Химия полимеров

редактировать
Порция основа нейлона 6,6.

Химия полимеров - это подраздел химии, который фокусируется на химическом синтезе, структуре и химическом и физические свойства а именно полимеров и макромолекул. Принципы и методы, используемые в химии полимеров, также применимы к широкому кругу других суб-дисциплин химии, таких как органическая химия, аналитическая химия и физическая химия. Многие материалы имеют полимерные структуры, от полностью неорганических металлов и керамики до ДНК и других биологических молекул, однако обычно к химии полимеров относятся к в контексте синтетических, органических композиций. Синтетические полимеры широко используются в коммерческих материалах и продуктах повседневного использования, обычно называемых пластиками и каучуками, и являются основными компонентами композитов материалы. Химия полимеров также может быть включена в более широкие области науки о полимерах или даже нанотехнологии, которые могут быть описаны как охватывающие физику полимера и полимер. инженерное дело.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Полимеры и их свойства
  • 3 Классификация
    • 3.1 Происхождение
    • 3.2 Вязкость
  • 4 Методы
    • 4.1 Список общих методов
      • 4.1.1 Синтез неорганического полимера
      • 4.1.2 Синтез биополимера
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки

История

Работа Анри Браконно в 1777 году и работа Кристиана Шёнбейна в 1846 году привело к открытию нитроцеллюлозы, которая при обработке камфорой давала целлулоид. Растворенный в эфире или ацетоне, он становится коллодием, который использовался в качестве повязки для ран со времен США. Гражданская война. Ацетат целлюлозы был впервые получен в 1865 году. В 1834-1844 годах было обнаружено, что свойства каучука (полиизопрен ) значительно улучшились при нагревании с серой, таким образом основание процесса вулканизации.

В 1884 Илер де Шардоне запустил первый завод по производству искусственного волокна на основе регенерированной целлюлозы или вискозы <222.>вискоза, как заменитель шелка, но он был очень легковоспламеняющимся. В 1907 году Лео Бекеланд изобрел первый полимер, независимый от продуктов организмов, термоотверждающийся фенол - формальдегид смола под названием бакелит. Примерно в то же время Hermann Leuchs сообщил о синтезе N-карбоксиангидридов аминокислот и их высокомолекулярных продуктов в результате реакции с нуклеофилами, но не стал называть их полимерами, возможно из-за сильных взглядов, которых придерживался Эмиль Фишер, его непосредственный руководитель, отрицавший возможность существования любой ковалентной молекулы, превышающей 6000 дальтон. Целлофан был изобретен в 1908 году Джоком Бранденбергером, который обрабатывал листы вискозы вискоза с кислотой.

Структуры некоторых электрически проводящих полимеров : полиацетилен ; полифениленвинилен ; полипиррол (X = NH) и политиофен (X = S); и полианилин (X = NH / N) и полифениленсульфид (X = S). Структура полидиметилсилоксана, иллюстрирующая полимер с неорганической основной цепью

Химик Герман Штаудингер впервые предположил, что полимеры состоят из длинных цепочек из атомов, удерживаемых вместе ковалентными связями, которые он назвал макромолекулами. Его работа расширила химическое понимание полимеров, а затем последовало расширение области химии полимеров, в ходе которой были изобретены такие полимерные материалы, как неопрен, нейлон и полиэстер. До Штаудингера полимеры считались кластерами небольших молекул (коллоидов ) без определенной молекулярной массы, удерживаемых неизвестной силой. Штаудингер получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году. Уоллес Карозерс изобрел первый синтетический каучук под названием неопрен в 1931 году, первый полиэстер, а в 1935 году изобрел нейлон, настоящий заменитель шелка. Пол Флори был удостоен Нобелевской премии по химии в 1974 году. за его работу над полимерными случайными конфигурациями катушек в растворах в 1950-х годах. Стефани Кволек разработала арамид или ароматический нейлон под названием кевлар, запатентованный в 1966 году. Карл Циглер и Джулио Натта получил Нобелевскую премию за открытие катализаторов полимеризации алкенов. Алан Дж. Хигер, Алан МакДиармид и Хидеки Ширакава были удостоены Нобелевской премии по химии 2000 года за разработку полиацетилена и родственных ему материалов. проводящие полимеры. Сам по себе полиацетилен не нашел практического применения, но органические светодиоды (OLED) появились как одно из применений проводящих полимеров.

В 1940-х годах были введены программы обучения и исследований в области химии полимеров. Institut fur Makromolekulare Chemie был основан в 1940 году во Фрайбурге, Германия, под руководством Штаудингера. В Америке Институт исследования полимеров (PRI) был основан в 1941 г. Германом Марком в Политехническом институте Бруклина (ныне Политехнический институт Нью-Йоркского университета ).

Полимеры и их свойства

вязкость растворов полимеров является важным параметром. Вискозиметры, такие как этот, используются в таких измерениях.

Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, образованные полимеризацией мономеров. Простая реактивная молекула, из которой происходят повторяющиеся структурные единицы полимера, называется мономером. полимер можно описать разными способами: его степень полимеризации, молярно-массовое распределение, тактичность, сополимер распределение, степень разветвления, по его концевым группам, сшивкам, кристалличностью и тепловым свойствам, таким как его температура стеклования и температура плавления. Полимеры в растворе обладают особыми характеристиками в отношении растворимости, вязкости и гелеобразования. В качестве иллюстрации количественных аспектов химии полимеров особое внимание уделяется среднечисленным и средневесовым молекулярным массам M n {\ displaystyle M_ {n}}M_ {n} и M w {\ displaystyle M_ {w}}M_ {w} соответственно.. М N = ∑ М я N я ∑ N я, М вес = ∑ М я 2 N я ∑ М я N я, {\ Displaystyle М_ {п} = {\ гидроразрыва {\ сумма М_ {я } N_ {i}} {\ sum N_ {i}}}, \ quad M_ {w} = {\ frac {\ sum M_ {i} ^ {2} N_ {i}} {\ sum M_ {i} N_ {i}}}, \ quad}{ \ Displaystyle M_ {n} = {\ frac {\ sum M_ {i} N_ {i}} {\ sum N_ {i}}}, \ quad M_ {w} = {\ frac {\ sum M_ {i} ^ {2} N_ {i}} {\ sum M_ {i} N_ {i}}}, \ quad}

Образование и свойства полимеров были рационализированы многими теориями, включая теорию Шойтьенса – Флира, теорию решений Флори – Хаггинса, Механизм Косси-Арлмана, Теория поля полимеров, Теория нуклеации Хоффмана, Теория Флори-Стокмайера и многие другие.

Сегменты полипропилена, демонстрирующие несколько разные структуры изотактических (вверху) и синдиотактических (внизу) полимеров.

Классификация

Происхождение

Полимеры могут быть подразделяются на биополимеры и синтетические полимеры в зависимости от их происхождения. Каждый из этих классов соединений можно подразделить на более конкретные категории в зависимости от их использования и свойств.

Нить целлюлозы, показывающая водородные связи (пунктир) внутри и между цепями.

Биополимеры - это структурные и функциональные материалы, которые составляют большую часть органического вещества в организмах. Одним из основных классов биополимеров являются белки, которые происходят из аминокислот. Полисахариды, такие как целлюлоза, хитин и крахмал, представляют собой биополимеры, полученные из сахаров. Поли нуклеиновые кислоты ДНК и РНК происходят из фосфорилированных сахаров с боковыми нуклеотидами, которые несут генетическую информацию.

Синтетические полимеры - конструкционные материалы, представленные в пластиках, синтетических волокнах, красках, строительных материалах, мебель, механические детали и клеи. Синтетические полимеры можно разделить на термопластичные полимеры и термореактивные пластмассы. Термопластические полимеры включают полиэтилен, тефлон, полистирол, полипропилен, полиэфир, полиуретан., поли (метилметакрилат), поливинилхлорид, нейлон и вискоза. Термореактивные пластмассы включают вулканизированный каучук, бакелит, кевлар и полиэпоксид. Почти все синтетические полимеры получают из нефтехимии.

Вязкость

По мере того, как полимеры становятся длиннее и их молекулярная масса увеличивается, вязкость полимеров в их растворенном и жидком состояниях также имеет тенденцию к увеличение. Таким образом, измеренная вязкость синтезированных полимеров может предоставить ценную информацию о средней длине полимера, ходе реакций и способах разветвления полимера.

Композиты образуются путем объединения полимерных материалов для формирования общей структуры со свойствами, которые отличаются от суммы отдельных компонентов.

Методы

Было обнаружено большое количество разнообразных методов синтеза полимеров.

Список общих методов

Синтез неорганических полимеров

Синтез биополимеров

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 10:33:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте