Τι είναι οι πολυμερείς ενώσεις;

Μιλώντας για τα πολυμερή, ορισμένοι από εμάς μάλλον δεν γνωρίζουν - εκτός από τους μαθητές της τάξης XII. Ωστόσο, αυτό το πολυμερές ήταν πραγματικά τόσο κοντά στην καθημερινή μας ζωή. Σε διάφορες μορφές. Ναι, έχουμε χρησιμοποιήσει πολυμερή για χιλιάδες χρόνια, με τη μορφή ξύλου, καουτσούκ, βαμβακιού, μαλλιού, δέρματος, μεταξιού και ούτω καθεξής. Στην καθημερινή ζωή, όλοι πρέπει να είμαστε εξοικειωμένοι με αντικείμενα όπως πλαστικά ποτήρια, φακούς επαφής, χτένες, λαστιχένιες ταινίες, ταψιά και άλλα σωστά; Λοιπόν, όλα αυτά είναι πολυμερή. Όχι μόνο αυτό, ορισμένα πολυμερή υπάρχουν ακόμη και στο σώμα μας, για παράδειγμα νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες (μαλλιά, αίμα κ.λπ.).

Λοιπόν, τι ακριβώς λέγεται πολυμερές;

Η ίδια η λέξη Polymer προέρχεται από την ελληνική γλώσσα, η οποία αποτελείται από δύο λέξεις, συγκεκριμένα το Poly που σημαίνει πολλές και το meros που σημαίνει ενότητα ή μέρος Έτσι, ένα πολυμερές είναι μια μεγάλη ένωση που σχηματίζεται από το συνδυασμό ενός αριθμού (πολλών) μικρών μοριακών μονάδων. Οι μοριακές μονάδες που αποτελούν αυτές τις ενώσεις ονομάζονται μονομερή. Αυτό σημαίνει ότι οι πολυμερείς ενώσεις αποτελούνται από πολλά μονομερή.

Ταξινόμηση πολυμερών

Τα πολυμερή ταξινομούνται με βάση την πηγή, τη δομή, τον τρόπο πολυμερισμού και τη μοριακή τους δύναμη.

Πολυμερή ανά πηγή

Με βάση την πηγή, τα πολυμερή χωρίζονται σε 3, δηλαδή τα φυσικά πολυμερή, τα συνθετικά πολυμερή και τα ημι-συνθετικά πολυμερή.

Φυσικά πολυμερή

Τα φυσικά πολυμερή λαμβάνονται από φυτά και ζώα. Για παράδειγμα πρωτεΐνη, κυτταρίνη, άμυλο, ρητίνη και άλλα.

Συνθετικά πολυμερή

Τα συνθετικά πολυμερή είναι τεχνητά πολυμερή, τα οποία κατασκευάζονται στο εργαστήριο. Παραδείγματα: πολυαιθυλένιο, νάιλον 66 και Buna-S.

Ημι-συνθετικά πολυμερή

Τα ημι-συνθετικά πολυμερή είναι φυσικά πολυμερή με χημικές τροποποιήσεις. Παράδειγμα: βουλκανισμένο καουτσούκ και οξική κυτταρίνη.

Πολυμερή με βάση τη δομή

Με βάση τη δομή του, τα πολυμερή χωρίζονται σε τρία, δηλαδή Γραμμικά Πολυμερή, Πολυμερή Διακλαδισμένης Αλυσίδας και Διασταυρούμενα Πολυμερή ή Πολυμερή Δικτύου.

Γραμμικά πολυμερή

Στα γραμμικά πολυμερή, τα μονομερή συνδέονται σε μεγάλες, ευθείες αλυσίδες. Οι αλυσίδες πολυμερών συνήθως στοιβάζονται η μια πάνω στην άλλη και σχηματίζουν μια καλά συσκευασμένη δομή.

Τα γραμμικά πολυμερή έχουν υψηλή πυκνότητα, υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και υψηλό σημείο τήξης. Παραδείγματα: πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας, χλωριούχο πολυβινύλιο, νάιλον 6 και άλλα.

Πολυμερή διακλαδισμένης αλυσίδας

Αυτό το πολυμερές αποτελείται από μια πλευρική αλυσίδα μονομερών μονάδων συνδεδεμένων στην κύρια αλυσίδα. Λόγω αυτής της διακλάδωσης, τα πολυμερή διακλαδισμένης αλυσίδας δεν μπορούν να τοποθετηθούν σφιχτά. Αυτό το πολυμερές έχει χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή αντοχή σε εφελκυσμό και χαμηλό σημείο τήξης. Ένα παράδειγμα πολυμερούς διακλαδισμένης αλυσίδας είναι το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας.

