Polimer - Polymer

Wygląd rzeczywistych liniowych łańcuchów polimerowych zarejestrowany za pomocą mikroskopu sił atomowych na powierzchni w ciekłym ośrodku. Długość konturu łańcucha dla tego polimeru wynosi ~204 nm; grubość wynosi ~0,4 nm.
Definicja IUPAC

Polimer to substancja składająca się z makrocząsteczek. Makrocząsteczka to cząsteczka o dużej względnej masie cząsteczkowej, której struktura zasadniczo obejmuje wielokrotne powtarzanie jednostek pochodzących, faktycznie lub koncepcyjnie, z cząsteczek o małej względnej masie cząsteczkowej.

Polimer ( / p ɒ l ɪ m ər / , grecki poli „wiele” + mer , „część”), to substancja lub materiał składający się z bardzo dużymi cząsteczkami lub makrocząsteczkami , składa się z wielu powtarzających się podjednostek . Ze względu na szerokie spektrum właściwości, zarówno syntetyczne, jak i naturalne polimery odgrywają istotną i wszechobecną rolę w życiu codziennym. Polimery obejmują zarówno znane syntetyczne tworzywa sztuczne, takie jak polistyren, jak i naturalne biopolimery, takie jak DNA i białka, które mają fundamentalne znaczenie dla struktury i funkcji biologicznej. Polimery, zarówno naturalne, jak i syntetyczne, powstają poprzez polimeryzację wielu małych cząsteczek, zwanych monomerami . Ich w konsekwencji duża masa cząsteczkowa w stosunku do związków o małych cząsteczkach daje unikalne właściwości fizyczne, w tym wytrzymałość , wysoką elastyczność , lepkosprężystość i tendencję do tworzenia struktur amorficznych i semikrystalicznych , a nie kryształów .

Termin „polimer” pochodzi od greckiego słowa πολύς ( polus , oznaczającego „wiele, dużo”) i μέρος ( meros , oznaczającego „część”) i odnosi się do dużych cząsteczek, których struktura składa się z wielu powtarzających się jednostek, z których pochodzi charakterystyka wysokiej względnej masy cząsteczkowej i towarzyszących jej właściwości. Jednostki tworzące polimery wywodzą się, faktycznie lub koncepcyjnie, z cząsteczek o niskiej względnej masie cząsteczkowej. Termin ten został ukuty w 1833 roku przez Jönsa Jacoba Berzeliusa , choć z definicją odmienną od współczesnej definicji IUPAC . Nowoczesna koncepcja polimerów jako kowalencyjnie związanych struktur makromolekularnych została zaproponowana w 1920 roku przez Hermanna Staudingera , który spędził następną dekadę na poszukiwaniu dowodów doświadczalnych dla tej hipotezy.

Polimery są badane w dziedzinie chemii polimerów (która obejmuje polimerową chemię i polimeru fizyki ), biofizyki i Inżynierii Materiałowej . Historycznie rzecz biorąc, produkty powstające z połączenia powtarzających się jednostek kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi były głównym przedmiotem zainteresowania nauki o polimerach . Powstający ważny obszar koncentruje się obecnie na polimerach supramolekularnych utworzonych przez wiązania niekowalencyjne. Poliizopren z lateksu kauczuku jest przykładem polimeru naturalnego i polistyrenu od styropianu jest przykładem polimeru syntetycznego. W kontekście biologicznym zasadniczo wszystkie makrocząsteczki biologiczne — tj. białka (poliamidy), kwasy nukleinowe (polinukleotydy) i polisacharydy — są czysto polimerowe lub składają się w dużej części ze składników polimerowych.

Schemat kreskówki cząsteczek polimeru

Typowe przykłady

Struktura łańcucha styrenowo-butadienowego na podstawie symulacji molekularnej.

Polimery są dwojakiego rodzaju: naturalnie występujące i syntetyczne lub wytworzone przez człowieka .

Naturalny

Naturalne materiały polimerowe, takie jak konopie , szelak , bursztyn , wełna , jedwab i naturalna guma są używane od wieków . Istnieje wiele innych naturalnych polimerów, takich jak celuloza , która jest głównym składnikiem drewna i papieru.

Syntetyczny

Listę polimerów syntetycznych , z grubsza, w celu zapotrzebowania na świecie, obejmuje polietylen , polipropylen , polistyren , polichlorek winylu , gumy syntetyczne , żywice fenolowo-formaldehydowe (lub bakelit ), neopren , nylon , poliakrylonitrylu , PVB , silikon i inne. Ponad 330 milionów ton tych polimerów jest produkowanych każdego roku (2015).

Najczęściej połączony w sposób ciągły szkielet polimeru stosowanego do wytwarzania tworzyw sztucznych składa się głównie z atomów węgla. Prostym przykładem jest polietylen ('polythene' w brytyjskim angielskim), którego jednostką powtarzalną lub monomerem jest etylen . Istnieje wiele innych struktur; na przykład elementy takie jak silikon tworzą znane materiały, takie jak silikony, na przykład Silly Putty i wodoodporny uszczelniacz hydrauliczny. Tlen jest również powszechnie obecny w szkieletach polimerowych, takich jak glikol polietylenowy , polisacharydy (w wiązaniach glikozydowych ) i DNA (w wiązaniach fosfodiestrowych ).

Historia

Polimery są podstawowymi składnikami towarów od początków ludzkości. Użycie wełny ( keratyny ), bawełny i włókien lnianych ( celuloza ) do produkcji odzieży, trzciny papierniczej ( celulozy ) do produkcji papieru to tylko kilka przykładów tego, jak nasi przodkowie wykorzystywali surowce zawierające polimery do pozyskiwania artefaktów. Lateksowy sok z drzew kauczukowych ( kauczuk naturalny ) dotarł do Europy w XVI wieku z Ameryki Południowej długo po tym, jak Olmekowie , Majowie i Aztekowie zaczęli używać go jako materiału do produkcji piłek, wodoodpornych tekstyliów i pojemników.

Chemiczne manipulacje polimerami sięgają XIX wieku, chociaż w tamtym czasie natura tych gatunków nie była rozumiana. Zachowanie polimerów zostało początkowo zracjonalizowane zgodnie z teorią zaproponowaną przez Thomasa Grahama, który uważał je za koloidalne agregaty małych cząsteczek utrzymywanych razem nieznanymi siłami.

