термина «макромолекула» для описания больших неполимерных молекул и комплексов из множества молекулярных компонентов, таких как гемоглобин. Вещества с четко выраженной биологической функцией редко описываются в терминологии науки о полимерах. Например, белок редко называют сополимером.
Органический синтез
- Основная статья: Полимеризация
В 1907 году Лео Бэкеланд создал первый полностью синтетический полимер, бакелит, путем взаимодействия фенола и формальдегида при точно контролируемой температуре и давлении.Последующая работа Уоллеса Карозерса в 1920-х годах продемонстрировала, что полимеры могут быть синтезированы рационально из составляющих их мономеров. За прошедшие годы произошли значительные изменения в рациональном синтезе полимеров. Большинство коммерчески важных полимеров сегодня полностью синтетические и производятся в больших объемах с использованием подходящих методов органического синтеза.
Лабораторные синтетические методы обычно делятся на две категории: конденсационная полимеризация и аддитивная полимеризация.Однако некоторые новые методы, такие как плазменная полимеризация, не подходят ни к одной из этих категорий. Реакции синтетической полимеризации можно проводить с катализатором или без него. Усилия по рациональному синтезу биополимеров с помощью лабораторных синтетических методов, особенно искусственного синтеза белков, являются областью интенсивных исследований.
Биологический синтез
Существует три основных класса биополимеров: полисахариды, полипептиды и полинуклеотиды.В живых клетках они могут синтезироваться ферментно-опосредованными процессами, такими как образование ДНК, катализируемое ДНК-полимеразой. Синтез белков включает в себя множественные ферментно-опосредованные процессы для транскрипции генетической информации из ДНК и последующего преобразования этой информации для синтеза указанного белка из аминокислот. Белок может быть дополнительно модифицирован после трансляции для обеспечения соответствующей структуры и функции.
Модификация природных полимеров
Многие коммерчески важные полимеры синтезируются путем химической модификации встречающихся в природе полимеров.Яркие примеры включают реакцию азотной кислоты и целлюлозы с образованием нитроцеллюлозы и образование вулканизированного каучука путем нагревания натурального каучука в присутствии серы.
Структура и свойства полимера
Типы полимерных «свойств» можно условно разделить на несколько категорий в зависимости от масштаба. В нано-микромасштабе это свойства, которые напрямую описывают саму цепь. Их можно рассматривать как полимерную структуру. На промежуточном мезоскопическом уровне находятся свойства, описывающие морфологию полимерной матрицы в пространстве.На макроскопическом уровне это свойства, которые описывают объемное поведение полимера.
Структура
Структурные свойства полимера связаны с физическим расположением мономеров вдоль основной цепи цепи. Структура оказывает сильное влияние на другие свойства полимера. Например, полимер с линейной цепью может быть растворимым или нерастворимым в воде в зависимости от того, состоит ли он из полярных мономеров (таких как оксид этилена) или неполярных мономеров (таких как стирол).С другой стороны, два образца натурального каучука могут иметь разную прочность, даже если их молекулы содержат одни и те же мономеры. Ученые-полимеры разработали терминологию для точного описания как природы мономеров, так и их относительного расположения:
Идентификатор мономера
Идентичность мономеров, составляющих полимер, обычно является первым и наиболее важным атрибутом полимера. Номенклатура полимеров обычно основана на типе мономеров, составляющих полимер.Полимеры, содержащие только один тип мономера, известны как гомополимеры , а полимеры, содержащие смесь мономеров, известны как сополимеры . Например, поли (стирол) состоит только из мономеров стирола и поэтому классифицируется как гомополимер. С другой стороны, этилен-винилацетат содержит более одной разновидности мономера и, таким образом, является сополимером. Некоторые биологические полимеры состоят из множества различных, но структурно связанных мономеров, таких как полинуклеотиды, состоящие из нуклеотидных субъединиц.
Молекула полимера, содержащая ионизируемые субъединицы, известна как полиэлектролит . Иономер – это подкласс полиэлектролита с низкой долей ионизируемых субъединиц.
Линейность цепи
Простейшая форма молекулы полимера – это линейная цепь или линейный полимер , состоящий из одной основной цепи. Гибкость полимера с неразветвленной цепью характеризуется его устойчивой длиной . Разветвленная молекула полимера состоит из основной цепи с одной или несколькими боковыми цепями или разветвлениями заместителей.К особым типам разветвленных полимеров относятся звездчатые полимеры, гребенчатые полимеры и щеточные полимеры. Если полимер содержит боковую цепь, которая имеет другой состав или конфигурацию, чем основная цепь, полимер называется привитым или привитым полимером. Сшивка предполагает точку разветвления, из которой исходят четыре или более отдельных цепей. Молекула полимера с высокой степенью сшивки называется полимерной сеткой . [1] Достаточно высокие концентрации сшивки могут привести к образованию «бесконечной сети», также известной как «гель», в которой сети цепей имеют неограниченную протяженность – практически все цепи связаны в одну молекулу. [2]
Размер цепи
Объемные свойства полимера могут сильно зависеть от размера полимерной цепи. Как и любая молекула, размер полимерной молекулы можно описать в терминах молекулярной массы или массы. В полимерах, однако, молекулярная масса может быть выражена в терминах степени полимеризации, по существу, количества мономерных звеньев, которые составляют полимер. Для синтетических полимеров молекулярная масса выражается статистически для описания распределения молекулярных масс в образце.Это связано с тем, что почти все промышленные процессы производят распределение полимерных цепей по размеру. Примеры такой статистики включают среднечисловую молекулярную массу и средневесовую молекулярную массу. Отношение этих двух значений представляет собой индекс полидисперсности, обычно используемый для выражения «ширины» молекулярной массы.
Пространство, занимаемое молекулой полимера, обычно выражается через радиус вращения или исключенный объем.
Расположение мономеров в сополимерах
Основная статья: сополимер
Мономеры в сополимере могут быть организованы вдоль основной цепи множеством способов.
- Чередующиеся сополимеры имеют регулярно чередующиеся мономерные остатки
- Периодические сополимеры имеют типы мономерных остатков, расположенных в повторяющейся последовательности
- Случайные сополимеры имеют случайную последовательность типов мономерных остатков
- Статистические сополимеры имеют остатки мономеров, расположенные в соответствии с известным статистическим правилом
- Блок-сополимеры имеют две или более гомополимерных субъединиц, связанных ковалентными связями.Блок-сополимеры с двумя или тремя отдельными блоками называются диблок-сополимерами и триблок-сополимерами соответственно.
