Что такое Полимеры?

Полимер представляет собой большую молекулу или макромолекулу, которая по существу является комбинацией нескольких субъединиц. Термин «полимер» в переводе с греческого означает «много частей». Полимеры можно найти вокруг нас. От нити нашей ДНК, которая является естественным биополимером, до полипропилена, который используется во всем мире как пластик.

Полимеры встречаются в природе в растениях и животных (природные полимеры) или могут быть искусственными (синтетические полимеры). Различные полимеры обладают рядом уникальных физических и химических свойств, благодаря которым они находят применение в повседневной жизни.

Содержание

  • Обзор
  • Классификация полимеров
  • Структура
  • Типы
  • Свойства
  • Полимеры и их мономеры
  • Реакции полимеризации
  • Использование полимеров

Все полимеры создаются путем процесса полимеризации, в котором их составляющие элементы, называемые мономерами, взаимодействуют друг с другом с образованием полимерных цепей, то есть трехмерных сетей, образующих полимерные связи.

Экструдер для изготовления изделий из пластика
Экструдер для изготовления изделий из пластика

Тип используемого механизма полимеризации зависит от типа функциональных групп, связанных с реагентами. В биологическом контексте почти все макромолекулы либо полностью полимерные, либо состоят из крупных полимерных цепей.

Классификация полимеров.

Полимеры не могут быть отнесены к одной категории из-за их сложной структуры, различного поведения и широкого применения. Поэтому мы можем классифицировать полимеры, основываясь на следующих соображениях.

Классификация полимеров на основе источника. В этой категории есть три группы: природные, синтетические и полусинтетические полимеры.

  • Природные (натуральные) полимеры: Они встречаются в природе в растениях и животных. Например, белки, крахмал, целлюлоза и каучук. Кроме того, у нас также есть биоразлагаемые полимеры, которые называются биополимерами.
  • Полусинтетические полимеры: Их получают из природных полимеров и подвергаются дальнейшей химической модификации. Например, нитрат целлюлозы, ацетат целлюлозы.
  • Синтетические полимеры: Это искусственные полимеры. Пластик является наиболее распространенным и широко используемым синтетическим полимером. Используется в промышленности и в упаковочных материалах. Например, нейлон-6 и полиэфир.

Классификация полимеров на основе структуры мономерной цепи. Эта категория имеет следующие классификации:

  • Линейные полимеры. Структура этих полимеров, содержит длинные и прямые цепи. ПВХ, то есть поливинилхлорид, широко используется для изготовления труб, а электрические кабели являются примером линейного полимера.
  • Полимеры с разветвленной цепью. Когда линейные цепи полимера образуют разветвления, такие полимеры классифицируются как полимеры с разветвленной цепью. Например, полиэтилен низкой плотности.
  • Сшитые полимеры. Они состоят из бифункциональных и трифункциональных мономеров. Они имеют более прочную ковалентную связь по сравнению с другими линейными полимерами. Бакелит и меламин являются примерами полимеров в этой категории.

Классификация на основе полимеризации:

  • Полимеризация с добавлением: пример, полиэтан, тефлон, поливинилхлорид (ПВХ)
  • Конденсационная полимеризация: пример, нейлон-6, перилен, полиэфиры.

Классификация на основе мономеров:

  • Гомомер: в этом типе присутствует единичный тип мономерной единицы. Например, полиэтилен;
  • Гетерополимер или сополимер: он состоит из разных типов мономерных звеньев. Например, нейлон-6

Классификация на основе молекулярных сил:

  • Эластомеры: это резиноподобные твердые вещества, присутствуют слабые силы взаимодействия. Например, резина.
  • Волокна: Сильные, прочные, высокая прочность на разрыв и присутствуют большие силы взаимодействия. Например, нейлон-6.
  • Термопласты: они имеют промежуточные силы притяжения. Например, поливинилхлорид.
  • Термореактивные полимеры: эти полимеры значительно улучшают механические свойства материала. Обеспечивает повышенную химическую стойкость и термостойкость. Например, фенольные смолы, эпоксидные смолы и силиконы.

Структура полимеров

Большинство полимеров вокруг нас состоят из  углеводородного каркаса. Углеводородная основа является длинной цепью связанных атомов углерода и водорода, возможно из-за природы четырехвалентного углерода.

Несколько примеров углеводородного основного каркаса представляют собой полипропилен, полибутилен, полистирол. Также существуют полимеры, которые вместо углерода имеют другие элементы в своей основной цепи. Например, нейлон, который содержит атомы азота в повторяющемся звене основной цепи.

Типы полимеров

На основе типа основной цепи полимеры можно разделить на:

  • Органические полимеры: углеродная основа.
  • Неорганические полимеры: основная цепь, состоящая из элементов, отличных от углерода.

Типы полимеров на основании их синтеза:

  • Натуральные полимеры
  • Синтетические полимеры
Типы полимеров
Типы полимеров

Биоразлагаемые полимеры. Полимеры, которые распадаются и разлагаются микроорганизмами, такими как бактерии, называются как биоразлагаемые полимеры. Эти типы полимеров используются в хирургических повязках, покрытиях капсул и в хирургии. Например, Поли (3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат) [PHBV]

Высокотемпературные полимеры. Эти полимеры стабильны при высоких температурах. Из-за их высокой молекулярной массы они не разрушаются даже при очень высоких температурах. Они широко используются в здравоохранении, для изготовления стерилизационного оборудования и в производстве жаропрочных и ударопрочных предметов.

