Ինչ է համապոլիմերը: Հասկանալով պոլիմերային քիմիայի հիմունքները

Համապոլիմերների քիմիայի հիմունքները հասկանալը շատ կարևոր է պոլիմերային գիտությամբ, նյութերի ճարտարագիտության կամ հարակից ոլորտներով հետաքրքրվող յուրաքանչյուրի համար: Այս հոդվածը կանդրադառնա համապոլիմերների սահմանմանը, դասակարգմանը, սինթեզին, հատկություններին և կիրառություններին՝ ներկայացնելով այս հետաքրքրաշարժ մակրոմոլեկուլների համապարփակ ակնարկ, որոնք հեղափոխություն են կատարել ժամանակակից նյութերագիտության մեջ:

Ի՞նչ են համապոլիմերները:

Համապոլիմերը ա պոլիմերի տեսակը կազմված երկու կամ ավելի տարբեր տեսակներից մոնոմերներ, որոնք պոլիմերների հիմնական շինանյութերն են։ Այս մոնոմերները քիմիապես կապված են՝ ձևավորելով երկար շղթաներ պրոցեսի ընթացքում պոլիմերացում.

Համապոլիմերներն առանձնանում են երկու կամ ավելի մոնոմերների համակցությունով, որոնք կարող են դասավորվել տարբեր նախշերով: Այս օրինաչափությունները ներառում են փոփոխական, պատահական, բլոկային և փոխպատվաստման կառուցվածքներ, որոնցից յուրաքանչյուրը տալիս է տարբեր քիմիական հատկություններ և նյութի բնութագրերը:

Ինչպե՞ս են պատրաստվում համապոլիմերները:

Համապոլիմերները սինթեզվում են երկու կամ ավելի տարբեր մոնոմերների պոլիմերացման միջոցով՝ օգտագործելով այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են ավելացման պոլիմերացում (ազատ ռադիկալ, անիոնային) կամ կոնդենսացիոն պոլիմերացում.

Մոնոմերների ընտրությունը, դրանց հարաբերակցությունը, պոլիմերացման եղանակը և մշակումը որոշում են համապոլիմերների վերջնական կառուցվածքը և հատկությունները:

1. Ավելացման պոլիմերացում – ռեակտիվ խմբերով մոնոմերները (հաճախ կրկնակի ածխածնային կապեր) կապված են իրար շղթայով: Սա ներառում է ազատ ռադիկալների և անիոնային պոլիմերացում: Նախաձեռնիչներն օգտագործվում են ռեակցիան սկսելու և վերահսկելու համար։
2. Կոնդենսացիայի պոլիմերացումn – ֆունկցիոնալ խմբերով մոնոմերները (հաճախ էսթեր կամ ամիդային խմբեր) արձագանքում են՝ ձևավորելով պոլիմեր՝ հիմնականում ջրի կամ մեթանոլի մոլեկուլի վերացումով: Ռեակցիան վերահսկելու համար օգտագործվում են կատալիզատորներ:

Ինչ է անիոնային պոլիմերացում և արմատական պոլիմերացում.

• Անիոնային պոլիմերացում:

Անիոնային պոլիմերացումը իոնային շղթայի աճի պոլիմերացում է, որը սկսվում է նուկլեոֆիլ ռեակտիվներով, ինչպիսիք են օրգանոլիտները, Գրիգնարդի ռեագենտները և մետաղական ալկօքսիդները:

Այն ներառում է վինիլային մոնոմերների պոլիմերացում, որոնք ունեն էլեկտրոններ հանող խմբեր, ինչպիսիք են մեթիլ մետակրիլատը, ակրիլոնիտրիլը, 2-վինիլպիրիդինը, ինչպես նաև զուգակցված մոնոմերներ, ինչպիսիք են ստիրոլը և 1,3-բուտադիենը:
Պոլիմերացումը շարունակվում է աճող շղթայի ծայրով, որը կրում է բացասական լիցք և հակակացիա:

Անիոնային պոլիմերացումը կարող է «կենդանի» լինել, եթե չկան ավարտման կամ շղթայի փոխանցման քայլեր, ինչը թույլ է տալիս վերահսկել մոլեկուլային քաշը և թույլ տալ բլոկ համապոլիմերների սինթեզ:

• Ռադիկալ պոլիմերացում: 

Ռադիկալ պոլիմերացումը, կամ ավելի կոնկրետ՝ ազատ ռադիկալների պոլիմերացումը, ձևավորում է պոլիմերներ վինիլային մոնոմերներից՝ արմատական ռեակցիաների միջոցով, որոնք ներառում են ազատ ռադիկալների միջանկյալ նյութեր:

