Полимерлердің құрылымы қандай деген сұрақ көпті қызықтырады. Оған жауап осы мақалада беріледі. Полимерлердің қасиеттері (бұдан әрі – Р) қасиет анықталатын масштабқа, сондай-ақ оның физикалық негізіне байланысты әдетте бірнеше кластарға бөлінеді. Бұл заттардың ең негізгі сапасы олардың құрамдас мономерлерінің (М) сәйкестігі болып табылады. Микроқұрылым деп аталатын қасиеттердің екінші жинағы, мәні бойынша, бұл Ms P-де бір Z шкаласында орналасуын білдіреді. Бұл негізгі құрылымдық сипаттамалар осы заттардың массалық физикалық қасиеттерін анықтауда үлкен рөл атқарады, олар P өзін қалай әрекет ететінін көрсетеді. макроскопиялық материал. Наноөлшемдегі химиялық қасиеттер тізбектердің әртүрлі физикалық күштер арқылы өзара әрекеттесетінін сипаттайды. Макро масштабта олар негізгі P басқа химиялық заттармен және еріткіштермен қалай әрекеттесетінін көрсетеді.
Сәйкестік
Р құрайтын қайталанатын сілтемелердің идентификациясы оның бірінші жәнеең маңызды атрибут. Бұл заттардың номенклатурасы әдетте P құрайтын мономер қалдықтарының түріне негізделеді. Қайталанатын бірліктің тек бір түрін қамтитын полимерлер гомо-Р деп аталады. Сонымен қатар қайталанатын бірліктердің екі немесе одан да көп түрі бар Ps сополимерлер деп аталады. Терполимерлерде қайталанатын бірліктердің үш түрі бар.
Полистирол, мысалы, тек M стирол қалдықтарынан тұрады және сондықтан Homo-P ретінде жіктеледі. Этилен винилацетат, керісінше, қайталанатын бірліктің бірнеше түрін қамтиды және осылайша сополимер болып табылады. Кейбір биологиялық Ps көптеген әртүрлі, бірақ құрылымдық жағынан байланысты мономерлі қалдықтардан тұрады; мысалы, ДНҚ сияқты полинуклеотидтер нуклеотидтік суббірліктің төрт түрінен тұрады.
Иондалатын суббірліктерден тұратын полимер молекуласы полиэлектролит немесе иономер ретінде белгілі.
Микроқұрылым
Полимердің микроқұрылымы (кейде конфигурация деп аталады) негізгі тізбек бойындағы M қалдықтарының физикалық орналасуымен байланысты. Бұл өзгеру үшін коваленттік байланыстың үзілуін қажет ететін Р құрылымының элементтері. Құрылым P-ның басқа қасиеттеріне қатты әсер етеді. Мысалы, табиғи каучуктың екі үлгісі олардың молекулаларында бірдей мономерлер болса да, әртүрлі төзімділік көрсете алады.
Полимерлердің құрылымы мен қасиеттері
Бұл тармақты нақтылау өте маңызды. Полимер құрылымының маңызды микроқұрылымдық ерекшелігі оның архитектурасы мен пішіні болып табылады, олар қалай байланыстытармақталған нүктелер қарапайым сызықтық тізбектен ауытқуға әкеледі. Бұл заттың тармақталған молекуласы бір немесе бірнеше бүйірлік тізбектері немесе орынбасушы тармақтары бар негізгі тізбектен тұрады. Тармақталған Р-ның түрлеріне жұлдызша Р, тарақ Р, қылқалам Р, дендронизацияланған Р, баспалдақ Р, дендримерлер жатады. Топологиялық тегіс қайталанатын бірліктерден тұратын екі өлшемді полимерлер де бар. P-материалын әртүрлі құрылғы түрлерімен синтездеу үшін әртүрлі әдістерді қолдануға болады, мысалы, тірі полимерлеу.
Басқа қасиеттер
Полимер ғылымындағы полимерлердің құрамы мен құрылымы тармақталудың қатаң сызықты P-тізбегінен ауытқуға әкелетініне байланысты. Тармақталу кездейсоқ орын алуы мүмкін немесе реакциялар арнайы архитектураларды нысанаға алу үшін жасалуы мүмкін. Бұл маңызды микроқұрылымдық қасиет. Полимердің архитектурасы оның көптеген физикалық қасиеттеріне әсер етеді, соның ішінде ерітінді мен балқыманың тұтқырлығы, әртүрлі композициялардағы ерігіштігі, шыны ауысу температурасы және ерітіндідегі жеке Р-орамдарының өлшемі. Бұл полимерлердің құрамдас бөліктері мен құрылымын зерттеу үшін маңызды.
