Тешко је замислити данашњи живот без полимера - сложених синтетских материја које се широко користе у разним областима људске активности. Полимери су високо-молекуларна једињења природног или синтетичког порекла, која се састоје од мономера повезаних хемијским везама. Мономер је ланчана веза која се понавља, која садржи матични молекул.
Органска макромолекуларна једињења
Због својих јединствених својстава, високо-молекуларна једињења успешно замењују такве природне материјале као што су дрво, метал, камен у разним сферама живота, освајајући нова поља примене. За систематизацију тако опсежне групе супстанци усвојена је класификација полимера према различитим критеријумима. Они укључују састав, начин производње, просторну конфигурацију и тако даље.
Класификација полимера према хемијском саставу дели их на три групе:
- Органске макромолекуларне материје.
- Органоелемент једињења.
- Неорганска макромолекуларна једињења.
Највећу групу чине органски ИУД - смоле, гуме, биљна уља, односно производи животињског и биљног порекла. Макромолекуле ових материја у главном ланцу, заједно са атомима угљеника, имају атоме кисеоника, азота и друге елементе.
Њихова својства:
- имају способност обрнуте деформације, односно еластичности при малим оптерећењима;
- у малој концентрацији могу да формирају вискозне растворе;
- промене физичких и механичких карактеристика под утицајем минималне количине реагенса;
- са механичким деловањем, могућа је усмерена оријентација њихових макромолекула.
Органоелемент једињења
Органоелементарни ИУД, чији макромолекуле садрже, осим атома анорганских елемената - силицијума, титанијума, алуминијума и органских угљоводоничних радикала, стварају се вештачки, а у природи нису. Класификација полимера их дели, заузврат, у три групе.
- Прва група су материје у којима је главни ланац састављен од атома одређених елемената окружених органским радикалима.
- Друга група обухвата супстанце са главним ланцем који садрже наизменичне атоме угљеника и елементе као што су сумпор, азот и други.
- У трећу групу спадају материје са органским подлогама окружене различитим органоелементарним групама.
Пример су органосиликонска једињења, нарочито силикон који има високу отпорност на хабање.
Неорганска макромолекуларна једињења у главном ланцу садрже оксиде силицијума и метала - магнезијум, алуминијум или калцијум. Немају бочне органске атомске групе. Везе у главним ланцима су ковалентне и јонско-ковалентне, што одређује њихову велику чврстоћу и отпорност на топлоту. Ту спадају азбест, керамика, силикатно стакло, кварц.
Царбоцхаин и хетероцхаин Морнарица
Класификација полимера према хемијском саставу главног полимерног ланца укључује поделу тих материја у две велике групе.
- Царбоцхаин, у којем се главни ланац ИУД макромолекуле састоји само од атома угљеника.
- Хетеро-ланац у којем су остали атоми смештени у главном ланцу заједно са атомима угљеника, што овој супстанци даје додатна својства.
Свака од ових великих група састоји се од следећих подгрупа које се разликују у структури ланца, броју супституената, њиховом саставу и броју бочних огранака:
- једињења са засићеним везама у ланцима, на пример, полиетилен или полипропилен;
- полимери са незасићеним везама у главном ланцу, на пример полибутадиен;
- макромолекуларна једињења супституисана халогеном - тефлон;
- полимерни алкохоли, чији је пример поливинил алкохол;
- ИУД засновани на дериватима алкохола, пример је поливинил ацетат;
- једињења изведена из алдехида и кетона, као што је полиакролеин;
- полимери изведени из карбоксилних киселина, од којих је представник полиакрилне киселине;
- супстанце добијене из нитрила (ПАН);
- макромолекуларне материје добијене из ароматичних угљоводоника, на пример полистирена.
Подела по природи хетероатома
Класификација полимера може такође да зависи од природе хетероатома, она укључује неколико група:
- са атомима кисеоника у главном ланцу - једноставни и сложени полиестери и пероксиди;
- једињења са садржајем у главном ланцу атома азота - полиамини и полиамиди;
- супстанце са атомима кисеоника и азота у главном ланцу, на пример, полиуретани;
- ИУД са сумпорним атомима у главном ланцу - полиотиоестери и политетрасулфиди;
- једињења у којима су атоми фосфора присутни у главном ланцу.
Природни полимери
Тренутно је класификација полимера по пореклу, по хемијској природи, која их дели на следећи начин:
- Природни, они се називају и биополимери.
- Вештачке материје велике молекулске тежине.
- Синтетичка једињења.
Природна морнарица је основа живота на Земљи. Најважнији од њих су протеини - „цигле“ живих организама, чији су мономери аминокиселине. Протеини су укључени у све биохемијске реакције тела, без њих имунолошки систем не може да функционише, процеси коагулације крви, формирање коштаног и мишићног ткива, рад на претворби енергије и још много тога. Без нуклеинских киселина није могуће складиштење и пренос наследних информација.
Полисахариди су угљени угљоводоници велике молекуларне масе који заједно са протеинима учествују у метаболизму. Класификација полимера по пореклу омогућава вам да одаберете природне макромолекуларне материје у посебној групи.
Вештачки и синтетички полимери
Вештачки полимери се добијају од природних разним методама хемијске модификације како би им се добила потребна својства. Пример је целулоза из које се добија много пластике. Класификација полимера по пореклу их карактерише као вештачке супстанце. Синтетички ИУД-ови се добијају хемијски користећи реакције полимеризације или поликондензације. Њихова својства, а самим тим и обим, зависе од дужине макромолекуле, односно од молекуларне тежине. Што је већи, то је снажнији материјал. Класификација полимера по пореклу је врло погодна. Примјери то потврђују.