Тактичность в полимерах с хиральными центрами
Это свойство описывает относительную стереохимию хиральных центров в соседних структурных единицах внутри макромолекулы. Есть три типа: изотактический, атактический и синдиотактический.
Морфологические свойства
Кристалличность
Применительно к полимерам термин «кристаллический» имеет несколько неоднозначное значение.В некоторых случаях термин кристаллический находит такое же употребление, что и в традиционной кристаллографии. Например, структура кристаллического белка или полинуклеотида, такого как образец, приготовленный для рентгеновской кристаллографии, может быть определена в терминах обычной элементарной ячейки, состоящей из одной или нескольких молекул полимера с размерами ячейки в сотни ангстрем или более.
Синтетический полимер может быть описан как кристаллический, если он содержит области трехмерного упорядочения на атомных (а не макромолекулярных) масштабах длины, обычно возникающие в результате внутримолекулярного сворачивания и / или укладки соседних цепей.Синтетические полимеры могут состоять как из кристаллических, так и из аморфных областей; степень кристалличности может быть выражена в единицах массовой доли или объемной доли кристаллического материала. Некоторые синтетические полимеры полностью кристаллические. [3]
Объемные свойства
Объемные свойства полимера чаще всего представляют интерес для конечного использования. Это свойства, которые определяют, как полимер на самом деле ведет себя в макроскопическом масштабе.
Прочность на разрыв
Предел прочности материала на разрыв определяет, какое напряжение материал выдержит перед разрушением.Это очень важно в приложениях, которые зависят от физической прочности или долговечности полимера. Например, резинка с более высокой прочностью на разрыв будет выдерживать больший вес перед разрывом. Обычно прочность на разрыв увеличивается с увеличением длины полимерной цепи.
Модуль упругости Юнга
Модуль Юнга определяет эластичность полимера. Для малых деформаций он определяется как отношение скорости изменения напряжения к деформации. Как и предел прочности при растяжении, это очень важно для полимерных приложений, связанных с физическими свойствами полимеров, таких как резиновые ленты.
Транспортные свойства
Транспортные свойства, такие как коэффициент диффузии, связаны с тем, насколько быстро молекулы перемещаются через полимерную матрицу. Они очень важны во многих областях применения полимеров для пленок и мембран.
Фазовое поведение чистого компонента
Температура плавления
Термин «точка плавления» в применении к полимерам предполагает не фазовый переход твердое тело-жидкость, а переход от кристаллической или полукристаллической фазы к твердоаморфной фазе.Хотя это свойство сокращенно обозначается просто «Т м », данное свойство более правильно называть «температурой плавления кристаллов». Среди синтетических полимеров кристаллическое плавление обсуждается только в отношении термопластов, поскольку термореактивные полимеры будут разлагаться при высоких температурах, а не плавиться.
Температура кипения
Точка кипения полимерного вещества никогда не определяется из-за того факта, что полимеры разлагаются до достижения теоретической температуры кипения.
Температура стеклования (T
г )Параметр, представляющий особый интерес при производстве синтетических полимеров, – это температура стеклования (T g ), которая описывает температуру, при которой аморфные полимеры претерпевают фазовый переход второго рода от каучукоподобного вязкого аморфного твердого вещества к хрупкому стеклообразному аморфному твердому веществу. . Температура стеклования может быть изменена путем изменения степени разветвления или сшивки в полимере или путем добавления пластификатора. [4]
В общем, полимерные смеси гораздо менее смешиваемы, чем смеси низкомолекулярных материалов. Этот эффект является результатом того факта, что движущей силой перемешивания обычно является энтропия, а не энергия. Другими словами, смешивающиеся материалы обычно образуют раствор не потому, что их взаимодействие друг с другом более выгодно, чем их самовзаимодействие, а из-за увеличения энтропии и, следовательно, свободной энергии, связанной с увеличением объема, доступного для каждого компонента.Это увеличение энтропии зависит от количества смешиваемых частиц (или молей). Поскольку полимерные молекулы намного больше и, следовательно, обычно имеют гораздо более высокие удельные объемы, чем небольшие молекулы, количество молекул, участвующих в полимерной смеси, намного меньше, чем количество в смеси малых молекул равного объема. С другой стороны, энергетика смешения сравнима в расчете на объем для смесей полимеров и низкомолекулярных смесей. Это приводит к увеличению свободной энергии смешения растворов полимеров и, таким образом, делает сольватацию менее благоприятной.Таким образом, концентрированные растворы полимеров встречаются гораздо реже, чем растворы малых молекул.
В разбавленном растворе свойства полимера характеризуются взаимодействием между растворителем и полимером. В хорошем растворителе полимер кажется набухшим и занимает большой объем. В этом сценарии межмолекулярные силы между субъединицами растворителя и мономера преобладают над внутримолекулярными взаимодействиями. В плохом растворителе или плохом растворителе доминируют внутримолекулярные силы и цепь сжимается.В тета-растворителе или состоянии раствора полимера, в котором значение второго вириального коэффициента становится равным 0, межмолекулярное отталкивание полимер-растворитель точно уравновешивает внутримолекулярное притяжение мономер-мономер. При условии тета (также называемого условием Флори) полимер ведет себя как идеальная случайная спираль.
Взаимосвязь между структурой полимера и свойством
Объемные свойства полимеров сильно зависят от их структуры и мезоскопических свойств.Известен ряд качественных соотношений между структурой и свойствами.
Длина цепочки
Увеличение длины цепи приводит к снижению подвижности цепи, увеличению прочности и ударной вязкости, а также к увеличению температуры стеклования (Tg). Это результат увеличения цепных взаимодействий, таких как притяжение Ван-дер-Ваальса и запутывания, которые имеют увеличенную длину цепи. Эти взаимодействия имеют тенденцию более прочно фиксировать положение отдельных цепей и сопротивляться деформациям и разрушению матрицы как при более высоких напряжениях, так и при более высоких температурах.Длина цепи связана с вязкостью расплава примерно как 1:10 3,2 , так что десятикратное увеличение длины полимерной цепи приводит к увеличению вязкости более чем в 1000 раз.
