1. Pojęcia podstawowe

Pojęcie “polimer”. Polimer jest związkiem chemicznym, zbudowanym z pow­tarzających się grup atomów (jednostek chemicznych) o jednakowej strukturzę połączonych między sobą wiązaniami chemicznymi [1]. Te jednostki są nazywane merami lub jednostkami strukturalnymi (lub powtarzalnymi). Mer (M) jest jednostką konstytucyjną polimeru zawierającą powtarzające się te same grupy atomów. Mer powtarza się wielokrotnie tworząc łańcuch chemiczny o dużej długości:

Dlatego mówimy, że polimer składa się z makrocząsteczek i z tego powodu polimery nazywamy związkami wielkocząstecz­kowymi, a makrocząsteczki - łańcuchem polimerowym. Długość łańcucha zmienia się od 1 do 10 μm [2].

Przykładowy wzór chemiczny makrocząsteczki przedstawia schemat:

gdzie X - grupa boczna.

Wskaźnik powtarzalności merów w makrocząsteczce (n) nazywamy stopniem polimeryzacji. Stopień polimeryzacji wynosi od 100 do 100 tysięcy, dlatego polimery wykazują dużą wartość ciężaru cząsteczkowego. Ogólnie polimery mają ciężar cząsteczkowy w granicach od dziesiątków tysięcy do miliona. Stopień polimeryzacji jest wartością średnią wyrażoną ilorazem śriedniego ciężaru cząsteczkowego polimeru
i masy cząsteczkowej meru M₀ [3]:

Gdy n = 2⋅10² - ciężar cząsteczkowy sięga wartości 10³÷10⁴ [4].

Związki które mają ciężar cząsteczkowy od tysiąca do dziesięciu tysięcy nazywają się oligomerami.

Surowce wyjściowe do produkcji polimerów nazywamy monomerami.

CH₂=CH → (−CH₂−CH−)_n

 

X X

Monomer Polimer

Monomerem jest związek chemiczny małocząsteczkowy, który zawiera podwójne lub potrójne wiązania, heteroatomy lub co najmniej dwie grupy atomów zdolnych do polimeryzacji, a także zdolne do reakcji heteropierścienie. W tabeli 1.1 przedstawiono struktury monomerów zawierających wiązanie podwójne. Monomery podczas polimeryzacji łączą się tworząc łańcuchy polimeru o naz­wie pochodzącej od nazwy monomeru z przedrostkiem “poli”.

Tabela 1.1

Przykłady nazw monomerów i polimerów [1]

L p.	Budowa chemiczna	Nazwa monomeru	Nazwa polimeru	Budowa łańcucha
1.	CH2=CH2	etylen	polietylen	(−CH2−CH2−)n
2.	CH2=CHC6H5	styren	polistyren	(−CH2−CH−)n | C6H5
3.	CH2=CHCl	chlorek winylu	poli(chlorek winylu)	(−CH2−CH−)n | Cl
4.		kaproamid	Polikapo ramid (PA-6)	(−C(−CH2)5−NH−)n || O
5.		tlenek etylenu	polioksyetylen	(−CH2−CH2−O−)n

Polimery dzielą się według budowy makrocząsteczki na homopolimery i ko­polimery. Wyjściowym surowcem homopolimeru jest jeden monomer, a kopolimeru są dwa monomery i więcej.

Homopolimer: (−CH₂−CH₂−)_n

Kopolimer: (−M₁−)(−M₂−)_y lub (−CH₂−CH₂)_x−(CH₂−CH−)_y

|

CH₃

Polimery makrocząsteczki których zbudowane z trzech monomerów nazywają się terpolimerami.

Terpolimer:

W zależności od budowy łańcucha makrocząsteczkowego można wyróżnić polimery z makrocząsteczką:

a) łańcuchową prostą:

b) rozgałęzioną:

c) usieciowaną (sieć przestrzenna):

Właściwości polimerów różnią się od właściwości odpowiadających im monomerów. Właściwości te są uzależnione od ciężaru cząsteczkowego i struktury nadcząsteczkowej w zakresie cech charakterystycznych, takich jak:

1. Obejmują dwa stany skupienia - stan stały lub ciekły (skondensowany) i nie występują w stanie lotnym (gazowym).

2. Wielki ciężar cząsteczkowy i niska gęstość właściwa.

3. Powolne rozpuszczanie się (przechodząc stan pęcznienia). Wysoka lepkość roztworów.

4. Wysoka odporność chemiczna i korozyjna.

5. Przy odparowywaniu rozpuszczalnika z roztworu w większości przypadków wytwarza się folia (błona) o selektywnej przenikalności.

6. Charakteryzują się występowaniem stanu wysokoelastycznego i dużym odwracalnym odkształceniem.

7. W stanie stopionym charakteryzuję się bardzo wysoką lepkością i w niektórych przypadkach właściwościami lepkosprężystymi.

8. Niska przewodność cieplna (bardzo dobre właściwości termoizolacyjne).

9. Dobre właściwości dielektryczne i elektroizolacyjne.

10. Wykazują nieograniczone możliwości zmiany (modyfikacji) właś­ciwości (fizycznych, chemicznych, biologicznych).

11. Makrocząsteczki mają jednakową budowę chemiczną, jednak różnią się długością łańcucha oraz ciężarem cząsteczkowym i strukturą nadcząsteczkową.

12. Wykazują zdolność do zmian konformacyjnych makrocząsteczki, krystalizują się i re­­krystalizują.

Dzięki temu materiały polimerowe znalazły szerokie zastosowanie.

15

−CH₂−CH−CH₂−CH−CH₂−CH− ⋅⋅⋅ → (−CH−CH₂−)_n

| | | |

X X X X

(−CH₂−CH₂−)_x(CH₂−CH−)_y(CH₂−CH−)_z

| |

O=C−O−CH₃ CH₃

C=O

(CH₂)₅

NH

CH₂−CH₂

O