Pomimo braku wiedzy teoretycznej, natychmiast dostrzeżono potencjał polimerów w dostarczaniu innowacyjnych, przystępnych i tanich materiałów. Prace prowadzone przez Braconnota , Parkesa , Ludersdorfa, Hayarda i wielu innych nad modyfikacją naturalnych polimerów doprowadziły do ​​wielu znaczących postępów w tej dziedzinie. Ich wkład doprowadził do odkrycia materiałów, takich jak celuloid , galalit , parkezyna , sztuczny jedwab , wulkanizowana guma, a później bakelit : wszystkie materiały, które szybko weszły do ​​przemysłowych procesów produkcyjnych i dotarły do ​​gospodarstw domowych jako elementy odzieży ( np. tkaniny, guziki), naczynia i elementy dekoracyjne.

W 1920 roku Hermann Staudinger opublikował swoją przełomową pracę „Über Polymerisation”, w której zaproponował, że polimery są w rzeczywistości długimi łańcuchami atomów połączonymi wiązaniami kowalencyjnymi. Jego praca była długo dyskutowana, ale ostatecznie została zaakceptowana przez społeczność naukową. Dzięki tej pracy Staudinger otrzymał w 1953 roku Nagrodę Nobla.

Po latach 30. XX wieku polimery weszły w złoty wiek, w którym odkryto nowe typy i szybko otrzymały komercyjne zastosowania, zastępując materiały pochodzenia naturalnego. Rozwój ten był napędzany przez sektor przemysłowy o silnym napędzie ekonomicznym i był wspierany przez szeroką społeczność akademicką, która przyczyniła się do innowacyjnej syntezy monomerów z tańszych surowców, bardziej wydajnych procesów polimeryzacji, ulepszonych technik charakteryzacji polimerów i zaawansowanego zrozumienia teoretycznego polimerów .

Od 1953 r. przyznano sześć nagród Nobla w dziedzinie nauk o polimerach, z wyłączeniem tych za badania nad makrocząsteczkami biologicznymi . To dodatkowo świadczy o jego wpływie na współczesną naukę i technologię. Jak podsumował to Lord Todd w 1980 roku, „skłonny jestem sądzić, że rozwój polimeryzacji jest prawdopodobnie największą rzeczą, jaką zrobiła chemia, gdzie wywarła największy wpływ na codzienne życie”.

Synteza

Klasyfikacja reakcji polimeryzacji

Polimeryzacja to proces łączenia wielu małych cząsteczek zwanych monomerami w kowalencyjnie związany łańcuch lub sieć. Podczas procesu polimeryzacji niektóre grupy chemiczne mogą zostać utracone z każdego monomeru. Dzieje się tak w polimeryzacji poliestru PET . Monomery kwasu tereftalowego (HOOC-C 6 H 4 -COOH) i glikolu etylenowego (HO-CH 2 -CH 2 -OH), lecz jednostka powtarzalna jest -OC-C 6 H 4 -COO-CH 2 -CH 2 - O—, co odpowiada połączeniu dwóch monomerów z utratą dwóch cząsteczek wody. Odrębny kawałek każdego monomeru, który jest włączony do polimeru, jest znany jako jednostka powtarzalna lub pozostałość monomeru.

Metody syntetyczne są ogólnie podzielone na dwie kategorie, polimeryzację stopniową i polimeryzację łańcuchową . Zasadnicza różnica między nimi polega na tym, że w polimeryzacji łańcuchowej monomery są dodawane do łańcucha tylko pojedynczo, tak jak w polistyrenie , podczas gdy w polimeryzacji stopniowej łańcuchy monomerów mogą łączyć się ze sobą bezpośrednio, na przykład w poliestrze . Polimeryzację stopniową można podzielić na polikondensację , w której na każdym etapie reakcji powstaje produkt uboczny o niskiej masie cząsteczkowej, oraz poliaddycję .

Przykład polimeryzacji łańcuchowej: Rodnikowa polimeryzacja styrenu, R. jest rodnikiem inicjującym, P. jest innym rodnikiem łańcucha polimeru kończącym utworzony łańcuch przez rekombinację rodników

Nowsze metody, takie jak polimeryzacja plazmowa , nie pasują do żadnej kategorii. Reakcje polimeryzacji syntetycznej można prowadzić z katalizatorem lub bez . Laboratoryjna synteza biopolimerów, zwłaszcza białek , jest obszarem intensywnych badań.

Synteza biologiczna

Mikrostruktura części biopolimeru podwójnej helisy DNA

Istnieją trzy główne klasy biopolimerów: polisacharydy , polipeptydy i polinukleotydy . W żywych komórkach mogą być syntetyzowane w procesach enzymatycznych, takich jak tworzenie DNA katalizowane przez polimerazę DNA . Syntezy białek obejmuje wiele procesów enzymatycznych pośredniczy do transkrypcji informację genetyczną z DNA na RNA , a następnie przekłada te informacje do syntezy określonego białka z aminokwasami . Białko może być dalej modyfikowane po translacji w celu zapewnienia odpowiedniej struktury i funkcjonowania. Istnieją inne biopolimery, takie jak guma , suberyna , melanina i lignina .

Modyfikacja polimerów naturalnych

Naturalnie występujące polimery, takie jak bawełna, skrobia i guma, były znanymi materiałami przez lata, zanim na rynku pojawiły się polimery syntetyczne, takie jak polietylen i pleksiglas . Wiele polimerów ważnych z handlowego punktu widzenia jest syntetyzowanych przez chemiczną modyfikację naturalnie występujących polimerów. Znaczące przykłady obejmują reakcję kwasu azotowego i celulozy z wytworzeniem nitrocelulozy oraz tworzenie wulkanizowanej gumy przez ogrzewanie naturalnej gumy w obecności siarki . Sposoby modyfikowania polimerów obejmują utlenianie , sieciowanie i zamykanie .


Struktura

Strukturę materiału polimerowego można opisać w różnych skalach długości, od subnm do skali makroskopowej. W rzeczywistości istnieje hierarchia struktur, w której każdy etap stanowi fundament następnego. Punktem wyjścia do opisu struktury polimeru jest tożsamość jego monomerów składowych. Następnie mikrostruktura zasadniczo opisuje rozmieszczenie tych monomerów w polimerze w skali pojedynczego łańcucha. Mikrostruktura determinuje możliwość tworzenia przez polimer faz o różnych układach, na przykład poprzez krystalizację , przejście szkliste lub separację mikrofaz . Cechy te odgrywają główną rolę w określaniu właściwości fizycznych i chemicznych polimeru.