Ответвление
Разветвление полимерных цепей также влияет на объемные свойства полимеров. Разветвления с длинными цепями могут увеличить прочность, ударную вязкость и Tg полимера из-за увеличения количества переплетений на цепь. С другой стороны, случайная длина и атактические короткие цепи могут снизить прочность полимера из-за нарушения организации.Короткие боковые цепи также могут снижать кристалличность из-за нарушения кристаллической структуры. Пониженная кристалличность также может быть связана с повышенной прозрачностью из-за рассеяния света небольшими кристаллическими областями. Хороший пример этого эффекта связан с рядом физических свойств полиэтилена. Полиэтилен высокой плотности (HDPE) имеет очень низкую степень разветвления, довольно жесткий и используется в таких устройствах, как молочные кувшины. Полиэтилен низкой плотности (LDPE), с другой стороны, имеет значительное количество коротких ветвей, довольно гибкий и используется в таких приложениях, как пластиковые пленки.Индекс разветвления полимера – это параметр, который характеризует влияние длинноцепочечных разветвлений на размер разветвленной макромолекулы в растворе.
Химическая сшивка
Сшивка имеет тенденцию к увеличению T g и увеличению прочности и ударной вязкости. Сшивка состоит из образования химических связей между цепями. Среди других применений этот процесс используется для упрочнения каучуков в процессе, известном как вулканизация, который основан на сшивании серой.Например, автомобильные шины имеют сильные поперечные связи, чтобы уменьшить утечку воздуха из шины и повысить их долговечность. С другой стороны, резина ластика не имеет поперечных связей, чтобы резина отслаивалась и не повреждалась бумага.
Включение пластификаторов
Добавление пластификаторов снижает Tg и увеличивает гибкость полимера. Пластификаторы обычно представляют собой небольшие молекулы, которые химически подобны полимеру и создают промежутки между полимерными цепями для большей подвижности и уменьшения межцепочечных взаимодействий.Хороший пример действия пластификаторов связан с поливинилхлоридами или ПВХ. Для таких вещей, как трубы, используется НПВХ или непластифицированный поливинилхлорид. В трубе нет пластификаторов, потому что она должна оставаться прочной и термостойкой. Пластифицированный ПВХ используется для изготовления одежды для гибкости качества. Пластификаторы также добавляют в некоторые виды пищевой пленки, чтобы сделать полимер более гибким.
Степень кристалличности
Повышение степени кристалличности делает полимер более жестким.Это также может привести к большей хрупкости. Полимеры со степенью кристалличности, приближающейся к нулю или единице, будут иметь тенденцию быть прозрачными, в то время как полимеры с промежуточными степенями кристалличности будут иметь тенденцию быть непрозрачными из-за рассеяния света кристаллическими / стекловидными областями.
Стандартизированная номенклатура полимеров
Существует несколько соглашений для наименования полимерных веществ. Многие широко используемые полимеры, такие как те, которые встречаются в потребительских товарах, имеют общее название или тривиальное имя .Тривиальное имя присваивается на основе исторического прецедента или популярного использования, а не стандартизированного соглашения об именах. И Американское химическое общество [5] , и IUPAC [6] предложили стандартизированные соглашения об именах; соглашения ACS и IUPAC похожи, но не идентичны. [7] Примеры различий между различными соглашениями об именах приведены в таблице ниже:
| Общее название | Имя ACS | Название ИЮПАК |
|---|---|---|
| Поли (этиленоксид) или (ПЭО) | поли (оксиэтилен) | поли (оксиэтилен) |
| Поли (этилентерефталат) или (ПЭТ) | поли (окси-1,2-этандиилоксикарбонил -1,4-фениленкарбонил) | поли (оксиэтиленокситерефт = алоил) |
| Нейлон | поли [имино (1-оксо-1,6-гександиил)] | поли [имино (1-оксогексан-1,6-диил)] |
В обоих стандартизированных соглашениях названия полимеров предназначены для отражения мономера (ов), из которого они синтезированы, а не точной природы повторяющейся субъединицы.Например, полимер, синтезированный из простого алкен-этена, называется полиэтиленом, с сохранением суффикса -ен, даже если двойная связь удаляется в процессе полимеризации:
Химические свойства полимеров
Силы притяжения между полимерными цепями играют большую роль в определении свойств полимера. Поскольку полимерные цепи очень длинные, эти межцепочечные силы усиливаются далеко за пределы притяжения между обычными молекулами. Различные боковые группы на полимере могут придавать полимеру ионную связь или водородную связь между его собственными цепями.Эти более сильные силы обычно приводят к более высоким пределам прочности и температур плавления.
На межмолекулярные силы в полимерах могут влиять диполи в мономерных звеньях. Полимеры, содержащие амидные или карбонильные группы, могут образовывать водородные связи между соседними цепями; частично положительно заряженные атомы водорода в группах N-H одной цепи сильно притягиваются к частично отрицательно заряженным атомам кислорода в группах C = O другой. Эти прочные водородные связи, например, приводят к высокой прочности на разрыв и температуре плавления полимеров, содержащих уретановые или карбамидные связи.Полиэфиры имеют диполь-дипольные связи между атомами кислорода в группах C = O и атомами водорода в группах H-C. Дипольная связь не такая прочная, как водородная, поэтому температура плавления и прочность полиэфира ниже, чем у кевлара (Twaron), но полиэфиры обладают большей гибкостью.
Этен, однако, не имеет постоянного диполя. Силы притяжения между полиэтиленовыми цепями возникают из-за слабых сил Ван-дер-Ваальса. Можно представить, что молекулы окружены облаком отрицательных электронов.По мере приближения двух полимерных цепей их электронные облака отталкиваются друг от друга. Это приводит к снижению электронной плотности на одной стороне полимерной цепи, создавая небольшой положительный диполь на этой стороне. Этого заряда достаточно, чтобы реально привлечь вторую полимерную цепь. Однако силы Ван-дер-Ваальса довольно слабы, поэтому полиэтилен может иметь более низкую температуру плавления по сравнению с другими полимерами.
Характеристики полимера
Для характеристики полимера необходимо указать несколько параметров.Это связано с тем, что полимер фактически состоит из статистического распределения цепей различной длины, и каждая цепь состоит из остатков мономера, которые влияют на его свойства.
Для определения свойств полимеров используются различные лабораторные методы. Для определения кристаллической структуры полимеров используются такие методы, как широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей, малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и малоугловое рассеяние нейтронов. Гель-проникающая хроматография используется для определения среднечисловой молекулярной массы, средневесовой молекулярной массы и полидисперсности.Для определения состава можно использовать FTIR, Raman и ЯМР. Термические свойства, такие как температура стеклования и точка плавления, могут быть определены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и динамического механического анализа. Пиролиз с последующим анализом фрагментов – еще один метод определения возможной структуры полимера.
