Marami ang interesado sa tanong kung anong istruktura ang mayroon ang mga polymer. Ang sagot dito ay ibibigay sa artikulong ito. Ang mga katangian ng polimer (simula dito - P) ay karaniwang nahahati sa ilang mga klase depende sa sukat kung saan tinukoy ang ari-arian, gayundin sa pisikal na batayan nito. Ang pinakapangunahing kalidad ng mga sangkap na ito ay ang pagkakakilanlan ng kanilang mga constituent monomer (M). Ang ikalawang hanay ng mga katangian, na kilala bilang microstructure, ay mahalagang tumutukoy sa pagkakaayos ng mga Ms na ito sa P sa isang sukat ng isang Z. Ang mga pangunahing katangian ng istruktura ay gumaganap ng malaking papel sa pagtukoy ng maramihang pisikal na katangian ng mga sangkap na ito, na nagpapakita kung paano kumikilos ang P bilang isang macroscopic na materyal. Inilalarawan ng mga kemikal na katangian sa nanoscale kung paano nakikipag-ugnayan ang mga kadena sa pamamagitan ng iba't ibang puwersang pisikal. Sa isang macro scale, ipinapakita nila kung paano nakikipag-ugnayan ang basic P sa iba pang mga kemikal at solvent.
Identity
Ang pagkakakilanlan ng mga umuulit na link na bumubuo sa P ay ang una atang pinakamahalagang katangian. Ang katawagan ng mga sangkap na ito ay karaniwang nakabatay sa uri ng mga nalalabing monomer na bumubuo sa P. Ang mga polimer na naglalaman lamang ng isang uri ng paulit-ulit na yunit ay kilala bilang homo-P. Kasabay nito, ang Ps na naglalaman ng dalawa o higit pang mga uri ng umuulit na mga yunit ay kilala bilang mga copolymer. Ang mga terpolymer ay naglalaman ng tatlong uri ng umuulit na mga yunit.
Polystyrene, halimbawa, ay binubuo lamang ng styrene M residues at samakatuwid ay inuri bilang Homo-P. Ang ethylene vinyl acetate, sa kabilang banda, ay naglalaman ng higit sa isang uri ng umuulit na yunit at sa gayon ay isang copolymer. Ang ilang biological Ps ay binubuo ng maraming iba't ibang ngunit may kaugnayan sa istruktura na mga monomeric na residues; halimbawa, ang polynucleotides gaya ng DNA ay binubuo ng apat na uri ng nucleotide subunits.
Ang polymer molecule na naglalaman ng ionizable subunits ay kilala bilang polyelectrolyte o ionomer.
Microstructure
Ang microstructure ng isang polymer (minsan ay tinatawag na configuration) ay nauugnay sa pisikal na pagsasaayos ng M residues sa kahabaan ng pangunahing chain. Ito ang mga elemento ng istrukturang P na nangangailangan ng pagsira ng isang covalent bond upang magbago. Ang istraktura ay may malakas na impluwensya sa iba pang mga katangian ng P. Halimbawa, ang dalawang sample ng natural na goma ay maaaring magpakita ng magkaibang tibay kahit na ang kanilang mga molekula ay naglalaman ng parehong mga monomer.
Istruktura at katangian ng mga polimer
Napakahalagang linawin ang puntong ito. Ang isang mahalagang tampok na microstructural ng istraktura ng polimer ay ang arkitektura at hugis nito, na nauugnay sa kung paanoang mga punto ng sangay ay humahantong sa isang paglihis mula sa isang simpleng linear na kadena. Ang branched molecule ng substance na ito ay binubuo ng pangunahing chain na may isa o higit pang side chain o substituent branch. Kabilang sa mga uri ng branched Ps ang star Ps, comb Ps, brush Ps, dendronized Ps, ladder Ps, at dendrimer. Mayroon ding mga two-dimensional polymers na binubuo ng topologically flat repeating units. Maaaring gamitin ang iba't ibang mga diskarte upang i-synthesize ang P-material sa iba't ibang uri ng device, gaya ng living polymerization.