Monomery i jednostki powtarzalne

Tożsamość powtarzających się jednostek (reszt monomerowych, znanych również jako „mery”) zawierających polimer jest jego pierwszą i najważniejszą cechą. Nomenklatura polimerów jest generalnie oparta na typie reszt monomerowych zawartych w polimerze. Polimer, który zawiera tylko jeden rodzaj jednostek powtarzalnych jest znany jako homopolimer , podczas gdy polimer zawierający dwa lub więcej rodzajów jednostek powtarzalnych jest znany jako kopolimer . Terpolimer jest kopolimer, który składa się z trzech typów jednostek powtarzalnych.

Polistyren składa się wyłącznie z powtarzających się jednostek na bazie styrenu i jest klasyfikowany jako homopolimer. Politereftalan etylenu , mimo że jest wytwarzany z dwóch różnych monomerów ( glikolu etylenowego i kwasu tereftalowego ), jest zwykle uważany za homopolimer, ponieważ tworzy się tylko jeden typ jednostki powtarzalnej. Octan etylenowo-winylowy zawiera więcej niż jedną odmianę powtarzających się jednostek i jest kopolimerem. Niektóre polimery biologiczne składają się z wielu różnych, ale strukturalnie powiązanych reszt monomerowych; na przykład polinukleotydy, takie jak DNA, składają się z czterech typów podjednostek nukleotydowych .

Homopolimery i kopolimery (przykłady)
Szkielet z polistyrenu.svg
Poli(dimetylosiloksan).svg
PET.svg
Styrol-Butadien-Kautschuk.svg
Polistyren homopolimerowy Homopolimer polidimetylosiloksan , silikon . Główny łańcuch tworzą atomy krzemu i tlenu. Homopolimer politereftalan etylenu ma tylko jedną jednostkę powtarzalną . Kopolimerowy kauczuk butadienowo-styrenowy : Powtarzające się jednostki oparte na styrenie i 1,3-butadienze tworzą dwie powtarzające się jednostki, które mogą zmieniać się w dowolnej kolejności w makrocząsteczce, dzięki czemu polimer jest kopolimerem bezładnym.

Polimer zawierający podjednostki ulegające jonizacji (np. boczne grupy karboksylowe ) jest znany jako polielektrolit lub jonomer , gdy frakcja jednostek podatnych na jonizację jest odpowiednio duża lub mała.

Mikrostruktura

Mikrostruktura polimeru (czasami nazywana konfiguracją) odnosi się do fizycznego rozmieszczenia reszt monomeru wzdłuż szkieletu łańcucha. Są to elementy struktury polimeru, które w celu zmiany wymagają zerwania wiązania kowalencyjnego. W zależności od monomerów i warunków reakcji można wytwarzać różne struktury polimerowe: Polimer może składać się z liniowych makrocząsteczek zawierających tylko jeden nierozgałęziony łańcuch. W przypadku nierozgałęzionego polietylenu łańcuch ten jest n- alkanem o długim łańcuchu . Istnieją również rozgałęzione makrocząsteczki z łańcuchem głównym i łańcuchami bocznymi, w przypadku polietylenu łańcuchami bocznymi byłyby grupy alkilowe . W szczególności nierozgałęzione makrocząsteczki mogą znajdować się w półkrystalicznych, krystalicznych odcinkach łańcucha w stanie stałym, zaznaczonych na czerwono na poniższym rysunku.

Podczas gdy rozgałęzione i nierozgałęzione polimery są zwykle tworzywami termoplastycznymi, wiele elastomerów ma usieciowanie o szerokich oczkach między „głównymi łańcuchami”. Z drugiej strony sieciowanie o małych oczkach prowadzi do duroplastów . Poprzeczki i rozgałęzienia są pokazane na rysunkach jako czerwone kropki. Silnie rozgałęzione polimery są bezpostaciowe, a cząsteczki w ciele stałym oddziałują losowo.

Polymerstruktur-linear.svg
liniowa, nierozgałęziona makrocząsteczka
Polimerstruktur-verzweigt.svg
makrocząsteczka rozgałęziona
Polimerstruktur-teilkristallin.svg
półkrystaliczna struktura nierozgałęzionego polimeru
Polimerstruktur-weitmaschig vernetzt.svg
polimer lekko usieciowany ( elastomer )
Polimerstruktur-engmaschig vernetzt.svg
polimer silnie usieciowany ( termoutwardzalny )

Architektura polimerowa

Punkt rozgałęzienia w polimerze

Ważną cechą mikrostrukturalną polimeru jest jego architektura i kształt, który odnosi się do sposobu, w jaki punkty rozgałęzienia prowadzą do odchylenia od prostego łańcucha liniowego. Rozgałęziony polimer cząsteczka składa się z głównego łańcucha z jednym lub więcej podstawników łańcuchów bocznych lub gałęzi. Rodzaje polimerów obejmują rozgałęzionych polimerów gwiaździstych , polimery grzebieniowe , polimerowe szczotki , dendronized polimery , polimery drabiny i dendrymery . Istnieją również dwuwymiarowe polimery (2DP), które składają się z topologicznie płaskich powtarzalnych jednostek. Architektura polimeru wpływa na wiele jego właściwości fizycznych, w tym lepkość roztworu, lepkość stopu, rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach, temperaturę zeszklenia i wielkość pojedynczych zwojów polimeru w roztworze. Do syntezy materiału polimerowego o różnych architekturach można zastosować różne techniki, na przykład polimeryzację żywą .

Długość łańcucha

Powszechnym sposobem wyrażania długości łańcucha jest stopień polimeryzacji , który określa ilość monomerów włączonych do łańcucha. Podobnie jak w przypadku innych cząsteczek, wielkość polimeru może być również wyrażona w postaci masy cząsteczkowej . Ponieważ techniki polimeryzacji syntetycznej zazwyczaj dają statystyczny rozkład długości łańcuchów, masa cząsteczkowa jest wyrażona jako średnie ważone. Liczbowo średnia masa cząsteczkowa ( M n ), a wagowo średnia masa cząsteczkowa ( M w ) są najczęściej zgłaszanym. Stosunek tych dwóch wartości ( M w / M n ) jest polidyspersyjnością ( © ), który jest powszechnie stosowany w celu określenia szerokości rozkładu masy cząsteczkowej.