Деструкция полимера
Разложение полимера – это изменение свойств – прочности на разрыв, цвета, формы и т. Д. – полимера или продукта на основе полимера под воздействием одного или нескольких факторов окружающей среды, таких как тепло, свет или химические вещества.Часто это происходит из-за гидролиза связей, соединяющих полимерную цепь, что, в свою очередь, приводит к снижению молекулярной массы полимера. Эти изменения могут быть нежелательными, например, изменения во время использования, или желательными, например, при биоразложении или преднамеренном снижении молекулярной массы полимера. Такие изменения происходят в первую очередь из-за влияния этих факторов на химический состав полимера.
Деградация полимеров с образованием более мелких молекул может происходить путем случайного разрыва или специфического разрыва .Разложение полиэтилена происходит в результате случайного разрыва – то есть случайного разрыва связей (связей), которые удерживают атомы полимера вместе. При нагревании выше 450 градусов Цельсия он разлагается с образованием смеси углеводородов. Другие полимеры, такие как полиальфаметилстирол, подвергаются «специфическому» разрыву цепи, причем разрыв происходит только на концах. Они буквально расстегиваются или деполимеризуются, чтобы стать составляющим мономером. Крекинг относится к термическому или иному разрушению полимера с выделением мономеров или олигомеров.
В готовом продукте такое изменение должно быть предотвращено или отложено. Однако процесс разложения может быть полезен с точки зрения понимания структуры полимера или рециркуляции / повторного использования полимерных отходов для предотвращения или уменьшения загрязнения окружающей среды. Например, полимолочная кислота и полигликолевая кислота представляют собой два полимера, которые полезны из-за их способности разлагаться в водных условиях. Сополимер этих полимеров используется для биомедицинских применений, таких как гидролизуемые швы, которые со временем разрушаются после наложения на рану. [1]
- Эшби, Майкл и Джонс, Дэвид. Инженерные материалы. п. 191–195. Оксфорд: Баттерворт-Хайнерманн, 1996. Под ред. 2.
- Мейерс и Чавла. Механическое поведение материалов. стр. 41. Prentice Hall, Inc., 1999.
См. Также
Что такое полимер?
В Mallard Creek мы делаем полимеры. Все наши продукты являются результатом сложной химии эмульсионной полимеризации.
Но что такое полимер?
Полимеры – это химические вещества, которые были собраны из ряда «строительных блоков», состоящих из одного мономера.Например, ДНК – это полимер, созданный путем соединения четырех нуклеиновых кислот (аденина, тимина, гуанина и цитозина). Ряд материалов, которые вы используете или видите каждый день, включая кровельные материалы, латексную краску для дома, клеи и мелованную бумагу, изготавливаются с использованием полимеров, которые улучшают поведение и характеристики материалов.
Химия полимеров
Полимеры – это органические химические вещества с повторяющейся структурой. Хотя это звучит просто, эти химические вещества могут быть очень сложными.Они могут состоять из двух мономеров (димеров), трех (тримеров) и более. Они существуют в природе, например, белки или ДНК, или производятся, как пластмассы или нейлон.
Полимеры могут иметь самые разные химические и физические свойства в зависимости от типа используемого мономерного «строительного блока» и расположения сильных и слабых связей в структуре полимера. Они могут образовывать одиночные цепи, разветвленные ветви или сети переплетенных мономеров. Полимеры могут быть основаны на одном и том же мономере, но иметь разные свойства в зависимости от того, как они полимеризуются.Например, и крахмал, и целлюлоза основаны на мономере глюкозы, но крахмал растворим в воде, а целлюлоза – нет. Эти свойства обусловлены различиями в структуре полимеров.
Химики-органики часто используют преимущества как основных мономеров, так и сложных полимерных структур для создания новых продуктов. Они могут создавать более длинные или более короткие цепи или «подвесные» полимеры со сшивками. Сшивки могут сделать материалы более твердыми, а более длинные цепи со звеньями могут сделать материалы более мягкими. Кроме того, полимеры с более высокой молекулярной массой могут становиться более гибкими при повышении температуры.
Типы полимеров
Синтетические полимеры включают то, что большинство людей называют каучуками, пластиками или смолами. Резиноподобные синтетические полимеры известны как эластомеры или эластичные полимеры. Длинные молекулы, составляющие эластомерный материал, скручены нерегулярно. При приложении силы молекулы распрямляются в направлении приложенной силы. После высвобождения молекулы возвращаются к своему обычному компактному расположению.
Полимеры, не обладающие этими эластичными качествами, классифицируются как пластмассы или смолы.Химики обычно различают два типа пластиков – термореактивные и термопласты. Термореактивные материалы содержат полимеры, которые сшиваются в процессе отверждения, создавая неразрывную и необратимую связь. Это означает, что термореактивные пластмассы не плавятся даже при очень высоких температурах. Напротив, термопласты можно постоянно размягчать, плавить и изменять форму. Это делает термопласты идеальными для использования в процессах литья под давлением или экструзии. Их также можно переработать, расплавив их и преобразовав в новые материалы.
Термопласты подразделяются на аморфные и кристаллические полимеры. Аморфные полимеры состоят из беспорядочно запутанных молекул, поэтому они не имеют дальнего порядка. Молекулы в кристаллических полимерах выстраиваются в свернутые стопки, что вносит в полимеры дальний порядок, например упорядоченное расположение атомов в типичных кристаллах.
Примеры полимерных продуктов
Первым синтетическим пластиковым полимером был бакелит, изготовленный в 1909 году для размещения телефонов и электрических компонентов.Первым полимерным волокном было Rayon, созданное в 1910 году из целлюлозы. Нейлон был создан случайно в 1935 году химиками, пытавшимися воспроизвести паучий шелк.
Пластмассы, краски, связующие, клеи, некоторые строительные материалы (такие как добавки для цемента и модификаторы асфальта) и текстильные покрытия для обратной стороны также производятся из полимеров. Некоторые из наиболее распространенных (и, возможно, удивительных!) Продуктов, содержащих полимеры, включают:
Адгезивные полимеры –
Полимерные составы придают адгезивам определенные свойства, позволяя им работать на самых разных поверхностях, от металлов, таких как медь и нержавеющая сталь, до стекла и керамики, и даже поверхностей с очень низким энергопотреблением, таких как полиэтилен.Ознакомьтесь с нашим руководством по выбору, чтобы узнать больше!
