Полимерная химия - Polymer chemistry

Часть основы нейлон 6,6.

Полимерная химия является суб-дисциплиной химия который фокусируется на химический синтез, структура и химический и физические свойства полимеры и макромолекулы. Принципы и методы, используемые в химии полимеров, также применимы в широком спектре других суб-дисциплин, таких как органическая химия, аналитическая химия, и физическая химия. Многие материалы имеют полимерные структуры из полностью неорганических металлы и керамика к ДНК и другие биологические молекулы однако химия полимеров обычно упоминается в контексте синтетический, органические композиции. Синтетический полимеры повсеместно используются в коммерческих материалах и продуктах повседневного использования, обычно называемых пластмассы, и каучуки, и являются основными компонентами составной материалы. Химия полимеров также может быть включена в более широкие области полимерная наука или даже нанотехнологии, оба из которых можно охарактеризовать как охватывающие физика полимеров и полимерная инженерия.[1][2][3][4]

История

Работа Анри Браконно в 1777 г. и работы Кристиан Шёнбейн в 1846 г. привело к открытию нитроцеллюлоза, который при лечении камфора, произведено целлулоид. Растворено в эфир или ацетон, это становится коллодий, который использовался как рана одеваться с Гражданская война в США. Ацетат целлюлозы впервые был получен в 1865 году. В 1834-1844 годах свойства каучука (полиизопрен ) были значительно улучшены при нагревании сера, тем самым основав вулканизация обработать.

В 1884 г. Hilaire de Chardonnet запустил первый искусственный волокно растение на основе регенерированного целлюлоза, или вискоза район, в качестве замены шелк, но он был очень легковоспламеняющимся.[5] В 1907 г. Лео Бэкеланд изобрел первый полимер, независимый от продуктов организмы, а термореактивный фенол -формальдегид смола называется Бакелит. Примерно в то же время Герман Лойкс сообщил о синтезе N-карбоксиангидриды аминокислот и их высокомолекулярные продукты при реакции с нуклеофилами, но не стали называть их полимерами, возможно, из-за сильных взглядов, разделяемых Эмиль Фишер, его непосредственный руководитель, отрицая возможность существования любой ковалентной молекулы, превышающей 6000 дальтон.[6] Целлофан был изобретен в 1908 году Жокком Бранденбергером, который обработал листы вискозного волокна кислота.[7]

Конструкции некоторых электрически проводящие полимеры: полиацетилен; полифенилен винилен; полипиррол (X = NH) и политиофен (X = S); и полианилин (X = NH / N) и полифениленсульфид (Х = S).
Структура полидиметилсилоксан, иллюстрирующий полимер с неорганической основной цепью.

Химик Герман Штаудингер впервые предположил, что полимеры состоят из длинных цепей атомы держится вместе ковалентные связи, который он назвал макромолекулы. 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 молекулы (коллоиды ), без определенного молекулярная масса, удерживаемый неизвестным сила. Штаудингер получил Нобелевская премия по химии в 1953 г. Уоллес Карозерс изобрел первый синтетическая резина называется неопрен в 1931 г. первые полиэстер, и продолжил изобретать нейлон, настоящая замена шелка, в 1935 году. Пол Флори был награжден Нобелевская премия по химии в 1974 г. за работу над полимером случайный катушки конфигурации в решении 1950-х годов. Стефани Кволек разработал арамид, или ароматный нейлон по имени Кевлар, запатентовано в 1966 году. Карл Циглер и Джулио Натта получил Нобелевскую премию за открытие катализаторы для полимеризации алкены. Алан Дж. Хигер, Алан МакДиармид, и Хидеки Сиракава были удостоены Нобелевской премии по химии 2000 г. за разработку полиацетилен и родственные проводящие полимеры.[8] Сам по себе полиацетилен практического применения не нашел, но органические светодиоды (OLED) появились как одно из применений проводящих полимеров.[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 Институт исследования полимеров (PRI) был основан в 1941 г. Герман Марк на Политехнический институт Бруклина (сейчас же Политехнический институт Нью-Йоркского университета ).

Полимеры и их свойства

В вязкость полимерных растворов является ценным параметром. Вискозиметры такие как это используются в таких измерениях.

Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, образованные полимеризация из мономеры. Простая реактивная молекула, из которой происходят повторяющиеся структурные единицы полимера, называется мономером. А полимер можно описать по-разному: его степень полимеризации, молярно-массовое распределение, тактичность, сополимер распределение, степень разветвление, своим конечные группы, сшивки, кристалличность и тепловые свойства, такие как температура стеклования и температура плавления. Полимеры в решение обладают особыми характеристиками в отношении растворимость, вязкость, и гелеобразование. Для иллюстрации количественных аспектов химии полимеров особое внимание уделяется среднечисленным и среднечисленным значениям. средневесовые молекулярные массы и соответственно.

Образование и свойства полимеров были рационализированы многими теориями, включая Теория Шойтьенса – Флира, Теория решений Флори – Хаггинса, Механизм Косси-Арлмана, Теория поля полимеров, Теория нуклеации Хоффмана, Теория Флори-Стокмайера, и многие другие.

Сегменты полипропилен, демонстрируя несколько разные структуры изотактических (вверху) и синдиотактических (внизу) полимеров.

Классификация

Происхождение

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

Нить целлюлозы, показывающая водородные связи (заштриховано) внутри и между цепями.

Биополимеры являются структурными и функциональными материалами, которые составляют большую часть органического вещества в организмах. Одним из основных классов биополимеров являются белки, которые получены из аминокислоты. Полисахариды, такие как целлюлоза, хитин, и крахмал, представляют собой биополимеры, полученные из сахаров. Полинуклеиновых кислот ДНК и РНК происходят из фосфорилированных сахаров с боковыми нуклеотидами, которые несут генетическую информацию.

Синтетические полимеры проявляются ли конструкционные материалы в пластмассы, синтетические волокна, краски, строительные материалы, мебель, механические части и клеи. Синтетические полимеры можно разделить на термопластичные полимеры и термореактивные пластмассы. Термопластичные полимеры включают: полиэтилен, тефлон, полистирол, полипропилен, полиэстер, полиуретан, Полиметилметакрилат), поливинил хлорид, нейлон, и район. Термореактивные пластмассы включают вулканизированный резина, бакелит, Кевлар, и полиэпоксид. Почти все синтетические полимеры получают из нефтехимия.

Вязкость

По мере того как полимеры становятся длиннее и их молекулярная масса увеличивается, вязкость полимеров в растворенном и жидком состояниях также имеют тенденцию к увеличению. Таким образом, измеренная вязкость синтезированных полимеров может предоставить ценную информацию о средней длине полимера, ходе реакций и способах разветвления полимера.[10]

Композиты образуются путем объединения полимерных материалов для образования общей структуры со свойствами, которые отличаются от суммы отдельных компонентов.

Методы

Были обнаружены самые разные методы синтеза полимеров.

Список распространенных техник

Синтез неорганических полимеров

Биополимерный синтез

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Макрогалерия: кибер-страна полимерных развлечений". www.pslc.ws. Получено 2018-08-01.
  2. ^ Янг, Р. Дж. (1987) Введение в полимеры, Чепмен и Холл ISBN  0-412-22170-5
  3. ^ 1933-, Одиан, Джордж Г. Принципы полимеризации (Четвертое изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси. ISBN  9780471478751. OCLC  54781987.CS1 maint: числовые имена: список авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ Ханс-Генрих Моретто, Манфред Шульце, Гебхард Вагнер (2005) «Силиконы» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a24_057
  5. ^ «Первые годы искусственного волокна». Историческое общество пластмасс. Получено 2011-09-05.
  6. ^ Кричелдорф, Ханс, Р. (2006), «Полипептиды и 100 лет химии N-карбоксиангидридов α-аминокислот», Angewandte Chemie International Edition, 45 (35): 5752–5784, Дои:10.1002 / anie.200600693, PMID  16948174
  7. ^ «История целлофана». about.com. Получено 2011-09-05.
  8. ^ "Нобелевская премия по химии 2000 г.". Получено 2009-06-02.
  9. ^ Friend, R.H .; Gymer, R.W .; Холмс, А. Б .; Burroughes, J. H .; Marks, R. N .; Taliani, C .; Брэдли, Д. Д. С .; Сантос, Д. А. Дос; Brdas, J. L .; Lgdlund, M .; Саланек, В. Р. (1999). «Электролюминесценция в сопряженных полимерах». Природа. 397 (6715): 121–128. Bibcode:1999Натура.397..121F. Дои:10.1038/16393.
  10. ^ «Вязкость полимерных растворов». polymerdatabase.com. Получено 2019-03-05.