โพลีเมอร์ธรรมชาติมีสารอะไรบ้าง? โพลีเมอร์ - มันคืออะไร? การผลิตโพลีเมอร์

หากการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ดำเนินการโดยใช้แรง van der Waals ที่อ่อนแอจะเรียกว่าเทอร์โมพลาสติกหากใช้ พันธะเคมี- เทอร์โมเซต โพลีเมอร์เชิงเส้นรวมถึง ตัวอย่างเช่น เซลลูโลส โพลีเมอร์ที่มีกิ่งก้าน เช่น อะไมโลเพคติน และมีโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างสามมิติเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อน

ในโครงสร้างของโพลีเมอร์สามารถแยกแยะหน่วยโมโนเมอร์ได้ - ชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำซ้ำซึ่งมีอะตอมหลายอะตอม โพลีเมอร์ประกอบด้วยกลุ่มซ้ำ (หน่วย) จำนวนมากที่มีโครงสร้างเดียวกัน เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์ (-CH 2 -CHCl-) n ยางธรรมชาติ เป็นต้น สารประกอบโมเลกุลสูงซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยหลายประเภท กลุ่มที่ซ้ำกันเรียกว่าโคโพลีเมอร์หรือเฮเทอโรโพลีเมอร์

โพลีเมอร์ถูกสร้างขึ้นจากโมโนเมอร์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันหรือโพลีคอนเดนเซชัน โพลีเมอร์ประกอบด้วยสารประกอบธรรมชาติหลายชนิด เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก โพลีแซ็กคาไรด์ ยาง และสารอินทรีย์อื่นๆ ในกรณีส่วนใหญ่ แนวคิดนี้หมายถึงสารประกอบอินทรีย์ แต่ก็มีโพลีเมอร์อนินทรีย์จำนวนมากเช่นกัน เบอร์ใหญ่โพลีเมอร์ถูกผลิตขึ้นโดยการสังเคราะห์โดยใช้สารประกอบที่ง่ายที่สุดขององค์ประกอบที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติผ่านปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน การควบแน่นและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ชื่อของโพลีเมอร์นั้นเกิดจากชื่อของโมโนเมอร์ที่มีคำนำหน้า โพลี-: โพลีเอทิลีน, โพลีโพรพิลีน, โพลีไวนิลอะซิเตท ฯลฯ

ลักษณะเฉพาะ

คุณสมบัติทางกลพิเศษ

• ความยืดหยุ่น - ความสามารถในการรับการเสียรูปแบบพลิกกลับได้สูงภายใต้ภาระที่ค่อนข้างน้อย (ยาง)
• ความเปราะบางต่ำของโพลีเมอร์ที่เป็นแก้วและผลึก (พลาสติก, แก้วอินทรีย์)
• ความสามารถของโมเลกุลขนาดใหญ่ในการปรับทิศทางภายใต้อิทธิพลของสนามเชิงกลโดยตรง (ใช้ในการผลิตเส้นใยและฟิล์ม)

คุณสมบัติของโซลูชั่นโพลีเมอร์:

• ความหนืดของสารละลายสูงที่ความเข้มข้นของโพลีเมอร์ต่ำ
• การละลายของโพลีเมอร์เกิดขึ้นตามระยะการบวมตัว

คุณสมบัติทางเคมีพิเศษ:

• ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลภายใต้อิทธิพลของรีเอเจนต์ในปริมาณเล็กน้อย (การวัลคาไนซ์ของยาง การฟอกหนัง ฯลฯ)

คุณสมบัติพิเศษของโพลีเมอร์ไม่ได้อธิบายเฉพาะด้วยน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังอธิบายด้วยความจริงที่ว่าโมเลกุลขนาดใหญ่มีโครงสร้างสายโซ่และมีความยืดหยุ่น

โคโพลีเมอร์

โพลีเมอร์ที่ทำจากโมโนเมอร์ต่างกันหรือโมเลกุลที่มีพันธะเคมีของโพลีเมอร์ต่างกันเรียกว่าโคโพลีเมอร์ ตัวอย่างเช่น โพลีสไตรีนที่ทนต่อแรงกระแทกคือโคโพลีเมอร์โพลีสไตรีน-โพลีบิวทาไดอีน

โคโพลีเมอร์มีความแตกต่างกันในด้านโครงสร้าง เทคโนโลยีการผลิต และคุณสมบัติที่เกิดขึ้น เทคโนโลยีที่สร้างขึ้นสำหรับปี 2014:

• โคโพลีเมอร์แบบสุ่มซึ่งเกิดจากโซ่ที่มีกลุ่มเคมีที่มีลักษณะต่างกันนั้นได้มาจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของส่วนผสมของโมโนเมอร์เริ่มต้นหลายตัว
• โคพอลิเมอร์ที่สลับกันมีลักษณะเป็นสายโซ่ซึ่งมีอนุมูลของโมโนเมอร์ต่างกันสลับกัน
• โคพอลิเมอร์กราฟต์เกิดขึ้นจากการติดโซ่ของโมเลกุลของโมโนเมอร์ตัวที่สองเข้ากับด้านข้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากโมโนเมอร์หลัก
• โคพอลิเมอร์แบบหวีคือโคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ที่มีโซ่ด้านข้างยาวมาก
• บล็อกโคโพลีเมอร์ถูกสร้างขึ้นจากสายโซ่ยาวพอสมควร (บล็อก) ของโมโนเมอร์ตัวหนึ่ง เชื่อมต่อที่ปลายเข้ากับสายโซ่ยาวพอสมควรของโมโนเมอร์อีกตัวหนึ่ง

