Polymeerien kemia

Polymeerien kemia (makromolekyyliyhdisteiden kemia)  on tieteenala , joka tutkii makromolekyyliyhdisteiden kemiallisia ja fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia , synteesireaktioiden ja transformaatioiden menetelmiä ja malleja sekä lähtöreagensseja ( monomeerejä , oligomeerejä ), joita käytetään valmistukseen. niitä. Teollisuus tutkii sekä keinotekoisia ( polyolefiinit , polyesterit , polyamidit ja muut yhdisteet ) että luonnollisia polymeerejä ( tärkkelys , selluloosa , ligniini ) .

Aihe

Polymeerikemia tutkii kinetiikkaa , katalyysiä , polymerointireaktiomekanismia , polykondensaatiota , polyadditiota , polymeerien kanssa analogisia muunnoksia, polymeerien tuhoutumista ja silloittumista , niiden stabilointiprosesseja ja muita kemiallisia muunnoksia .

Polymeerikemia määrittää kemiallisen rakenteen ja synteesiolosuhteiden välisen suhteen makromolekyyliyhdisteiden rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Tutkii kemiallisen rakenteen yhteydessä polymeerien ja niiden liuosten fysikaalisia muutoksia sekä polymeerien rakennetta, fysikaalisia, fysikaalis-mekaanisia ominaisuuksia , pinta-, rajapinta- ja muita polymeerijärjestelmissä ja komposiiteissa esiintyviä ilmiöitä .

Tärkeimmät tutkimuslinjat

• Monomeerien synteesi , uudet initiaatio- ja katalyyttisysteemit , oligomeerit lineaaristen , haarautuneiden ja verkkopolymeerien saamiseksi niiden pohjalta .
• Polymerisaation , polykondensaatio- , polyadditio- , polyheterosyklisaatioreaktioiden , näiden reaktioiden mekanismin ja kinetiikka, lähtöreagenssien rakenteen ja synteesiolosuhteiden vaikutus reaktioiden lakeihin ja polymeerien ominaisuuksiin .
• Suurmolekyyliyhdisteiden synteesireaktioiden ja kemiallisten muutosten mekanismien tutkiminen UV : n , laserin, säteilyn ja muun säteilyn vaikutuksesta, suhteiden määrittäminen reaktiomekanismin ja tuloksena olevien yhdisteiden ominaisuuksien välillä.
• Kemiallisten muutosten tutkiminen polymeereissa ja polymeerijärjestelmissä , niiden mekanismit ja säännönmukaisuudet.
• Polymeerien termisen , termisen oksidatiivisen , valon , mekaanisen ja biologisen hajoamis- ja stabilointiprosessien tutkimus; uusien stabilointiaineiden luominen, niiden toiminnan tutkiminen.
• Lohkokopolymeerien , oksaste- ja verkkopolymeerien synteesikuvioiden tutkiminen , läpitunkeutuvat polymeeriverkostot, niiden muodostumismekanismi, niiden ominaisuuksien ja rakenteen välisen suhteen selvittäminen.
• Polymeerien , niiden liuosten ja heterogeenisten polymeerijärjestelmien rakenteen ja fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien tutkimus.
• Monikomponenttipolymeerijärjestelmien pinta- ja rajapintailmiöiden, niiden rakenteen ja ominaisuuksien tutkiminen.
• Polymeerien ja polymeerijärjestelmien fysikaalisten prosessien tutkiminen niiden koostumuksen ja polymeerimatriisin kemiallisen rakenteen yhteydessä.
• Komposiitti- ja kalvopolymeerimateriaalien muodostumisen kemialliset ja fysikaalis-kemialliset perusteet .

Historia

1800-luvun loppuun mennessä polymeerimateriaalien rakenteesta tiedettiin vähän. Kyllästyshöyrynpaineen ja osmoottisen paineen mittausten perusteella tiedettiin, että näissä tapauksissa puhutaan suurista molekyyleistä , joilla on korkea molekyylipaino . Oletus, että nämä ovat kolloidisia yhdisteitä, oli virheellinen .

G. Meyerin ja F. Clarkin vuonna 1928 suorittamat kumin röntgentutkimukset valaisevat tätä ongelmaa. Ensimmäiset tulokset tulkittiin kuitenkin jälleen väärin, mikä johti tällä menetelmällä määritetyn molekyylipainon aliarvioimiseen [1] . Kiteiset kappaleet koostuvat monista kristalliiteista (itse asiassa mikrokiteistä), jotka on yhdistetty rajoilla. Kuten nyt tiedetään, polymeerimolekyylit kulkevat näiden rajojen läpi ja ovat läsnä samanaikaisesti monissa kristaliteissa . Tätä ei silloin tiedetty, mikä johti tulosten väärintulkintaan. T. Svedbegin työ biomolekyylien tutkimuksessa ( kemian Nobel-palkittu 1926 ) johti oikeisiin tuloksiin.

