Войти
Внешний вид реальных линейных полимерных цепей, записанный с помощью атомно-силового микроскопа на поверхности в жидкой среде. Контурная длина цепи для этого полимера составляет ~ 204 нм; толщина составляет ~ 0,4 нм. IUPAC определение Полимер - это вещество, состоящее из макромолекул. Макромолекула - это молекула с высокой относительной молекулярной массой, которая включает в себя многократное повторение, фактически или концептуально производную молекулу с низкой относительной молекулярной массой. A полимер (; греческое поли-, «многие» + -мер, «часть») - вещество или материал, состоящий из очень больших молекулы или макромолекулы, состоящий из множества повторяющихся субъединиц. Повседневная жизнь. Полимеры рассматриваются от знакомых синтетических пластиков, таких как полистирол, до природных биополимеров, таких как ДНК и белков, которые являются фундаментальными. биологической структуре и функциям. Полимеры, как природные, так и синтетические наборы посредством полимеризации множества легких молекул, известных как мономеры. Следовательно, их большая молекулярная масса по сравнению с низкомолекулярными соединениями обеспечивает уникальные физические свойства, включая ударную вязкость, высокая эластичность, вязкоупругость и склонность к образованию аморфных и полукристаллических структур, а не кристаллов.
Термин «полимер» «происходит от греческого слова πολύς (полус, что означает« много, много ») и μέρος (мерос, что означает« часть »), и относится к большему молекулам, структура состоит из множества составляющих, из Эти конструктивные элементы, составляющие полимеры, фактически или концептуально, обладают характеристической молекулярной массой , относительной молекулярной массы и сопутствующих свойств. хотя с определением, отличным от современного определения ИЮПАК. Современная концепция полимеров как ковалентно связанных макромолекулярных структур была предложена в 1920 году Германом Штаудингером, который провел десятилетие, обнаруживая экспериментальные доказательства этой гипотезы.
Полимеры изучаются в областях наука о полимерах (в которые входят химия полимеров и физика полимеров ), биофизика и материаловедение и инженерия. Исторически продукты, возникающие в результате связывания повторяющихся звеньев ковалентными химическими связями, были в центре внимания науки оерах. Возникающая важная область в настоящее время сосредоточена на супрамолекулярных полимерах, образованными нековалентными связями. Полиизопрен из латекса каучук является примером природного полимера, а полистирол из пенополистирола является примером синтетического полимера. В биологическом контексте практически все биологические макромолекулы, т.е. белки (полиамиды), нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) и полисахариды, являются чисто полимерными или состоят из в части полимерных компонентов.
Мультяшная схема молекул полимера 
Структура цепи стирол-бутадиен, полученная на основе молекулярного моделирования. Полимеры бывают двух типов: встречающиеся в природе и синтетические или созданные человеком.
Природные полимерные материалы, такие как конопля, шеллак, янтарь, шерсть, шелк, и натуральный каучук использовались веками. Существует множество других природных полимеров, таких как целлюлоза, являющийся основным компонентом древесины и бумаги.
Список синтетических полимеров, примерно в мировом порядке спроса, включает полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, синтетический каучук, фенолформальдегидная смола (или бакелит ), неопрен, нейлон, полиакрилонитрил, ПВБ, силикон и многие другие. Ежегодно (2015 г.) производится более 330 миллионов тонн этих полимеров.
Чаще всего непрерывно связанная основная цепь полимера, используемого для изготовления пластмасс, состоящего в основном из углерода. Простым примером является полиэтилен («полиэтилен» на британском английском языке), повторяющееся звено которого основано на мономере этилена . Есть много других структур; например, такие элементы, как силикон, образуют знакомые материалы, такие как силиконы, примерами являются Silly Putty и водостойкий герметик для сантехники. Кислород также обычно присутствует в основных цепях полимеров, таких как полиэтиленгликоль, полисахариды (в гликозидных связях ) и ДНК (в фосфодиэфирных связях ).
Полимеры были важными компонентами товаров первых дней существования человечества. Использование шерсти (кератин ), хлопка и льняных волокон (целлюлозы ) для изготовления одежды, бумажный тростник (целлюлоза ) вместо бумага - это всего несколько примеров того, как наши предки использовали полимерсодержащее сырье для получения артефактов. Латексный сок деревьев «каучуков» (натуральный каучук ) попал в Европу в 16 веке Южной Америки намного позже ольмеков, майя и Ацек начал использовать его в качестве материала для изготовления мячей, водонепроницаемых тканей и контейнеров.
Химическая обработка полимеров восходит к XIX веку, хотя в то время эти виды не были поняты. Поведение полимеров было используем рационализировано в соответствии с теорией, предложенной Томасом Грэмом, который рассматривал их как коллоидные агрегаты малых молекул, удерживаемых вместе неизвестными силами.
Несмотря на отсутствие теоретических знаний, потенциал полимеров по созданию инновационных, доступных и дешевых материалов был использован. Работа, проведенная Браконно, Парксом, Людерсдорфом, Хаярдом и многими другими по природным ресурсам, определила многие важные достижения в этой области. Их вклад привел к открытию таких материалов, как целлулоид, галалит, парксин, вискоза, вулканизированный каучук и, позднее, бакелит : все материалы, которые быстро вошли в промышленные производственные процессы и достигли домашних хозяйств в виде компонентов одежды (например, ткани, пуговицы), посуды и декоративных предметов.
В 1920 году Герман Штаудингер опубликовал свою основополагающую работу «Убер-полимеризация», в которой предположил, что полимеры на самом деле представляют собой длинные цепочки элементов, связанных ковалентными связями. Его работа долго обсуждалась, но в итоге была принята научным сообществом. За эту работу в 1953 году Штаудингеру была присуждена Нобелевская премия.
После 1930-х годов вступили в золотой век, в течение которых были открыты новые типы материалов коммерческого происхождения. Благодаря развитому развитию промышленный сектор с помощью более эффективных процессов полимеризации, улучшенные методы определения характеристик полимеров и продвинутое теоретическое понимание полимеров внесло свой вклад в инновационный мощный синтез мономеров из более дешевого сырья, более эффективные процессы полимеризации..
С 1953 года было присуждено шесть Нобелевских премий в области науки о полимерах, за исключением исследований биологических макромолекул. Это еще раз свидетельствует о его влиянии на современную науку и технологии. Как резюмировал лорд Тодд в 1980 году: «Я склонен думать, что развитие полимеризации, возможно, является самым большим достижением химии и оказало наибольшее влияние на повседневную жизнь».
Классификация методов полимеризации Полимеризация - это совокупное множество малых молекул, как известные мономеры, в ковалентно связанной цепи или сети. В процессе полимеризации некоторые химические группы могут быть потеряны в каждом мономере. Это происходит при полимеризации полиэфира ПЭТ. Мономерами являются терефталевая кислота (HOOC-C 6H4-COOH) и этиленгликоль (HO-CH 2 -CH 2 -ОН), но повторяющееся звено - -OC-C 6H4-COO-CH 2 -CH 2 -O-, что соответствует комбинации двух мономеров с потеря двух молекул воды. Отдельная часть каждого мономера, включенная в полимер, известна как повторяющееся звено или остаток мономера.
Способы синтеза обычно делятся на две категории: ступенчатая полимеризация и цепная полимеризация. Существенное различие между ними состоит в том, что при цепной полимеризации мономеры добавляются к цепи только по одному, например, в полистироле, тогда как при ступенчатой полимеризации цепи мономеров могут напрямую соединяться друг с другом., например, полиэстер. Поступенчатую полимеризацию можно разделить на поликонденсацию, при которой на каждой стадии реакции образуется побочный продукт с низкой молярной массой, и полиприсоединение.
Пример цепной полимеризации: радикальная полимеризация стирола., R. - другой радикал полимерной цепи, обрывающий образовательную цепь путем радикальной рекомбинации Более новые методы, такие как плазменная полимеризация, не подходят ни к одной категории. Реакции синтетической полимеризации можно проводить с катализатором или без него. Лабораторный синтез биополимеров, особенно белков, является областью интенсивных исследований.
Микроструктура части ДНК двойная спираль биополимер Существует три основных класса биополимеров: полисахариды, >54>и полинуклеотиды. В живых клетках они могут синтезироваться ферментативно-опосредованными процессами, такими как образование ДНК, катализируемое ДНК-полимеразой. синтез белков включает в себя множественные ферментно-опосредованные процессы для транскрипции генетической информации из ДНК в РНК и последующего преобразования этой информации для синтезирования белок из аминокислоты. Белок может быть дополнительно модифицирован после трансляции для обеспечения структуры и функционирования. Существуют и другие биополимеры, такие как каучук, суберин, меланин и лигнин.