Πολυμερή Cross Bond

Τα διασυνδεδεμένα πολυμερή είναι επίσης γνωστά ως πολυμερή ιστών. Αυτό το πολυμερές δεν είναι μόνο σκληρό, αλλά επίσης άκαμπτο και εύθραυστο. Για παράδειγμα: Bakelit, Melamine, Formaldehyde Resin.

Πολυμερή με βάση τη λειτουργία πολυμερισμού

Με βάση τον τρόπο πολυμερισμού, τα πολυμερή χωρίζονται σε δύο, δηλαδή πολυμερή προσθήκης και πολυμερή συμπύκνωσης. Τα πολυμερή προσθήκης χωρίζονται στη συνέχεια σε δύο ακόμη, δηλαδή τα συμπολυμερή και τα ομοπολυμερή.

Πολυμερή προσθήκης

Τα πολυμερή προσθήκης σχηματίζονται προσθέτοντας μονομερή χωρίς απομάκρυνση μορίων υποπροϊόντων. Τα μονομερή του πολυμερούς προσθήκης είναι ακόρεστες ενώσεις. Παράδειγμα: Πολυαιθυλένιο Teflon και άλλα.

Ομοπολυμερή

Προσθήκη πολυμερών που σχηματίζονται από τον πολυμερισμό ενός μοναδικού μονομερούς είδους. Παραδείγματα: πολυβινυλοχλωρίδιο, πολυπροπυλένιο, πολυαιθυλένιο

Συμπολυμερή

Τα πολυμερή προσθήκης σχηματίζονται με πολυμερισμό προσθήκης δύο διαφορετικών τύπων μονομερών. Παράδειγμα: Buna-S, Buna-N και άλλα.

Πολυμερή συμπύκνωσης

Τα πολυμερή συμπύκνωσης σχηματίζονται με τη συμπύκνωση δύο διαφορετικών μονομερών με ή χωρίς την απελευθέρωση μικρών μορίων, όπως νερό, αλκοόλη και υδροχλώριο.

Τα μονομερή του πολυμερούς συμπύκνωσης έχουν τουλάχιστον δύο λειτουργικές ομάδες. Για παράδειγμα: Bakelit, Nylon 66, Terylene και άλλα.

Πολυμερή με βάση τη Μοριακή Δύναμη

Με βάση το μοριακό στυλ, τα πολυμερή μπορούν να χωριστούν σε ελαστομερή, ίνες, θερμοπλαστικά πολυμερή και θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή.

Ελαστομερές

Στα ελαστομερή, οι πολυμερείς αλυσίδες συγκρατούνται μαζί με αδύναμες διαμοριακές δυνάμεις. Η ασθενής δύναμη επιτρέπει στο τέντωμα του πολυμερούς. Η πολυμερική αλυσίδα έχει πολλαπλούς σταυρωτούς δεσμούς που βοηθούν το πολυμερές να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα. Παράδειγμα: Buna-S, Buna-N, Neoprene.

Ινα

Στις ίνες, οι πολυμερείς αλυσίδες συγκρατούνται μεταξύ τους με ισχυρές αντιαμοριακές δυνάμεις (δεσμοί υδρογόνου ή αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου). Η ισχυρή δύναμη του δίνει κρυσταλλικές ιδιότητες.

Η ίνα έχει σχήμα νήματος με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και υψηλό συντελεστή. Παράδειγμα: Πολυαμίδιο (νάιλον 66) και πολυεστέρας (τερελένιο).

Θερμοπλαστικός

Τα θερμοπλαστικά πολυμερή έχουν γραμμικές ή ελαφρώς διακλαδισμένες πολυμερείς αλυσίδες. Τα διαμοριακά σημεία έλξης είναι ενδιάμεσα μεταξύ του ελαστομερούς και της ίνας.

Τα θερμοπλαστικά πολυμερή μπορούν να μαλακώσουν επανειλημμένα κατά τη θέρμανση και να σκληρυνθούν κατά την ψύξη με μικρή αλλαγή στις ιδιότητες. Το πολυμερές αυτού του τύπου μπορεί να διαμορφωθεί στο επιθυμητό σχήμα. Παραδείγματα: πολυαιθυλένιο, πολυστυρόλιο, πολυβινυχλωρίδιο και άλλα.