Այն սկսվում է ռադիկալ նախաձեռնողներից առաջացած ազատ ռադիկալներից և ընթանում է տարածման փուլերով, որտեղ ռադիկալները արձագանքում են մոնոմերների հետ՝ աճեցնելով պոլիմերային շղթան:

Մոնոմերները, որոնք հեշտությամբ ենթարկվում են արմատական պոլիմերացման, ներառում են ստիրոլներ, (մեթ)ակրիլատներ, (մեթ)ակրիլամիդներ և ակրիլոնիտրիլ, որոնք կարող են կայունացնել տարածվող ռադիկալները:

Պայմանական արմատական պոլիմերացումը քիչ է վերահսկում մոլեկուլային քաշը և ցրվածությունը: Վերահսկվող/կենդանի արմատական պոլիմերացման մեթոդները, ինչպիսին է ATRP-ն, ապահովում են ավելի լավ վերահսկողություն:

Որո՞նք են համապոլիմերների տարբեր տեսակները

Կոպոլիմերների երկու հիմնական տեսակներն են գծային համապոլիմերներ և ճյուղավորված համապոլիմերներ.

Գծային համապոլիմերներ բաղկացած է մեկ հիմնական շղթայից՝ այդ շղթայի երկայնքով դասավորված տարբեր մոնոմերային միավորներով: Դրանք հետագայում դասակարգվում են.

1. Փոփոխական համապոլիմերներ – փոփոխվող համապոլիմերներ նշանակում են երկու մոնոմերային միավորներ, որոնք հերթափոխվում են կանոնավոր օրինակով, օրինակ (-ABAB-)n
2. Վիճակագրական համապոլիմերներ – վիճակագրական համապոլիմերները (նաև հայտնի են որպես պատահական համապոլիմերներ) գծային համապոլիմերներից մեկն են: Մոնոմերային միավորները պատահականորեն բաշխվում են շղթայի երկայնքով՝ հետևելով վիճակագրական կանոններին
3. Բլոկային համապոլիմերներ – կազմված յուրաքանչյուր մոնոմերի տիպի բլոկներից, որոնք կովալենտորեն կապված են միմյանց, օրինակ՝ -AAABBB-
4. Գրադիենտ համապոլիմերներ – կազմը աստիճանաբար փոխվում է շղթայի երկայնքով
5. Պարբերական համապոլիմերներ – մոնոմերի միավորները դասավորված են կրկնվող հաջորդականությամբ, օրինակ (ABABBAAAABBB)n

Ճյուղավորված համապոլիմերներ ունեն հիմնական շղթա, որի վրա կցված են մեկ կամ մի քանի պոլիմերային կողային շղթաներ: Երկու հիմնական տեսակներն են.

1. Փոխպատվաստման համապոլիմերներ – կողային շղթաները կառուցվածքով տարբերվում են հիմնական շղթայից
2. Աստղաձև համապոլիմերներ. մի քանի պոլիմերային շղթաներ ճառագայթվում են կենտրոնական միջուկից
3. Խոզանակի համապոլիմերներ – կողային պոլիմերային շղթաների բարձր խտությամբ, որոնք ամրացված են գծային ողնաշարի վրա, ինչը հանգեցնում է որդանման կամ գլանաձև խոզանակի կառուցվածքի:
4. Սանրի համապոլիմերներ – բաղկացած գծային ողնաշարից՝ պոլիմերային կողային շղթաների ավելի ցածր խտությամբ, ինչը հանգեցնում է ավելի ճկուն սանրի։

Որո՞նք են համապոլիմերների առավելությունները:

Համապոլիմերներն առաջարկում են մի շարք առավելություններ հոմոպոլիմերների նկատմամբ, ներառյալ կարգավորելի հատկությունները, բարելավված մեխանիկական և քիմիական հատկությունները, ծախսարդյունավետությունը և ուժեղացված համատեղելիությունը:

Որո՞նք են համապոլիմերների թերությունները:

Կոպոլիմերներն ունեն նաև որոշ թերություններ՝ կապված արտադրության բարդության, ավելի քիչ կանխատեսելի հատկությունների, ավելի բարձր ծախսերի, պոտենցիալ քայքայման և ավելի թույլ մեխանիկական հատկությունների հետ:

Որոնք են արդյունաբերության մեջ համապոլիմերների օրինակները

Ստիրոլի վրա հիմնված համապոլիմերներ.