Линеарне макромолекуле
Било која класификација полимера је прилично произвољна и сваки има своје недостатке, јер не може приказати све карактеристике ове групе супстанци. Ипак, помаже да их на неки начин систематизује. Класификација полимера у облику макромолекула приказује их у облику следеће три групе:
- линеарни
- разгранати;
- просторни, који се називају и мрежасти.
Дуги, закривљени или спирално обликовани ланци линеарних ИУД-а дају супстанци нека јединствена својства:
- због појаве интермолекуларних веза формирају јака влакна;
- способни су за велике и дуге, али истовремено и реверзибилне деформације;
- важно својство је њихова флексибилност;
- после растварања ове супстанце формирају растворе са високом вискозношћу.
Разгранати макромолекуле
Разгранати полимери такође имају линеарну структуру, али са многим бочним гранама краћим од главних.У исто време њихова својства се такође мењају:
- растворљивост разгранатих супстанци је већа од линеарне, односно они формирају растворе ниже вискозности;
- с повећањем дужине бочних ланаца, интермолекуларне силе постају слабије, што доводи до повећања мекоће и еластичности материјала;
- што је већи степен разгранавања, то се физичка својства такве супстанце приближавају својствима обичних једињења мале молекулске тежине.
Тродимензионалне макромолекуле
Мрежна макромолекуларна једињења су равна (степеништа и паркети) и тродимензионална. Равна гума укључује природну гуму и графит. У просторним полимерима постоје умрежавајући "мостови" између ланаца, формирајући једну велику тродимензионалну макромолекулу која има изузетну тврдоћу.
Пример су дијаманти или кератини. Мрежна макромолекуларна једињења су основна гума, неке врсте пластике, као и лепкови и лакови.
Термопластика и термосетови
Класификација полимера по пореклу и у погледу грејања има за циљ да карактерише понашање ових материја са температуром. У зависности од процеса који се дешавају током загревања, добијају се различити резултати. Ако међумолекуларна интеракција ослаби, а кинетичка енергија молекула се повећа, твар омекшава, прелазећи у вискозно стање. Када се температура смањи, враћа се у нормално стање - њена хемијска природа остаје непромењена. Такве материје се називају термопластични полимери, на пример полиетилен.
Друга група једињења назива се термоотпорно. Механизам процеса који се одвијају у њима током загревања потпуно је другачији. У присуству двоструких веза или функционалних група, они међусобно делују, мењајући хемијску природу материје. Не може вратити свој првобитни облик након хлађења. Пример су разне смоле.
Метода полимеризације
Друга класификација полимера је према начину припреме. Постоје такви начини да се добије ИУД:
- Полимеризација, која се може одвијати помоћу механизма јонске реакције и слободног радикала.
- Поликондензација
Полимеризација је процес стварања макромолекула секвенцијалним повезивањем мономерних јединица. Обично су супстанце ниске молекуларне тежине са вишеструким везама и цикличним групама. Током реакције, двострука веза или веза у цикличкој групи се прекида и нови се формирају између ових мономера. Ако су мономери исте врсте укључени у реакцију, то се назива хомополимеризација. При коришћењу различитих врста мономера долази до реакције кополимеризације.
Реакција полимеризације је ланчана реакција која се може догодити спонтано, међутим, активне супстанце се користе да се убрзају. Са механизмом слободних радикала процес се одвија у неколико фаза:
- Иницијација. У овој фази, светлошћу, топлотом, хемијским или неким другим врстама утицаја, у систему се формирају активне групе - радикали.
- Раст дужине ланца. Ову фазу карактерише додавање следећих мономера радикалима да би формирали нове радикале.
- Отворени ланац се добија интеракцијом активних група са стварањем неактивних макромолекула.
Немогуће је контролисати тренутак прекида ланца, па се резултирајуће макромолекуле разликују у различитим молекуларним тежинама.
Принцип ионског механизма реакције полимеризације исти је као и слободног радикала. Али овде, катиони и аниони делују као активни центри, па се разликују катионска и анионска полимеризација. У индустрији се најважнији полимери добијају радикалном полимеризацијом: полиетилен, полистирен и многи други. Јон полимеризација се користи у производњи синтетичких гума.
Поликондензација
Процес формирања једињења велике молекулске масе са одвајањем неких супстанци ниске молекуларне масе као споредног производа је поликондензација, која се разликује од полимеризације по томе што елементарни састав добијене макромолекуле не одговара саставу почетних супстанци које су учествовале у реакцији. У њима могу учествовати само једињења са функционалним групама, која, узајамно делујући, цепају молекул једноставне материје и формирају нову везу. Поликондензација бифункционалних једињења производи линеарне полимере. Када су у реакцији укључена полифункционална једињења, формирају се ИУД са разгранатом или чак просторном структуром. Материје мале молекулске тежине које настају током реакције такође делују у интеракцији са интермедијарним производима, изазивајући прекид ланца. Због тога је боље уклонити их из реакционе зоне.
Одређени полимери се не могу добити познатим методама полимеризације или поликондензације, јер нису потребни почетни мономери који би могли да учествују у њима. У овом случају, синтеза полимера се врши уз учешће једињења велике молекулске масе које садрже функционалне групе које су у стању да реагују једна са другом.
Класификација полимера сваким даном постаје све сложенија јер се појављују све више нових врста ових чудесних супстанци са унапред одређеним својствима, а човек више не може замислити свој живот без њих. Међутим, појављује се још један, не мање важан проблем - могућност њиховог лаког и јефтиног збрињавања. Решење овог проблема је веома важно за постојање планете.