Iba pang katangian
Ang komposisyon at istruktura ng mga polymer sa polymer science ay nauugnay sa kung paano humahantong sa paglihis ang pagsasanga mula sa isang mahigpit na linear na P-chain. Maaaring mangyari nang random ang pagsasanga, o maaaring idinisenyo ang mga reaksyon upang i-target ang mga partikular na arkitektura. Ito ay isang mahalagang microstructural feature. Ang arkitektura ng isang polymer ay nakakaapekto sa marami sa mga pisikal na katangian nito, kabilang ang solusyon at matunaw na lagkit, solubility sa iba't ibang komposisyon, temperatura ng paglipat ng salamin, at ang laki ng mga indibidwal na P-coils sa solusyon. Ito ay mahalaga para sa pag-aaral ng mga sangkap na nilalaman at ang istraktura ng polymers.
Branching
Maaaring mabuo ang mga sanga kapag ang lumalagong dulo ng polymer molecule ay nakakabit alinman sa (a) pabalik sa sarili nito o (b) sa isa pang P-strand, na pareho, sa pamamagitan ng hydrogen withdrawal, ay maaaring lumikha ng growth zone para sa gitna chain.
Branching effect - kemikal na crosslinking -pagbuo ng mga covalent bond sa pagitan ng mga kadena. Ang crosslinking ay may posibilidad na tumaas ang Tg at tumaas ang lakas at tigas. Sa iba pang mga gamit, ang prosesong ito ay ginagamit upang palakasin ang mga rubber sa isang proseso na kilala bilang vulcanization, na umaasa sa sulfur crosslinking. Ang mga gulong ng kotse, halimbawa, ay may mataas na lakas at cross-linking upang mabawasan ang pagtagas ng hangin at mapataas ang kanilang tibay. Ang goma, sa kabilang banda, ay hindi cross-linked, na nagpapahintulot sa goma na matuklap at maiwasan ang pinsala sa papel. Ipinapaliwanag din ng polymerization ng purong sulfur sa mas mataas na temperatura kung bakit ito nagiging mas malapot sa mas mataas na temperatura sa natunaw na estado.
Grid
Ang isang highly cross-linked polymer molecule ay tinatawag na P-network. Ang sapat na mataas na crosslink-to-strand ratio (C) ay maaaring humantong sa pagbuo ng isang tinatawag na infinite network o gel, kung saan ang bawat naturang sangay ay naka-link sa hindi bababa sa isa.
Sa patuloy na pag-unlad ng living polymerization, nagiging mas madali ang synthesis ng mga substance na ito na may partikular na arkitektura. Ang mga arkitektura tulad ng star, comb, brush, dendronized, dendrimer at ring polymers ay posible. Ang mga kemikal na compound na ito na may kumplikadong arkitektura ay maaaring ma-synthesize gamit ang mga espesyal na piniling panimulang compound, o una sa pamamagitan ng pag-synthesize ng mga linear chain na sumasailalim sa karagdagang mga reaksyon upang mag-link sa isa't isa. Ang Knotted Ps ay binubuo ng maraming intramolecular cyclizationmga link sa isang P-chain (PC).
Branching
Sa pangkalahatan, mas mataas ang antas ng pagsasanga, mas siksik ang polymer chain. Nakakaapekto rin ang mga ito sa pagkakabuhol ng kadena, ang kakayahang dumausdos sa isa't isa, na nakakaapekto naman sa maramihang pisikal na katangian. Maaaring mapabuti ng mga long chain strains ang polymer strength, toughness, at glass transition temperature (Tg) dahil sa pagtaas ng bilang ng mga bond sa compound. Sa kabilang banda, ang isang random at maikling halaga ng Z ay maaaring mabawasan ang lakas ng materyal dahil sa isang paglabag sa kakayahan ng mga chain na makipag-ugnayan sa isa't isa o mag-kristal, na dahil sa istruktura ng mga polymer molecule.
Ang isang halimbawa ng epekto ng pagsasanga sa mga pisikal na katangian ay matatagpuan sa polyethylene. Ang high density polyethylene (HDPE) ay may napakababang antas ng pagsasanga, medyo matibay at ginagamit sa paggawa ng, halimbawa, mga bulletproof na vest. Sa kabilang banda, ang low density polyethylene (LDPE) ay may malaking halaga ng mahaba at maikling strands, ay medyo nababaluktot, at ginagamit sa mga aplikasyon tulad ng mga plastic film. Ang kemikal na istraktura ng mga polymer ay pinapaboran lamang ang gayong mga aplikasyon.
Dendrimer
Ang
Dendrimer ay isang espesyal na kaso ng isang branched polymer, kung saan ang bawat monomeric unit ay isa ring branch point. Ito ay may posibilidad na bawasan ang intermolecular chain entanglement at crystallization. Ang isang kaugnay na arkitektura, ang dendritic polymer, ay hindi perpektong sangay ngunit may katulad na mga katangian sa mga dendrimerdahil sa kanilang mataas na antas ng pagsasanga.