Saksalaista kemistiä Staudingeriä pidetään polymeeritieteen isänä . Vuonna 1917 Sveitsin tiedeakatemialle antamassaan raportissa hän raportoi, että makromolekyyliyhdisteet koostuvat kovalenttisesti kytketyistä pitkäketjuisista molekyyleistä [2] . Vuonna 1920 hän julkaisi artikkelin Saksan kemian seuran raporteissa, josta tuli nykyaikaisen polymeeritieteen perusta . Jo vuosina 1924-1928 seurasi polymeerien rakennetta koskeva työ , joka loi perustan tämän yhdisteluokan nykyiselle ymmärtämiselle [3] [4] [5] . Vuonna 1953 Staudinger sai työstään kemian Nobelin palkinnon .

1950-luvun alussa saksalainen kemisti Karl Ziegler havaitsi, että alkyylialumiini- ja titaanitetrakloridikatalyytit mahdollistivat eteenin polymeroinnin polyeteeniksi jo huoneenlämpötilassa . Ennen tätä eteeniä oli polymeroitu korkeassa paineessa teräsautoklaaveissa . Tällä tavalla saadulla polyeteenillä oli muita ominaisuuksia, korkea stabiilisuusaste. Italialainen tiedemies Giulio Natta kehitti Zieglerin työhön perustuen saman tekniikan polypropeenin valmistukseen [6] . Ziegler ja Natta saivat työstään vuoden 1963 kemian Nobelin palkinnon . Paul Floryn ja Maurizio Gugginsin teokset loivat perustan teorialle polymeerien käyttäytymisestä liuoksissa, seoksissa ja niiden kiteytymisessä. Nykyään ne muodostavat polymeerien fysikaalisen kemian perustan [7] .

Perusteet

Polymeerit koostuvat yhdestä tai erityyppisistä monomeereistä ( kreikaksi mono  -yksi). Yhden tyyppisistä monomeereistä koostuvia polymeerejä kutsutaan homopolymeereiksi ( kreikaksi homo  - equal) ja eri tyypeistä kopolymeereiksi .

Prosessia polymeerien saamiseksi monomeereistä kutsutaan polymerisaatioksi tai polyreaktioksi. Polyreaktiossa erotetaan eri vaiheita: kondensaatio, ketjun kasvu. Polymeereistä puhutaan, kun molekyylipaino saavuttaa 10 000 amu. noin. ja enemmän. Pienemmän massan yhdisteillä he puhuvat oligomeereistä ( kreikaksi oligo  - jotkut).

Polymeerien analysointiin käytetään erilaisia ​​menetelmiä:

• epäsuora geelikromatografia , viskometria
• suoramassaspektroskopia , osmoosi , ebullioskopia , staattinen valonsironta ( nefelometria ).

Muodostumisreaktioiden mekanismit on kuvattu artikkeleissa polykondensaatio , polymerointi .

Muistiinpanot

1. ↑ Meyer, Kurt H.; Mark, H.: Gummi. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , Abteilung B: Abhandlungen, 1928 , 61B 1939-49.
2. ↑ Staudinger H., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1920 , 53 , 1073.
3. ↑ Staudinger, H.: Die Struktur des Gummis. VI.; Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , Abteilung B: Abhandlungen 1924 , 57B 1203-8.
4. ↑ Staudinger H. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 1926 , Ges. 59.201.
5. ↑ Staudinger, H.; Frey, K.; Starck, W.: Verbindungen hohen Molekulargewichts IX. Polyvinyyliasetaatti ja polyvinyylialkoholi., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1927 , 60B 1782-92.
6. ↑ Natta, G.; Pasquon, I.; Zambelli, A.: Stereospesifiset katalyytit propeenin head-to-tail-polymeroimiseksi kiteiseksi syndiotaktiseksi polymeeriksi.; Journal of the American Chemical Society , 1962 , 84 , 1488-1490.
7. ↑ Flory, PJ; Yoon, DY: Momentit ja jakautumisfunktiot rajallisen pituisille polymeeriketjuille. I. Teoria; Journal of Chemical Physics ; 1974 , 61 , 5358-65.

Kirjallisuus

• Kemian termien sanasto // I. Opeida, A. Teroitus. Fysikaalisen orgaanisen kemian ja hiilikemian instituutti im. L. M. Litvinenko Ukrainan kansallinen tiedeakatemia, Donetskin kansallinen yliopisto. - Donetsk: Weber, 2008. - 758 s. — ISBN 978-966-335-206-0
• Ukrainan HAC. Erikoispassi. N 17-09 / 1, 29.1.98
• Polymeerikemian perusteet: Proc. korvaus. / A. V. Suberlyak, E. I. Sembay; kansallinen un-t "Lvivin ammattikorkeakoulu". Etäisyysinstituutti. oppimista. - L., 2004. - 240 s. - (Poistettu. Koulutus; nro 24). — Bibliografia: s. 238-239.
• Polymeerien tietosanakirja. T. 1-3. M .: 1972-1977.
• Semchikov Yu. D. Korkeamolekyyliset yhdisteet. - M. , 2003. - 367 s.
• Ablesimov N. E. Kemian tiivistelmä. — Yleisen kemian opas ja oppikirja. - Habarovsk: DVGUPS, 2005. - 84 s.
• Ablesimov N.E. Kuinka monta kemiaa maailmassa on? Kemia ja elämä - XXI vuosisata  // Osa 2. - 2009. - Nro 6 . - S. 34-37 . (Venäjän kieli)