Właściwości fizyczne polimeru silnie zależą od długości (lub równoważnie masy cząsteczkowej) łańcucha polimeru. Jednym z ważnych przykładów fizycznych konsekwencji masy cząsteczkowej jest skalowanie lepkości (odporność na płynięcie) w stopie. Wpływ wagowo średniej masy cząsteczkowej ( ) na lepkość stopu ( ) zależy od tego, czy polimer znajduje się powyżej czy poniżej początku splątania . Poniżej masy cząsteczkowej splątania , natomiast powyżej masy cząsteczkowej splątania , . W tym ostatnim przypadku 10-krotne zwiększenie długości łańcucha polimeru zwiększyłoby lepkość ponad 1000 razy. Co więcej, zwiększenie długości łańcucha prowadzi do zmniejszenia ruchliwości łańcucha, zwiększenia wytrzymałości i wiązkości oraz zwiększenia temperatury zeszklenia ( Tg ). Wynika to ze wzrostu interakcji łańcuchowych, takich jak przyciąganie van der Waalsa i splątanie, które towarzyszą zwiększonej długości łańcucha. Te interakcje mają tendencję do mocniejszego mocowania poszczególnych łańcuchów w położeniu i są odporne na odkształcenia i rozpad matrycy, zarówno przy wyższych naprężeniach, jak i wyższych temperaturach.

Układ monomerów w kopolimerach

Kopolimery są klasyfikowane jako kopolimery statystyczne, kopolimery naprzemienne, kopolimery blokowe, kopolimery szczepione lub kopolimery gradientowe. Na schematycznym rysunku poniżej i symbolizują dwie powtarzające się jednostki .

Kopolimer statystyczny
kopolimer losowy
Gradientkopolimer
kopolimer gradientowy
Pfropfkopolimer
kopolimer szczepiony
Kopolimer Alternierendes
naprzemienny kopolimer
Kopolimer blokowy
kopolimer blokowy
  • Kopolimery naprzemienne posiadają dwie regularnie naprzemienne reszty monomeru: {{nie literówka[AB] n }}. Przykładem jest równomolowy kopolimer styrenu i bezwodnika maleinowego wytworzony przez rodnikową polimeryzację ze wzrostem łańcucha. Kopolimer stopniowego wzrostu, taki jak nylon 66, może być również uważany za ściśle naprzemienny kopolimer reszt diaminowych i dikwasowych, ale jest często opisywany jako homopolimer z resztą dimeryczną jednej aminy i jednego kwasu jako jednostki powtarzalnej.
  • Kopolimery okresowe zawierają więcej niż dwa rodzaje jednostek monomerowych w regularnej kolejności.
  • Kopolimery statystyczne mają reszty monomerów ułożone zgodnie z regułą statystyczną. Kopolimer statystyczny, w którym prawdopodobieństwo znalezienia określonego typu reszty monomeru w określonym punkcie łańcucha jest niezależne od typów otaczających reszt monomeru, można określić jako prawdziwie losowy kopolimer . Na przykład, kopolimer wzrostu łańcuchowego chlorku winylu i octanu winylu jest losowy.
  • Kopolimery blokowe mają długie sekwencje różnych jednostek monomerowych. Polimery z dwoma lub trzema blokami dwóch różnych związków chemicznych (np. A i B) nazywane są odpowiednio kopolimerami dwublokowymi i kopolimerami trójblokowymi. Polimery z trzema blokami, każdy z różnych rodzajów substancji chemicznych (np. A, B i C) są nazywane terpolimerami trójblokowymi.
  • Szczepione lub szczepione kopolimery zawierają boczne łańcuchy lub rozgałęzienia, których powtarzające się jednostki mają inny skład lub konfigurację niż główny łańcuch. Rozgałęzienia dodaje się do wstępnie uformowanej makrocząsteczki łańcucha głównego.

Monomery w kopolimerze mogą być organizowane wzdłuż szkieletu na różne sposoby. Kopolimer zawierający kontrolowany układ monomerów nazywany jest polimerem o kontrolowanej sekwencji . Kopolimery naprzemienne, okresowe i blokowe są prostymi przykładami polimerów kontrolowanych sekwencyjnie .

Taktyka

Taktyczność opisuje względną stereochemię o chiralnych centrach w sąsiednich jednostek strukturalnych w makrocząsteczki. Istnieją trzy rodzaje taktyki: izotaktyczna (wszystkie podstawniki po tej samej stronie), ataktyczna (losowe rozmieszczenie podstawników) i syndiotaktyczna (naprzemienne rozmieszczenie podstawników).

Izotaktyczny-A-2D-szkielet.png
izotaktyczny
Syndiotactic-2D-skeletal.png
syndiotaktyczny
Ataktyka-2D-szkielet.png
ataktyczny (tj. losowy)

Morfologia

Morfologia polimeru ogólnie opisuje uporządkowanie i uporządkowanie w mikroskali łańcuchów polimerowych w przestrzeni. Makroskopowe właściwości fizyczne polimeru są związane z interakcjami między łańcuchami polimeru.

Statistischer Kneul.svg
Polimer zorientowany losowo
Verhakungen.svg
Łączenie kilku polimerów
  • Polimery nieuporządkowane: W stanie stałym polimery ataktyczne, polimery o wysokim stopniu rozgałęzienia i kopolimery bezładne tworzą struktury amorficzne (tj. struktury szkliste). W stanie stopionym i rozpuszczonym polimery mają tendencję do tworzenia stale zmieniającego się „klastra statystycznego”, patrz model swobodnie połączonych łańcuchów . W stanie stałym następuje zamrożenie odpowiednich konformacji cząsteczek. Zahaczanie i splątanie cząsteczek łańcucha prowadzi do „mechanicznego wiązania” między łańcuchami. Międzycząsteczkowe i wewnątrzcząsteczkowe siły przyciągania występują tylko w miejscach, w których segmenty cząsteczek są wystarczająco blisko siebie. Nieregularne struktury cząsteczek zapobiegają węższemu ułożeniu.
Polietylen-xtal-view-down-axis-3D-balls-perspective.png
polietylen: zygzakowata konformacja cząsteczek w ściśle upakowanych łańcuchach
Lamellen.svg
lamela z cząsteczkami wiążącymi
Spherulite2de.svg
sferulit
Helix-Polipropylen.svg
spirala polipropylenowa
P-Aramid H-Brücken.svg
p -Aramid , czerwona kropkowana: wiązania wodorowe
  • Polimery liniowe o budowie okresowej, niskim rozgałęzieniu i stereoregularności (np. nieataktyczne) mają w stanie stałym strukturę półkrystaliczną . W prostych polimerach (takich jak polietylen) łańcuchy występują w krysztale w konformacji zygzakowatej. Kilka konformacji zygzakowatych tworzy gęste paczki łańcuchowe, zwane krystalitami lub blaszkami. Lamele są znacznie cieńsze niż długie polimery (często około 10 nm). Powstają przez mniej lub bardziej regularne fałdowanie jednego lub więcej łańcuchów molekularnych. Pomiędzy blaszkami istnieją struktury amorficzne. Poszczególne cząsteczki mogą prowadzić do splątania między blaszkami, a także mogą brać udział w tworzeniu dwóch (lub więcej) lameli (łańcuchów niż zwane cząsteczkami wiążącymi). Kilka lameli tworzy nadbudowę, sferolit , często o średnicy w zakresie od 0,05 do 1 mm.
Rodzaj i rozmieszczenie (funkcjonalnych) reszt powtarzających się jednostek wpływa lub determinuje krystaliczność i siłę drugorzędowych wiązań walencyjnych. W izotaktycznym polipropylenie cząsteczki tworzą helisę. Podobnie jak konformacja zygzakowata, takie helisy umożliwiają gęste upakowanie łańcucha. Szczególnie silne oddziaływania międzycząsteczkowe występują, gdy reszty powtarzających się jednostek pozwalają na tworzenie wiązań wodorowych , tak jak w przypadku p- aramidu . Tworzenie silnych asocjacji wewnątrzcząsteczkowych może dawać różne stany złożone pojedynczych łańcuchów liniowych o różnej topologii obwodu . Krystaliczność i nadbudowa są zawsze zależne od warunków ich powstawania, patrz też: krystalizacja polimerów . W porównaniu ze strukturami amorficznymi, struktury semikrystaliczne prowadzą do większej sztywności, gęstości, temperatury topnienia i większej odporności polimeru.
  • Polimery usieciowane: polimery usieciowane o szerokich oczkach są elastomerami i nie mogą być stopione (w przeciwieństwie do tworzyw termoplastycznych ); ogrzewanie usieciowanych polimerów prowadzi jedynie do rozkładu . Z drugiej strony elastomery termoplastyczne są odwracalnie „sieciowane fizycznie” i mogą być stopione. Kopolimery blokowe, w których twardy segment polimeru ma tendencję do krystalizacji, a miękki ma strukturę amorficzną, to jeden z rodzajów elastomerów termoplastycznych: twarde segmenty zapewniają usieciowanie fizyczne o dużych oczkach.
Polimerstruktur-weitmaschig vernetzt.svg
polimer usieciowany o szerokich oczkach (elastomer)
Polimerstruktur-weitmaschig vernetzt-gestreckt.svg

polimer usieciowany o szerokich oczkach (elastomer) pod naprężeniem rozciągającym
Polimerstruktur-TPE-teilkristallin.svg
krystality jako „miejsca sieciowania”: jeden rodzaj termoplastycznego elastomeru
Polimerstruktur-TPE-teilkristallin gestreckt.svg

półkrystaliczny elastomer termoplastyczny pod naprężeniem rozciągającym

Krystaliczność

W odniesieniu do polimerów termin „ krystaliczny” ma nieco niejednoznaczne zastosowanie. W niektórych przypadkach termin krystaliczny znajduje zastosowanie identyczne jak w konwencjonalnej krystalografii . Na przykład, strukturę krystalicznego białka lub polinukleotydu, takiego jak próbka przygotowana do krystalografii rentgenowskiej , można zdefiniować w kategoriach konwencjonalnej komórki elementarnej złożonej z jednej lub więcej cząsteczek polimeru o wymiarach komórki setek angstremów lub więcej. Syntetyczny polimer można luźno opisać jako krystaliczny, jeśli zawiera regiony o trójwymiarowym uporządkowaniu w atomowych (zamiast makrocząsteczkowych) skalach długości, zwykle wynikające z wewnątrzcząsteczkowego fałdowania lub układania sąsiednich łańcuchów. Polimery syntetyczne mogą składać się zarówno z obszarów krystalicznych, jak i amorficznych; stopień krystaliczności można wyrazić jako ułamek wagowy lub ułamek objętościowy materiału krystalicznego. Niewiele polimerów syntetycznych jest całkowicie krystalicznych. Krystaliczność polimerów charakteryzuje się stopniem krystaliczności w zakresie od zera dla polimeru całkowicie niekrystalicznego do jednego dla teoretycznego polimeru całkowicie krystalicznego. Polimery z obszarami mikrokrystalicznymi są na ogół twardsze (mogą być bardziej zginane bez pękania) i bardziej odporne na uderzenia niż polimery całkowicie amorficzne. Polimery o stopniu krystaliczności zbliżonym do zera lub jeden będą miały tendencję do bycia przezroczystymi, podczas gdy polimery o pośrednich stopniach krystaliczności będą miały tendencję do nieprzezroczystości z powodu rozpraszania światła przez obszary krystaliczne lub szkliste. W przypadku wielu polimerów zmniejszona krystaliczność może być również powiązana ze zwiększoną przezroczystością.

Konformacja łańcucha

Przestrzeń zajmowana przez cząsteczkę polimeru jest ogólnie wyrażana w postaci promienia bezwładności , który jest średnią odległością od środka masy łańcucha do samego łańcucha. Alternatywnie może być wyrażona jako objętość przenikająca , która jest objętością , którą obejmuje łańcuch polimeru i skaluje się z sześcianem o promieniu bezwładności. Najprostszymi modelami teoretycznymi polimerów w stanie stopionym, amorficznym są łańcuchy idealne .

Nieruchomości

Właściwości polimerów zależą od ich struktury i są one podzielone na klasy ze względu na ich podłoże fizyczne. Wiele właściwości fizycznych i chemicznych opisuje zachowanie polimeru jako ciągłego materiału makroskopowego. Są one klasyfikowane jako właściwości objętościowe lub właściwości intensywne według termodynamiki .

Właściwości mechaniczne

Próbka polietylenu z szyjką pod naprężeniem.

Właściwości objętościowe polimeru są najczęściej interesujące dla użytkownika końcowego. Są to właściwości, które decydują o tym, jak faktycznie zachowuje się polimer w skali makroskopowej.

Wytrzymałość na rozciąganie

Wytrzymałość na rozciąganie materiału wylicza ile stres wydłużenie materiału przetrwa przed porażką. Jest to bardzo ważne w zastosowaniach, które opierają się na fizycznej wytrzymałości lub trwałości polimeru. Na przykład gumowa opaska o wyższej wytrzymałości na rozciąganie utrzyma większą wagę przed zerwaniem. Ogólnie wytrzymałość na rozciąganie wzrasta wraz z długością łańcucha polimeru i usieciowaniem łańcuchów polimeru.

Moduł sprężystości Younga

Moduł Younga określa ilościowo elastyczność polimeru. Definiuje się, dla małych odkształceń , jako stosunek szybkości zmiany naprężenia do odkształcenia. Podobnie jak wytrzymałość na rozciąganie, jest to bardzo istotne w zastosowaniach polimerów obejmujących fizyczne właściwości polimerów, takich jak gumki. Moduł jest silnie zależny od temperatury. Lepkosprężystość opisuje złożoną, zależną od czasu odpowiedź sprężystą, która będzie wykazywać histerezę na krzywej naprężenie-odkształcenie po usunięciu obciążenia. Dynamiczna analiza mechaniczna lub DMA mierzy ten złożony moduł poprzez oscylację obciążenia i pomiar powstałego odkształcenia w funkcji czasu.

Właściwości transportowe

Właściwości transportowe, takie jak dyfuzyjność, opisują, jak szybko cząsteczki poruszają się przez matrycę polimerową. Są one bardzo ważne w wielu zastosowaniach polimerów do folii i membran.

Ruch poszczególnych makrocząsteczek odbywa się w procesie zwanym reptacją, w którym każda cząsteczka łańcucha jest skrępowana splątaniem z sąsiednimi łańcuchami, aby poruszać się w wirtualnej rurce. Teoria reptacji może wyjaśnić dynamikę i lepkosprężystość cząsteczek polimeru .

Zachowanie fazy

Krystalizacja i topienie

Przemiany termiczne w polimerach (A) amorficznych i (B) semikrystalicznych, przedstawione jako ślady z różnicowej kalorymetrii skaningowej . Wraz ze wzrostem temperatury, zarówno polimery bezpostaciowe i półkrystaliczne przechodzą zeszklenia ( T g ). Bezpostaciowe polimery (A) nie wykazuje innych przemian fazowych, że półkrystaliczne polimery (B) poddawane krystalizacji i topnienia (w temperaturach T, C i T m , odpowiednio).

W zależności od struktury chemicznej polimery mogą być półkrystaliczne lub amorficzne. Polimery półkrystaliczne mogą ulegać przemianom krystalizacji i topnienia , podczas gdy polimery amorficzne nie. W polimerach krystalizacja i topienie nie sugerują przejścia fazowego ciało stałe-ciecz, jak w przypadku wody lub innych płynów molekularnych. Zamiast tego, krystalizacja i topienie odnoszą się do przejść fazowych między dwoma stanami stałymi ( tj. półkrystalicznym i amorficznym). Krystalizacja zachodzi w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia ( T g ) i niższa niż temperatura topnienia ( T m ).

Przejście szkła

Wszystkie polimery (bezpostaciowe lub półkrystaliczne) przechodzą przez przejście szkliste . Temperatura zeszklenia ( T g ) jest istotnym parametrem fizycznym do wytwarzania polimeru, przetwarzania i stosowania. Poniżej T g , ruchy molekularne są zamrażane i polimery są kruche i szklisty. Powyżej T g , ruchy molekularne są aktywowane polimery są z gumy i lepki. Temperaturę zeszklenia można dostosować, zmieniając stopień rozgałęzienia lub usieciowania w polimerze lub dodając plastyfikatory .

Podczas gdy krystalizacja i topienie są przejściami fazowymi pierwszego rzędu, przejście w stan szklisty nie. Przejście szkliste ma wspólne cechy przejść fazowych drugiego rzędu (takie jak nieciągłość pojemności cieplnej, jak pokazano na rysunku), ale generalnie nie jest uważane za przejście termodynamiczne między stanami równowagi.

Mieszanie zachowanie

Diagram fazowy typowe zachowanie mieszania słabo interakcji roztworów polimerów, wykazujące spinodalna krzywych i binodal krzywe współistnienia.

Ogólnie, mieszaniny polimerowe są znacznie mniej mieszalne niż mieszaniny materiałów drobnocząsteczkowych . Efekt ten wynika z faktu, że siłą napędową mieszania jest zwykle entropia , a nie energia oddziaływania. Innymi słowy, materiały mieszalne zwykle tworzą rozwiązanie nie dlatego, że ich wzajemne oddziaływanie jest korzystniejsze niż ich samooddziaływanie, ale z powodu wzrostu entropii, a tym samym swobodnej energii związanej ze zwiększeniem objętości dostępnej dla każdego składnika. Ten wzrost skali entropii wraz z liczbą mieszanych cząstek (lub moli). Ponieważ cząsteczki polimeru są znacznie większe, a zatem na ogół mają znacznie większe objętości właściwe niż małe cząsteczki, liczba cząsteczek wchodzących w skład mieszaniny polimerów jest znacznie mniejsza niż liczba w mieszaninie małych cząsteczek o równej objętości. Z drugiej strony, energetyka mieszania jest porównywalna w przeliczeniu na objętość dla mieszanin polimerowych i drobnocząsteczkowych. Ma to tendencję do zwiększania swobodnej energii mieszania roztworów polimerów, a tym samym sprawia, że ​​solwatacja jest mniej korzystna, a tym samym dostępność stężonych roztworów polimerów jest znacznie rzadsza niż w przypadku małych cząsteczek.

Ponadto zachowanie fazowe roztworów i mieszanin polimerów jest bardziej złożone niż w przypadku mieszanin drobnocząsteczkowych. Podczas gdy większość roztworów o małych cząsteczkach wykazuje tylko przejście fazowe w temperaturze krytycznej roztworu w górnej części (UCST), w którym rozdzielanie faz zachodzi z chłodzeniem, mieszaniny polimerów zwykle wykazują przemianę fazową w niższej temperaturze krytycznej roztworu (LCST), w której rozdzielanie faz zachodzi z ogrzewaniem.

W rozcieńczonych roztworach właściwości polimeru charakteryzują się interakcją między rozpuszczalnikiem a polimerem. W dobrym rozpuszczalniku polimer wydaje się spęczniony i zajmuje dużą objętość. W tym scenariuszu siły międzycząsteczkowe między podjednostkami rozpuszczalnika i monomeru przeważają nad oddziaływaniami wewnątrzcząsteczkowymi. W złym lub słabym rozpuszczalniku dominują siły wewnątrzcząsteczkowe i łańcuch kurczy się. W rozpuszczalniku theta lub stanie roztworu polimeru, w którym wartość drugiego współczynnika wirialnego wynosi 0, odpychanie międzycząsteczkowe polimer-rozpuszczalnik równoważy dokładnie wewnątrzcząsteczkowe przyciąganie monomer-monomer. W warunku theta (zwanym również warunkiem Flory'ego ) polimer zachowuje się jak idealna kłębek nieuporządkowany . Przejście między stanami jest znane jako przejście cewka-globula .

