Người ta khó có thể tưởng tượng cuộc sống ngày nay không có polymer - các chất tổng hợp phức tạp được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của con người. Polyme là các hợp chất phân tử cao có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp, bao gồm các monome được kết nối bằng liên kết hóa học. Một monome là một liên kết chuỗi lặp lại có chứa phân tử cha.
Các hợp chất cao phân tử hữu cơ
Do tính chất độc đáo của nó, các hợp chất phân tử cao thay thế thành công các vật liệu tự nhiên như gỗ, kim loại, đá trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống, chinh phục các lĩnh vực ứng dụng mới. Để hệ thống hóa một nhóm các chất như vậy, việc phân loại các polyme theo các tiêu chí khác nhau được thông qua. Chúng bao gồm thành phần, phương thức sản xuất, cấu hình không gian, v.v.
Việc phân loại các polyme theo thành phần hóa học chia chúng thành ba nhóm:
- Các chất cao phân tử hữu cơ.
- Hợp chất tổ chức.
- Các hợp chất cao phân tử vô cơ.
Nhóm lớn nhất được đại diện bởi IUD hữu cơ - nhựa, cao su, dầu thực vật, nghĩa là các sản phẩm của động vật cũng như nguồn gốc thực vật. Các đại phân tử của các chất này trong chuỗi chính cùng với các nguyên tử carbon có các nguyên tử oxy, nitơ và các nguyên tố khác.
Tài sản của họ:
- có khả năng đảo ngược biến dạng, nghĩa là độ đàn hồi ở tải thấp;
- ở nồng độ nhỏ có thể tạo thành dung dịch nhớt;
- thay đổi các đặc tính vật lý và cơ học dưới ảnh hưởng của một lượng thuốc thử tối thiểu;
- với hành động cơ học, định hướng định hướng của các đại phân tử của họ là có thể.
Hợp chất tổ chức
DCTC tổ chức, các đại phân tử có chứa, ngoài các nguyên tử của các nguyên tố vô cơ - silicon, titan, nhôm - và các gốc hydrocarbon hữu cơ, được tạo ra một cách nhân tạo, và trong tự nhiên chúng không có. Việc phân loại các polyme chia chúng, lần lượt, thành ba nhóm.
- Nhóm đầu tiên là các chất trong đó chuỗi chính gồm các nguyên tử của các nguyên tố nhất định được bao quanh bởi các gốc hữu cơ.
- Nhóm thứ hai bao gồm các chất có chuỗi chính chứa các nguyên tử carbon và các nguyên tố xen kẽ như lưu huỳnh, nitơ và các chất khác.
- Nhóm thứ ba bao gồm các chất có xương sống hữu cơ được bao quanh bởi các nhóm cơ quan khác nhau.
Một ví dụ là các hợp chất organosilicon, đặc biệt là silicone, có khả năng chống mòn cao.
Các hợp chất cao phân tử vô cơ trong chuỗi chính chứa các oxit của silic và kim loại - magiê, nhôm hoặc canxi. Họ không có các nhóm nguyên tử hữu cơ bên. Các liên kết trong các chuỗi chính là cộng hóa trị và cộng hóa trị ion, xác định độ bền và khả năng chịu nhiệt cao của chúng. Chúng bao gồm amiăng, gốm sứ, thủy tinh silicat, thạch anh.
Hải quân carbochain và heterochain
Phân loại polyme theo thành phần hóa học của chuỗi polymer chính liên quan đến việc phân chia các chất này thành hai nhóm lớn.
- Carbochain, trong đó chuỗi chính của đại phân tử IUD chỉ bao gồm các nguyên tử carbon.
- Chuỗi dị, trong đó các nguyên tử khác nằm trong chuỗi chính cùng với các nguyên tử carbon, mang lại cho chất này tính chất bổ sung.
Mỗi nhóm lớn này bao gồm các nhóm nhỏ sau đây khác nhau về cấu trúc của chuỗi, số lượng nhóm thế, thành phần của chúng và số nhánh bên:
- các hợp chất có liên kết bão hòa trong chuỗi, ví dụ, polyetylen hoặc polypropylen;
- Các polyme có liên kết không bão hòa trong chuỗi chính, ví dụ polybutadiene;
- các hợp chất cao phân tử thay thế halogen - tanh;
- rượu cao phân tử, một ví dụ trong đó là rượu polyvinyl;
- IUD dựa trên các dẫn xuất của rượu, một ví dụ là polyvinyl acetate;
- các hợp chất có nguồn gốc từ aldehyd và ketone, như polyacrolein;
- Các polyme có nguồn gốc từ axit cacboxylic, trong đó axit polyacrylic là đại diện;
- các chất có nguồn gốc từ nitriles (PAN);
- các chất cao phân tử có nguồn gốc từ hydrocarbon thơm, ví dụ như polystyrene.
Phân chia theo tính chất của dị hợp tử
Việc phân loại các polyme cũng có thể phụ thuộc vào bản chất của các dị thể, nó bao gồm một số nhóm:
- với các nguyên tử oxy trong chuỗi chính - polyesters và peroxit đơn giản và phức tạp;
- các hợp chất có hàm lượng trong chuỗi chính của các nguyên tử nitơ - polyamines và polyamit;
- các chất có nguyên tử oxy và nitơ trong chuỗi chính, ví dụ, polyurethan;
- IUD với các nguyên tử lưu huỳnh trong chuỗi chính - polythioesters và polytetrasulfides;
- các hợp chất trong đó các nguyên tử phốt pho có mặt trong chuỗi chính.
Polyme tự nhiên
Hiện nay, việc phân loại các polyme theo nguồn gốc, theo tính chất hóa học, phân chia chúng như sau:
- Tự nhiên, chúng còn được gọi là biopolyme.
- Các chất nhân tạo có trọng lượng phân tử cao.
- Các hợp chất tổng hợp.
Hải quân tự nhiên là cơ sở của sự sống trên Trái đất. Điều quan trọng nhất trong số này là protein - "viên gạch" của các sinh vật sống, các monome trong đó là các axit amin. Protein tham gia vào tất cả các phản ứng sinh hóa của cơ thể, nếu không có chúng, hệ thống miễn dịch không thể hoạt động, quá trình đông máu, hình thành mô xương và cơ, hoạt động chuyển đổi năng lượng và nhiều hơn nữa. Không có axit nucleic, việc lưu trữ và truyền thông tin di truyền là không thể.
Polysacarit là các hydrocacbon có trọng lượng phân tử cao, cùng với protein, có liên quan đến quá trình trao đổi chất. Phân loại các polyme theo nguồn gốc cho phép bạn chọn các chất cao phân tử tự nhiên trong một nhóm đặc biệt.
Polyme nhân tạo và tổng hợp
Polyme nhân tạo thu được từ tự nhiên bằng nhiều phương pháp biến đổi hóa học để cung cấp cho chúng các tính chất cần thiết. Một ví dụ là cellulose, từ đó thu được nhiều chất dẻo. Việc phân loại các polyme theo nguồn gốc đặc trưng cho chúng như các chất nhân tạo. DCTC tổng hợp thu được về mặt hóa học bằng cách sử dụng phản ứng trùng hợp hoặc polycondensation. Tính chất của chúng, và do đó phạm vi, phụ thuộc vào độ dài của đại phân tử, nghĩa là, dựa trên trọng lượng phân tử. Nó càng lớn, vật liệu thu được càng mạnh. Việc phân loại polymer theo nguồn gốc rất thuận tiện. Các ví dụ xác nhận điều này.
Macromolecules tuyến tính
Bất kỳ phân loại polyme nào cũng khá tùy tiện và mỗi loại đều có nhược điểm riêng, vì nó không thể hiển thị tất cả các đặc tính của nhóm chất này. Tuy nhiên, nó giúp hệ thống hóa chúng theo một cách nào đó. Việc phân loại các polyme ở dạng đại phân tử trình bày chúng dưới dạng ba nhóm sau:
- tuyến tính
- phân nhánh;
- không gian, còn được gọi là lưới.
Các chuỗi IUD tuyến tính dài, cong hoặc xoắn ốc cung cấp cho các chất một số tính chất độc đáo:
- do sự xuất hiện của các liên kết liên phân tử tạo thành các sợi mạnh;
- chúng có khả năng lớn và dài, nhưng đồng thời biến dạng thuận nghịch;
- một tài sản quan trọng là sự linh hoạt của họ;
- khi hòa tan, các chất này tạo thành dung dịch có độ nhớt cao.
Các đại phân tử phân nhánh
Các polyme phân nhánh cũng có cấu trúc tuyến tính, nhưng có nhiều nhánh bên ngắn hơn cấu trúc chính.Đồng thời, tính chất của chúng cũng thay đổi:
- Độ hòa tan của các chất phân nhánh cao hơn tuyến tính, tương ứng, chúng tạo thành các dung dịch có độ nhớt thấp hơn;
- với sự gia tăng chiều dài của chuỗi bên, các lực liên phân tử trở nên yếu hơn, dẫn đến sự gia tăng độ mềm và độ đàn hồi của vật liệu;
- mức độ phân nhánh càng cao, tính chất vật lý của chất đó càng tiếp cận tính chất của các hợp chất trọng lượng phân tử thấp thông thường.
Các đại phân tử ba chiều
Các hợp chất cao phân tử lưới là phẳng (loại cầu thang và sàn gỗ) và ba chiều. Cao su phẳng bao gồm cao su tự nhiên và than chì. Trong các polyme không gian có các cầu nối liên kết chéo giữa các chuỗi, tạo thành một đại phân tử ba chiều lớn, có độ cứng phi thường.
Một ví dụ là kim cương hoặc keratin. Các hợp chất cao phân tử lưới là cơ sở của cao su, một số loại nhựa, cũng như chất kết dính và vecni.
Nhựa nhiệt dẻo và nhiệt
Việc phân loại các polyme theo nguồn gốc và liên quan đến sưởi ấm nhằm đặc trưng cho hành vi của các chất này với nhiệt độ. Tùy thuộc vào các quá trình xảy ra trong quá trình gia nhiệt, thu được các kết quả khác nhau. Nếu tương tác giữa các phân tử suy yếu và động năng của các phân tử tăng lên, thì chất này sẽ mềm đi, trở thành trạng thái nhớt. Khi nhiệt độ giảm, nó trở lại trạng thái bình thường - bản chất hóa học của nó vẫn không thay đổi. Các chất như vậy được gọi là polyme nhiệt dẻo, ví dụ polyetylen.
Một nhóm hợp chất khác được gọi là nhiệt. Cơ chế của các quá trình xảy ra trong chúng trong quá trình gia nhiệt là hoàn toàn khác nhau. Với sự có mặt của liên kết đôi hoặc các nhóm chức, chúng tương tác với nhau, làm thay đổi bản chất hóa học của chất. Nó không thể khôi phục lại hình dạng ban đầu khi làm mát. Một ví dụ là các loại nhựa khác nhau.
Phương pháp trùng hợp
Một phân loại khác của polyme là bằng phương pháp điều chế. Có những cách như vậy để đặt vòng tránh thai:
- Phản ứng trùng hợp, có thể diễn ra bằng cơ chế phản ứng ion và gốc tự do.
- Đa nang
Phản ứng trùng hợp là quá trình hình thành các đại phân tử bằng cách kết nối tuần tự các đơn vị monome. Chúng thường là các chất có trọng lượng phân tử thấp với nhiều liên kết và các nhóm tuần hoàn. Trong quá trình phản ứng, một liên kết đôi hoặc liên kết trong nhóm tuần hoàn bị phá vỡ và liên kết mới hình thành giữa các đơn phân này. Nếu các monome cùng loài có liên quan đến phản ứng, nó được gọi là đồng nhất hóa. Khi sử dụng các loại monome khác nhau, phản ứng đồng trùng hợp xảy ra.
Phản ứng trùng hợp là một phản ứng dây chuyền có thể xảy ra tự phát, tuy nhiên, các hoạt chất được sử dụng để tăng tốc nó. Với cơ chế gốc tự do, quá trình tiến hành theo nhiều giai đoạn:
- Khởi đầu. Ở giai đoạn này, bằng ánh sáng, nhiệt, hóa chất hoặc một số loại ảnh hưởng khác, các nhóm hoạt động - gốc tự do - được hình thành trong hệ thống.
- Chuỗi tăng trưởng chiều dài. Giai đoạn này được đặc trưng bởi việc bổ sung các monome sau vào các gốc để tạo thành các gốc mới.
- Một chuỗi mở có được nhờ sự tương tác của các nhóm hoạt động với sự hình thành các đại phân tử không hoạt động.
Không thể kiểm soát thời điểm chấm dứt chuỗi, và do đó các đại phân tử kết quả khác nhau ở các trọng lượng phân tử khác nhau.
Nguyên lý của cơ chế ion của phản ứng trùng hợp giống như của gốc tự do. Nhưng ở đây, cation và anion đóng vai trò là trung tâm hoạt động, do đó, trùng hợp cation và anion được phân biệt. Trong công nghiệp, các polyme quan trọng nhất thu được bằng cách trùng hợp gốc: polyetylen, polystyren và nhiều loại khác. Phản ứng trùng hợp ion được sử dụng trong sản xuất cao su tổng hợp.
Đa nang
Quá trình hình thành hợp chất có trọng lượng phân tử cao với sự phân tách một số chất có trọng lượng phân tử thấp là sản phẩm phụ là polycondensation, khác với phản ứng trùng hợp ở chỗ thành phần nguyên tố của đại phân tử kết quả không tương ứng với thành phần của các chất ban đầu tham gia phản ứng. Chỉ các hợp chất với các nhóm chức có thể tham gia vào chúng, tương tác, phân tách phân tử của một chất đơn giản và tạo thành một liên kết mới. Polycondensation các hợp chất nhị phân tạo ra các polymer tuyến tính. Khi các hợp chất đa chức năng tham gia vào phản ứng, các DCTC có cấu trúc phân nhánh hoặc thậm chí không gian được hình thành. Các chất có trọng lượng phân tử thấp được hình thành trong quá trình phản ứng cũng tương tác với các sản phẩm trung gian, gây ra sự chấm dứt chuỗi. Do đó, tốt hơn là loại bỏ chúng khỏi vùng phản ứng.
Một số polyme nhất định không thể thu được bằng các phương pháp trùng hợp hoặc polycondens đã biết, vì không có monome bắt đầu có khả năng tham gia vào chúng. Trong trường hợp này, quá trình tổng hợp polymer được thực hiện với sự tham gia của các hợp chất trọng lượng phân tử cao có chứa các nhóm chức có khả năng phản ứng với nhau.
Việc phân loại các polyme đang trở nên phức tạp hơn mỗi ngày, khi ngày càng có nhiều loại mới của các chất tuyệt vời này với các đặc tính được xác định trước xuất hiện, và một người không còn nghĩ về cuộc sống của mình mà không có chúng. Tuy nhiên, một vấn đề khác phát sinh, không kém phần quan trọng - khả năng xử lý dễ dàng và rẻ tiền của họ. Giải pháp cho vấn đề này rất quan trọng đối với sự tồn tại của hành tinh.
