Syntetyczne polimery: właściwości, typy i przykłady

Polimery syntetyczne to te wytwarzane ludzką ręką w laboratoriach lub w skali przemysłowej. Strukturalnie składają się z połączenia małych jednostek, zwanych monomerami, które są połączone, tworząc tzw. Łańcuch polimerowy lub sieć.

Polimeryczna struktura typu „spaghetti” jest przedstawiona w górnej dolnej części. Każda czarna kropka reprezentuje jeden monomer, połączony z innym przez wiązanie kowalencyjne. Kolejność punktów powoduje wzrost łańcuchów polimerowych, których tożsamość zależy od charakteru monomeru.

Ponadto ogromna większość jego monomerów pochodzi z ropy naftowej. Osiąga się to poprzez szereg procesów, które polegają na zmniejszeniu wielkości węglowodorów i innych związków organicznych w celu uzyskania małych i syntetycznie wszechstronnych cząsteczek.

Właściwości

Podobnie jak możliwe struktury polimerów są zróżnicowane, tak samo jak ich właściwości. Te idą w parze z liniowością, rozgałęzianiem (nieobecnym w obrazie łańcuchów), ogniwami i masami cząsteczkowymi monomerów.

Jednakże, chociaż istnieją wzory strukturalne, które definiują właściwość polimeru, a zatem jego typ, większość ma wspólne pewne właściwości i cechy. Niektóre z nich to:

- Mają stosunkowo niskie koszty produkcji, ale wysokie koszty recyklingu.

- Ze względu na dużą objętość, która może zajmować ich struktury, nie są to bardzo gęste materiały, a ponadto są bardzo odporne mechanicznie.

- Są chemicznie obojętne lub wystarczająco odporne na atak kwasu (HF) i substancji podstawowych (NaOH).

- Brak pasów napędowych; dlatego są złymi przewodnikami elektryczności.

Typy

Polimery można klasyfikować według ich monomerów, mechanizmu polimeryzacji i ich właściwości.

Homopolimer to taki, który składa się z jednostek monomeru jednego typu:

100A => AAAAAAA ...

Natomiast kopolimer to taki, który składa się z dwóch lub więcej różnych jednostek monomeru:

20A + 20B + 20C => ABCABCABC ...

Powyższe równania chemiczne odpowiadają polimerom syntetyzowanym przez dodanie. W tych sieciach łańcuch lub polimer rośnie, ponieważ są one połączone z tym więcej monomerów.

Natomiast w przypadku polimerów poprzez kondensację wiązaniu monomeru towarzyszy uwolnienie małej cząsteczki, która „kondensuje”:

A + A => AA + p

AA + A => AAA + p ...

W wielu polimeryzacjach p = H2O, jak w przypadku polifenoli zsyntetyzowanych z formaldehydem (HC ₂ = O).

Zgodnie z ich właściwościami syntetyczne polimery można sklasyfikować jako:

Tworzywa termoplastyczne

Są to polimery liniowe lub mało rozgałęzione, których oddziaływania międzycząsteczkowe można pokonać dzięki wpływowi temperatury. Powoduje to jego zmiękczanie i formowanie oraz ułatwia ich recykling.

Termostabilny

W przeciwieństwie do termoplastów, polimery termoutwardzalne mają wiele konsekwencji w swoich strukturach polimerowych. To pozwala im wytrzymać wysokie temperatury bez deformacji lub topnienia, w wyniku ich silnych oddziaływań międzycząsteczkowych.

Elastomery

Są to polimery zdolne do wytrzymania zewnętrznego ciśnienia bez zerwania, deformacji, a następnie powrotu do pierwotnej postaci.

Dzieje się tak, ponieważ ich łańcuchy polimerowe są połączone, ale oddziaływania międzycząsteczkowe między nimi są na tyle słabe, że poddają się ciśnieniu.

Gdy tak się dzieje, zniekształcony materiał ma tendencję do porządkowania swoich łańcuchów w krystalicznym układzie, „spowalniając” ruch spowodowany ciśnieniem. Następnie, gdy znika, polimer powraca do swojego pierwotnego amorficznego układu.

Włókna

Są to polimery o niskiej elastyczności i rozciągliwości dzięki symetrii łańcuchów polimerowych i dużemu powinowactwu między nimi. To powinowactwo pozwala im silnie oddziaływać, tworząc liniowy układ krystaliczny odporny na pracę mechaniczną.

Ten rodzaj polimerów znajduje zastosowanie w produkcji tkanin takich jak bawełna, jedwab, wełna, nylon itp.

Przykłady

Nailon

Nylon jest doskonałym przykładem polimeru typu włóknistego, który znajduje wiele zastosowań w przemyśle tekstylnym. Łańcuch polimerowy składa się z poliamidu o następującej strukturze:

Łańcuch ten odpowiada strukturze nylonu 6, 6. Jeśli policzysz atomy węgla (szare) zaczynające się i kończące na atomach połączonych z czerwoną kulą, jest ich sześć.

Ponadto istnieje sześć węgli, które oddzielają niebieskie kule. Z drugiej strony, niebieskie i czerwone kule odpowiadają grupie amidowej (C = ONH).

Grupa ta jest w stanie oddziaływać za pomocą mostków wodorowych z innymi łańcuchami, które mogą również przyjąć układ krystaliczny dzięki ich regularności i symetrii.

Innymi słowy, nylon ma wszystkie właściwości niezbędne do sklasyfikowania go jako włókno.

Poliwęglan

Jest to polimer z tworzywa sztucznego (głównie termoplastyczny) przezroczysty, z którego wykonane są okna, soczewki, sufity, ściany itp. Górny obraz pokazuje szklarnię wykonaną z poliwęglanów.

Jak wygląda struktura polimeru i skąd pochodzi nazwa poliwęglan? W tym przypadku nie odnosi się ściśle do anionu CO ₃ 2-, ale do tej grupy uczestniczącej w wiązaniach kowalencyjnych w łańcuchu molekularnym:

Zatem R może być dowolnym rodzajem cząsteczki (nasyconym, nienasyconym, aromatycznym itp.), Co daje szeroką rodzinę polimerów poliwęglanowych.

Polistyren

Jest to jeden z najczęstszych polimerów codziennego życia. Plastikowe kubki, zabawki, elementy komputerowe i telewizyjne oraz głowa manekina na górnym obrazku (jak również inne przedmioty) są wykonane z polistyrenu.

Jego polimerowa struktura składa się z połączenia n styrenów, tworząc łańcuch o wysokiej zawartości składników aromatycznych (pierścienie sześciokątne):

Polistyren można wykorzystać do syntezy innych kopolimerów, takich jak SBS (poli (styren-butadien-styren)), który jest stosowany w tych zastosowaniach, które wymagają odpornej gumy.

Politetrafluoroetylen

Znany również jako Teflon, jest polimerem obecnym w wielu naczyniach kuchennych o działaniu antyadhezyjnym (czarne patelnie). Pozwala to na smażenie żywności bez konieczności dodawania masła lub innego tłuszczu.

Jego struktura składa się z łańcucha polimerowego „powleczonego” atomami F po obu stronach. Te F oddziałują bardzo słabo z innymi cząstkami, takimi jak tłuste, zapobiegając przyleganiu do powierzchni patelni.