Шта је кополимер: разумевање основа хемије полимера

Разумевање основа хемије кополимера је кључно за све заинтересоване за науку о полимерима, инжењерство материјала или сродне области. Овај чланак ће се бавити дефиницијом, класификацијом, синтезом, својствима и применом кополимера, пружајући свеобухватан преглед ових фасцинантних макромолекула који су револуционирали савремену науку о материјалима.

Шта су кополимери?

Кополимер је а врста полимера састављена од две или више различитих врста мономери, који су основни градивни блокови полимера. Ови мономери су хемијски везани да формирају дугачке ланце током процеса полимеризација.

Кополимери садрже комбинацију два или више мономера који се могу распоредити у различитим обрасцима. Ови обрасци укључују наизменичне, насумичне, блок и графт структуре, од којих свака даје различите хемијска својства и карактеристике материјала.

Како се праве кополимери?

Кополимери се синтетишу полимеризацијом два или више различитих мономера заједно коришћењем техника као што су адициона полимеризација (слободни радикал, ањонска) или кондензациона полимеризација.

Избор мономера, њихов однос, начин полимеризације и прерада одређује коначну структуру и својства кополимера.

1. Адициона полимеризација – мономери са реактивним групама (често двоструким угљеничним везама) су повезани у ланац. Ово укључује слободне радикале и ањонску полимеризацију. Иницијатори се користе за покретање и контролу реакције.
2. Кондензациона полимеризацијан – мономери са функционалним групама (често естарске или амидне групе) реагују и формирају полимер, углавном уз елиминацију молекула воде или метанола. Катализатори се користе за контролу реакције.

Шта је ајонска полимеризација и радикална полимеризација?

• Ањонска полимеризација:

Ањонска полимеризација је полимеризација раста јонског ланца коју иницирају нуклеофилни реагенси као што су органолитијуми, Григнардови реагенси и метални алкоксиди.

Укључује полимеризацију винил мономера који поседују групе које повлаче електроне као што су метил метакрилат, акрилонитрил, 2-винилпиридин, као и коњугованих мономера попут стирена и 1,3-бутадиена.
Полимеризација се наставља са растућим крајем ланца који носи негативно наелектрисање и контракацију.

Ањонска полимеризација може бити „жива“ ако нема корака прекида или преноса ланца, омогућавајући контролу над молекулском тежином и омогућавајући синтезу блок кополимера.

• Радикална полимеризација: 

Радикална полимеризација, или тачније полимеризација слободних радикала, формира полимере од винил мономера кроз радикалне реакције које укључују интермедијере слободних радикала.

Покрећу га слободни радикали генерисани из иницијатора радикала и наставља се кроз кораке пропагације где радикали реагују са мономерима како би настали полимерни ланац.

Мономери који се лако подвргавају радикалној полимеризацији укључују стирене, (мет)акрилате, (мет)акриламиде и акрилонитрил који могу да стабилизују радикале који се размножавају.

Конвенционална радикална полимеризација има малу контролу над молекулском тежином и дисперзношћу. Контролисане/живе методе радикалне полимеризације као што је АТРП пружају бољу контролу.

Које су различите врсте кополимера

Две главне врсте кополимера су линеарни кополимери и разгранати кополимери.

Линеарни кополимери састоје се од једног главног ланца са различитим мономерним јединицама распоређеним дуж тог ланца. Они су даље класификовани у:

1. Наизменични кополимери – наизменични кополимери значе да се две мономерне јединице смењују у правилном обрасцу, нпр. (-АБАБ-)н
2. Статистички кополимери – статистички кополимери (познати и као насумични кополимери) су један тип линеарног кополимера. Мономерне јединице су распоређене насумично дуж ланца, пратећи статистичка правила
3. Блок кополимери – састављени од блокова сваког типа мономера ковалентно везаних заједно, нпр. -АААБББ-
4. Градијентни кополимери – састав се постепено мења дуж ланца
5. Периодични кополимери – јединице мономера су распоређене у низу који се понавља, на пример (АБАББААААБББ)н

Разгранати кополимери имају главни ланац са једним или више полимерних бочних ланаца везаних за њега. Два главна типа су:

1. Графт кополимери – бочни ланци се структурно разликују од главног ланца
2. Кополимери у облику звезде – више полимерних ланаца зраче из централног језгра
3. Кополимери четкице – са високом густином полимерних бочних ланаца везаних за линеарну кичму, што доводи до црвасте или цилиндричне структуре четкице
4. Чешљасти кополимери – који се састоје од линеарне кичме са мањом густином полимерних бочних ланаца, што резултира флексибилнијим чешљем

Које су предности кополимера?

Кополимери нуде широк спектар предности у односу на хомополимере, укључујући подесива својства, побољшана механичка и хемијска својства, економичност и побољшану компатибилност.

Који су недостаци кополимера?

Кополимери такође имају неке недостатке везане за сложеност производње, мање предвидљиве особине, веће трошкове, потенцијалну деградацију и слабије механичке особине.

Који су примери кополимера у индустрији

Кополимери на бази стирена:

• Акрилонитрил бутадиен стирен (АБС): Користи се првенствено у аутомобилској и електронској индустрији, АБС је цењен због своје жилавости и својстава отпорности на ударце.
• стирен-изопрен-стирен (СИС): Овај кополимер се често налази у лепковима и заптивачима, нудећи добру еластичност и снагу.

Кополимери на бази етилена:

• Етилен-винил ацетат (ЕВА): Позната по својој мекоћи и флексибилности попут гуме, ЕВА се широко користи у амбалажи за храну и као филм за ламинирање подова.
• Полиетилен тетрафлуороетилен (ЕТФЕ): ЕТФЕ је изабран због своје високе тачке топљења и одличних електричних својстава, што га чини погодним за жичане премазе и као лагана замена за стакло.

Често постављана питања

Да ли су кополимери исти као и полимери?

Не, сви кополимери су полимери, али нису сви полимери кополимери. Кополимери су подкласа полимера које карактерише поседовање две или више различитих мономерних јединица које се понављају, што им обезбеђује различите структуре и својства у поређењу са хомополимерима који се састоје од само једне врсте мономера. 

Која је разлика између хомополимера и кополимера?

Хомополимери садрже један тип мономера који се понавља у једноставном ланцу, док кополимери имају два или више различитих мономера распоређених у сложенију структуру. То доводи до разлика у њиховој синтези, својствима и крајњој употреби

Да ли су кополимери безбедни за кожу?

Кополимер натријум акрилата и сродни кополимери акрилата су проучавани и сматрају се безбедним за козметичку употребу „када су формулисани да би се избегла иритација“.

Акрилна киселина може бити јако иритирајућа и корозивна за кожу, очи и респираторни тракт при великим излагањима.

Метакрилна киселина је ограничена у канадској козметици и класификована је као потенцијално токсична или штетна.

За које се апликације обично користе кополимери?

Кополимери се користе у широком спектру производа, укључујући аутомобилске делове, пластичне контејнере и медицинске уређаје због њихових прилагодљивих механичких и хемијских својстава.

По чему се случајни кополимери разликују од других структура кополимера?

Насумични кополимери садрже мешавину мономерних јединица распоређених без посебног редоследа дуж ланца, што резултира полимерима са балансом својстава саставних мономера, као што је побољшана отпорност на удар или флексибилност.

Како састав кополимера утиче на његова својства?

Однос и распоред мономера унутар кополимера директно утиче на његове термичке, механичке и хемијске особине, што значи да се материјал може конструисати за специфичне функције, као што је повећана еластичност или отпорност на раствараче.