Полимерная химия

Часть каркаса из нейлона 6,6 .

Химия полимеров - это суб-дисциплина химии, которая фокусируется на химическом синтезе , структуре, а также химических и физических свойствах полимеров и макромолекул . Принципы и методы, используемые в химии полимеров, также применимы в широком спектре других химических дисциплин, таких как органическая химия , аналитическая химия и физическая химия . Многие материалы имеют полимерную структуру, от полностью неорганических металлов и керамики до ДНК и других биологических молекул.Однако, химии полимеров обычно называют в контексте синтетических , органических композиций . Синтетические полимеры широко используются в коммерческих материалах и продуктах повседневного использования, обычно называемых пластмассами и каучуками , и являются основными компонентами композитных материалов. Химия полимеров также может быть включена в более широкие области науки о полимерах или даже нанотехнологии , обе из которых могут быть описаны как охватывающие физику полимеров и полимерную инженерию . ^{[1] [2] [3] [4]}

История [ править ]

Работа Анри Браконно в 1777 году и работа Кристиана Шёнбейна в 1846 году привели к открытию нитроцеллюлозы , которая при обработке камфорой дает целлулоид . Растворенный в эфире или ацетоне , он становится коллодием , который использовался в качестве перевязочного материала для ран со времен Гражданской войны в США . Ацетат целлюлозы был впервые получен в 1865 году. В 1834-1844 годах было обнаружено, что свойства каучука ( полиизопрена ) значительно улучшаются при нагревании с серой , что положило начало вулканизации процесс.

В 1884 году Илер де Шардонне начала первого искусственного волокна завода на основе регенерированной целлюлозы , или вискозной района , в качестве замены для шелка , но это было очень горюч. ^[5] В 1907 Бакеланд изобрел первый полимер независимым от продуктов организмов , в термореактивной фенольной - формальдегидной смолы под названием бакелит . Примерно в то же время Герман Лейкс сообщил о синтезе N-карбоксиангидридов аминокислот.и их высокомолекулярные продукты при реакции с нуклеофилами, но не стали называть их полимерами, возможно, из-за сильных взглядов, которых придерживался Эмиль Фишер , его непосредственный руководитель, отрицающий возможность существования любой ковалентной молекулы, превышающей 6000 дальтон. ^[6] Целлофан был изобретен в 1908 году Жокком Бранденбергером, который обработал листы вискозного волокна кислотой . ^[7]

• Ведущие деятели химии полимеров
• Герман Штаудингер , отец химии полимеров

• Уоллес Карозерс , изобретатель нейлона.

• Стефани Кволек , изобретательница кевлара .

Химик Герман Штаудингер первым предположил, что полимеры состоят из длинных цепочек атомов, удерживаемых вместе ковалентными связями , которые он назвал макромолекулами . Его работа расширила химическое понимание полимеров, и за ней последовало расширение области химии полимеров, в ходе которой были изобретены такие полимерные материалы, как неопрен, нейлон и полиэстер. До Штаудингера полимеры считались кластерами небольших молекул ( коллоидов ) без определенного молекулярного веса , удерживаемыми неизвестной силой . Штаудингер получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году.Уоллес Карозерс изобрел первый синтетический каучук, названный неопреном, в 1931 году, первый полиэстер , а в 1935 году изобрел нейлон , настоящую замену шелку. Пол Флори был удостоен Нобелевской премии по химии в 1974 году за его работу над случайными конфигурациями полимерных катушек в растворе в 1950-е гг. Стефани Кволек разработала арамид , или ароматический нейлон под названием кевлар , запатентованный в 1966 году. Карл Циглер и Джулио Натта получили Нобелевскую премию за открытие катализаторов.для полимеризации алкенов . Алан Дж. Хигер , Алан МакДиармид и Хидеки Ширакава были удостоены Нобелевской премии по химии 2000 года за разработку полиацетилена и родственных проводящих полимеров. ^[8] Сам по себе полиацетилен не нашел практического применения, но как одно из применений проводящих полимеров появились органические светодиоды (OLED). ^[9]

Учебные и исследовательские программы по химии полимеров были введены в 1940-х годах. Institut fur Makromolekulare Chemie был основан в 1940 году во Фрайбурге, Германия, под руководством Штаудингера. В Америке Исследовательский институт полимеров (PRI) был основан в 1941 году Германом Марком в Политехническом институте Бруклина (ныне Политехнический институт Нью-Йоркского университета ).