Встречающиеся в природе полимеры, такие как хлопок, крахмал и каучук, были знакомыми материалами в течение многих лет, прежде чем на рынке появились синтетические полимеры, такие как полиэтилен и плексиглас. Многие коммерческие важные полимеры синтезируют химическим путем природных полимеров. Яркие примеры реакции азотной кислоты и целлюлозы с образованием нитроцеллюлозы и образование вулканизированного каучука путем нагревания натурального каучука в присутствии серы. Способы, которые могут быть модифицированы полимеры, включают окисление, сшивание и закрывание.
.
. Структура полимерного материала может быть описана на разных масштабах длины, от субнометровой до макроскопической. Фактически существует иерархия структур, в которой каждый этап закладывает основу для следующего. Отправной точки для описания структуры полимера является идентичность составляющих его мономеров. Далее, микроструктура по изображению этих мономеров внутри полимера в масштабе одной цепи. Микроструктура определяет возможность полимера образовывать фазы с различным расположением, например, через кристаллизацию, стеклование или микрофазовое разделение. Эти особенности играют роль в строительстве химических и химических полимера.
Идентичность повторяющихся звеньев (остатки мономера, также как известные «меры»), составляющие полимер, являются его первым и наиболее важным признаком. Номенклатура полимера обычно основывается на типе мономерных остатков, составляющих полимер. Полимер, содержащий только один тип повторяющейся единицы, известен как гомополимер, в то время как полимер, содержащий два или более типов повторяющихся единиц, известный как сополимер. тройной сополимер представляет собой сополимер, предоставляющий три типа повторяющихся звеньев.
Полистирол состоит только из повторяющихся звеньев на основе стирола и классифицируется как гомополимер. Полиэтилентерефталат, даже если он произведен из двух разных мономеров (этиленгликоль и терефталевая кислота ), обычно считается гомополимером, потому что только образует один тип повторяющейся единицы. Этилен-винилацетат содержит более одной разновидности повторяющихся звеньев и сополимером. Некоторые биологические полимеры состоят из множества различных, но структурно связанных мономерных остатков; например, полинуклеотиды, такие как ДНК, состоят из четырех типов нуклеотидных субъединиц.
| Гомополимеры и сополимеры (примеры) | |||
 |  |  |  |
| Гомополимер полистирол | Гомополимер полидиметилсилоксан, силикон. Основная цепь состоит из элементов кремния и кислород. | Гомополимер полиэтилентерефталат имеет только одно повторяющееся звено . | Сополимер стирол-бутадиеновый каучук : повторяющиеся звенья на основе стирола и 1,3-бутадиен образуют две повторяющиеся единицы, которые могут передаваться в любом порядке в макромолекуле, что делает полимер таким образом, статистическим сополимером. |
Молекула полимера, содержащая ионизируемые субъединицы, известна как полиэлектролит или иономер.
Микроструктура полимера (иногда называемая конфигурацией) с физическим расположением остатков мономера вдоль основной цепи цепи. Это элементы структуры полимера, для изменения которых требуется разрыв ковалентной связи. В зависимости от мономеров и условий могут быть получены различные полимерные структуры. Полимер может состоять из линейных макромолекул, каждую из которых содержит только одну неразветвленную цепь. В случае неразветвленного полиэтилена эта цепь представляет собой длинноцепочечный н-алкан. Существуют также разветвленные макромолекулы с основной цепью и боковыми цепями, в случае полиэтилена боковыми цепями могут быть алкильные группы. В частности, неразветвленные макромолекулы могут находиться в полукристаллическом твердом состоянии, участки кристаллической цепи, выделенные красным на рисунке ниже.
Хотя разветвленные и неразветвленные полимеры обычно являются термопластами, многие эластомеры имеют крупноячеистую сшивку между «цепями». С другой стороны, мелкоячеистая сшивка приводит к образованию термореактивных материалов. Перекрестные ссылки и ответные точками показаны на рисунках красными точками. Сильноразветвленные полимеры аморфны, и молекулы в твердом веществе используют случайным образом.
