То, как устроены молекулы, придает разным полимерам разные свойства
То, как устроены молекулы, придает разным полимерам разные свойства. Управляя расположением молекул, можно создавать различные полимеры — в зависимости от того, хотите ли вы получить прочный, эластичный, пригодный для повторного использования материал или что-то еще.
Полиэтилен, например, имеет длинные полимерные цепи, расположенные рядом друг с другом. Их часто описывают как спагетти: при нагревании они могут разматываться и легко скользить друг относительно друга, образуя гибкий материал. Когда они остывают, цепи взаимодействуют и запутываются. Полиэтилен можно снова и снова плавить и преобразовывать в новую форму. Эти плавкие, способные к изменению формы полимеры известны как термопласты. Другие примеры включают полистирол и полипропилен.
Прочность полимеров также зависит от того, как расположены молекулы. Чтобы использовать нашу аналогию со скрепками, вы можете решить, чтобы несколько скрепок отходили от вашей основной линии. Это может выглядеть довольно причудливо, но если вы решите превратить его в настенную подвеску, будет сложно соединить его с другой цепочкой в обычном порядке. Как и ваша причудливая скрепка с боковыми ответвлениями, полимерные цепи с боковыми ответвлениями не могут выстраиваться вместе по регулярному шаблону. В результате получается полимер с меньшей плотностью. Примером может служить полиэтилен низкой плотности (LDPE) — мягкий материал, из которого делают пластиковые пакеты и обертку (например, в который можно завернуть бутерброд). Напротив, полимерные цепи, не имеющие боковых ответвлений, могут выстраиваться в ровную (кристаллическую) структуру. Полученный полимер более прочный и имеет более высокую плотность. В отличие от термопластичных полимеров являются термореактивными полимерами. Они не размягчаются при нагревании и, приняв форму, в значительной степени останутся такими. Это потому, что полимерные цепи сильно сшиты в сети. Это не сильно вам поможет, если вы хотите что-то мягкое и податливое, чтобы завернуть бутерброд. Это полезно, однако, для таких вещей, как автомобильные шины, поскольку шина, которая тает на жаре, сделает поездку на пляж довольно интересной. Клеи и электрические компоненты также являются термореактивными полимерами.
Помимо расположения молекул свойства полимера также определяются длиной молекулярной цепи. Короче говоря, чем дольше, тем сильнее. Это связано с тем, что по мере того, как молекула становится длиннее, общие силы связи между молекулами увеличиваются, что делает полимерную цепь прочнее. Например, когда более тысячи атомов углерода выстраиваются в цепочку мономеров этилена, образующийся полимер, полиэтилен, становится прочным и гибким.
Разработки в области синтетических полимеров выходят далеко за рамки пластиковых пакетов и бутылок для напитков. Гибкие электропроводящие полимеры могут стать следующим большим достижением в виртуальной реальности (VR). В недалеком будущем вы, возможно, сможете отказаться от массивных очков и надеть вместо них пару контактных линз благодаря очень тонкому, проводящему электричество полимерному покрытию. Австралийские ученые также работают над легкими гибкими солнечными элементами, которые можно дешево печатать полимерными чернилами на обычном принтере. Города будущего смогут увидеть множество поверхностей — зданий, автомобилей и даже одежды — сделанных из этого энергогенерирующего материала. Из-за множества дешевых одноразовых продуктов и упаковки пластмассы часто получают плохую репутацию за их воздействие на окружающую среду — и это правильно.