Chimia polimerilor

Chimia polimerilor (chimia compușilor macromoleculari)  este o ramură a științei care studiază proprietățile chimice și fizico -chimice , metodele și modelele reacțiilor de sinteză și transformările compușilor macromoleculari , precum și reactivii de pornire ( monomeri , oligomeri ) care sunt utilizați pentru obținerea lor. Industria explorează atât polimerii artificiali ( poliolefine , poliesteri , poliamide și alți compuși), cât și polimeri naturali ( amidon , celuloză , lignină ).

Subiect

Chimia polimerilor studiază cinetica , cataliza , mecanismul de reacție de polimerizare , policondensarea , poliadiția , transformările polimer-analoage, distrugerea și reticularea polimerilor , procesele de stabilizare a acestora și alte transformări chimice .

Chimia polimerilor stabilește relația dintre structura chimică și condițiile de sinteză cu structura și proprietățile compușilor macromoleculari. Explorează, în legătură cu structura chimică, transformările fizice în polimeri și soluțiile acestora , precum și structura, proprietățile fizice, fizico-mecanice ale polimerilor , fenomenele de suprafață, interfaciale și alte fenomene care apar în sistemele polimerice și compozite .

Principalele linii de cercetare

• Sinteza monomerilor , noi sisteme de iniţiere şi catalitice , oligomeri pentru a obţine polimeri liniari , ramificati şi de reţea pe baza acestora .
• Studiul reacțiilor de polimerizare , policondensare , poliadiție , poliheterociclizare , mecanismul și cinetica acestor reacții, influența structurii reactivilor de pornire și condițiile de sinteză asupra legilor reacțiilor și proprietăților polimerilor.
• Studiul mecanismelor reacțiilor de sinteză și transformărilor chimice în compușii macromoleculari sub acțiunea UV , laser, radiații și alte iradieri, stabilirea relațiilor dintre mecanismul de reacție și proprietățile compușilor rezultați.
• Studiul transformărilor chimice în polimeri și sisteme polimerice , mecanismul și regularitățile acestora.
• Studiul proceselor de degradare și stabilizare termică , termooxidativă , ușoară , mecanică și biologică a polimerilor; crearea de noi stabilizatori, studiul acțiunii acestora.
• Studiul modelelor de sinteză a copolimerilor bloc , a polimerilor grefați și în rețea, a rețelelor polimerice interpenetrante, a mecanismului de formare a acestora, stabilirea relației proprietăților acestora cu structura.
• Studiul structurii și proprietăților fizico-chimice ale polimerilor , soluțiile acestora și sistemele polimerice eterogene.
• Studiul fenomenelor de suprafață și interfață în sistemele polimerice multicomponente, structura și proprietățile acestora.
• Studiul proceselor fizice din polimeri și sisteme polimerice în legătură cu compoziția lor și structura chimică a matricei polimerice.
• Fundamentele chimice și fizico-chimice ale formării materialelor polimerice compozite și membranare .

Istorie

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea , se știa puțin despre structura materialelor polimerice. Pe baza măsurătorilor presiunii vaporilor de saturație și a presiunii osmotice se știa că în aceste cazuri vorbim de molecule mari cu greutate moleculară mare . Presupunerea că aceștia sunt compuși coloidali a fost eronată .

Realizate de G. Meyer și F. Clark în 1928, studiile cu raze X ale cauciucului aruncă o lumină asupra acestei probleme. Cu toate acestea, primele rezultate au fost din nou interpretate greșit, ceea ce a condus la o subestimare a greutății moleculare determinate prin această metodă [1] . Corpurile cristaline constau din multe cristalite (de fapt microcristale) conectate prin granițe. După cum se știe acum, moleculele de polimer trec prin aceste limite și sunt prezente simultan în multe cristalite . Acest lucru nu se știa atunci, ceea ce a condus la interpretarea greșită a rezultatelor. Lucrările lui T. Svedbeg privind studiul biomoleculelor ( laureat Nobel pentru chimie în 1926 ) au condus la rezultate corecte.

Chimistul german Staudinger este considerat părintele științei polimerilor . În 1917, în raportul său către Academia Elvețiană de Științe, el a raportat că compușii macromoleculari sunt compuși din molecule cu lanț lung legate covalent [2] . În 1920, a publicat un articol în rapoartele Societății Germane de Chimie, care a devenit baza științei moderne a polimerilor . Încă din 1924-1928 au urmat lucrările asupra structurii polimerilor , care au pus bazele înțelegerii de astăzi a acestei clase de compuși [3] [4] [5] . În 1953 , Staudinger a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru munca sa .

La începutul anilor 1950, chimistul german Karl Ziegler a descoperit că catalizatorii de alchil aluminiu și tetraclorură de titan au făcut posibilă polimerizarea etilenei în polietilenă deja la temperatura camerei. Înainte de aceasta, etena a fost polimerizată la presiune ridicată în autoclave din oțel . Polietilena astfel obtinuta avea alte proprietati, un grad ridicat de stabilitate. Omul de știință italian Giulio Natta , pe baza lucrării lui Ziegler, a dezvoltat aceeași tehnică pentru producerea polipropilenei [6] . Ziegler și Natta au primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1963 pentru munca lor . Lucrările lui Paul Flory și Maurizio Guggins au pus bazele teoriei comportării polimerilor în soluții, amestecuri și cristalizarea acestora. Astăzi, ele formează baza chimiei fizice a polimerilor [7] .

Bazele

Polimerii , constau din unul sau mai multe tipuri de monomeri ( greacă mono  - one). Polimerii formați dintr-un singur tip de monomeri se numesc homopolimeri ( greacă homo  -egal), iar din diferite tipuri - copolimeri .

Procesul de obținere a polimerilor din monomeri se numește polimerizare sau polireacție. Într-o polireacție se disting diferite etape: condensare, creștere în lanț. Se vorbește despre polimeri atunci când greutatea moleculară atinge 10.000 amu. despre. și altele. Cu compuși de masă mai mică, ei vorbesc despre oligomeri ( oligo grecesc  - unii).

Pentru analiza polimerilor se folosesc diferite metode:

• indirect - cromatografie pe gel , viscometrie
• spectroscopie de masă directă , osmoză , ebullioscopie , împrăștiere statică a luminii ( nefelometrie ).

Mecanismele reacțiilor de formare sunt descrise în articolele policondensare , polimerizare .

Note

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.: Catalizatori stereospecifici pentru polimerizarea cap-coadă a propilenei la un polimer sindiotacfic cristalin.; Journal of the American Chemical Society , 1962 , 84 , 1488-90.
7. ↑ Flory, PJ; Yoon, DY: Momente și funcții de distribuție pentru lanțuri polimerice de lungime finită. I. Teorie; Jurnalul de fizică chimică ; 1974 , 61 , 5358-65.

Literatură

• Glosar de termeni în chimie // I. Opeida, A. Sharpening. Institutul de Chimie Organică Fizică și Chimia Cărbunelui im. L. M. Litvinenko Academia Națională de Științe din Ucraina, Universitatea Națională Donețk. - Donețk: Weber, 2008. - 758 p. — ISBN 978-966-335-206-0
• HAC al Ucrainei. Pașaport de specialitate. N 17-09 / 1 din 29.01.98
• Fundamentele chimiei polimerilor: Proc. indemnizatie. / A. V. Suberlyak, E. I. Sembay; Naţional un-t „Politehnica din Lviv”. Institutul la distanta. învăţare. - L., 2004. - 240 p. - (Înlăturat. Antrenament; Nr. 24). — Bibliografie: p. 238-239.
• Enciclopedia polimerilor. T. 1-3. M .: 1972-1977.
• Semchikov Yu. D. Compuși cu moleculare înaltă. - M. , 2003. - 367 p.
• Ablesimov N. E. Sinopsis de chimie. — Referință și manual de chimie generală. - Habarovsk: DVGUPS, 2005. - 84 p.
• Ablesimov N.E. Câte substanțe chimice există în lume? Chimie și viață - secolul XXI  // Partea 2. - 2009. - Nr. 6 . - S. 34-37 . (Rusă)