Włączenie plastyfikatorów

Włączenie plastyfikatorów ma tendencję do obniżania Tg i zwiększania elastyczności polimeru. Dodanie plastyfikatora zmodyfikuje również zależność temperatury zeszklenia Tg od szybkości chłodzenia. Ruchliwość łańcucha może się dalej zmieniać, jeśli cząsteczki plastyfikatora powodują powstawanie wiązań wodorowych. Plastyfikatory są zazwyczaj małymi cząsteczkami, które są chemicznie podobne do polimeru i tworzą luki między łańcuchami polimeru w celu zwiększenia mobilności i zmniejszenia interakcji międzyłańcuchowych. Dobrym przykładem działania plastyfikatorów są polichlorki winylu lub PCW. PVC lub nieplastyfikowany polichlorek winylu jest używany do takich rzeczy, jak rury. Rura nie zawiera plastyfikatorów, ponieważ musi pozostać mocna i żaroodporna. Plastyfikowany PVC jest stosowany w odzieży w celu uzyskania elastycznej jakości. Plastyfikatory są również umieszczane w niektórych rodzajach folii spożywczej, aby polimer był bardziej elastyczny.

Właściwości chemiczne

Siły przyciągania między łańcuchami polimerowymi odgrywają dużą rolę w określaniu właściwości polimeru. Ponieważ łańcuchy polimerów są tak długie, mają wiele takich interakcji międzyłańcuchowych na cząsteczkę, wzmacniając wpływ tych interakcji na właściwości polimeru w porównaniu z przyciąganiem między konwencjonalnymi cząsteczkami. Różne grupy boczne polimeru mogą nadać polimerowi wiązanie jonowe lub wiązanie wodorowe między jego własnymi łańcuchami. Te silniejsze siły zwykle skutkują wyższą wytrzymałością na rozciąganie i wyższymi temperaturami topnienia kryształów.

Na siły międzycząsteczkowe w polimerach mogą wpływać dipole w jednostkach monomeru. Polimery zawierające grupy amidowe lub karbonylowe mogą tworzyć wiązania wodorowe między sąsiednimi łańcuchami; częściowo dodatnio naładowane atomy wodoru w grupach NH jednego łańcucha są silnie przyciągane do częściowo ujemnie naładowanych atomów tlenu w grupach C=O drugiego. Te silne wiązania wodorowe, na przykład, powodują wysoką wytrzymałość na rozciąganie i temperaturę topnienia polimerów zawierających wiązania uretanowe lub mocznikowe . Poliestry mają wiązania dipolowo-dipolowe pomiędzy atomami tlenu w grupach C=O i atomami wodoru w grupach HC. Wiązanie dipolowe nie jest tak silne jak wiązanie wodorowe, więc temperatura topnienia i wytrzymałość poliestru są niższe niż w przypadku Kevlaru ( Twaron ), ale poliestry mają większą elastyczność. Polimery z jednostkami niepolarnymi, takie jak polietylen, oddziałują tylko dzięki słabym siłom Van der Waalsa . W rezultacie mają one zazwyczaj niższe temperatury topnienia niż inne polimery.

Gdy polimer jest zdyspergowany lub rozpuszczony w cieczy, na przykład w produktach komercyjnych, takich jak farby i kleje, właściwości chemiczne i interakcje molekularne wpływają na przepływ roztworu, a nawet mogą prowadzić do samoorganizacji polimeru w złożone struktury. Gdy polimer jest nakładany jako powłoka, właściwości chemiczne będą wpływać na przyczepność powłoki i sposób jej interakcji z materiałami zewnętrznymi, takimi jak superhydrofobowe powłoki polimerowe, co prowadzi do wodoodporności. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości chemiczne polimeru są ważnymi elementami przy projektowaniu nowych produktów z materiałów polimerowych.

Właściwości optyczne

Polimery, takie jak PMMA i HEMA:MMA, są stosowane jako matryce w ośrodku wzmacniającym laserów barwnikowych na ciele stałym , znanych również jako lasery polimerowe domieszkowane barwnikiem na ciele stałym. Polimery te mają wysoką jakość powierzchni i są również wysoce przezroczyste, tak że właściwości lasera są zdominowane przez barwnik laserowy używany do domieszkowania matrycy polimerowej. Wiadomo , że tego typu lasery, które również należą do klasy laserów organicznych , zapewniają bardzo wąskie szerokości linii, co jest przydatne w spektroskopii i zastosowaniach analitycznych. Ważnym parametrem optycznym polimeru stosowanego w zastosowaniach laserowych jest zmiana współczynnika załamania światła wraz z temperaturą zwaną również dn/dT. Dla wymienionych tu polimerów (dn/dT) ~ -1,4 × 10 -4 w jednostkach K -1 w zakresie 297 ≤ T ≤ 337 K.

Właściwości elektryczne

Większość konwencjonalnych polimerów, takich jak polietylen, to izolatory elektryczne , ale rozwój polimerów zawierających wiązania π-sprzężone doprowadził do bogactwa półprzewodników na bazie polimerów , takich jak politiofeny . Doprowadziło to do wielu zastosowań w dziedzinie elektroniki organicznej .

Aplikacje

Obecnie polimery syntetyczne są stosowane w prawie wszystkich dziedzinach życia. Bez nich współczesne społeczeństwo wyglądałoby zupełnie inaczej. Rozprzestrzenianie się zastosowania polimerów wiąże się z ich unikalnymi właściwościami: niską gęstością, niskim kosztem, dobrymi właściwościami termoizolacyjnymi/elektrycznymi, wysoką odpornością na korozję, niskoenergetyczną produkcją polimerów i łatwą obróbką w produkty końcowe. Dla danego zastosowania właściwości polimeru można dostroić lub ulepszyć przez połączenie z innymi materiałami, jak w przypadku kompozytów . Ich zastosowanie pozwala oszczędzać energię (lżejsze samochody i samoloty, budynki izolowane termicznie), chronić żywność i wodę pitną (opakowania), oszczędzać ziemię i ograniczać zużycie nawozów (włókna syntetyczne), konserwować inne materiały (powłoki), chronić i ratować życie ( higiena, zastosowania medyczne). Poniżej znajduje się reprezentatywna, niewyczerpująca lista wniosków.