Επειδή τα θερμοπλαστικά δεν έχουν διασταυρούμενους δεσμούς, οι διαμοριακές δυνάμεις που υπάρχουν μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων καταστρέφονται εύκολα με θέρμανση. Επομένως, μπορούν να διαμορφωθούν σε οποιοδήποτε επιθυμητό σχήμα.

Θερμοσκληρυνόμενη

Τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή είναι πολυμερείς αλυσίδες που είναι είτε διασυνδεδεμένες είτε πολύ διακλαδισμένες. Η αλυσίδα του πολυμερούς υφίσταται διασταυρούμενη σύνδεση με θέρμανση στο καλούπι. Τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή υφίστανται μόνιμη αλλαγή στη θέρμανση. Τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν όπως τα θερμοπλαστικά πολυμερή. Παραδείγματα: Bakelit, Resin, Urea-formaldehyde και άλλα.

Αντίδραση πολυμερισμού

Υπάρχουν 2 τύποι αντιδράσεων πολυμερισμού, συγκεκριμένα πολυμερισμός προσθήκης και πολυμερισμός συμπύκνωσης.

Πολυμερισμός προσθήκης

Επιπλέον, ο πολυμερισμός συνδυάζει τα μονομερή χωρίς απομάκρυνση μορίων προϊόντος. Τα μονομερή είναι ακόρεστες ενώσεις και τα παράγωγά τους. Τα μονομερή προστίθενται στην αλυσίδα με αποτέλεσμα την αύξηση του μήκους της αλυσίδας.

Τα πολυμερή προσθήκης γενικά δεν αντιδρούν χημικά. Αυτό οφείλεται στους πολύ ισχυρούς δεσμούς CC και CH. Εξαιτίας αυτού, είναι πολύ δύσκολο να ανακυκλωθούν τα πολυμερή προσθήκης. Ή με άλλα λόγια, το πολυμερές προσθήκης δεν είναι βιοαποικοδομήσιμο.

Ο πολυμερισμός προσθήκης πραγματοποιείται μέσω δύο μηχανισμών, δηλαδή του μηχανισμού ελευθέρων ριζών και του ιοντικού μηχανισμού. Ωστόσο, ο μηχανισμός των ελεύθερων ριζών αντιμετωπίζεται συχνότερα. Οι ακόρεστες ενώσεις και τα παράγωγά τους ακολουθούν τον μηχανισμό των ελεύθερων ριζών. Για την παραγωγή ελεύθερων ριζών, απαιτείται ένας εκκινητής. Αυτά περιλαμβάνουν το τριτοταγές υπεροξείδιο του βενζοϋλίου και το υπεροξείδιο του βουτυλίου.

Πολυμερισμός προσθήκης ελευθέρων ριζών : Οι ακόρεστες ενώσεις και τα παράγωγά τους πολυμερίζονται με αυτήν τη μέθοδο. Αυτό συμβαίνει σε εναρκτήρες που δημιουργούν ελεύθερες ρίζες όπως υπεροξείδιο του βενζυλίου, τριτοταγές υπεροξείδιο του βουτυλίου κ.λπ. Ο πολυμερισμός περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:

(i) Έναρξη αλυσίδας : Τα οργανικά υπεροξείδια υφίστανται ομολυτική σχάση για να σχηματίσουν ελεύθερες ρίζες που δρουν ως εκκινητές. Ο εκκινητής προσθέτει διπλούς δεσμούς στους άνθρακες για να σχηματίσει νέες ελεύθερες ρίζες.

(ii) Διάδοση αλυσίδας : Οι ελεύθερες ρίζες προσθέτουν διπλούς δεσμούς μονομερών για να σχηματίσουν μεγαλύτερες ελεύθερες ρίζες. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου καταστραφούν οι ρίζες

iii) Τερματισμός αλυσίδας : Η αλυσίδα τελειώνει όταν συνδυάζονται δύο ελεύθερες ρίζες.

Πολυμερισμός συμπύκνωσης

Σε αυτήν τη μέθοδο, δύο ή περισσότερα δι-λειτουργικά μονομερή συμπυκνώνονται με την απομάκρυνση ορισμένων απλών μορίων όπως νερό, αλκοόλ κ.λπ. Το προϊόν κάθε βήματος είναι και πάλι διλειτουργικός τύπος και η ακολουθία συνεχίζεται. Δεδομένου ότι κάθε βήμα οδηγεί σε διαφορετικό και ανεξάρτητο τύπο λειτουργικότητας, αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως πολυμερισμός ανάπτυξης.