Разбирането на основите на съполимерната химия е от решаващо значение за всеки, който се интересува от полимерна наука, инженерство или свързани с нея области. Тази статия ще се зарови в дефиницията, класификацията, синтеза, свойствата и приложенията на съполимерите, като се осигури всеобхватен преглед на тези очарователни макромолекули, които са революционирали съвременната наука.
Какви са Кополимерите?
Кополимерът е вид полимер, съставен от два или повече различни вида мономери, които са основните строителни блокове полимери. Тези мономери са химически свързани, за да образуват дълги вериги по време на процеса на полимеризация.
Кополимерите разполагат с комбинация от два или повече монометра, които могат да бъдат подредени в различни модели. Тези модели включват изменящи, произволни, блокови и графтни структури, всяка от които дава различни химични свойства и характеристики на материала.
Как се правят Кополимерите?
Кополимерите се синтетизират чрез полимеризиране на два или повече различни мономери заедно, като се използват техники като допълнение полимеризация (свободни радикални, анионни) или кондензация полимеризация.
Изборът на мономери, тяхното съотношение, метод на полимеризация и обработка определя окончателната структура и свойства на съполимер.
- Допълнителната полимеризация – мономери с реактивни групи (често двойни въглеродни връзки) са свързани в верига. Това включва свободна радикална и анионна полимеризация. Инициаторите се използват за стартиране и контрол на реакцията.
- Кондензация полимеризация – мономери с функционални групи (често естер или амид групи) реагират, за да образуват полимер, като цяло с елиминиране на вода или метанолна молекула.
Какво е анионна полимеризация и радикална полимеризация?
- Анионна полимеризация:
Анионската полимеризация е йонна верижна полимеризация, инициирана от нуклеофилни реагенти като органолитии, грignard реагенти и метални алкооксиди.
Включва полимеризирането на винил мономери, притежаващи електронно-отвличащи групи като метил метакрилат, акрилонитрил, 2-винилидин, както и конюгирани мономери като стирен и 1,3-бутадиен.
Полимеризацията продължава с нарастващата верига, носеща отрицателен заряд и контракация.
Анионната полимеризация може да бъде „жива“, ако няма етапи за прекратяване или синтеза на синтеза на съполимер на блока или веригата, като позволява контрол над молекулното тегло и синтеза на блока.
- Радикална полимеризация:
Радикална полимеризация, или по-конкретно свободна-радикална полимеризация, формира полимери от винил мономери чрез радикални реакции, включващи свободни радикални междинни.
Той се инициира от свободни радикали, генерирани от радикални инициатори и протича чрез размножаващи се стъпки, където радикали реагират с мономери, за да отглеждат полимерната верига.
Мономерите, които лесно се подлагат на радикална полимеризация включват стирени, (мет)акрилати, (мет)акриламиди и акрилонитрил, които могат да стабилизират размножаващите се радикали.
Конвенционалната радикална полимеризация има малък контрол върху молекулно тегло и дисперсия. Контролирани/животни радикални полимеризационни методи като ATRP осигуряват по-добър контрол.
Какви са различните видове на Кополимер
Два основни вида съполимери са линейни съполимери и клонирани съполимери.
Линейни съполимери се състоят от единична основна верига с различни мономерни единици, подредени по тази верига. Те са допълнително класифицирани в:
- Изменящи се съполимери – изменящи се съполимери означават двете мономерни единици, алтернативни в редовен модел, напр. (-A-B-A-B-B-)n
- Статистически съполимери — статистическите съполимери, известни още като случайни съполимери, са вид линейни съполимери. Мономерните звена се разпределят случайно по веригата съгласно статистически правила.
- Блокови съполимери – съставени от блокове от всеки тип мономер, колвагинално свързани заедно, например -A-A-A-B-B-B-B-
- Gradient copolimers – състав постепенно се променя по веригата
- Периодични съполимери – мономерните единици са подредени в повтаряща се последователност, например (A-B-A-B-A-A-A-A-B-B-B)n
Разпределените съполимери имат основна верига с една или повече полимерни странични вериги, прикрепени към нея. Двата основни вида са:
- Кополимери на графт – страничните вериги са структурно различни от основната верига
- Звездни съполимери – множество полимерни вериги излъчват от централно ядро
- Кополимери на четки – с висока плътност на полимерните странични вериги, прикрепени към линеен гръбнак, което води до конструкция на червей като или цилиндрична четка
- Кополимери на комбинираното съединение – състоящи се от линеен гръбнак с по-ниска плътност от полимерни странични вериги, което води до по-гъвкав гребен
Какви са предимствата на съполимерите?
Кополимерите предлагат широка гама от предимства пред хомополимерите, включително тунируеми свойства, подобрени механични и химически свойства, разходна ефективност и подобрена съвместимост.
| Предност | Описание |
|---|---|
| Включливи свойства | Свойствата могат да бъдат персонализирани чрез регулиране на мономерните пропорции и подреждане |
| Подобрена механична якост и химична устойчивост | Доказателства, които не са постижими с хомополимери |
| Разходи за ефективност | Могат да заменят метали или по-сложни материали |
| Подобрена съвместимост | Подобряване на съвместимостта между иначе несъвместими материали |
| Електрически материали | Кополимеризацията може да доведе до уникални материали |
| Добри физически свойства | Може да се подреди гъвкавост, еластичност и твърдост |
| По-лесна обработка | По-ниска температура и по-широк прозорец за обработка |
| По-добро дългосрочно представяне | Върховна термостабилност, устойчивост на окисление и съпротивление на маникюр |
Какви са недоволствата на колегите?
Кополимерите също имат някои недостатъци, свързани с сложността на производството, по-малко предвидими свойства, по-високи разходи, потенциално разграждане и по-слаби механични свойства.
| Девантаж | Описание |
|---|---|
| Комплексно производство | Кополимеризацията е по-сложна поради управлението на множество материали с различни нива на реактивност. |
| По- малко предсказуеми свойства | Постигането на специфични свойства при съполимерите може да бъде по-малко предвидимо; |
| По-високи разходи | Използването на множество мономери и допълнителна сложност на процеса увеличава производствените разходи. |
| Въпроси за съвместимост | Някои мономери са несъвместими, предотвратяват или усложняват създаването на някои съпоставители. |
| Механични свойства на слабите | – |
| Съпротивление на по-ниската температура | – |
Какви са примерите на Copolimer в индустрията
Кополимери, базирани на стирен:
- Akrilonitril Butadiene Styrene (ABS): Използван предимно в автомобилната и електронната промишленост, ABS се оценява за неговата твърдост и устойчиви на въздействие свойства.
- Стирен-изопрен-стирен (ШИС): Този кополимер често се намира в лепила и уплътнения, като предлага добра еластичност и сила.
Етилен-базирани кополимери:
- Етилен-винилов ацетат (EVA): Познат с гумената си мекота и гъвкавост, EVA се използва широко в хранителни опаковки и като филм за ламиниране на пода.
- Полиетилен тетрафлуороетилен (ETFE): ETFE е избран за висока точка на топене и отлични електрически свойства, което го прави подходящ за тел покритие и като лек заместител за стъкло.
Често задавани въпроси
Дали съполимерите са същите като полимерите?
Не, всички съполимери са полимери, но не всички полимери са съполимери. Кополимерите са подкласа от полимери, характеризиращи се с два или повече повтарящи се мономерни единици, които им осигуряват различни структури и свойства в сравнение с хомополимери, състоящи се само от един тип мономер.
Каква е разликата между хомополимер и кополимер?
Хомополимерите съдържат един вид мономер, повтарящ се в проста верига, докато съполимерите имат два или повече различни монометри, подредени в по-сложна структура. Това води до различия в тяхното синтез, свойства и приложения за крайна употреба
Кополимерите безопасни ли са за кожата?
Натриевите акрилати съполимер и свързаните с него акрилати съполимери са изследвани и се считат за безопасни за козметична употреба „, когато са формулирани, за да се избегне дразнене.“
Акрилната киселина може да бъде тежко дразнеща и корозивна за кожата, очите и дихателните пътища при високи експозиции.
Метакриловата киселина е ограничена в канадската козметична техника и е класифицирана като потенциално токсична или вредно.
За какви приложения обикновено се използват съпоставителите?
Кополимерите се използват в широк набор от продукти, включително автомобилни части, пластмасови контейнери, и медицински изделия поради техните адаптивни механични и химични свойства.
По какъв начин случайни съполимери се различават от други съполимери?
Случайните съполимери съдържат смес от мономерни единици, подредени по веригата без особен ред, което води до полимери с баланс на свойствата на съставните монометри, като подобрена устойчивост или гъвкавост на въздействието.
Как съставът на съполимер влияе върху неговите свойства?
Съотношението и подреждането на мономери в рамките на съполимер директно засягат неговите термо, механични и химични свойства, което означава, че материалът може да бъде инженериран за специфични функции, като по-голяма еластичност или устойчивост на разтворители.