Znormalizowana nomenklatura

Istnieje wiele konwencji nazewnictwa substancji polimerowych. Wiele powszechnie stosowanych polimerów, takich jak te znajdujące się w produktach konsumenckich, jest określanych wspólną lub trywialną nazwą. Trywialna nazwa jest przypisywana na podstawie historycznego precedensu lub popularnego użycia, a nie standardowej konwencji nazewnictwa. Zarówno Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne (ACS), jak i IUPAC zaproponowały znormalizowane konwencje nazewnictwa; konwencje ACS i IUPAC są podobne, ale nie identyczne. Przykłady różnic między różnymi konwencjami nazewnictwa podano w poniższej tabeli:

Nazwa zwyczajowa ACS nazwa Nazwa IUPAC
Poli(tlenek etylenu) lub PEO Poli(oksyetylen) Poli(oksyetylen)
Poli(tereftalan etylenu) lub PET Poli(oksy-1,2-etanodiyloksykarbonylo-1,4-fenylenokarbonyl) Poli(oksyetylenoksytereftaloil)
Nylon 6 lub Poliamid 6 Poli[imino(1-okso-1,6-heksanodiyl)] Poli[azanodiyl(1-oksoheksan-1,6-diyl)]

W obu znormalizowanych konwencjach nazwy polimerów mają odzwierciedlać monomer(y), z których są syntetyzowane (nomenklatura oparta na źródłach), a nie dokładny charakter powtarzającej się podjednostki. Na przykład polimer zsyntetyzowany z prostego alkenu etenu nazywa się polietylenem, zachowując przyrostek -en, mimo że podwójne wiązanie jest usuwane podczas procesu polimeryzacji:

Polimeryzacja etylenu.pngPolietylen-repeat-2D-płaski.png
Jednak nazewnictwo oparte na strukturze IUPAC opiera się na nazywaniu preferowanej konstytucyjnej jednostki powtarzalnej .

Charakteryzacja

Charakterystyka polimerów obejmuje wiele technik określania składu chemicznego, rozkładu masy cząsteczkowej i właściwości fizycznych. Wybierz popularne techniki, które obejmują:

Degradacja

Plastikowy przedmiot, który przez trzydzieści lat był wystawiony na działanie ciepła i zimna, płynu hamulcowego i światła słonecznego. Zwróć uwagę na przebarwienia, pęcznienie i spękania materiału

Degradacja polimeru to zmiana właściwości — wytrzymałości na rozciąganie, koloru , kształtu lub masy cząsteczkowej — polimeru lub produktu na bazie polimeru pod wpływem jednego lub większej liczby czynników środowiskowych, takich jak ciepło , światło i obecność niektórych chemikaliów , tlen i enzymy . Ta zmiana właściwości jest często wynikiem zerwania wiązania w szkielecie polimeru ( rozerwanie łańcucha ), co może wystąpić na końcach łańcucha lub w losowych pozycjach łańcucha.

Chociaż takie zmiany są często niepożądane, w niektórych przypadkach, takich jak biodegradacja i recykling , mogą one mieć na celu zapobieganie zanieczyszczeniu środowiska . Degradacja może być również przydatna w warunkach biomedycznych. Na przykład, kopolimer kwasu polimlekowego i kwasu poliglikolowego stosuje się w szwach ulegających hydrolizie, które powoli ulegają degradacji po nałożeniu na ranę.

Podatność polimeru na degradację zależy od jego struktury. Epoksydy i łańcuchy zawierające aromatyczne funkcjonalności są szczególnie podatne na degradację pod wpływem promieniowania UV, podczas gdy poliestry są podatne na degradację przez hydrolizę . Polimery zawierające nienasycony szkielet ulegają degradacji przez pękanie ozonowe . Polimery oparte na węglu są bardziej podatne na degradację termiczną niż polimery nieorganiczne, takie jak polidimetylosiloksan, a zatem nie są idealne do większości zastosowań wysokotemperaturowych.

Degradacja polietylenu następuje przez losowe rozerwanie — losowe zerwanie wiązań, które utrzymują razem atomy polimeru. Po podgrzaniu powyżej 450 °C polietylen ulega degradacji, tworząc mieszaninę węglowodorów. W przypadku rozerwania końca łańcucha uwalniane są monomery i proces ten określany jest jako rozpakowywanie lub depolimeryzacja . Który mechanizm dominuje będzie zależeć od rodzaju polimeru i temperatury; na ogół polimery bez lub z jednym małym podstawnikiem w powtarzalnej jednostce ulegają rozkładowi przez losowe rozszczepienie łańcucha.

Sortowanie odpadów polimerowych do celów recyklingu może być ułatwione przez zastosowanie kodów identyfikacyjnych żywic opracowanych przez Stowarzyszenie Przemysłu Tworzyw Sztucznych w celu identyfikacji rodzaju tworzywa sztucznego.

Awaria produktu

Atak chloru złącza hydraulicznego z żywicy acetalowej

Awaria kluczowych dla bezpieczeństwa elementów polimerowych może spowodować poważne wypadki, takie jak pożar w przypadku pękniętych i zdegradowanych polimerowych przewodów paliwowych . Wywołane chlorem pękanie złączy wodociągowych z żywicy acetalowej i rur z polibutylenu spowodowało wiele poważnych powodzi w budynkach mieszkalnych, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych w latach 90. XX wieku. Ślady chloru w wodzie zaatakowały polimery obecne w kanalizacji, problem, który pojawia się szybciej, jeśli którakolwiek z części została źle wytłoczona lub uformowana wtryskowo . Atak złącza acetalowego nastąpił z powodu wadliwego wyprasowania, co prowadzi do pękania wzdłuż gwintów kształtki, gdzie występuje koncentracja naprężeń .

Pękanie wywołane przez ozon w rurach z kauczuku naturalnego

Utlenianie polimerów spowodowało wypadki z udziałem urządzeń medycznych . Jednym z najstarszych znanych rodzajów niewydolności jest ozon pękanie spowodowane rozrywaniem łańcucha gdy ozon ataki gazu podatne elastomery , takie jak kauczuk naturalny i kauczuk nitrylowy . Posiadają podwójne wiązania w swoich powtarzalnych jednostkach, które są rozszczepiane podczas ozonolizy . Pęknięcia w przewodach paliwowych mogą przebić się przez otwór rury i spowodować wyciek paliwa. Jeśli pęknięcie wystąpi w komorze silnika, iskry elektryczne mogą zapalić benzynę i spowodować poważny pożar. W medycynie degradacja polimerów może prowadzić do zmian właściwości fizycznych i chemicznych urządzeń wszczepialnych.

Nylon 66 jest podatny na hydrolizę kwasową , a w jednym wypadku pęknięty przewód paliwowy doprowadził do rozlania oleju napędowego na drogę. Jeśli olej napędowy wycieknie na jezdnię, wypadki jadących za nim samochodów mogą być spowodowane śliską naturą osadu, który jest jak czarny lód . Ponadto nawierzchnia drogi z betonu asfaltowego ulegnie uszkodzeniu w wyniku rozpuszczenia asfaltenów z materiału kompozytowego przez olej napędowy , co spowoduje degradację powierzchni asfaltowej i integralność strukturalną drogi.

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki