Kemi af polymerer

Kemi af polymerer (kemi af makromolekylære forbindelser)  er en gren af ​​videnskaben , der studerer de kemiske og fysisk-kemiske egenskaber , metoder og mønstre for syntesereaktioner og transformationer af makromolekylære forbindelser , såvel som startreagenserne ( monomerer , oligomerer ), der bruges til at opnå dem. Industrien udforsker både menneskeskabte ( polyolefiner , polyestere , polyamider og andre forbindelser) og naturlige polymerer ( stivelse , cellulose , lignin ).

Emne

Polymerkemi studerer kinetikken , katalyse , polymerisationsreaktionsmekanisme , polykondensation , polyaddition , polymer -analoge transformationer, ødelæggelse og tværbinding af polymerer , processer til deres stabilisering og andre kemiske transformationer .

Polymerkemi etablerer forholdet mellem den kemiske struktur og syntesebetingelser med strukturen og egenskaberne af makromolekylære forbindelser. Udforsker, i forbindelse med den kemiske struktur, fysiske transformationer i polymerer og deres opløsninger , samt strukturen, fysiske, fysisk-mekaniske egenskaber af polymerer , overflade-, grænseflade- og andre fænomener, der forekommer i polymersystemer og kompositter .

Hovedlinjer for forskning

• Syntese af monomerer , nye initierende og katalytiske systemer , oligomerer for at opnå lineære , forgrenede og netværkspolymerer på deres basis .
• Studiet af polymerisation , polykondensation , polyaddition , polyheterocykliseringsreaktioner , mekanismen og kinetikken af ​​disse reaktioner, indflydelsen af ​​strukturen af ​​startreagenserne og syntesebetingelser på reaktionslovene og polymerers egenskaber.
• Studiet af mekanismerne for syntesereaktioner og kemiske transformationer i makromolekylære forbindelser under påvirkning af UV , laser, stråling og anden bestråling, etablering af forhold mellem reaktionsmekanismen og egenskaberne af de resulterende forbindelser.
• Studie af kemiske transformationer i polymerer og polymersystemer , deres mekanisme og regelmæssigheder.
• Undersøgelse af processerne for termisk , termisk- oxidativ , let , mekanisk og biologisk nedbrydning og stabilisering af polymerer; skabelse af nye stabilisatorer, undersøgelse af deres virkning.
• Undersøgelse af mønstrene for syntese af blokcopolymerer , pode- og netværkspolymerer , interpenetrerende polymernetværk, mekanismen for deres dannelse, etablering af forholdet mellem deres egenskaber og strukturen.
• Studie af polymerers struktur og fysisk-kemiske egenskaber , deres opløsninger og heterogene polymersystemer.
• Undersøgelse af overflade- og grænsefladefænomener i multikomponent polymersystemer, deres struktur og egenskaber.
• Studiet af fysiske processer i polymerer og polymersystemer i forbindelse med deres sammensætning og polymermatrixens kemiske struktur.
• Kemiske og fysisk-kemiske grundlag for dannelsen af ​​komposit- og membranpolymermaterialer .

Historie

Ved slutningen af ​​det 19. århundrede var lidt kendt om strukturen af ​​polymere materialer. Ud fra målinger af mætningsdamptryk og osmotisk tryk vidste man, at der i disse tilfælde er tale om store molekyler med høj molekylvægt . Antagelsen om, at disse er kolloide forbindelser, var fejlagtig .

Udført af G. Meyer og F. Clark i 1928, kaster røntgenundersøgelser af gummi lidt lys over dette problem. De første resultater blev dog igen misfortolket, hvilket førte til en undervurdering af molekylvægten bestemt ved denne metode [1] . Krystallinske legemer består af mange krystallitter (faktisk mikrokrystaller) forbundet med grænser. Som det nu er kendt, passerer polymermolekyler gennem disse grænser og er til stede samtidigt i mange krystallitter . Dette var ikke kendt dengang, hvilket førte til fejlfortolkning af resultaterne. T. Svedbegs arbejde med studiet af biomolekyler ( Nobelprismodtager i kemi i 1926 ) førte til de korrekte resultater.

Den tyske kemiker Staudinger anses for polymervidenskabens fader . I 1917 rapporterede han i sin rapport til det schweiziske videnskabsakademi, at makromolekylære forbindelser er sammensat af kovalent forbundne langkædede molekyler [2] . I 1920 offentliggjorde han en artikel i rapporterne fra German Chemical Society , som blev grundlaget for moderne polymervidenskab . Allerede i 1924-1928 fulgte arbejdet med strukturen af ​​polymerer , som lagde grundlaget for nutidens forståelse af denne klasse af forbindelser [3] [4] [5] . I 1953 modtog Staudinger Nobelprisen i kemi for sit arbejde .

I begyndelsen af ​​1950'erne opdagede den tyske kemiker Karl Ziegler , at alkylaluminium- og titantetrachlorid - katalysatorer gjorde det muligt at polymerisere ethylen til polyethylen allerede ved stuetemperatur. Før dette var ethen blevet polymeriseret ved højt tryk i stålautoklaver . Den på denne måde opnåede polyethylen havde andre egenskaber, en høj grad af stabilitet. Den italienske videnskabsmand Giulio Natta udviklede, baseret på Zieglers arbejde, den samme teknik til fremstilling af polypropylen [6] . Ziegler og Natta modtog 1963 Nobelprisen i kemi for deres arbejde . Paul Florys og Maurizio Guggins' værker lagde grundlaget for teorien om polymerers adfærd i opløsninger, blandinger og deres krystallisation. I dag danner de grundlaget for polymerernes fysiske kemi [7] .

Grundlæggende

Polymerer består af en eller forskellige typer monomerer ( græsk mono  -one). Polymerer bestående af én slags monomerer kaldes homopolymerer ( græsk homo  -lige), og fra forskellige typer - copolymerer .

Processen med at opnå polymerer fra monomerer kaldes polymerisation eller polyreaktion. I en polyreaktion skelnes der mellem forskellige trin: kondensering, kædevækst. Der tales om polymerer, når molekylvægten når 10.000 amu. om. og mere. Med forbindelser med mindre masse taler de om oligomerer ( græsk oligo  - nogle).

Forskellige metoder bruges til at analysere polymerer:

• indirekte - gelkromatografi , viskometri
• direkte massespektroskopi , osmose , ebullioskopi , statisk lysspredning ( nephelometri ).

Mekanismerne for dannelsesreaktioner er beskrevet i artiklerne polykondensation , polymerisation .

Noter

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. Polyvinylacetat und Polyvinylalkohol., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, Abteilung B: Abhandlungen 1927 , 60B 1782-92.
6. ↑ Natta, G.; Pasquon, I.; Zambelli, A.: Stereospecifikke katalysatorer til hoved-til-hale polymerisation af propylen til en krystallinsk syndiotaktisk polymer.; Journal of the American Chemical Society , 1962 , 84 , 1488-90.
7. ↑ Flory, PJ; Yoon, DY: Momenter og fordelingsfunktioner for polymerkæder af begrænset længde. I. Teori; Journal of Chemical Physics ; 1974 , 61 , 5358-65.

Litteratur

• Ordliste over termer i kemi // I. Opeida, A. Sharpening. Institut for Fysisk Organisk Kemi og Kulkemi im. L. M. Litvinenko National Academy of Sciences i Ukraine, Donetsk National University. - Donetsk: Weber, 2008. - 758 s. — ISBN 978-966-335-206-0
• HAC i Ukraine. Specialpas. N 17-09 / 1 af 29.01.98
• Grundlæggende om polymerkemi: Proc. godtgørelse. / A. V. Suberlyak, E. I. Sembay; national un-t "Lviv polytekniske læreanstalt". Institut for afstand. læring. - L., 2004. - 240 s. - (Fjernet. Træning; nr. 24). — Bibliografi: s. 238-239.
• Encyklopædi af polymerer. T. 1-3. M .: 1972-1977.
• Semchikov Yu. D. Højmolekylære forbindelser. - M. , 2003. - 367 s.
• Ablesimov N. E. Synopsis af kemi. — Reference- og lærebog i almen kemi. - Khabarovsk: DVGUPS, 2005. - 84 s.
• Ablesimov N.E. Hvor mange kemier er der i verden? Kemi og liv - XXI århundrede  // Del 2. - 2009. - Nr. 6 . - S. 34-37 . (Russisk)