Полимерная архитектура - Polymer architecture

Точка разветвления в полимере

Полимерная архитектура в полимерная наука относится к пути разветвление приводит к отклонению от строго линейной полимерной цепи.[1] Ветвление может происходить случайным образом, или реакции могут быть спроектированы так, чтобы нацеливаться на конкретные архитектуры.[1] Это важная микроструктурная особенность. Архитектура полимера влияет на многие из его физических свойств, включая вязкость раствора, вязкость расплава, растворимость в различных растворителях, температуру стеклования и размер отдельных полимерных спиралей в растворе.

Различные полимерные архитектуры

Различные полимерные архитектуры.

Случайное ветвление

Разветвления могут образовываться, когда растущий конец молекулы полимера достигает либо (а) обратно на себя, либо (б) на другую полимерную цепь, оба из которых, посредством отщепления водорода, могут создавать сайт роста в средней части цепи.

Ветвление можно количественно оценить по индекс ветвления.

Сшитый полимер

Эффект, связанный с разветвлением, является химическим. сшивание - образование ковалентных связей между цепями. Сшивание имеет тенденцию к увеличению Tграмм и увеличить силу и стойкость. Среди других применений этот процесс используется для упрочнения каучуков в процессе, известном как вулканизация, который основан на сшивании серой. Например, автомобильные шины имеют высокую степень сшивки, чтобы уменьшить утечку воздуха из шины и повысить их долговечность. С другой стороны, резина ластика не имеет сшивки, чтобы резина отслаивалась и не повреждалась бумага. Полимеризация чистой серы при более высоких температурах также объясняет, почему сера становится более вязкой при повышенных температурах в расплавленном состоянии.[2]

Молекула полимера с высокой степенью сшивки называется полимерной сеткой.[3] Достаточно высокое отношение сшивки к цепи может привести к образованию так называемой бесконечной сетки или геля, в котором каждая цепь соединена по меньшей мере с одной другой.[4]

Сложные архитектуры

С постоянным развитием Живая полимеризация, синтез полимеров с определенной архитектурой становится все более и более простым. Архитектуры, такие как звездчатые полимеры, гребенчатые полимеры, кисть из полимеров, дендронизированные полимеры, дендримеры и Кольцевые полимеры возможны. Полимеры сложной архитектуры можно синтезировать либо с использованием специально подобранных исходных соединений, либо сначала синтезируя линейные цепи, которые претерпевают дальнейшие реакции для соединения друг с другом. Узловые полимеры состоят из множества звеньев внутримолекулярной циклизации в пределах одной полимерной цепи.

Влияние архитектуры на физические свойства

В целом, чем выше степень разветвления, тем более компактна полимерная цепь. Разветвление также влияет на перепутывание цепей, способность цепей скользить друг мимо друга, что, в свою очередь, влияет на физические свойства в объеме. Разветвления с длинной цепью могут увеличить прочность, ударную вязкость и прочность полимера. температура стеклования (Тграмм) из-за увеличения числа зацеплений в цепи. С другой стороны, случайная и короткая длина цепи между ответвлениями может снизить прочность полимера из-за нарушения способности цепей взаимодействовать друг с другом или кристаллизоваться.

Пример влияния разветвления на физические свойства можно найти в полиэтилене. Полиэтилен высокой плотности (HDPE) имеет очень низкую степень разветвления, относительно жесткий и используется в таких приложениях, как пуленепробиваемые жилеты. Полиэтилен низкой плотности (LDPE), с другой стороны, имеет значительное количество как длинных, так и коротких ветвей, является относительно гибким и используется в таких приложениях, как пластиковые пленки.

Дендример и дендрон

Дендримеры - это особый случай разветвленного полимера, где каждое мономерное звено также является точкой разветвления. Это имеет тенденцию к уменьшению запутывания и кристаллизации межмолекулярных цепей. Родственная архитектура, дендритный полимер, не является полностью разветвленным, но обладает свойствами, аналогичными дендримерам, из-за их высокой степени разветвления.

На степень разветвления, возникающего во время полимеризации, может влиять функциональность используемых мономеров.[5] Например, в свободный радикал полимеризация стирол, добавление дивинилбензол, который имеет функциональность 2, приведет к образованию разветвленного полимера.

Рекомендации

  1. ^ а б Рубинштейн, Майкл; Колби, Ральф Х. (2003). Полимерная физика. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 6. ISBN  0-19-852059-X.
  2. ^ К. Майкл Хоган. 2011 г. сера. Энциклопедия Земли, ред. А. Йоргенсен и К. Дж. Кливленд, Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия
  3. ^ ИЮПАК; Kratochvíl, P .; Степто, Р. Ф. Т .; Сутер, У. В. (1996). «Глоссарий основных терминов в науке о полимерах». Pure Appl. Chem. 68 (12): 2287–2311. Дои:10.1351 / pac199668122287.
  4. ^ Художник, с. 96-100.
  5. ^ Кэмпбелл, Нил А .; Брэд Уильямсон; Робин Дж. Хейден (2006). Биология: изучение жизни. Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN  0-13-250882-6.