 . линейная неразветвленная макромолекула |  . разветвленная макромолекула |  . полукристаллическая структура неразветвленного полимера |  . слегка сшитый полимер (эластомер ) |  . сильно сшитый полимер (термореактивный ) |
Точка разветвления в полимере Важной микроструктурной особенностью полимера является его архитектура и форма, которые связаны с тем, как точки разветвления приводят к отклонению от простой линейной цепи.Молекула разветвленного полимера состоит из основной цепи с одной или несколькими боковыми цепями или разветвлениями заместителей. Типы разветвленных полимеров включают звездообразные полимеры, гребенчатые полимеры, полимерные щетки, дендронизированные полимеры, лестничные полимеры и дендримеры. Существуют также двумерные полимеры ( 2DP), которые состоят из топологически плоских повторяющихся звеньев.Архитектура полимера влияет на многие из его физических свойств, включая вязкость раствора, вязкость расплава, растворимость. в различных растворителях, температура стеклования и размер отдельных полимерных клубков в растворе. Для синтеза полимерного материала с различными архитектурами можно использовать различные методы, например, "живая полимеризация".
Обычным средством выражения длины цепи является степень полимеризации, которая определяет количество мономеров, включенных в цепь. Как и в случае с другими молекулами, размер полимера также может быть выражен через молекулярный вес. Поскольку методы синтетической полимеризации обычно дают статистическое распределение длин цепей, молекулярная масса выражается в виде средневзвешенных значений. Наиболее часто упоминаются среднечисловая молекулярная масса (Mn) и средневесовая молекулярная масса (Mw). Отношение этих двух значений (M w / M n) представляет собой дисперсность (Đ), которая обычно используется для выражения ширины молекулярной массы. распределение.
Физические свойства полимера сильно зависят от длины (или, что эквивалентно, молекулярной массы) полимерной цепи. Одним из важных примеров физических последствий молекулярной массы является масштабирование вязкости (сопротивления текучести) в расплаве. Влияние средневзвешенной молекулярной массы (
Сополимеры классифицируются как статистические сополимеры, чередующиеся сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры или градиентные сополимеры. На рисунке ниже и Ⓑ схематически обозначают два повторяющихся звена.
 . статистический сополимер |  . градиентный сополимер |  . привитой сополимер |
 . чередующийся сополимер |  . блок-сополимер |
Мономеры в сополимере могут быть организованы вдоль основной цепи множеством способов. Сополимер, контролируемое расположение мономеров, называется полимером с контролируемой последовательностью. Чередующиеся, периодические и блок-сополимеры являются простыми примерами полимеров с контролируемой последовательностью.
Тактичность относительную стереохимию хиральных центров в соседних структурных единицах в макромолекуле. Существует типа тактичности: изотактическая (все три заместители на одной стороне), атактическая (случайное размещение заместителей) и синдиотактическая (чередующееся размещение заместителей.).
 . изотактический |  . синдиотактический |  . атакующий (то есть случайный) |
Морфология полимера обычно описание и микромасштабное упорядочение полимерных цепей в пространстве. Макроскопические физические полимера связаны с взаимодействием между полимерными цепями.
 . Случайно ориентированный полимер |  . Сцепление нескольких полимеров |
 . полиэтилен: зигзагообразная конформация молекул в плотноупакованных цепочках |  . ламелла со связующими молекулами |  . сферулит |
 . полипропилен спираль |  . p -Арамид, пунктирный красный: водородные связи |
| . полимер (эластомер) |  .. сшитый полимер с широкими ячейками (эластомер) под растягивающим напряжением |  . кристаллитами в качестве «центров сшивки»: один тип термопластичного полукруглого эластомера |  .. кристаллический термопластический эластомер при растягивающем напряжении |
Применительно к полимерам термин «кристаллический» имеет несколько неоднозначное употребление. В некоторых случаях "кристаллический" используется так же, как и в традиционной кристаллографии. Например, структура кристаллического белка или полинуклеотида, такого как образец, подготовленный для рентгеновской кристаллографии, может быть определена в терминах обычной элементарной полимерной ячейки, состоящей из одной или нескольких молекул с размерами ячейки соотрем и более. Синтетический полимер можно в общих чертах описать как кристаллический, если он создает трехмерного упорядочения на атомных (не макромолекулярных) масштабах длины, обычно в результате внутримолекулярного сворачивания или наложения соседних цепей. Синтетические полимеры могут состоять как из кристаллических, так и из аморфных областей; степень кристалличности может быть выражена через крупную долю или объемную долю кристаллического материала. Некоторые синтетические полимеры полностью кристаллические. Кристалличность полимеров включает степень кристаллизации в диапазоне от нуля для полностью некристаллического полимера до единицы для теоретического полностью кристаллического полимера. Полимеры с микрокристаллическими областями обычно более жесткие (их можно больше сгибать без разрушения) и более устойчивы к ударам, чем полностью аморфные полимеры. Полимеры со степенью кристалличности, приближающейся к лучам света или стеклообразными областями. Для многих полимеров пониженная кристалличность также может быть связана с повышенной прозрачностью.
Пространство, занимаемое молекулой полимера, обычно выраженное в единицах радиуса вращения, которое представляет собой среднее расстояние от центра масс цепи. к самой цепочке. В качестве альтернативы, это может быть выражено в единицах заполненного объема, который представляет собой объем, охватываемая полимерной цепью, масштабируется с кубом радиуса вращения. Простейшими теоретическими моделями полимеров в расплавленном аморфном состоянии являются идеальные цепи.
Свойства полимеров зависят от их структур, и они делятся на классы в соответствии с их физическим основанием. Многие физические и химические описывают поведение полимера как сплошного макроскопического материала. Они классифицируются как объемные свойства или интенсивные свойства в соответствии с термодинамикой.
Образец полиэтилена, который сужается при растяжении. полимера чаще всего интерес для конечного использования. Это свойства, которые определяют, как полимер на самом деле ведет себя в макроскопическом масштабе.
предел прочности количественно определяет, какое растягивающее напряжение выдержит материал до разрушения. Это очень важно в приложениях, которые зависят от прочности или долговечности полимера. Например, резинка с более высоким пределом прочности на разрыв будет выдерживать больший вес перед разрывом. Как прочность, прочность на разрыв увеличивает размер полимерной цепи и сшивания полимерных цепей.
Модуль Юнга количественно определяет эластичность полимера. Для небольших деформаций он определяется как отношение скорости изменения напряжения к деформации. Как и предел прочности при растяжении. Модуль сильно зависит от температуры. Вязкоупругость внешняя сложная зависящую от времени упругую реакцию, которая будет проявлять гистерезис на кривой напряжение-деформация при снятии нагрузки. Динамический механический анализ или прямой доступ к памяти измеряет этот комплексный модуль путем колебания нагрузки и измерения деформации как функции времени.
Транспортные свойства, такие как коэффициент диффузии, описывают, насколько быстро молекулы перемещаются черезерную матрицу. Это очень важно во многих областях применения полимеров для пленок и мембран.
Движение отдельных макромолекул происходит в процессе, называемом рептацией, в которой каждая цепочечная молекула ограничена зацеплениями с соседними цепями, чтобы перемещаться внутри нашей трубки. Теория рептации может объяснить динамику молекул полимера и вязкоупругость.
Термические переходы в (A) аморфном и (B) полукристаллические полимеры, представленные в виде следов дифференциальной сканирующей калориметрии. При повышении температуры как аморфные, так и полукристаллические полимеры претерпевают переход в стеклообразное состояние ( (Tg). Аморфные полимеры (A) не демонстрируют других фазовых переходов, хотя полукристаллические полимеры (B) подвергаются кристаллизации и плавлению (при температурах T c и T m соответственно). В зависимости от их химической структуры полимеры могут быть полукристаллическими или аморфными. Полукристаллические полимеры могут претерпевать переходы кристаллизации и плавления, тогда как аморфные полимеры этого не делают. В полимерах кристаллизация и плавление не предполагают фазовых переходов твердое тело-жидкость, как в случае воды или других молекулярных жидкостей. Вместо этого кристаллизация и плавление относятся к фазовым переходам между двумя твердыми состояниями (т.е. полукристаллическим и аморфным). Кристаллизация происходит выше температуры стеклования (T g) и ниже температуры плавления (T m).
Все полимеры (аморфные или полукристаллические) претерпевают стеклование. Температура стеклования (T g) является решающим физическим параметром для производства, обработки и использования полимеров. Ниже T g молекулярные движения заморожены, и полимеры являются хрупкими и стеклообразными. Выше T g молекулярные движения активируются, и полимеры становятся эластичными и вязкими. Температура стеклования может быть изменена путем изменения степени разветвления или сшивки в полимере или путем добавления пластификаторов.
. В то время как кристаллизация и плавление являются фазовыми переходами первого рода , стекло перехода нет. Стеклование имеет общие черты фазовых переходов второго рода (например, неоднородность теплоемкости, как показано на рисунке), но обычно не считается термодинамическим переходом между состояниями равновесия.
Фазовая диаграмма типичного поведения при перемешивании слабовзаимодействующих растворов полимеров, показывающая спинодальные кривые и бинодальные кривые сосуществования. полимерные смеси гораздо менее смешиваемы, чем смеси низкомолекулярных материалов. Этот эффект является результатом того факта, что движущей силой для перемешивания обычно является энтропия, а не энергия взаимодействия. Другими словами, смешиваемые материалы обычно образуют раствор, потому что их взаимодействие друг с другом более выгодно, чем их самовзаимодействие, из-за увеличения энтропии и, следовательно, свободной энергии, объемного объема, доступного для каждого компонента. Это увеличение энтропии зависит от количества смешиваемых частиц (или молей). Следовательно, обычно имеют более высокие удельные объемы, чем небольшие молекулы, участвующие в полимерной молекуле намного меньше, чем количество в молекулах малых размеров равного объема. С другой стороны, энергетика смешения сравнима в расчете на объем для смесей полимеров и низкомолекулярных смесей. Делает доступность концентрированных растворов таким образом, делает доступность концентрированных растворов полимеров намного реже, чем растворы малых молекул.
Кроме того, фазовое поведение полимерных растворов и смесей более сложное, чем у смесей малых молекул. В то время как большинство растворов с небольшими молекулами демонстрируют только верхнюю критическую температуру раствора фазовый переход (UCST), при котором происходит разделение фазы при охлаждении, полимерные смеси обычно демонстрируют нижнюю критическую температуру раствора фазовый переход переход (НКТР), при котором происходит фазовое разделение при нагревании.
В разбавленных растворах свойства полимера характеризуются взаимодействием между растворителем и полимером. В хорошем растворителе полимер кажется набухшим и занимает большой объем. В этой сценарии межмолекулярные силы между субъединицами растворителя и мономера преобладают над внутримолекулярными взаимодействиями ионы. В плохом растворителе или плохом растворителе преобладают внутримолекулярные силы и цепь сокращается. В тета-растворителе или раствор полимера, в котором значение второго вириального коэффициента становится равным 0, межмолекулярное отталкивание полимер-растворитель точно уравновешивает внутримолекулярное движение мономер-мономер. В условиях тета (также называемых условием Флори ) полимер ведет себя как идеальная случайная катушка. Переход между состояниями известен как переход клубок-глобула.
Включение пластификаторов имеет тенденцию к снижению T g и увеличению гибкости полимера. Добавление пластификатора также изменит зависимость температуры стеклования T g от скорости охлаждения. Подвижность цепи может еще больше измениться, если молекулы пластификатора вызывают образование водородных связей. Пластификаторы обычно представляют собой небольшие молекулы, которые химически похожи на полимер и промежутки между полимерными цепями для большей подвижности и уменьшения межцепочечных взаимодействий. Хороший пример действия пластификаторов связан с поливинилхлоридами или ПВХ. НПВХ или непластифицированный поливинилхлорид используется для таких вещей, как трубы. В трубе нет пластификаторов, потому что она должна оставаться прочной и термостойкой. Пластифицированный ПВХ используется в одежде для обеспечения гибкости. Пластификаторы также добавить в некоторые виды пищевых пленок, чтобы сделать полимер более гибким.
Силы притяжения между полимерными цепями играют большую роль в определении свойств полимера. Механические полимерные цепи очень длинные, они имеют много разных межцепочечных взаимодействий на молекулу, усиливая влияние этих взаимодействий на свойства полимера по с притяжением между обычными молекулами. Различные боковые группы на полимере могут придавать полимеру ионную связь или водородную связь между его собственными цепями. Эти более сильные силы обычно приводят к более высокой прочности на разрыв и более высоким температурам плавления кристаллов.
На межмолекулярные силы в полимерах могут влиять диполи в мономерных звеньях. Полимеры, содержащие амидные или карбонильные группы, могут образовывать водородные связи между соседними цепями; частично положительно заряженные атомы водорода в группе N-H одной цепи сильно притягиваются к частично отрицательно заряженным атомам кислорода в группе C = O другой. Эти прочные водородные связи, например, приводят к высокой прочности на разрыв и температуру плавления полимеров, используемые связи уретана или мочевины. Полиэфиры имеют диполь-дипольную связь между атомами кислорода в группах C = O и атомами водорода в группах H-C. Дипольное связывание не так прочно, как водородное связывание, поэтому температура плавления и прочности полиэфира ниже, у кевлара (Twaron ), но полиэфиры обладают большей гибкостью. Полимеры с неполярными звеньями, такие как полиэтилен, используют только через слабые силы Ван-дер-Ваальса. В результате они обычно имеют более низкие температуры плавления, чем другие полимеры.
