Birçoğu, polimerlerin hangi yapıya sahip olduğu sorusuyla ilgileniyor. Bunun cevabı bu yazıda verilecektir. Polimer özellikleri (bundan sonra - P olarak anılacaktır), genellikle özelliğin tanımlandığı ölçeğe ve ayrıca fiziksel temeline bağlı olarak birkaç sınıfa ayrılır. Bu maddelerin en temel kalitesi, kurucu monomerlerinin (M) kimliğidir. Mikroyapı olarak bilinen ikinci özellik grubu, esas olarak bu Ms'nin P'deki düzenini bir Z ölçeğinde gösterir. Bu temel yapısal özellikler, P'nin nasıl davrandığını gösteren bu maddelerin toplu fiziksel özelliklerinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. makroskopik bir malzeme. Nano ölçekteki kimyasal özellikler, zincirlerin çeşitli fiziksel kuvvetler aracılığıyla nasıl etkileştiğini tanımlar. Makro ölçekte, temel P'nin diğer kimyasallar ve çözücülerle nasıl etkileşime girdiğini gösterirler.
Kimlik
P'yi oluşturan yinelenen bağlantıların kimliği, ilk veen önemli nitelik. Bu maddelerin isimlendirilmesi genellikle P'yi oluşturan monomer kalıntılarının tipine dayanır. Sadece bir tür tekrar eden birim içeren polimerler homo-P olarak bilinir. Aynı zamanda, iki veya daha fazla tekrar eden birim türü içeren P'ler, kopolimerler olarak bilinir. Terpolimerler, üç tür yinelenen birim içerir.
Polistiren, örneğin, yalnızca stiren M kalıntılarından oluşur ve bu nedenle Homo-P olarak sınıflandırılır. Etilen vinil asetat ise birden fazla tipte tekrar eden birim içerir ve bu nedenle bir kopolimerdir. Bazı biyolojik P'ler birçok farklı fakat yapısal olarak ilişkili monomerik kalıntılardan oluşur; örneğin, DNA gibi polinükleo titler, dört tip nükleotit alt biriminden oluşur.
İyonize olabilen alt birimler içeren bir polimer molekülü, bir polielektrolit veya iyonomer olarak bilinir.
Mikroyapı
Bir polimerin mikro yapısı (bazen konfigürasyon olarak adlandırılır), ana zincir boyunca M kalıntılarının fiziksel düzenlemesi ile ilgilidir. Bunlar, değişmek için bir kovalent bağın kırılmasını gerektiren P yapısının elemanlarıdır. Yapı, P'nin diğer özellikleri üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Örneğin, iki doğal kauçuk numunesi, molekülleri aynı monomerleri içerse bile farklı dayanıklılık gösterebilir.
Polimerlerin yapısı ve özellikleri
Bu noktayı netleştirmek son derece önemlidir. Polimer yapının önemli bir mikroyapısal özelliği, nasıl olduğu ile ilgili olan mimarisi ve şeklidir.dal noktaları basit bir lineer zincirden sapmaya yol açar. Bu maddenin dallanmış molekülü, bir veya daha fazla yan zincir veya ikame dalları olan bir ana zincirden oluşur. Dallanmış Ps türleri arasında yıldız Ps, tarak Ps, fırça Ps, dendronize Ps, merdiven Ps ve dendrimerler bulunur. Topolojik olarak düz tekrar eden birimlerden oluşan iki boyutlu polimerler de vardır. Canlı polimerizasyon gibi çeşitli cihaz türleri ile P-malzemeyi sentezlemek için çeşitli teknikler kullanılabilir.
Diğer nitelikler
Polimer bilimindeki polimerlerin bileşimi ve yapısı, dallanmanın kesinlikle doğrusal bir P zincirinden sapmaya nasıl yol açtığı ile ilgilidir. Dallanma rastgele gerçekleşebilir veya belirli mimarileri hedeflemek için reaksiyonlar tasarlanabilir. Bu önemli bir mikroyapısal özelliktir. Bir polimerin mimarisi, çözelti ve eriyik viskozitesi, çeşitli bileşimlerde çözünürlük, cam geçiş sıcaklığı ve çözelti içindeki bireysel P-bobinlerinin boyutu dahil olmak üzere birçok fiziksel özelliğini etkiler. Bu, içerdiği bileşenleri ve polimerlerin yapısını incelemek için önemlidir.
Dallanma
Dallar, bir polimer molekülünün büyüyen ucu ya (a) kendisine geri ya da (b) başka bir P ipliğine bağlandığında oluşabilir; bunların her ikisi de, hidrojen çekilmesi yoluyla, orta kısım için bir büyüme bölgesi oluşturabilir. zincir.
Dallanma etkisi - kimyasal çapraz bağlama -zincirler arasında kovalent bağların oluşumu. Çapraz bağlama, Tg'yi artırma ve mukavemet ve tokluğu artırma eğilimindedir. Diğer kullanımların yanı sıra, bu işlem, kükürt çapraz bağlanmasına dayanan vulkanizasyon olarak bilinen bir işlemde kauçukları güçlendirmek için kullanılır. Örneğin otomobil lastikleri, hava sızıntısını az altmak ve dayanıklılıklarını artırmak için yüksek mukavemete ve çapraz bağlantıya sahiptir. Öte yandan kauçuk çapraz bağlı değildir, bu da kauçuğun sıyrılmasını sağlar ve kağıda zarar gelmesini önler. Saf kükürtün daha yüksek sıcaklıklarda polimerizasyonu, erimiş halde daha yüksek sıcaklıklarda neden daha viskoz hale geldiğini de açıklar.
Izgara
Yüksek düzeyde çapraz bağlı bir polimer molekülüne P-ağı denir. Yeterince yüksek bir çapraz bağ-iplik oranı (C), bu tür her bir dalın en az bir diğerine bağlı olduğu sonsuz ağ veya jel olarak adlandırılan bir oluşumun oluşmasına yol açabilir.
Canlı polimerizasyonun sürekli gelişmesiyle, bu maddelerin belirli bir mimariye sahip sentezi kolaylaşıyor. Yıldız, tarak, fırça, dendronize, dendrimerler ve halka polimerler gibi mimariler mümkündür. Karmaşık mimariye sahip bu kimyasal bileşikler, ya özel olarak seçilmiş başlangıç bileşikleri kullanılarak ya da önce birbirleriyle bağlantı kurmak için daha ileri reaksiyonlara giren lineer zincirlerin sentezlenmesiyle sentezlenebilir. Düğümlü Ps birçok intramoleküler siklizasyondan oluşurbir P zincirindeki (PC) bağlantılar.
Dallanma
Genel olarak, dallanma derecesi ne kadar yüksek olursa, polimer zinciri o kadar kompakt olur. Aynı zamanda zincir dolaşıklığını, yani birbirinin üzerinden kayma yeteneğini de etkilerler ve bu da toplu fiziksel özellikleri etkiler. Uzun zincirli suşlar, bileşikteki bağ sayısındaki artıştan dolayı polimerin mukavemetini, tokluğunu ve cam geçiş sıcaklığını (Tg) iyileştirebilir. Öte yandan, rastgele ve kısa bir Z değeri, polimer moleküllerinin yapısından kaynaklanan zincirlerin birbirleriyle etkileşime girme veya kristalleşme yeteneğinin ihlali nedeniyle malzemenin gücünü az altabilir.
Dallanmanın fiziksel özellikler üzerindeki etkisinin bir örneği polietilende bulunabilir. Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) çok düşük bir dallanma derecesine sahiptir, nispeten serttir ve örneğin kurşun geçirmez yeleklerin imalatında kullanılır. Öte yandan, düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), önemli miktarda uzun ve kısa şeride sahiptir, nispeten esnektir ve plastik filmler gibi uygulamalarda kullanılır. Polimerlerin kimyasal yapısı tam da bu tür uygulamaları destekler.