Полимеры и их свойства [ править ]

Полимеры являются высокими массовыми соединениями молекулярных , образованных полимеризацией из мономеров . Простая реакционная молекула, из которой происходят повторяющиеся структурные единицы полимера, называется мономером. Полимер может быть описан многими способами: его степень полимеризации , мольного распределения массы , тактичности , сополимер распределения, степень разветвления , по его конечным группам , сшивкам , кристалличности и тепловых свойствам , такие как его температура стеклования и температура плавления. Полимерыв растворе обладают особыми характеристиками в отношении растворимости , вязкости и гелеобразования . Для иллюстрации количественных аспектов химии полимеров особое внимание уделяется среднечисленным и средневесовым молекулярным массам и , соответственно.${\displaystyle M_{n}}$${\displaystyle M_{w}}$
${\displaystyle M_{n}={\frac {\sum M_{i}N_{i}}{\sum N_{i}}},\quad M_{w}={\frac {\sum M_{i}^{2}N_{i}}{\sum M_{i}N_{i}}},\quad }$

Формирование и свойство полимеров были рационализируются многими теориями , включая теорию Scheutjens-Fleer , теории растворов Флори Хаггинс , Cossee-Arlman механизм , Polymer теорию поля , Hoffman теорию нуклеации , Флорите-Штокмайер теорию , и многими другим.

Классификация [ править ]

Происхождение [ править ]

Полимеры можно подразделить на биополимеры и синтетические полимеры в зависимости от их происхождения. Каждый из этих классов соединений можно подразделить на более конкретные категории в зависимости от их использования и свойств.

Биополимеры - это структурные и функциональные материалы, из которых состоит большая часть органического вещества организмов. Один из основных классов биополимеров - это белки , производные от аминокислот . Полисахариды , такие как целлюлоза , хитин и крахмал , представляют собой биополимеры, полученные из сахаров. В поли нуклеиновых кислот ДНК и РНК получает из фосфорилированных сахаров с подвесными нуклеотидами , которые несут генетическую информацию.

Синтетические полимеры - это конструкционные материалы, проявляющиеся в пластмассах , синтетических волокнах , красках , строительных материалах , мебели , механических деталях и клеях . Синтетические полимеры можно разделить на термопластичные полимеры и термореактивные пластмассы . Термопластичные полимеры включают полиэтилен , тефлон , полистирол , полипропилен , полиэфир , полиуретан , поли (метилметакрилат) , поливинилхлорид ,нейлон и вискоза . Термореактивные пластмассы включают вулканизированный каучук , бакелит , кевлар и полиэпоксид . Почти все синтетические полимеры получают из нефтехимии .

Вязкость [ править ]

По мере увеличения длины полимеров и увеличения их молекулярной массы вязкость полимеров в растворенном и жидком состояниях также имеет тенденцию к увеличению. Таким образом, измеренная вязкость синтезированных полимеров может предоставить ценную информацию о средней длине полимера, ходе реакций и способах разветвления полимера. ^[10]

Методы [ править ]

Было обнаружено большое количество методов синтеза полимеров.

Список общих техник [ править ]

Синтез неорганических полимеров [ править ]

• Свободнорадикальная полимеризация
• Ионная полимеризация
• Поликонденсация
• Полиприсоединение
• Координационная полимеризация

Биополимерный синтез [ править ]

• Белковый биосинтез
• Бесклеточный синтез белка
• Синтез ДНК

См. Также [ править ]

• Полимер
• Полимерная наука
• Полимерная физика
• Химия
• Полимерная топология

Ссылки [ править ]