Тип искусственного вещества, известного как синтетический полимер, состоит из сетей и цепочек
Тип искусственного вещества, известного как синтетический полимер, состоит из сетей и цепочек повторяющихся звеньев. Примеры обычных материалов включают полиакрилат (например, клеи), полиэстер, поливинилхлорид (ПВХ), полиамид (например, нейлон) и полиэтилен (ПЭ) (например, ПЭТ). Вы обнаружите, что синтетические полимеры используются для создания значительной части предметов в вашей повседневной жизни. Без синтетических полимеров у нас не было бы ноутбуков, телефонов, бутылок, различных видов текстиля и многого другого.
Образование любого полимера происходит по одним и тем же основным этапам: сначала накапливается много молекул одного типа, также известных как мономеры, а затем эти мономеры объединяются, образуя длинные цепи и разветвленные сети. В общем смысле существует два метода, с помощью которых мономеры могут связываться друг с другом: полимеризация присоединением и полимеризация конденсации. Кроме того, полимеризация, соединение мономеров, не приводит к образованию каких-либо побочных продуктов. Полимеризация конденсацией представляет собой процесс, в котором мономеры объединяются, одновременно вытесняя более мелкие молекулы, такие как вода, во время реакции.
Добавляя больше полимеров, создаются дополнительные полимеры. Как кубики домино, падающие друг на друга и запускающие цепную реакцию, происходит дополнительная полимеризация. Каждый мономер должен иметь двойную связь, причем одна из двух связей более делокализована и легко разрывается, чтобы могла иметь место такая цепная реакция. Свободный радикал или неспаренный электрон разрывает двойную связь и образует пару с другим электроном, запуская реакцию присоединения. Но это приводит к появлению нового неспаренного электрона, который запускает цепную реакцию, в которой процесс продолжается. Длина полимерной цепи увеличивается с увеличением продолжительности этой реакции. Это продолжается до тех пор, пока два свободных радикала не объединятся, не произойдет реакция обрыва, и полимерная цепь обрывается, потому что не остается неспаренных электронов.
Полимеризация конденсацией отличается от полимеризации присоединения двумя способами:
1) для начала процесса не требуется инициатор, и
2) в качестве побочного продукта образуется крошечная молекула, такая как вода.
Конденсационные полимеры представляют собой полимеры, в которых поочередно соединяются два разных типа мономеров, такие как полиэфиры (например, ПЭТФ) и полиамиды (например, нейлон). Молекула с двумя аминогруппами и молекула с двумя карбоксигруппами взаимодействуют с образованием нейлона. Амидогруппы образуются при высвобождении воды в ходе реакции.
Характеристики полимеров, включая виды мономеров и поперечных связей, которые могут присутствовать, определяются их химической структурой. Например, на гидрофильность полимера (или любовь к воде) влияет полярность мономера. Напротив, на жесткость полимерной цепи влияет форма мономера и то, насколько легко он изгибается. Сшивание — это соединение соседних цепей, что изменяет вязкость, прочность, твердость и характеристики плавления материала. Например, борная кислота в шламе увеличивает количество поперечных связей между цепями, превращая жидкость в вязкое связующее вещество. Другим примером сшивания является кевлар®, где близлежащие цепи связаны друг с другом, как паутина, мощными водородными связями.
Общие области применения ПК включают пуленепробиваемые окна, медицинские устройства, защитное оборудование (визоры, очки и экраны), электронику и приложения, требующие прозрачности и устойчивости к разрушению.