Ang antas ng pagiging kumplikado ng istruktura na nangyayari sa panahon ng polymerization ay maaaring depende sa functionality ng mga monomer na ginamit. Halimbawa, sa free radical polymerization ng styrene, ang pagdaragdag ng divinylbenzene, na may functionality na 2, ay hahantong sa pagbuo ng branched P.
Engineering polymers
Ang mga engineered polymer ay kinabibilangan ng mga natural na materyales gaya ng goma, synthetics, plastic at elastomer. Ang mga ito ay lubhang kapaki-pakinabang na hilaw na materyales dahil ang kanilang mga istruktura ay maaaring baguhin at iakma upang makagawa ng mga materyales:
- na may hanay ng mga mekanikal na katangian;
- sa malawak na hanay ng mga kulay;
- na may iba't ibang katangian ng transparency.
Molecular structure ng polymers
Ang isang polimer ay binubuo ng maraming simpleng molekula na umuulit ng mga yunit ng istruktura na tinatawag na monomer (M). Ang isang molekula ng sangkap na ito ay maaaring binubuo ng daan-daan hanggang milyon-milyong M at may linear, branched o network na istraktura. Ang mga covalent bond ay nagtataglay ng mga atom na magkasama at ang mga pangalawang bono pagkatapos ay pinagsasama-sama ang mga grupo ng mga polymer chain upang mabuo ang polymaterial. Ang mga copolymer ay mga uri ng sangkap na ito, na binubuo ng dalawa o higit pang magkakaibang uri ng M.
Ang polymer ay isang organikong materyal, at ang batayan ng anumang uri ng substance ay isang chain ng carbon atoms. Ang isang carbon atom ay may apat na electron sa panlabas na shell nito. Ang bawat isa sa mga valence electron na ito ay maaaring bumuo ng isang covalentisang bono sa isa pang carbon atom o sa isang dayuhang atom. Ang susi sa pag-unawa sa istraktura ng isang polimer ay ang dalawang carbon atoms ay maaaring magkaroon ng hanggang tatlong mga bono sa karaniwan at pa rin ang bond sa iba pang mga atoms. Ang mga elementong pinakakaraniwang matatagpuan sa tambalang kemikal na ito at ang kanilang mga numero ng valence ay: H, F, Cl, Bf at I na may 1 valence electron; O at S na may 2 valence electron; n na may 3 valence electron at C at Si na may 4 na valence electron.
Halimbawa ng polyethylene
Ang kakayahan ng mga molekula na bumuo ng mahabang kadena ay mahalaga sa paggawa ng isang polimer. Isaalang-alang ang materyal na polyethylene, na gawa sa ethane gas, C2H6. Ang ethane gas ay may dalawang carbon atoms sa chain, at bawat isa ay may dalawang valence electron sa isa. Kung ang dalawang molekula ng ethane ay pinagsama-sama, ang isa sa mga bono ng carbon sa bawat molekula ay maaaring masira, at ang dalawang molekula ay maaaring pagsamahin ng isang carbon-carbon bond. Pagkatapos ng dalawang metro ay konektado, dalawa pang libreng valence electron ang mananatili sa bawat dulo ng chain upang ikonekta ang iba pang mga metro o P-strands. Ang proseso ay maaaring magpatuloy sa pagkonekta ng higit pang mga metro at polymer nang magkasama hanggang sa ito ay tumigil sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isa pang kemikal (terminator) na pumupuno sa magagamit na bono sa bawat dulo ng molekula. Ito ay tinatawag na linear polymer at ang building block para sa mga thermoplastic compound.
Ang polymer chain ay kadalasang ipinapakita sa dalawang dimensyon, ngunit dapat tandaan na mayroon silang three-dimensional na polymer na istraktura. Ang bawat link ay nasa anggulong 109° hanggangsusunod, at samakatuwid ang carbon backbone ay tumatakbo sa kalawakan tulad ng isang baluktot na kadena ng TinkerToys. Kapag inilapat ang boltahe, ang mga kadena na ito ay umaabot, at ang pagpahaba P ay maaaring libu-libong beses na mas malaki kaysa sa mga istrukturang mala-kristal. Ito ang mga tampok na istruktura ng polymer.