Читайте также:  11 завораживающих растений и животных реки Нил

Некоторые из важных полимеров:

Полипропилен: это тип полимера, который размягчается при температуре выше определенной, позволяя ему формоваться и при охлаждении затвердевать. Благодаря своей способности легко формоваться в различные формы, он имеет множество применений. Некоторые из них относятся к стационарному оборудованию, автомобильным компонентам, колонкам для многоразовых контейнеров и многому другому. Благодаря своей относительно низкоэнергетичной поверхности, полимер плавится в процессе сварки при этом не используется клей.

Полиэтен: это самый распространенный вид пластика, который можно найти вокруг нас. В основном используется для упаковки от пластиковых пакетов до пластиковых бутылок. Существуют различные типы полиэтилена, но их общая формула (C2H4)n.

Свойства полимеров

Физические свойства

  • По мере увеличения длины цепи и сшивания увеличивается предел прочности полимера;
  • Полимеры не плавятся, они меняют состояние с кристаллического на полукристаллическое.

Химические свойства

  • По сравнению с молекулами у обычных полимеров, у полимеров с различными боковыми ответвлениями молекул, полимер обладает водородными и ионными связями, что приводит к лучшей прочности сшивки.
  • Диполь-дипольные связи боковых цепей обеспечивают полимеру высокую гибкость.
  • Известно, что полимеры с  ван-дер-ваальсовыми силами, связывающими цепи, являются слабыми, но дают полимеру низкую температуру плавления.

Оптические свойства

  • Благодаря своей способности изменять свой показатель преломления с температурой, как в случае с органическим стеклом (PMMA) и гидроксиэтилметакрилатом (HEMA): Метилметакрилат (MMA), они используются в лазерах для применения в спектроскопии и аналитических применениях.

Некоторые полимеры и их мономеры

  • Полипропен, состоит из мономерного пропена;
  • Полистирол — это ароматический полимер, естественно прозрачный, состоящий из мономера стирола;
  • Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой пластичный полимер, изготовленный из мономера винилхлорида;
  • Мочевиноформальдегидная смола представляет собой непрозрачный пластик, полученный нагреванием формальдегида и мочевины;
  • Глиптал состоит из мономеров этиленгликоля и фталевой кислоты.
  • Бакелит или полиоксибензилметиленгликольангидрид представляет собой пластик, который состоит из мономеров фенола и альдегида.

Типы реакций полимеризации

Дополнительная полимеризация. Это также называется цепной полимеризацией. При этом небольшие мономерные звенья соединяются, образуя гигантский полимер. На каждом шаге длина цепи увеличивается. Например, полимеризация этана в присутствии пероксидов.

Конденсационная полимеризация. В этом типе небольшие молекулы, такие как H2O, CO, NH3, удаляются во время полимеризации (ступенчатая полимеризация роста). Обычно органические соединения, содержащие бифункциональные группы, такие как идолы, -диалы, диамины, дикарбоновые кислоты, подвергаются реакции полимеризации этого типа. Например, производство нейлона-6.

Сополимеризация. В этом процессе два разных мономера соединяются, образуя полимер. С помощью этой полимеризации получают синтетические каучуки. Например, стирол-бутадиен или стирол-бутадиеновый каучук

Использование полимеров

Здесь мы перечислим некоторые важные области применения полимеров в нашей повседневной жизни.

  • Полипропен находит применение в широком спектре отраслей промышленности. Например, он используется в таких изделиях как текстиль, упаковка, канцелярские товары, пластмасса, авиация, строительство, игрушки и в веревках;
  • Полистирол является одним из наиболее распространенных пластиков, активно используемых в упаковочной промышленности. Бутылки, игрушки, контейнеры, подносы, одноразовые стаканы и тарелки, корпуса телевизоров и крышки являются некоторыми примерами изделий из полистирола. Он также используется в качестве изоляторов;
  • Наиболее важным применением поливинилхлорида является производство канализационных труб. Он тоже используется в качестве изолятора в электрических кабелях;
  • Поливинилхлорид используется в одежде и мебели, и в последнее время он также стал популярным материалом при изготовлении дверей и окон. Он также используется в виниловых покрытиях;
  • Мочевиноформальдегидные смолы используются для изготовления клеев, форм, ламинированных листов и неразрушаемых контейнеров.
  • Глиптал используется для изготовления красок, покрытий и лаков.
  • Бакелит используется для изготовления электрических выключателей, кухонных изделий, игрушек, ювелирных изделий, огнестрельного оружия, изоляторов и компьютерных дисков.

Коммерческое использование полимеров

Полимер Мономер Использование Полимера
Резина Изопрен (1,2-метил, 1,3-бутадиен) Изготовление шин, эластичных материалов
Бутадиен-стирольные каучуки 1,3-бутадиен, стирол Синтетическая резина
Бутадиен-нитрильный каучук 1,3-бутадиен, винилцианид Синтетическая резина
Тефлон Тетра флуро этан Антипригарная посуда — пластик
Терилен Этиленгликоль, терефталевая кислота Ткань
Глифталевые смолы Этиленгликоль, фталевая кислота Ткань
Бакелит Фенол, формальдегид Пластиковые выключатели, кружки, ведра
ПВХ Винилцианид Трубы
Меламиноформальдегидная смола Меламин, формальдегид Керамический пластик
Нейлон-6 Капролактам (Caprolactum) Ткань

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *