Nhiều người quan tâm đến câu hỏi polyme có cấu trúc gì. Câu trả lời cho nó sẽ được đưa ra trong bài viết này. Các thuộc tính polyme (sau đây gọi là - P) thường được chia thành nhiều lớp tùy thuộc vào quy mô mà thuộc tính được xác định, cũng như trên cơ sở vật lý của nó. Chất lượng cơ bản nhất của các chất này là nhận dạng của các monome cấu thành của chúng (M). Tập hợp đặc tính thứ hai, được gọi là cấu trúc vi mô, về cơ bản biểu thị sự sắp xếp của các Ms này trong P theo thang điểm của một Z. Những đặc điểm cấu trúc cơ bản này đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính vật lý của những chất này, cho thấy P hoạt động như thế nào một vật liệu vĩ mô. Các đặc tính hóa học ở kích thước nano mô tả cách các chuỗi tương tác thông qua các lực vật lý khác nhau. Ở quy mô vĩ mô, chúng cho thấy P cơ bản tương tác như thế nào với các hóa chất và dung môi khác.
Sắc
Nhận dạng của các liên kết lặp lại tạo nên chữ P là điểm đầu tiên vàthuộc tính quan trọng nhất. Danh pháp của các chất này thường dựa trên loại gốc monome tạo nên P. Các polyme chỉ chứa một loại đơn vị lặp lại được gọi là homo-P. Đồng thời, Ps chứa hai hoặc nhiều loại đơn vị lặp lại được gọi là đồng trùng hợp. Terpolyme chứa ba loại đơn vị lặp lại.
Polystyrene, chẳng hạn, chỉ bao gồm các gốc styrene M và do đó được phân loại là Homo-P. Mặt khác, etylen vinyl axetat chứa nhiều hơn một loại đơn vị lặp lại và do đó là một chất đồng trùng hợp. Một số Ps sinh học được cấu tạo từ nhiều gốc đơn phân khác nhau nhưng có liên quan về cấu trúc; ví dụ, polynucleotide như DNA được tạo thành từ bốn loại tiểu đơn vị nucleotide.
Một phân tử polyme chứa các tiểu đơn vị có thể ion hóa được gọi là polyelectrolyte hoặc ionomer.
Cấu trúc vi mô
Cấu trúc vi mô của polyme (đôi khi được gọi là cấu hình) có liên quan đến sự sắp xếp vật lý của các gốc M dọc theo chuỗi chính. Đây là những phần tử của cấu trúc P yêu cầu phá vỡ liên kết cộng hóa trị để thay đổi. Cấu trúc có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các đặc tính khác của P. Ví dụ, hai mẫu cao su tự nhiên có thể thể hiện độ bền khác nhau ngay cả khi phân tử của chúng chứa cùng một monome.
Cấu trúc và tính chất của polyme
Điểm này cực kỳ quan trọng cần làm rõ. Một đặc điểm cấu trúc vi mô quan trọng của cấu trúc polyme là kiến trúc và hình dạng của nó, có liên quan đến cáchcác điểm nhánh dẫn đến sự sai lệch so với một chuỗi tuyến tính đơn giản. Phân tử nhánh của chất này bao gồm một chuỗi chính với một hoặc nhiều chuỗi bên hoặc các nhánh nhóm thế. Các loại Ps phân nhánh bao gồm Ps ngôi sao, Ps lược, Ps chải, Ps phân nhánh, Ps bậc thang, và đuôi gai. Ngoài ra còn có các polyme hai chiều bao gồm các đơn vị lặp lại phẳng về mặt cấu trúc liên kết. Nhiều kỹ thuật có thể được sử dụng để tổng hợp vật liệu P với nhiều loại thiết bị khác nhau, chẳng hạn như trùng hợp sống.
Phẩm chất khác
Thành phần và cấu trúc của polyme trong khoa học polyme liên quan đến cách phân nhánh dẫn đến độ lệch khỏi chuỗi P tuyến tính nghiêm ngặt. Sự phân nhánh có thể xảy ra ngẫu nhiên, hoặc các phản ứng có thể được thiết kế để nhắm mục tiêu các kiến trúc cụ thể. Đây là một đặc điểm cấu trúc vi mô quan trọng. Kiến trúc của polyme ảnh hưởng đến nhiều đặc tính vật lý của nó, bao gồm dung dịch và độ nhớt nóng chảy, khả năng hòa tan trong các chế phẩm khác nhau, nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh và kích thước của các cuộn dây P riêng lẻ trong dung dịch. Điều này rất quan trọng để nghiên cứu các thành phần chứa và cấu trúc của polyme.
Phân nhánh
Các nhánh có thể hình thành khi phần cuối đang phát triển của phân tử polyme gắn (a) trở lại với chính nó hoặc (b) với một sợi P khác, cả hai đều thông qua quá trình rút hydro, có thể tạo ra vùng phát triển cho phần giữa dây chuyền.
Hiệu ứng phân nhánh - liên kết chéo hóa học -hình thành liên kết cộng hóa trị giữa các mắc xích. Liên kết chéo có xu hướng tăng Tg và tăng sức mạnh và độ dẻo dai. Trong số các ứng dụng khác, quy trình này được sử dụng để tăng cường cao su trong một quy trình được gọi là lưu hóa, dựa trên liên kết chéo lưu huỳnh. Ví dụ, lốp xe ô tô có độ bền cao và liên kết ngang để giảm rò rỉ không khí và tăng độ bền của chúng. Mặt khác, cao su không được liên kết chéo, điều này cho phép cao su bong ra và tránh làm hỏng giấy. Sự trùng hợp của lưu huỳnh nguyên chất ở nhiệt độ cao hơn cũng giải thích tại sao nó trở nên nhớt hơn ở nhiệt độ cao hơn ở trạng thái nóng chảy.
Lưới
Một phân tử polyme có liên kết chéo cao được gọi là mạng P. Tỷ lệ liên kết chéo trên sợi (C) đủ cao có thể dẫn đến việc hình thành cái gọi là mạng hoặc gel vô hạn, trong đó mỗi nhánh như vậy được liên kết với ít nhất một nhánh khác.
Với sự phát triển không ngừng của quá trình trùng hợp sống, việc tổng hợp các chất này với một kiến trúc cụ thể ngày càng trở nên dễ dàng hơn. Có thể có các kiến trúc như ngôi sao, lược, bàn chải, dendronized, dendrimers và polyme vòng. Các hợp chất hóa học có cấu trúc phức tạp này có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng các hợp chất ban đầu được lựa chọn đặc biệt, hoặc trước tiên bằng cách tổng hợp các chuỗi mạch thẳng trải qua các phản ứng tiếp theo để liên kết với nhau. Ps thắt nút bao gồm nhiều chu kỳ nội phân tửliên kết trong một chuỗi P (PC).
Phân nhánh
Nói chung, mức độ phân nhánh càng cao thì chuỗi polyme càng chặt. Chúng cũng ảnh hưởng đến sự vướng mắc của dây chuyền, khả năng trượt qua nhau, do đó ảnh hưởng đến các tính chất vật lý số lượng lớn. Các chủng chuỗi dài có thể cải thiện độ bền, độ dẻo dai của polyme và nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) do sự gia tăng số lượng liên kết trong hợp chất. Mặt khác, một giá trị ngẫu nhiên và ngắn hạn của Z có thể làm giảm độ bền của vật liệu do vi phạm khả năng của các chuỗi tương tác với nhau hoặc kết tinh, đó là do cấu trúc của các phân tử polyme.
Một ví dụ về ảnh hưởng của sự phân nhánh đối với các tính chất vật lý có thể được tìm thấy trong polyetylen. Polyethylene mật độ cao (HDPE) có mức độ phân nhánh rất thấp, tương đối cứng và được sử dụng trong sản xuất, ví dụ, áo khoác chống đạn. Mặt khác, polyethylene mật độ thấp (LDPE) có một lượng đáng kể các sợi dài và ngắn, tương đối linh hoạt, và được sử dụng trong các ứng dụng như màng nhựa. Cấu trúc hóa học của polyme chỉ hỗ trợ các ứng dụng như vậy.
Dendrimers
Dendrimers là một trường hợp đặc biệt của polyme phân nhánh, trong đó mỗi đơn vị monome cũng là một điểm nhánh. Điều này có xu hướng làm giảm sự vướng mắc và kết tinh của chuỗi liên phân tử. Một kiến trúc liên quan, polyme đuôi gai, không phân nhánh hoàn hảo nhưng có các đặc tính tương tự như các đuôi gaido mức độ phân nhánh cao của chúng.
Mức độ phức tạp của cấu trúc xảy ra trong quá trình trùng hợp có thể phụ thuộc vào chức năng của monome được sử dụng. Ví dụ, trong quá trình trùng hợp gốc tự do của styren, việc bổ sung divinylbenzen, có chức năng 2, sẽ dẫn đến sự hình thành nhánh P.
Polyme kỹ thuật
Polyme được chế tạo bao gồm các vật liệu tự nhiên như cao su, chất tổng hợp, chất dẻo và chất đàn hồi. Chúng là những nguyên liệu thô rất hữu ích vì cấu trúc của chúng có thể được thay đổi và điều chỉnh để sản xuất nguyên liệu:
- với một loạt các đặc tính cơ học;
- với nhiều màu sắc;
- với các đặc tính trong suốt khác nhau.
Cấu trúc phân tử của polyme
Một polyme được tạo thành từ nhiều phân tử đơn giản lặp lại các đơn vị cấu trúc được gọi là monome (M). Một phân tử của chất này có thể bao gồm hàng trăm đến hàng triệu M và có cấu trúc mạch thẳng, mạch nhánh hoặc mạng lưới. Liên kết cộng hóa trị giữ các nguyên tử lại với nhau và liên kết thứ cấp sau đó giữ các nhóm của chuỗi polyme lại với nhau để tạo thành đa nguyên tố. Copolyme là các loại chất này, bao gồm hai hoặc nhiều loại M.
Polyme là một vật liệu hữu cơ và cơ sở của bất kỳ loại chất nào như vậy là một chuỗi các nguyên tử cacbon. Một nguyên tử cacbon có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng của nó. Mỗi electron hóa trị này có thể tạo thành một cộng hóa trịmột liên kết với một nguyên tử cacbon khác hoặc với một nguyên tử nước ngoài. Chìa khóa để hiểu cấu trúc của một polyme là hai nguyên tử cacbon có thể có tối đa ba liên kết chung và vẫn liên kết với các nguyên tử khác. Các nguyên tố thường được tìm thấy trong hợp chất hóa học này và số hóa trị của chúng là: H, F, Cl, Bf và I với 1 electron hóa trị; O và S với 2 electron hóa trị; n với 3 electron hóa trị và C và Si với 4 electron hóa trị.
Ví dụ về polyethylene
Khả năng hình thành chuỗi dài của các phân tử là yếu tố quan trọng để tạo ra polyme. Hãy xem xét vật liệu polyetylen, được tạo ra từ khí etan, C2H6. Khí etan có hai nguyên tử cacbon trong chuỗi, và mỗi nguyên tử có hai điện tử hóa trị bằng một nguyên tử khác. Nếu hai phân tử etan liên kết với nhau, một trong các liên kết cacbon trong mỗi phân tử có thể bị phá vỡ và hai phân tử có thể được nối với nhau bằng liên kết cacbon-cacbon. Sau khi nối hai mét, hai electron hóa trị tự do còn lại ở mỗi đầu của chuỗi để nối các mét hoặc sợi P khác. Quá trình có thể tiếp tục kết nối nhiều mét và polyme với nhau cho đến khi nó bị dừng lại bằng cách bổ sung một chất hóa học khác (chất kết thúc) lấp đầy liên kết có sẵn ở mỗi đầu của phân tử. Đây được gọi là polyme mạch thẳng và là nền tảng cho các hợp chất nhiệt dẻo.
Chuỗi polyme thường được thể hiện dưới dạng hai chiều, nhưng cần lưu ý rằng chúng có cấu trúc polyme ba chiều. Mỗi liên kết ở một góc từ 109 ° đếntiếp theo, và do đó xương sống carbon chạy xuyên không gian giống như một chuỗi xoắn của TinkerToys. Khi đặt điện áp vào, các chuỗi này giãn ra và độ giãn dài P có thể lớn hơn hàng nghìn lần so với trong cấu trúc tinh thể. Đây là các đặc điểm cấu trúc của polyme.