Тармақталу
Полимер молекуласының өсіп келе жатқан ұшы (a) қайтадан өзіне немесе (b) басқа P-тізбекке қосылғанда, бұтақтар пайда болуы мүмкін, екеуі де сутегінің тартылуы арқылы ортасы үшін өсу аймағын жасай алады. тізбек.
Тармақтану эффектісі - химиялық айқаспалы байланыс -тізбектер арасында коваленттік байланыстың түзілуі. Кросс-байланыс Tg жоғарылатады және беріктік пен қаттылықты арттырады. Басқа қолданулардың қатарында бұл процесс күкірттің көлденең байланысына негізделген вулканизация деп аталатын процесте каучуктарды нығайту үшін қолданылады. Мысалы, автокөлік шиналары ауаның ағып кетуін азайту және олардың беріктігін арттыру үшін жоғары беріктік пен көлденең байланысқа ие. Резеңке, керісінше, көлденең байланысы жоқ, бұл резеңкенің қабығын алып тастауға мүмкіндік береді және қағаздың зақымдалуын болдырмайды. Таза күкірттің жоғары температурада полимерленуі оның балқыған күйде жоғары температурада неліктен тұтқыр болатынын да түсіндіреді.
Тор
Айқаспалы байланысы жоғары полимер молекуласы P-желі деп аталады. Жеткілікті жоғары айқаспалы байланыс арақатынасы (C) шексіз желінің немесе гельдің пайда болуына әкелуі мүмкін, онда әрбір осындай тармақ кемінде бір басқамен байланысқан.
Тірі полимерленудің үздіксіз дамуымен бұл заттардың белгілі бір архитектурасы бар синтезі жеңілдеуде. Жұлдыз, тарақ, щетка, дендрозирленген, дендримерлер және сақиналы полимерлер сияқты архитектуралар мүмкін. Күрделі архитектурасы бар бұл химиялық қосылыстарды арнайы таңдалған бастапқы қосылыстар арқылы синтездеуге болады, немесе алдымен бір-бірімен байланысу үшін одан әрі реакциялардан өтетін сызықтық тізбектерді синтездеу арқылы синтездеуге болады. Түйінді Ps көптеген молекулаішілік циклизациядан тұрадыбір P тізбегіндегі сілтемелер (ДК).
Тармақталу
Жалпы тармақталу дәрежесі неғұрлым жоғары болса, полимер тізбегі соғұрлым тығыз болады. Олар сондай-ақ тізбектің шатасуына, бір-бірінен өтіп кету қабілетіне әсер етеді, бұл өз кезегінде көлемді физикалық қасиеттерге әсер етеді. Ұзын тізбекті штаммдар қосылыстағы байланыстар санының артуына байланысты полимердің беріктігін, қаттылығын және шыныға өту температурасын (Tg) жақсарта алады. Екінші жағынан, Z кездейсоқ және қысқа мәні тізбектердің бір-бірімен әрекеттесу немесе кристалдану қабілетінің бұзылуына байланысты материалдың беріктігін төмендетуі мүмкін, бұл полимер молекулаларының құрылымына байланысты.
Тамақтанудың физикалық қасиеттерге әсер ету мысалын полиэтиленнен табуға болады. Тығыздығы жоғары полиэтилен (HDPE) өте төмен тармақталу дәрежесіне ие, салыстырмалы түрде қатты және, мысалы, оқ өткізбейтін кеудешелерді өндіруде қолданылады. Екінші жағынан, төмен тығыздықтағы полиэтилен (LDPE) ұзын және қысқа жіптердің айтарлықтай мөлшеріне ие, салыстырмалы түрде икемді және пластикалық пленкалар сияқты қолданбаларда қолданылады. Полимерлердің химиялық құрылымы дәл осындай қолданбаларға қолайлы.
