Ramai yang berminat dengan persoalan apakah struktur polimer. Jawapannya akan diberikan dalam artikel ini. Sifat polimer (selepas ini - P) secara amnya dibahagikan kepada beberapa kelas bergantung pada skala di mana sifat itu ditakrifkan, serta berdasarkan fizikalnya. Kualiti paling asas bagi bahan ini ialah identiti monomer konstituennya (M). Set sifat kedua, yang dikenali sebagai mikrostruktur, pada asasnya menandakan susunan Ms ini dalam P pada skala satu Z. Ciri-ciri struktur asas ini memainkan peranan utama dalam menentukan sifat fizikal pukal bahan-bahan ini, yang menunjukkan bagaimana P berkelakuan sebagai bahan makroskopik. Sifat kimia pada skala nano menerangkan bagaimana rantai berinteraksi melalui pelbagai daya fizikal. Pada skala makro, ia menunjukkan cara P asas berinteraksi dengan bahan kimia dan pelarut lain.
Identiti
Identiti pautan berulang yang membentuk P adalah yang pertama danatribut yang paling penting. Nomenklatur bahan ini biasanya berdasarkan jenis sisa monomer yang membentuk P. Polimer yang mengandungi hanya satu jenis unit berulang dikenali sebagai homo-P. Pada masa yang sama, Ps yang mengandungi dua atau lebih jenis unit berulang dikenali sebagai kopolimer. Terpolimer mengandungi tiga jenis unit berulang.
Polystyrene, sebagai contoh, hanya terdiri daripada sisa stirena M dan oleh itu dikelaskan sebagai Homo-P. Etilena vinil asetat, sebaliknya, mengandungi lebih daripada satu jenis unit berulang dan oleh itu merupakan kopolimer. Sesetengah Ps biologi terdiri daripada banyak sisa monomerik yang berbeza tetapi berkaitan struktur; contohnya, polinukleotida seperti DNA terdiri daripada empat jenis subunit nukleotida.
Molekul polimer yang mengandungi subunit boleh terion dikenali sebagai polielektrolit atau ionomer.
Mikrostruktur
Struktur mikro polimer (kadangkala dipanggil konfigurasi) berkaitan dengan susunan fizikal sisa M di sepanjang rantai utama. Ini adalah unsur-unsur struktur P yang memerlukan pemutusan ikatan kovalen untuk berubah. Struktur mempunyai pengaruh yang kuat ke atas sifat lain P. Contohnya, dua sampel getah asli boleh menunjukkan ketahanan yang berbeza walaupun molekulnya mengandungi monomer yang sama.
Struktur dan sifat polimer
Perkara ini amat penting untuk dijelaskan. Ciri mikrostruktur penting bagi struktur polimer ialah seni bina dan bentuknya, yang berkaitan dengan bagaimanatitik cawangan membawa kepada sisihan daripada rantai linear mudah. Molekul bercabang bahan ini terdiri daripada rantai utama dengan satu atau lebih rantai sisi atau cabang pengganti. Jenis Ps bercabang termasuk Ps bintang, Ps sikat, Ps berus, Ps dendron, Ps tangga dan dendrimer. Terdapat juga polimer dua dimensi yang terdiri daripada unit berulang rata topologi. Pelbagai teknik boleh digunakan untuk mensintesis bahan P dengan pelbagai jenis peranti, seperti pempolimeran hidup.
Kualiti lain
Komposisi dan struktur polimer dalam sains polimer adalah berkaitan dengan cara percabangan membawa kepada penyelewengan daripada rantaian P linear yang ketat. Percabangan mungkin berlaku secara rawak, atau tindak balas mungkin direka bentuk untuk menyasarkan seni bina tertentu. Ini adalah ciri mikrostruktur yang penting. Seni bina polimer mempengaruhi banyak sifat fizikalnya, termasuk larutan dan kelikatan cair, keterlarutan dalam pelbagai komposisi, suhu peralihan kaca, dan saiz gegelung P individu dalam larutan. Ini penting untuk mengkaji komponen yang terkandung dan struktur polimer.
Cawangan
Cawangan boleh terbentuk apabila hujung molekul polimer yang semakin meningkat melekat sama ada (a) kembali pada dirinya sendiri atau (b) pada untaian P yang lain, yang kedua-duanya, melalui penarikan hidrogen, boleh mewujudkan zon pertumbuhan untuk bahagian tengah. rantai.
Kesan percabangan - pemautan silang kimia -pembentukan ikatan kovalen antara rantai. Pautan silang cenderung untuk meningkatkan Tg dan meningkatkan kekuatan dan keliatan. Antara kegunaan lain, proses ini digunakan untuk mengukuhkan getah dalam proses yang dikenali sebagai pemvulkanan, yang bergantung pada penghubung silang sulfur. Tayar kereta, sebagai contoh, mempunyai kekuatan tinggi dan pautan silang untuk mengurangkan kebocoran udara dan meningkatkan ketahanannya. Getah, sebaliknya, tidak bersilang, yang membolehkan getah terkelupas dan menghalang kerosakan pada kertas. Pempolimeran sulfur tulen pada suhu yang lebih tinggi juga menjelaskan mengapa ia menjadi lebih likat pada suhu yang lebih tinggi dalam keadaan cair.
Grid
Molekul polimer yang sangat berkait silang dipanggil rangkaian P. Nisbah pautan silang kepada untai (C) yang cukup tinggi boleh membawa kepada pembentukan rangkaian atau gel tak terhingga yang dipanggil, di mana setiap cawangan tersebut dipautkan kepada sekurang-kurangnya satu sama lain.
Dengan perkembangan pempolimeran hidup yang berterusan, sintesis bahan ini dengan seni bina khusus menjadi lebih mudah. Seni bina seperti bintang, sikat, berus, dendronized, dendrimer dan polimer cincin adalah mungkin. Sebatian kimia dengan seni bina kompleks ini boleh disintesis sama ada menggunakan sebatian permulaan yang dipilih khas, atau terlebih dahulu dengan mensintesis rantai linear yang menjalani tindak balas lanjut untuk menghubungkan antara satu sama lain. Ps bersimpul terdiri daripada banyak kitaran intramolekulpautan dalam satu rantai P (PC).
Cawangan
Secara umumnya, semakin tinggi tahap percabangan, semakin padat rantai polimer. Mereka juga menjejaskan kekusutan rantai, keupayaan untuk meluncur melepasi satu sama lain, yang seterusnya menjejaskan sifat fizikal pukal. Strain rantai panjang boleh meningkatkan kekuatan polimer, keliatan, dan suhu peralihan kaca (Tg) disebabkan oleh peningkatan bilangan ikatan dalam sebatian. Sebaliknya, nilai rawak dan pendek Z boleh mengurangkan kekuatan bahan akibat pelanggaran keupayaan rantai untuk berinteraksi antara satu sama lain atau menghablur, yang disebabkan oleh struktur molekul polimer.
Contoh kesan percabangan pada sifat fizikal boleh didapati dalam polietilena. Polietilena berketumpatan tinggi (HDPE) mempunyai tahap percabangan yang sangat rendah, agak tegar dan digunakan dalam pembuatan, contohnya, jaket kalis peluru. Sebaliknya, polietilena ketumpatan rendah (LDPE) mempunyai sejumlah besar helai panjang dan pendek, agak fleksibel, dan digunakan dalam aplikasi seperti filem plastik. Struktur kimia polimer hanya menyukai aplikasi sedemikian.
Dendrimer
Dendrimer ialah kes khas bagi polimer bercabang, di mana setiap unit monomerik juga merupakan titik cawangan. Ini cenderung untuk mengurangkan kekusutan rantaian antara molekul dan penghabluran. Seni bina yang berkaitan, polimer dendritik, tidak bercabang sempurna tetapi mempunyai sifat yang serupa dengan dendrimerkerana tahap percabangan yang tinggi.
Tahap kerumitan struktur yang berlaku semasa pempolimeran mungkin bergantung pada kefungsian monomer yang digunakan. Sebagai contoh, dalam pempolimeran radikal bebas stirena, penambahan divinilbenzena, yang mempunyai fungsi 2, akan membawa kepada pembentukan P bercabang.
Polimer Kejuruteraan
Polimer kejuruteraan termasuk bahan semula jadi seperti getah, sintetik, plastik dan elastomer. Ia adalah bahan mentah yang sangat berguna kerana strukturnya boleh diubah dan disesuaikan untuk menghasilkan bahan:
- dengan pelbagai sifat mekanikal;
- dalam pelbagai warna;
- dengan sifat ketelusan yang berbeza.
Struktur molekul polimer
Sebuah polimer terdiri daripada banyak molekul ringkas yang mengulangi unit struktur yang dipanggil monomer (M). Satu molekul bahan ini boleh terdiri daripada ratusan hingga jutaan M dan mempunyai struktur linear, bercabang atau rangkaian. Ikatan kovalen memegang atom bersama-sama dan ikatan sekunder kemudian memegang kumpulan rantai polimer bersama-sama untuk membentuk polibahan. Kopolimer ialah jenis bahan ini, terdiri daripada dua atau lebih jenis M yang berbeza.
Polimer ialah bahan organik, dan asas bagi mana-mana jenis bahan tersebut ialah rantaian atom karbon. Atom karbon mempunyai empat elektron pada kulit terluarnya. Setiap elektron valens ini boleh membentuk kovalenikatan dengan atom karbon lain atau dengan atom asing. Kunci untuk memahami struktur polimer ialah dua atom karbon boleh mempunyai sehingga tiga ikatan yang sama dan masih terikat dengan atom lain. Unsur-unsur yang paling biasa ditemui dalam sebatian kimia ini dan nombor valensnya ialah: H, F, Cl, Bf dan I dengan 1 elektron valens; O dan S dengan 2 elektron valens; n dengan 3 elektron valens dan C dan Si dengan 4 elektron valens.
Contoh polietilena
Keupayaan molekul membentuk rantai panjang adalah penting untuk membuat polimer. Pertimbangkan bahan polietilena, yang diperbuat daripada gas etana, C2H6. Gas etana mempunyai dua atom karbon dalam rantai, dan masing-masing mempunyai dua elektron valens dengan yang lain. Jika dua molekul etana diikat bersama, satu daripada ikatan karbon dalam setiap molekul boleh dipecahkan, dan kedua-dua molekul itu boleh dicantumkan oleh ikatan karbon-karbon. Selepas dua meter disambungkan, dua lagi elektron valens bebas kekal pada setiap hujung rantai untuk menyambung meter lain atau untaian P. Proses ini mampu menyambung menyambung lebih banyak meter dan polimer bersama sehingga ia dihentikan dengan penambahan bahan kimia lain (terminator) yang mengisi ikatan yang ada pada setiap hujung molekul. Ini dipanggil polimer linear dan merupakan blok binaan untuk sebatian termoplastik.
Rantai polimer selalunya ditunjukkan dalam dua dimensi, tetapi harus diperhatikan bahawa ia mempunyai struktur polimer tiga dimensi. Setiap pautan berada pada sudut 109° keseterusnya, dan dengan itu tulang belakang karbon berjalan melalui angkasa seperti rantai berpintal TinkerToys. Apabila voltan digunakan, rantai ini meregang, dan pemanjangan P boleh beribu-ribu kali lebih besar daripada dalam struktur kristal. Ini ialah ciri-ciri struktur polimer.