Когда полимер диспергирован или раствор в жидкости, например, в коммерческих продуктах, таких как краски и клеи, химические свойства и молекулярные взаимодействия на то, как раствор течет и может даже привести к самосборке полимера в сложные структуры. Когда полимер наносит в покрытие, химические свойства будут влиять на адгезию покрытия и то, как оно взаимодействует с внешними материалами, такими как супергидрофобные полимерные покрытия, приводящие к водостойкости. В целом химические полимера являются важными элементами для разработки новых продуктов из полимерных материалов.
Полимеры, такие как PMMA и HEMA: MMA используются в качестве матриц в усиливающей среде твердотельных лазеров на красителях, а также известны как твердотельные полимерные лазеры, легкими красителями. Эти полимеры имеют высокое качество поверхности, а также высокой прозрачностью, поэтому в лазерных свойствах преобладает лазерный краситель, используемый для легирования полимерной матрицы. Эти типы лазеров, которые также принадлежат к классу используемых лазеров, известны своей очень узкой шириной линии, что полезно для спектроскопии и аналитических приложений. Важным оптическим параметром полимера используемого в лазерных приложениях является изменение показателя преломления с температурой, а также известное как dn / dT. Для упомянутых здесь полимеров (dn / dT) ~ -1,4 × 10 единиц K в диапазоне 297 ≤ T ≤ 337 K.
Большинство обычных полимеров, таких как политилен, являются электрическими изоляторами, но разработка полимеров, π-сопряженные связи, привела к появлению множества полупроводников на полимерной основе, таких как политиофены. Это привело к появлению множества приложений в области органической электроники.
В настоящее время синтетические полимеры используются практически во всех сферах жизни. Без них современное общество выглядело бы совсем иначе. Распространение использования полимеров с их уникальными свойствами: низкой плотностью, низкой стоимостью, хорошими тепло / электроизоляционными качествами, высокой устойчивостью к коррозии, низким энергозатратным полимерным производством и легкой переработкой в конечные продукты. Для конкретного применения полимера могут быть настроены или улучшены за счет комбинации с другими материалами, как в композитах свойства. Их применение позволяет экономить энергию (легкие автомобили и самолеты, теплоизолированные здания), защищать продукты питания и питьевую воду (упаковка), экономить и сокращать использование удобрений (синтетических волокон), использовать другие материалы (покрытия), защищать и спасать жизнь (гигиена, медицинские приложения). Ниже представлен репрезентативный, не исчерпывающий список приложений.
Существует несколько соглашений для наименования полимерных веществ. Многие широко используются полимеры, например те, которые используются в потребительских товаровх, имеют общее или банальное название. Тривиальное имя назначается на основе исторического прецедента или популярного использования, а не стандартизированное соглашение об именах. И Американское химическое (ACS), и ИЮПАК предложили стандартизированные соглашения об именах; Соглашение ACS и IUPAC похожи, но не идентичны. Примеры различий между различными соглашениями об именах представлены в таблице ниже:
| Общее название | Имя ACS | Имя IUPAC |
|---|---|---|
| Поли (этиленоксид) или PEO | Поли (оксиэтилен) | Поли (оксиэтилен) |
| Поли (этилентерефталат) или ПЭТ | Поли (окси-1,2-этандиилоксикарбонил-1,4-фениленкарбонил) | Поли (оксиэтиленокситерефталоил) |
| нейлон 6 или полиамид 6 | Поли [имино (1-оксо-1,6-гександиил)] | Поли [азандиил (1-оксогексан-1,6-диил)] |
В обоих стандартизированных универсальных названиях полимеров предназначены для отражения мономера (ов), из которого они синтезированы (номенклатура на основе источника), а чем точная природа повторяющейся субъединицы. Например, полимер, синтезированный из простого алкена этена, называется полиэтиленом, с сохранением суффикса -ен, если даже двойная связь удаляется в процессе полимеризации:
→
Характеристика широкого спектра методов определения химического состава молекулярно-массового распределения физических свойств. Выберите распространенные методы, включая следующие:
Пластиковый предмет, подвергшийся тридцатилетнему воздействию тепла и холода, тормозная жидкость и солнечный свет. Обратите внимание на изменение цвета, набухание и растрескивание материала Деградация полимера - это изменение свойств - прочности на разрыв, формы цвета, или молекулярной массы - полимера или продукта на полимерной основе под проблем одного или нескольких факторов окружающей среды, таких как тепло, свет и наличие определенных химических веществ, кислород и ферменты. Это изменение свойств часто является результатом разрыва связи в основной цепи (разрыв цепи ), который может происходить на концах цепи или в случайных положениях в цепи.
Хотя такие изменения часто нежелательны, в некоторых случаях, такие как биоразложение и переработка, они предназначены для предотвращения загрязнения окружающей среды. Разложение также может быть полезно в биомедицинских условиях. Например, сополимер полимолочной кислоты и полигликолевой кислоты используется в гидролизуемых швах, которые медленно разрушаются после наложения на рану.
Склонность полимера к разложению зависит от его структуры. Эпоксидные смолы и цепи, содержащие особые функциональные группы, особенно подвержены УФ-деградации, в то время как сложные полиэфиры подвержены разложению в результате гидролиза. Полимеры, содержащие ненасыщенную основную цепь, разлагаются в результате крекинга озоном. Полимеры на основе углерода более подвержены термическому разложению, чем неорганические полимеры, такие как полидиметилсилоксан, и поэтому не идеальны для самых высокотемпературных применений.
Разложение полиэтилена происходит за счет случайного разрыва - случайного разрыва связей, удерживающих вместе атомы полимера. При нагревании выше 450 ° C полиэтилен разлагается с смесью углеводородов. В случае расщепления на конце цепи мономеры высвобождаются, и этот процесс называется распаковкой или деполимеризацией. Механизм доминирования будет зависеть от типа полимера и температуры; как правило, полимеры без заместителя или с одним небольшим заместителем в повторяющейся единице будут разлагаться посредством разрыва случайной цепи.
Сортировка полимерных отходов для вторичной переработки можно упростить за счет использования идентификационных кодов смол, разработанных Обществом пластмассовой промышленности для определения типа пластик.
Воздействие хлора на водопроводное соединение из ацеталевой смолы Отказ критических с точки зрения безопасности полимерных компонентов может привести к серьезным несчастным случаям, таким как пожар в случае треснувшего и разрушенного полимера топливопроводы. Вызванное хлором растрескивание сантехнических соединений ацетальной смолы и полибутилен вызвало множество серьезных наводок в жилищном строительстве, особенно в США в 1990-х годах. Следы хлора в полимерах, подвергшихся воздействию водоснабжения, присутствующих в водопроводе, проблема, которая возникает быстрее, если какая-либо из частей плохо экструдирована или литьем под давлением. Атака ацеталевого соединения произошла из-за неправильного формования, что привело к растрескиванию вдоль резьбы фитинга, где существует взрыв напряжений.
Растрескивание трубок из натурального каучука, вызванное озоном медицинские приборы. Одним из самых известных видов является отказ от озонового растрескивания, вызванного разрывом цепи, когда озон подвержены газовой атаке эластомеры, такие как натуральный каучук и натуральный каучук и . Они содержат двойные связи в повторяющихся звеньях, которые расщепляются во время озонолиза. Трещины в топливопроводах могут проникнуть в отверстие трубки и вызвать утечку топлива. Если в моторном отсеке происходит растрескивание, электрические искры могут воспламенить бензин и вызвать серьезный пожар. При использовании в медицине разрушение полимеров может привести к изменению физических и химических характеристик имплантируемых устройств.
Нейлон 66 подвержен кислотному гидролизу, и в одной аварии разрыв топливопровода привел к попадание дизельного топлива на дорогу. Если дизельное топливо вытечет на дорогу, то причиной аварии следующих автомобилей может быть скользкий характер отложений, как гололед. Кроме того, асфальтобетонное дорожное покрытие будет повреждено в результате растворения в дизельном топливе асфальтенов из композитного материала, что приведет к разрушению асфальтового покрытия и структурной целостности дорога.
 | Викискладе есть материалы, относящиеся к полимерам. |
 | Найдите полимер в Викисловаре, бесплатном словаре. |