Краски и покрытия полимерные –
Прочность, гибкость, адгезия и водостойкость – одни из наиболее распространенных требований к характеристикам полимеров, используемых в красках и покрытиях. Хотите узнать больше? Получите наше руководство по выбору красок и покрытий
Примеры нетканых материалов –
Полимеры используются для облегчения химического связывания волокон в нетканых материалах. Они также помогают преодолеть ограничения нетканых материалов за счет улучшения структуры, жесткости, прочности и способности готового материала к химической чистке.Дополнительную информацию см. В нашем руководстве по выбору нетканых материалов.
Текстильный полимер –
Полимерные продукты улучшают функциональные и эстетические свойства текстильных изделий и ковров, улучшая такие характеристики, как пиллинг, устойчивость к истиранию, твердость и внешний вид. Нужна дополнительная информация? Загрузите наше руководство по выбору текстиля и ковров.
Строительный полимер –
Когда полимеры добавляются в строительные материалы, они улучшают ключевые свойства материалов, такие как тепловые характеристики и влагостойкость.Полимерные продукты помогают удовлетворить сложные требования к модификациям асфальта, системам ремонта бетона, системам наружной кладки, растворам и растворам, полам и конструкциям мостов. Узнайте, что мы можем предложить, просмотрев наше руководство по выбору строительных клеев.
Полимерная бумага –
Производители бумаги и картона вводят полимеры либо в бумагоделательную машину, либо в процессе переработки, чтобы придать готовому продукту желаемые свойства. Например, барьерные покрытия защищают бумажную продукцию и помогают продлить срок хранения.Хотите узнать больше? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору барьерных материалов для упаковки бумаги и картона.
Полиграфия и полимерная упаковка –
Многие полимеры оптимизированы для подложек, используемых в упаковочных приложениях, таких как мелованная бумага, картон и гибкие пленки. Полимеры также могут улучшить блеск и долговечность красок и лаков, используемых в полиграфической промышленности. Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору барьерных материалов для упаковки бумаги и картона, чтобы узнать больше.
Что делает полимер хорошим?
Знание конечного использования помогает химикам разработать правильный рецепт со всеми правильными ингредиентами, который приводит к полимеру с нужными свойствами.
В мире эмульсионных полимеров, например, акриловые латексы, изготовленные из мономеров метилметакрилата и бутилакрилата, демонстрируют лучшую стойкость к ультрафиолетовому излучению, чем латексы из стирола и бутадиена. В результате акриловые эмульсии являются хорошими кандидатами в качестве связующих, которые должны демонстрировать отличную внешнюю долговечность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Стирол-акриловые эмульсионные полимеры – еще один хороший вариант для наружных работ. В дополнение к УФ-излучению стирол-акриловые латексы обладают повышенной водостойкостью, стойкостью к истиранию и твердостью, что делает их пригодными для промышленных покрытий, деревянных покрытий, бетонных покрытий, грунтовок, связующих для фильтрующих материалов и дорожных красок.Эмульсионные полимеры стирола и бутадиена часто являются предпочтительным химическим составом, когда прямое длительное УФ-облучение не является проблемой. Стирол-бутадиеновые латексные связующие идеально подходят для применений, требующих отличной водостойкости, хорошей адгезии наполнителя, хорошего баланса растяжения и удлинения, а также хорошей адгезии к сложным поверхностям.
Это только основа выбора мономера; создание правильного продукта также будет определять ваш выбор поверхностно-активного вещества, инициатора и карбоксилата (который стабилизирует реакции и снижает количество необходимого поверхностно-активного вещества).
Компания Mallard Creek специализируется на эмульсионных полимерах. Наша технология позволяет производить кровельные и строительные материалы, покрытие для бумаги, печать и упаковку, звукопоглощающие материалы, клеи, краски и текстиль. Универсальность эмульсионных полимеров и переменные, доступные во время полимеризации, делают их очень сложными для разработки. Чтобы настроить рецепт в соответствии с конкретным применением, требуется большой опыт. Химики Mallard Creek Polymers сотрудничают с заказчиками в разработке полимеров для самых разных отраслей промышленности.Мы предлагаем глубокие знания и большой набор специалистов по полимерам для решения каждой задачи заказчика. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить вашу потребность и то, как рецепт латекса от Mallard Creek Polymers может помочь вам решить эту проблему.
Хотите узнать больше о наших продуктах? Ознакомьтесь с нашим списком руководств по выбору!
Полимеры и микропластики
Для чего они нужны?
Полимеры могут быть натуральными или синтетическими.Природные полимеры важны для всего живого. Эти большие молекулы включают такие вещи, как ДНК и крахмал, и состоят из длинных цепочек идентичных повторяющихся звеньев более мелких молекул. Синтетические полимеры имитируют полимеры в природе, действуя как строительные блоки, которые можно склеивать, образуя новые формы, которые создают ингредиенты с широким спектром характеристик.
В средствах личной гигиены используются как натуральные, так и синтетические полимеры. Некоторые из них используются для придания мягкости и шелковистости косметическим средствам или рассыпчатой пудре, чтобы такие продукты, как солнцезащитный крем, прилипали к коже, для улучшения текстуры смываемых средств, таких как мыло и шампунь, или в средствах против старения, чтобы уменьшить внешний вид. морщин.
Большинство синтетических полимеров имеют форму жидкостей, восков или гелей – не все полимеры пластичны. Другие пластиковые частицы, обычно называемые «микропластиками», являются результатом разрушения более крупных пластмасс в окружающей среде или созданы для определенной цели, например, для отшелушивания в продуктах по уходу за кожей. Мы активно удалили эти микропластические эксфолианты во всем мире с 2017 года.
Где мы находимся?
О полимерах
Очень важно отметить, что не все полимеры пластичны.Фактически, как натуральные, так и синтетические полимеры могут иметь безопасный экологический профиль. Непластичные полимеры – это универсальные ингредиенты, которые значительно улучшают ваши впечатления от использования многих продуктов питания, фармацевтики и средств личной гигиены. Мы поддерживаем использование непластичных природных и синтетических полимеров и считаем, что их необходимо оценивать индивидуально, чтобы избежать ошибочной классификации экологически безопасных ингредиентов как загрязнителей.
О микропластиках
Наши обязательства по безопасности и уходу означают, что мы постоянно развиваем наши политики и продукты, чтобы отражать не только новейшие научные достижения и новые правила, но и учитывать предпочтения потребителей, опираясь на научные данные.
Мы понимаем и разделяем ваши опасения по поводу пластиковых и микропластических ингредиентов в окружающей среде. Мы находимся в процессе оценки экологической безопасности всех наших полимерных ингредиентов и разработали рекомендации, основанные на надежных научных данных. Мы активно работаем с торговыми ассоциациями для поддержки научно обоснованных определений политики и принятия решений по этой категории ингредиентов.
Что мы НЕ используем?
Наша цель – дать вам уверенность в том, что наши продукты безопасны как для вашего личного использования, так и для окружающей среды.Имея это в виду, мы возглавили индустрию средств личной гигиены, добровольно взяв на себя обязательство удалить пластиковые микрогранулы из наших продуктов в 2013 году. Мы поддержали Закон США о воде без микрогранул от 2015 года, который запрещает пластиковые микрогранулы, и в 2017 году мы завершили нашу глобальную переработку. как и обещал.
Кроме того, мы запретили использование некоторых других пластиковых ингредиентов при разработке новых продуктов: ПТФЭ, ПММА, нейлон-12 (и другие нейлоновые ингредиенты), полиуретан, полиэтилен, окисленный полиэтилен, полиэтиленоксид, полиэтилентерефталат (ПЭТ), полипропилен. , Полипропилентерефталат и Метилметакрилатный кроссполимер.
У нас есть несколько оставшихся унаследованных продуктов, содержащих ПТФЭ, ПММА, нейлон-12 и полиуретан, и мы активно разрабатываем заменители, соответствующие нашим высоким стандартам охраны здоровья человека и окружающей среды.
Характеристики, применение и свойства полимеров
Глава
- 4 Цитаты
- Бег 7,8 км Загрузки
Многие материалы, встречающиеся в природе, являются полимерами.Фактически, основная молекулярная структура всех растений и животных подобна структуре синтетического полимера. Природные полимеры включают такие материалы, как шелк, шеллак, битум, каучук и целлюлозу. Тем не менее, большинство полимеров или пластиков, используемых для инженерного проектирования, являются синтетическими, и часто они специально разработаны или «разработаны» химиками или инженерами-химиками для определенной цели. Другие инженеры (механики, гражданские, электрические и т. Д.) Обычно проектируют инженерные компоненты из доступных материалов или, иногда, работают напрямую с химиками или инженерами-химиками для синтеза полимера с определенными характеристиками.Некоторые из полезных свойств различных технических полимеров – это высокая прочность или отношение модуля к весу (легкий вес, но сравнительно жесткий и прочный), ударная вязкость, упругость, устойчивость к коррозии, отсутствие электропроводности (тепловой и электрической), цвет, прозрачность, обработка и т. Д. и невысокая стоимость. Многие полезные свойства полимеров на самом деле уникальны для полимеров и обусловлены их длинноцепочечной молекулярной структурой. Эти вопросы будут подробно обсуждаться в следующей главе. В этой главе основное внимание будет уделено общим характеристикам, приложениям и введению в механическое поведение, включая элементарные концепции их внутренней зависящей от времени или вязкоупругой природы.
Ключевые слова
Испытание на ползучесть Модель Максвелла Модуль релаксации Испытание на релаксацию Соответствие ползучестиЭти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.
Это предварительный просмотр содержимого подписки,
войдите в, чтобы проверить доступ.
Предварительный просмотр
Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.
Информация об авторских правах
© Springer Science + Business Media, LLC 2008
Пластмассы – все о молекулярной структуре
Джеффри А.Янсен
Старший управляющий инженер и партнер, The Madison Group
Джеффри А. Янсен
Старший управляющий инженер и партнер, The Madison Group
Джеффри А. Янсен
Старший управляющий инженер и партнер, The Madison Group
Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.
Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.
Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.
Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.
Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.
Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.
Рис. 3. Полимеры содержат большое количество функциональных групп, ответственных за разнообразие физических свойств.
Рис. 4. Полимерные цепи состоят из большого количества повторяющихся звеньев и переплетены, образуя структуру, подобную спагетти.
Рис. 5. Повторяющаяся единица полиэтилена состоит из двух атомов углерода с боковыми атомами водорода.
Рисунок 6. Структурное представление полукристаллических и аморфных полимеров.
Рис. 7. Шестая термограмма ДСК, показывающая эндотерму плавления для полукристаллического полимера и стеклование для аморфного материала.
Рис. 8. Графическое изображение изменения модуля, характерного для полукристаллических и аморфных полимеров.
Полукристаллический
- Отчетливая и резкая точка плавления
- Непрозрачный или полупрозрачный
- Лучшая стойкость к органическим химическим веществам
- Повышенная прочность на разрыв и модуль упругости
- Лучшее сопротивление ползучести и усталости
- Более высокая плотность
- Усадка большей формы
Аморфный
- Размягчение в более широком диапазоне температур
- Прозрачный
- Низкая органическая химическая стойкость
- Более высокая пластичность
- Повышенная прочность
- Меньшая плотность
Таблица 1.
Полукристаллический
- Отчетливая и резкая точка плавления
- Непрозрачный или полупрозрачный
- Лучшая стойкость к органическим химическим веществам
- Повышенная прочность на разрыв и модуль упругости
- Лучшее сопротивление ползучести и усталости
- Более высокая плотность
- Усадка большей формы
Аморфный
- Размягчение в более широком диапазоне температур
- Прозрачный
- Низкая органическая химическая стойкость
- Более высокая пластичность
- Повышенная прочность
- Меньшая плотность
Таблица 1.
Характерные свойства пластмасс являются прямым результатом уникальной молекулярной структуры этих материалов. Если пойти дальше, различия в свойствах, демонстрируемых разными пластиками, связаны с разнообразием их структуры. Пластмассы – это полимеры с очень высокой молекулярной массой. Для улучшения своих свойств они часто содержат добавки, такие как наполнители и армирующие элементы, антиразложения и стабилизаторы, антипирены и пластификаторы. Однако основные атрибуты пластикового материала определяются полимером.
Полимеризация
Полимеры – это макромолекулы, которые основаны на структуре, построенной, в основном или полностью, из большого количества подобных структурных единиц, связанных вместе. Полимер, который часто называют цепями, состоит из повторяющихся звеньев, похожих на звенья. Полимеры образуются посредством процесса, известного как полимеризация, в котором молекулы мономеров связываются вместе посредством химической реакции, которая приводит к трехмерной сети из длинных отдельных полимерных цепей, состоящих из более мелких повторяющихся звеньев.