Дендримерлер
Дендримерлер – тармақталған полимердің ерекше жағдайы, мұнда әрбір мономерлік бірлік те тармақталған нүкте болып табылады. Бұл молекулааралық тізбектің шатасуын және кристалдануды азайтуға бейім. Сәйкес архитектура, дендритті полимер мінсіз тармақталмаған, бірақ дендримерлерге ұқсас қасиеттерге иеолардың тармақталу дәрежесі жоғары болғандықтан.
Полимерлеу кезінде пайда болатын құрылымдық күрделілік дәрежесі қолданылатын мономерлердің функционалдығына байланысты болуы мүмкін. Мысалы, стиролдың бос радикалды полимерленуінде функционалдығы 2 болатын дивинилбензолды қосу тармақталған P түзілуіне әкеледі.
Инженерлік полимерлер
Инженерлік полимерлер резеңке, синтетика, пластмасса және эластомерлер сияқты табиғи материалдарды қамтиды. Олар өте пайдалы шикізат, өйткені олардың құрылымдарын өзгертуге және материалдарды өндіруге бейімдеуге болады:
- механикалық қасиеттері бар;
- түстердің кең ауқымында;
- түрлі мөлдірлік қасиеттерімен.
Полимерлердің молекулалық құрылымы
Полимер мономерлер (M) деп аталатын құрылымдық бірліктерді қайталайтын көптеген қарапайым молекулалардан тұрады. Бұл заттың бір молекуласы жүздеген миллион М-ден тұруы мүмкін және сызықтық, тармақталған немесе желілік құрылымға ие болады. Коваленттік байланыстар атомдарды, ал екіншілік байланыстар полимер тізбектерінің топтарын біріктіріп, полиматериалды құрайды. Сополимерлер екі немесе одан да көп түрлі M.
тұратын осы заттың түрлері.
Полимер органикалық материал болып табылады және кез келген осындай түрдегі заттың негізі көміртегі атомдарының тізбегі болып табылады. Көміртек атомының сыртқы қабатында төрт электрон бар. Осы валенттік электрондардың әрқайсысы ковалент құра аладыбасқа көміртек атомымен немесе бөгде атоммен байланыс. Полимердің құрылымын түсінудің кілті мынада: екі көміртегі атомының үшке дейін ортақ байланысы болуы және басқа атомдармен байланысы болуы мүмкін. Бұл химиялық қосылыста жиі кездесетін элементтер және олардың валенттілік сандары: 1 валенттік электроны бар H, F, Cl, Bf және I; 2 валенттілік электрондары бар O және S; 3 валенттілік электрондары бар n және 4 валенттік электрондары бар C және Si.
Полиэтилен мысалы
Молекулалардың ұзын тізбектер құру қабілеті полимер жасау үшін өте маңызды. С2Н6 этан газынан жасалған полиэтилен материалын қарастырайық. Этан газының тізбегінде екі көміртегі атомы бар және әрқайсысында екіншісімен екі валенттік электрон бар. Егер екі этан молекуласы бір-бірімен байланысса, әрбір молекуладағы көміртегі байланысының біреуі үзілуі мүмкін, ал екі молекула көміртегі-көміртек байланысымен қосылуы мүмкін. Екі метр қосылғаннан кейін басқа метрлерді немесе Р-тізбектерді қосу үшін тізбектің әр ұшында тағы екі бос валенттік электрон қалады. Процесс көп өлшегіштер мен полимерлерді бір-біріне қосуды жалғастыра алады, ол молекуланың әр ұшында қол жетімді байланысты толтыратын басқа химиялық (терминатор) қосу арқылы тоқтатылады. Бұл сызықтық полимер деп аталады және термопластикалық қосылыстар үшін құрылыс материалы болып табылады.
Полимер тізбегі жиі екі өлшемде көрсетіледі, бірақ олардың үш өлшемді полимер құрылымы бар екенін ескеру қажет. Әрбір сілтеме 109° бұрыштаәрі қарай, демек, көміртекті магистраль TinkerToys-тың бұралған тізбегі сияқты кеңістікте өтеді. Кернеу қолданылған кезде бұл тізбектер созылады және P ұзаруы кристалдық құрылымдарға қарағанда мыңдаған есе көп болуы мүмкін. Бұл полимерлердің құрылымдық ерекшеліктері.