Dendrimer
Dendrimerler, her monomerik birimin aynı zamanda bir dallanma noktası olduğu dallanmış bir polimerin özel bir durumudur. Bu, moleküller arası zincir dolaşıklığını ve kristalleşmeyi az altma eğilimindedir. İlgili bir mimari olan dendritik polimer, mükemmel bir şekilde dallanmamıştır ancak dendrimerlere benzer özelliklere sahiptir.yüksek derecede dallanmalarından dolayı.
Polimerizasyon sırasında meydana gelen yapısal karmaşıklık derecesi, kullanılan monomerlerin işlevselliğine bağlı olabilir. Örneğin stirenin serbest radikal polimerizasyonunda fonksiyonelliği 2 olan divinilbenzen ilavesi dallanmış P oluşumuna yol açacaktır.
Mühendislik polimerleri
Tasarlanmış polimerler arasında kauçuk, sentetikler, plastikler ve elastomerler gibi doğal malzemeler bulunur. Yapıları değiştirilebilir ve malzeme üretmek için uyarlanabildiği için çok faydalı hammaddelerdir:
- bir dizi mekanik özellik ile;
- geniş bir renk yelpazesinde;
- farklı şeffaflık özellikleriyle.
Polimerlerin moleküler yapısı
Bir polimer, monomer (M) adı verilen yapısal birimleri tekrar eden birçok basit molekülden oluşur. Bu maddenin bir molekülü, yüz milyonlarca M'den oluşabilir ve doğrusal, dallanmış veya ağ yapısına sahip olabilir. Kovalent bağlar atomları bir arada tutar ve ikincil bağlar daha sonra polimaterial oluşturmak için polimer zincir gruplarını bir arada tutar. Kopolimerler, iki veya daha fazla farklı M.
türünden oluşan bu maddenin türleridir.
Bir polimer organik bir malzemedir ve bu tür herhangi bir maddenin temeli bir karbon atomu zinciridir. Bir karbon atomunun dış kabuğunda dört elektron bulunur. Bu değerlik elektronlarının her biri bir kovalent oluşturabilir.başka bir karbon atomuyla veya yabancı bir atomla bir bağ. Bir polimerin yapısını anlamanın anahtarı, iki karbon atomunun ortak olarak üç adede kadar bağa sahip olabilmesi ve yine de diğer atomlarla bağ kurabilmesidir. Bu kimyasal bileşikte en yaygın olarak bulunan elementler ve bunların değerlik sayıları şunlardır: 1 değerlik elektronlu H, F, Cl, Bf ve I; 2 değerlik elektronlu O ve S; 3 değerlik elektronlu n ve 4 değerlik elektronlu C ve Si.
Polietilen örneği
Moleküllerin uzun zincirler oluşturma yeteneği, bir polimer yapmak için hayati önem taşır. Etan gazı C2H6'dan yapılan polietilen malzemesini düşünün. Etan gazının zincirde iki karbon atomu vardır ve her birinin diğeriyle iki değerlik elektronu vardır. İki etan molekülü birbirine bağlanırsa, her moleküldeki karbon bağlarından biri kırılabilir ve iki molekül bir karbon-karbon bağı ile birleştirilebilir. İki metre bağlandıktan sonra, diğer metreleri veya P ipliklerini bağlamak için zincirin her iki ucunda iki serbest değerlik elektronu daha kalır. İşlem, molekülün her iki ucundaki mevcut bağı dolduran başka bir kimyasalın (sonlandırıcı) eklenmesiyle durdurulana kadar daha fazla metre ve polimeri birbirine bağlamaya devam edebilir. Buna lineer polimer denir ve termoplastik bileşiklerin yapı taşıdır.
Polimer zinciri genellikle iki boyutlu olarak gösterilir ancak üç boyutlu bir polimer yapıya sahip olduklarına dikkat edilmelidir. Her bağlantı 109°'lik bir açıdadır.sonra ve bu nedenle karbon omurgası, bükülmüş bir TinkerToys zinciri gibi uzayda ilerler. Voltaj uygulandığında, bu zincirler gerilir ve uzama P, kristal yapılardakinden binlerce kat daha fazla olabilir. Bunlar polimerlerin yapısal özellikleridir.