Существует два основных типа реакций полимеризации – присоединение и конденсация. Аддитивная полимеризация – это образование полимеров из мономеров, содержащих двойную связь углерод-углерод, посредством экзотермической реакции присоединения. Важно отметить, что эта реакция протекает без потери каких-либо атомов или молекул из реагирующих мономеров. Обычные материалы, получаемые посредством аддитивной полимеризации, включают полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол, как показано на Рисунке 1.
Напротив, конденсационные полимеры образуются в результате ступенчатой реакции молекул с различными функциональными группами. Реакция является эндотермической и приводит к образованию воды или других небольших молекул, таких как метанол, в качестве побочного продукта. Обычные полимеры, получаемые в результате реакций конденсации, включают термопластичные полиэфиры, полиацеталь, поликарбонат и полиамиды, как показано на Рисунке 2.
Аддитивные полимеры быстро образуют высокомолекулярные цепи и имеют тенденцию иметь более высокий молекулярный вес, чем конденсационные полимеры.Сравнивая полимеры, полученные с помощью двух различных механизмов, аддитивные полимеры, как правило, химически инертны из-за относительно прочных углерод-углеродных связей, которые образуются. Конденсационные полимеры склонны к гидролитической молекулярной деградации из-за воздействия воды при повышенных температурах по механизму, который напоминает реверсию начальной реакции либерализации.
Используя различные исходные материалы, процессы и технологии полимеризации, можно получить полимеры с разной молекулярной структурой (см. Рис.3).
Фундаментальные различия между свойствами этих различных типов полимеров объясняются различными функциональными группами в молекулярной структуре. Эти различия включают свойства механической, термической и химической стойкости. Таким образом, важно выбрать правильный тип пластика в зависимости от требований области применения.
Межмолекулярная связь
Как указано, полимеризация приводит к образованию множества отдельных полимерных цепей, состоящих из повторяющихся звеньев.Ключевым аспектом полимерных материалов является то, что цепи переплетены друг с другом. Отдельные цепи не связаны друг с другом ковалентно, но вместо этого полагаются на межмолекулярные силы, такие как силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи и дипольные взаимодействия, чтобы цепочки не распутывались. В результате получается структура, похожая на миску со спагетти-лапшой (рис. 4).
Молекулярный вес
В процессе полимеризации получают материалы с относительно высокой молекулярной массой, макромолекулы.Ключевым параметром полимера является его молекулярная масса. Молекулярная масса – это сумма атомных масс атомов, составляющих молекулу. Например, молекулярная масса полиэтилена рассчитывается путем умножения молекулярной массы повторяющейся функциональной группы этилена на количество звеньев, составляющих цепь. Таким образом, для полиэтилена (рис. 5), где повторяющаяся единица содержит два атома углерода и четыре атома водорода, молекулярная масса составляет 28n, где n представляет собой количество повторяющихся сегментов.Большинство коммерческих полимеров имеют среднюю молекулярную массу от 10 000 до 500 000.
Более высокие молекулярные массы связаны с более длинными молекулярными цепями, и это приводит к большему уровню запутанности. Это имеет важные последствия, поскольку сорта пластмасс с более высокой молекулярной массой будут обладать превосходными механическими, термическими и химическими свойствами стойкости по сравнению с сортами того же материала с более низким молекулярным весом.
Важно помнить, что процесс полимеризации – это химическая реакция, и, хотя ее тщательно контролируют, ему присущи некоторые вариации.Это приводит к полидисперсности или полимерным цепям неравной длины. По этой причине коммерческие пластмассы содержат полимеры с молекулярно-массовым распределением. Проще говоря, молекулярно-массовое распределение представляет собой относительные количества полимеров с разной молекулярной массой, которые составляют данный образец этого материала. В отличие от молекулярной массы соотношение между молекулярно-массовым распределением и конечными свойствами неоднородно. Например, при сравнении двух аналогичных материалов с различным молекулярно-массовым распределением, в целом, материал с более широким распределением будет демонстрировать лучшую пластичность и ударопрочность, но будет демонстрировать пониженную прочность и жесткость.
Из-за структуры молекул полимерные материалы имеют другие свойства по сравнению с другими материалами, такими как металлы. В частности, относительно высокая молекулярная масса и большая длина полимерной цепи приводят к запутыванию, а отсутствие ковалентных межмолекулярных связей способствует подвижности полимерной цепи. Эта комбинация запутанных подвижных цепей приводит к вязкоупругости.
Вязкоупругость – это свойство материалов, которые при деформации проявляют как вязкие, так и упругие характеристики.Вязкие материалы, такие как мед, сопротивляются сдвиговому потоку и линейно деформируются со временем при приложении напряжения. Эластичные материалы, такие как стальной стержень, деформируются при напряжении и быстро возвращаются в исходное состояние после снятия напряжения. Вязкоупругие материалы обладают элементами обоих этих свойств и, как таковые, демонстрируют деформацию, зависящую от времени.
Есть три основных фактора, которые влияют на вязкоупругость пластмассовой детали: температура, скорость деформации и время. Из-за этого пластмассы чувствительны к температуре, скорости деформации и времени.Температура – наиболее очевидный из этих факторов. Полимеры демонстрируют сравнительно высокий уровень изменения физических свойств в относительно небольшом диапазоне температур. При повышении температуры полимерные цепи располагаются дальше друг от друга. Это приводит к большему свободному объему и кинетической энергии, и цепи могут легче скользить друг мимо друга и распутываться.
По мере увеличения скорости деформации – скорости приложения нагрузки – полимерные цепи не успевают подвергнуться пластичной деформации, и они будут распутываться благодаря все более хрупкому механизму.Вот почему пластмассы гораздо более восприимчивы к ударным повреждениям, чем к отказам от перегрузки, которые происходят при более умеренных скоростях деформации.
Присущая полимерным материалам вязкоупругая природа вызывает движение внутри полимерных цепей в условиях приложенного напряжения. Это приводит к временной зависимости полимерных материалов. Из-за этой молекулярной подвижности пластиковые материалы будут демонстрировать различия в своих долгосрочных и краткосрочных свойствах из-за приложения напряжения с течением времени.Это означает, что свойства пластического материала, такие как прочность и пластичность, не статичны, но со временем будут ухудшаться. Это часто приводит к ползучести и релаксации напряжений в пластиковых материалах.
Кристаллическая / аморфная структура
Другой фундаментальной характеристикой полимерных материалов является организация их молекулярной структуры. В широком смысле пластмассы можно разделить на полукристаллические и аморфные. Понимание значения структуры и, в частности, кристалличности, важно, поскольку она влияет на выбор материала, конструкцию детали, обработку и конечные ожидаемые эксплуатационные характеристики.
Большинство неполимерных материалов образуют кристаллы при охлаждении от повышенных температур до точки затвердевания. Это хорошо видно на воде. Когда вода охлаждается, кристаллы начинают формироваться при 0 ° C, когда она переходит из жидкого состояния в твердое. Кристаллы представляют собой регулярное упорядоченное расположение молекул и образуют характерный геометрический узор внутри материала. С небольшими молекулами, такими как вода, этот порядок повторяется и занимает относительно большую площадь по сравнению с размером молекул, а кристаллы организуются в течение относительно короткого периода времени.
Однако из-за довольно большого размера молекул полимера и соответствующей повышенной вязкости кристаллизация по своей природе ограничена, а в некоторых случаях невозможна. Полимеры, в которых действительно происходит кристаллизация, по-прежнему содержат относительно высокую долю некристаллизованной структуры. По этой причине такие полимеры обычно называют полукристаллическими. Полимеры, которые в силу своей структуры не могут существенно кристаллизоваться, называются аморфными (рис. 6).
Аморфные полимеры имеют неорганизованную рыхлую структуру. Полукристаллические полимеры имеют участки регулярной узорчатой структуры, ограниченные неорганизованными аморфными областями. Хотя некоторая модификация может быть произведена за счет использования добавок, степень, в которой полимеры являются полукристаллическими или аморфными, определяется их химической структурой, включая длину полимерной цепи и функциональные группы.
Упорядоченное расположение молекулярной структуры, связанное с кристалличностью, приводит к плавлению при достижении достаточной температуры.Из-за этого полукристаллические полимеры, такие как полиэтилен, полиацеталь и нейлон, будут претерпевать отчетливый переход плавления и иметь точку плавления (T m ). Аморфные полимеры, включая полистирол, поликарбонат и поли (фенилсульфон), не будут плавиться по-настоящему, но будут размягчаться при нагревании выше их температуры стеклования (T г ). Это представлено термограммами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) (рис. 7).
Разница между полукристаллическим и аморфным расположением молекул также влияет на механические свойства материала, особенно в том, что касается температурной зависимости.Как правило, аморфные пластмассы демонстрируют относительно постоянный модуль упругости в диапазоне температур. Однако по мере приближения температуры к температуре стеклования материала происходит резкое снижение. Напротив, полукристаллические пластмассы демонстрируют стабильность модуля ниже температуры стеклования, которая часто ниже температуры окружающей среды, но демонстрирует устойчивое снижение между температурой стеклования и точкой плавления (рис. 8).
Из-за своей вязкоупругой природы время и температура одинаково действуют на полимерные материалы.Из-за этого изменения в материале как функция времени можно сделать вывод по стабильности материала в зависимости от температуры.
Помимо зависимости от времени и температуры, другие ключевые свойства полимерных материалов определяются их полукристаллической / аморфной структурой. Некоторые обобщения характеристических свойств приведены в таблице 1.
Пластмассы продолжают использоваться во все более разнообразных и требовательных приложениях. Учитывая стоимость выхода продукта из строя, очень важно, чтобы правильный материал был выбран специально для каждой ситуации.Поскольку базовый полимер определяет многие критические рабочие характеристики пластмассовой смолы, важно понимать корреляцию между молекулярной структурой и характеристиками. Разница между успехом и неудачей может зависеть от молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и кристаллической / аморфной структуры.
ОБ АВТОРЕ
Джеффри А. Янсен – старший управляющий инженер и партнер Мэдисон Груп, Мэдисон, Висконсин.-базовый поставщик консалтинговых услуг для индустрии пластмасс. Он эксперт в анализе отказов; анализ, идентификация и отбор материалов; и исследования старения пластмассовых и резиновых компонентов. Янсен, старший член SPE, также в прошлом возглавлял Группу специальных интересов SPE по анализу и предотвращению отказов.
Что такое природные полимеры? | Sciencing
От деревьев до шин, от обеда до продуктовых пакетов, от хлопьев для завтрака до школьной одежды: полимеры играют важную роль в мире человека и природы.По мере того как люди становятся более осведомленными об окружающей среде, многие ищут способы заменить искусственно созданные предметы более экологичными заменителями. Полимеры не исключение.
TL; DR (слишком долго; не читал)
TL; DR (слишком долго; не читал)
Примеры природных полимеров включают целлюлозу, хитон, углеводы, такие как крахмал и сахар, белки от кожа и мышцы к паучьему шелку и шерсти, ДНК, РНК и натуральному каучуку.
Что такое полимеры?
Полимеры – это длинные молекулы, состоящие из мономеров.«Поли» означает много, а «моно» означает один или один. «Мерс» означает части. Следовательно, полимеры означают множество частей, а полимеры состоят из множества мономеров или отдельных частей. Разные полимеры образуются из разных мономеров. Кроме того, при изменении расположения мономеров может образоваться другой полимер.
Соединение мономеров
Мономеры соединяются двумя разными способами. В первом случае мономеры соединяются напрямую, как строительные блоки, соединенные вместе. Их называют аддитивными полимерами.Многие синтетические мономеры образуют аддитивные полимеры. При втором типе связи мономеры высвобождают молекулу воды, когда соединяются вместе. Их называют конденсационными полимерами. Большинство природных полимеров представляют собой конденсационные полимеры, поэтому вода является естественным побочным продуктом сшивания мономеров.
Природные полимеры
Миллионы различных видов белковых полимеров состоят из мономеров аминокислот. Хотя существует всего 20 различных видов аминокислот, множество различных комбинаций и расположений приводит к большому разнообразию белков.Некоторые различные типы белковых полимеров включают:
- кожа
- органы тела
- мышцы
- волосы
- ногти
- перья
- копыта
- мех
широкий спектр волокон животных От шерсти до шелка происходят из белковых полимеров. Шелк паука, одно из самых прочных известных волокон, представляет собой белковый полимер. Кожа, сделанная из кожи животных, получается из белковых полимеров.
Синтетические или искусственные полимеры
Преимущества синтетических или искусственных полимеров включают стабильность и консистенцию продукта. Например, синтетический каучук не гниет, как натуральный каучук.