• Ակրիլոնիտրիլ Բուտադիեն Ստիրեն (ABS): Օգտագործված հիմնականում ավտոմոբիլային և էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ՝ ABS-ը գնահատվում է իր ամրության և հարվածների նկատմամբ դիմացկուն հատկությունների համար:
• Styrene-Isoprene-Styrene (SIS): Այս համապոլիմերը հաճախ հանդիպում է սոսինձների և հերմետիկ նյութերի մեջ, որն առաջարկում է լավ առաձգականություն և ամրություն:

Էթիլենի վրա հիմնված համապոլիմերներ.

• Էթիլեն-Վինիլացետատ (EVA): Հայտնի է իր ռետինանման փափկությամբ և ճկունությամբ՝ EVA-ն լայնորեն օգտագործվում է սննդամթերքի փաթեթավորման մեջ և որպես հատակների լամինացման թաղանթ:
• Պոլիէթիլեն Tetrafluoroethylene (ETFE): ETFE-ն ընտրվել է իր բարձր հալման կետի և գերազանց էլեկտրական հատկությունների համար, ինչը այն դարձնում է հարմար մետաղալարերի ծածկույթների համար և որպես թեթև փոխարինող ապակու համար:

Հաճախակի տրվող հարցեր

Արդյո՞ք համապոլիմերները նույնն են, ինչ պոլիմերները:

Ոչ, բոլոր համապոլիմերները պոլիմերներ են, բայց ոչ բոլոր պոլիմերներն են համապոլիմերներ: Համապոլիմերները պոլիմերների ենթադաս են, որոնք բնութագրվում են երկու կամ ավելի տարբեր կրկնվող մոնոմերային միավորներով, որոնք ապահովում են նրանց տարբեր կառուցվածք և հատկություններ՝ համեմատած միայն մեկ տեսակի մոնոմերից կազմված հոմոպոլիմերների հետ։ 

Ո՞րն է տարբերությունը հոմոպոլիմերի և համապոլիմերի միջև:

Հոմոպոլիմերները պարունակում են մեկ տեսակի մոնոմեր, որը կրկնվում է պարզ շղթայում, մինչդեռ համապոլիմերներն ունեն երկու կամ ավելի տարբեր մոնոմերներ, որոնք դասավորված են ավելի բարդ կառուցվածքով: Սա հանգեցնում է դրանց սինթեզի, հատկությունների և վերջնական օգտագործման կիրառությունների տարբերությունների

Արդյո՞ք կոպոլիմերներն անվտանգ են մաշկի համար:

Նատրիումի ակրիլատների համապոլիմերները և հարակից ակրիլատների համապոլիմերները ուսումնասիրվել են և համարվում են անվտանգ կոսմետիկ օգտագործման համար «երբ ձևավորված են գրգռումից խուսափելու համար»:

Ակրիլաթթուն կարող է խիստ գրգռիչ և քայքայիչ լինել մաշկի, աչքերի և շնչառական ուղիների համար բարձր ազդեցության դեպքում:

Մետակրիլաթթուն սահմանափակված է կանադական կոսմետիկայի մեջ և դասակարգվում է որպես պոտենցիալ թունավոր կամ վնասակար:

Ի՞նչ կիրառությունների համար են սովորաբար օգտագործվում համապոլիմերները:

Համապոլիմերներն օգտագործվում են ապրանքների լայն տեսականիում, ներառյալ ավտոմոբիլային մասերը, պլաստիկ տարաները և բժշկական սարքերը՝ իրենց հարմարեցված մեխանիկական և քիմիական հատկությունների շնորհիվ:

Ինչո՞վ են պատահական համապոլիմերները տարբերվում այլ համապոլիմերային կառուցվածքներից:

Պատահական համապոլիմերները պարունակում են մոնոմերային միավորների խառնուրդ, որոնք դասավորված են առանց որոշակի հաջորդականության շղթայի երկայնքով, ինչը հանգեցնում է պոլիմերների՝ բաղկացուցիչ մոնոմերների հատկությունների հավասարակշռությամբ, ինչպիսիք են բարելավված ազդեցության դիմադրությունը կամ ճկունությունը:

Ինչպե՞ս է համապոլիմերի բաղադրությունը ազդում նրա հատկությունների վրա:

Կոպոլիմերում մոնոմերների հարաբերակցությունը և դասավորությունը ուղղակիորեն ազդում են նրա ջերմային, մեխանիկական և քիմիական հատկությունների վրա, ինչը նշանակում է, որ նյութը կարող է մշակվել հատուկ գործառույթների համար, ինչպիսիք են առաձգականության բարձրացումը կամ լուծիչների նկատմամբ դիմադրությունը: