полимеры

Полимер — это вещество или материал, состоящий из макромолекул, которые представляют собой очень большие молекулы, состоящие из нескольких повторяющихся субъединиц. Как синтетические, так и природные полимеры играют важную и преобладающую роль в повседневной жизни благодаря разнообразию их характеристик. От хорошо известных синтетических пластиков, таких как полистирол, до природных биополимеров, таких как ДНК и белки, которые необходимы для биологической структуры и функций, полимеры бывают разных форм и размеров. Различные крошечные молекулы или мономеры полимеризуются для получения полимеров, как природных, так и синтетических.

Давайте теперь узнаем больше о полимерах, их классификации, типах, свойствах, структуре, полимеризации, использовании и многом другом в этой статье!

Что такое полимеры?

A polymer is a molecule made up of numerous small molecules called monomers that are joined together to form a larger molecule. The word “polymer” is made up of two parts: “poly” which means “many,” and “mer” which means “unit.” 

Термин «полимер» относится к неизвестному количеству мономерных звеньев. Когда мономеров много, смесь иногда называют высокополимером. Для образования полимеров не требуются мономеры одинаковой молекулярной массы, формы или химического состава. Один тип мономера составляет некоторые природные полимеры. Однако большинство полимеров, как природных, так и искусственных, состоят из двух или более различных видов мономеров; эти полимеры называются сополимерами.

Классификация полимеров

Полимеры подразделяются на различные типы, основанные на различных категориях. Классификация полимеров представлена в таблице ниже:

Типы полимеров

Полимеры бывают различных типов, как указано выше. Но некоторые основные типы полимеров подробно описаны ниже:

Природные полимеры

Полимеры, полученные естественным путем, известны как природные полимеры. Для создания этих полимеров используется либо аддитивная полимеризация, либо конденсационная полимеризация. Например, ДНК, РНК, коллаген, латекс, целлюлоза, крахмал и т. д.

Синтетические полимеры

Полимеры, произведенные человеком, называются синтетическими полимерами. Мономеры, которые представляют собой повторяющиеся структурные единицы, составляют полимеры. Этен или этилен служит мономерным звеном в полиэтилене, который является одним из самых простых полимеров. Полиэтилен высокой плотности, или HDPE, также является синтетическим полимером.

Структура полимеров

Углеводородная основа составляет большинство полимеров в нашей среде. Из-за четырехвалентной природы углерода углеводородная цепь представляет собой длинную цепь связанных атомов углерода и водорода.

Полимеры углеводородной цепи полипропилен, полибутилен и полистирол являются несколькими примерами. Существуют также полимеры, в которых вместо углерода в основе лежат другие элементы. Например, основная цепь повторяющегося звена в нейлоне состоит из атомов азота.

Характеристики полимеров

В зависимости от использования полимеры могут быть изготовлены в соответствии с желаемыми свойствами и характеристиками. Такие как:

• Эластичность. Как природные, так и синтетические полимеры обладают эластичными свойствами, что делает их полезными для автомобильных шин и т. д.
• Ударопрочность — полимеры могут выдерживать грубое обращение и жесткое использование, поэтому их можно использовать для багажа, защитных чехлов и т. д.
• Прочность на растяжение. Полимеры обладают высокой прочностью на растяжение и поэтому используются для изготовления проводов и т. д.
• Хрупкость – полимеры очень хрупкие, поэтому их можно легко деформировать под воздействием тепла.
• Отражательная способность и прозрачность. Некоторые полимеры могут быть прозрачными и отражающими по своей природе, что лучше всего использовать в качестве отражающей пленки и т. д.

Полимеры и их мономеры

Мономер — это разновидность молекулы, способной образовывать длинные цепочки химических связей с другими молекулами; полимер представляет собой цепь, состоящую из любого количества мономеров. Вот список полимеров с их мономерами.

• Липиды. Здесь полимерами являются диглицериды и триглицериды; мономеры – глицерин и жирные кислоты.
• Пластмассы. В данном случае полимерами являются поливинилхлорид (ПВХ), а мономерами — стирол.
• Белки – В этих полимерах есть полипептиды; мономеры – аминокислоты.
• Нуклеиновые кислоты – полимеры представляют собой ДНК и РНК; мономеры - нуклеотиды.
• Углеводы — здесь полимеры представляют собой полисахариды и дисахариды, а мономеры — моносахариды.

Как производятся полимеры? – Реакции полимеризации

Химическая реакция, связанная с получением полимера, называется реакцией полимеризации .

Способ получения полимеров называется полимеризацией. После обработки эти полимеры используются для создания различных пластиковых изделий. Меньшие молекулы или мономеры химически соединяются с образованием более крупных молекул или макромолекул во время полимеризации. Полимер создается сотнями этих макромолекул, работающих вместе.

Молекулы, из которых состоит мономер, могут быть одинаковыми или обозначать два, три и более различных вещества. Чтобы создать продукт с особыми физическими характеристиками, которые отличают полимеры от веществ, состоящих из более мелких и простых молекул, таких как эластичность, высокая прочность на растяжение или способность образовывать волокна, обычно необходимо объединить не менее 100 молекул мономера; часто тысячи мономерных звеньев включаются в одну молекулу полимера.

Как рассчитать молекулярную массу полимеров?

The total atomic weight of all the molecules that make up a polymer is known as the Molecular Weight of the Polymer.

Полимер состоит из повторяющихся звеньев. Этими повторяющимися звеньями первоначально были молекулы мономера. Полимерные цепи имеют разный вес и длину при первом формировании. Важна способность описывать структуру полимера. Любая характеристика полимера представляет собой либо средневесовую, либо среднечисловую молекулярную массу.

Среднечисленная молекулярная масса ( _Mn )

Среднее число или простое среднее арифметическое представляет собой массу всех молекул, деленную на количество молекул.

Mathematically, this can be calculated as:

where,

• N_i is the average number of molecules, and 
• M_i is the average molecular mass.

Средневзвешенная молекулярная масса (M _w )

Средневзвешенное или простое среднее арифметическое представляет собой массу и молекулярную массу всех молекул, деленную на массу.

Mathematically, this can be calculated as:

Степень полимеризации

Степень полимеризации представляет собой количество мономерных звеньев в полимере. Он определяется как отношение молярной массы полимера к молярной массе мономерного звена и определяется как

DP or p = M / n

where,

• M is the molar mass of the polymer, and 
• n is the molar mass of the monomeric unit.

Использование полимеров

Полимеры имеют широкий спектр применения, например:

• Полипропилен имеет широкий спектр применения, в том числе в производстве пластмасс, текстиля, упаковки, канцелярских товаров и самолетов.
• Полистирол, один из наиболее часто используемых пластиков, часто используется в упаковке. К изделиям из полистирола относятся игрушки, подносы, тарелки, тумбы для телевизоров, бутылки, крышки. Поэтому его также можно использовать в качестве электрического изолятора.
• ПВХ – это полимер, который в основном используется для изготовления канализационных труб. Этот материал также используется для изготовления кабельных изоляторов.
• Поливинилхлорид широко используется в производстве дверей и окон, а также в одежде и мебели.
• Благодаря высокой молекулярной массе этих полимеров карбамидоформальдегидная смола может быть использована для создания самых разнообразных продуктов. Сюда входят продукты, включая клеи, формы, ламинированные листы и другие.

Часто задаваемые вопросы о полимерах

Вопрос 1: Дайте определение вулканизации каучука.

Отвечать:

Natural rubber has a low physical stability due to its strong elasticity. Sulfur at a concentration of 5% promotes the crosslinking of the linear chains, stiffening the rubber for use in tyre applications.

Вопрос 2: Каковы примеры биоразлагаемых полимеров?

Отвечать:

The examples of biodegradable polymers are Poly-β-hydroxybutyrate-co-β-hydroxy valerate (PHBV), Polyglycolic acid (PGA), Polylactic acid (PLA), Poly (ε-caprolactone) (PCL) and Nylon-2-Nylon-6.

Вопрос 3: Что такое инженерные пластмассы?

Отвечать:

The polymers with high-performance synthetic resin, high durability and heat resistance are called the Engineering Plastics. Examples: Silicone, Polycarbonate, ABS, and Polysulfone.

Вопрос 4: Для чего используются полимеры?

Отвечать:

Polymers are used for various purposes like, manufacturing synthetic fibers, disposable crockery, fiberglass, plastic paints, teflon-coated cookware, etc.

Вопрос 5: Напишите некоторые физические свойства полимеров.

Отвечать:

Here are some important physical properties of polymers –

• Both natural and synthetic polymers exhibit elastic properties which make them useful for Car Tyres, etc.
• Polymers can withstand rough handling and harsh usage therefore, would be able to use for luggage, protective cases, etc. 
• Polymers has high tensile Strength and so are used in making wires, etc.
• Polymers are highly brittle, therefore can be deform easily using heat.
• Some Polymers can be see-through and reflective in nature, which can be best use as reflective film, etc.

Статьи по Теме

Polymers of Commercial Importance 

Types of Polymerization 

Step Growth or Condensation Polymerization