คุณสมบัติของโคโพลีเมอร์

โคโพลีเมอร์ที่มีรูปทรงหวีสามารถประกอบด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติต่างกัน ซึ่งทำให้โคโพลีเมอร์ดังกล่าวมีคุณสมบัติใหม่โดยพื้นฐาน เช่น ผลึกเหลว

ในโคโพลีเมอร์แบบบล็อกที่ประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีคุณสมบัติต่างกัน จะเกิดซูเปอร์แลตติซขึ้นมา ซึ่งสร้างขึ้นจากบล็อกที่มีลักษณะทางเคมีต่างกันโดยแยกออกเป็นเฟสที่แยกจากกัน ขนาดของบล็อกขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของโมโนเมอร์เริ่มต้น ดังนั้น ความต้านทานแรงดึงสูงถึง 40% จะถูกเพิ่มให้กับโพลีสไตรีนที่เปราะโดยการทำโคพอลิเมอร์ไรเซชันกับโพลีบิวทาไดอีน 5-10% และได้โพลีสไตรีนที่ทนทานต่อแรงกระแทก และด้วยโพลีสไตรีน 19% ในโพลีบิวทาไดอีน วัสดุจะมีพฤติกรรมคล้ายยาง

การจัดหมวดหมู่

ตามองค์ประกอบทางเคมี โพลีเมอร์ทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น โดยธรรมชาติ, องค์ประกอบออร์กาโน, อนินทรีย์.

• โพลีเมอร์อินทรีย์
• โพลีเมอร์ออร์กาโนเอลิเมนต์ ประกอบด้วยอะตอมอนินทรีย์ (Si, Ti, Al) อยู่ในสายโซ่หลักของอนุมูลอินทรีย์ ซึ่งรวมกับอนุมูลอินทรีย์ พวกมันไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ตัวแทนที่ได้รับเทียมคือสารประกอบออร์กาโนซิลิคอน
• โพลีเมอร์อนินทรีย์ ไม่มีอยู่ในหน่วยการทำซ้ำ การเชื่อมต่อ C-Cแต่สามารถบรรจุอนุมูลอินทรีย์เป็นองค์ประกอบทดแทนด้านข้างได้

ควรสังเกตว่าในทางวิศวกรรม โพลีเมอร์มักถูกใช้เป็นส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิต เช่น ไฟเบอร์กลาส วัสดุคอมโพสิตเป็นไปได้ ส่วนประกอบทั้งหมดเป็นโพลีเมอร์ (ด้วย องค์ประกอบที่แตกต่างกันและคุณสมบัติ)

ขึ้นอยู่กับรูปร่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นเส้นตรง แยกแขนง (กรณีพิเศษคือรูปดาว) ริบบิ้น แบน รูปหวี เครือข่ายโพลีเมอร์ และอื่นๆ

โพลีเมอร์ถูกจำแนกตามขั้ว (ส่งผลต่อความสามารถในการละลายในของเหลวต่างๆ) ขั้วของหน่วยโพลีเมอร์ถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของไดโพล - โมเลกุลในองค์ประกอบของพวกมันซึ่งมีการกระจายประจุบวกและลบแบบแยกส่วน ในหน่วยที่ไม่มีขั้ว โมเมนต์ไดโพลของพันธะอะตอมจะได้รับการชดเชยร่วมกัน โพลีเมอร์ที่มีหน่วยมีขั้วสำคัญเรียกว่า ชอบน้ำหรือ ขั้วโลก. โพลีเมอร์ที่มีหน่วยไม่มีขั้ว - ไม่ใช่ขั้ว, ไม่ชอบน้ำ. เรียกว่าโพลีเมอร์ที่มีหน่วยทั้งขั้วและไม่มีขั้ว สะเทินน้ำสะเทินบก. โฮโมโพลีเมอร์ซึ่งแต่ละหน่วยประกอบด้วยกลุ่มใหญ่ทั้งขั้วและไม่มีขั้วถูกเสนอให้เรียกว่า โฮโมโพลีเมอร์ของแอมฟิฟิลิก.

ในส่วนของการให้ความร้อน โพลีเมอร์จะแบ่งออกเป็น เทอร์โมพลาสติกและ เทอร์โมเซตติง. เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ (โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน โพลีสไตรีน) อ่อนตัวลงเมื่อถูกความร้อน ละลายได้ และแข็งตัวเมื่อเย็นลง กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ เทอร์โมเซ็ตเมื่อถูกความร้อน โพลีเมอร์จะถูกทำลายด้วยสารเคมีอย่างถาวรโดยไม่ละลาย โมเลกุลของเทอร์โมเซตติงโพลีเมอร์มีโครงสร้างที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งได้จากการเชื่อมโยงข้าม (เช่น การวัลคาไนซ์) ของโมเลกุลโพลีเมอร์แบบโซ่ คุณสมบัติความยืดหยุ่นของเทอร์โมเซตติงโพลีเมอร์จะสูงกว่าเทอร์โมพลาสติก อย่างไรก็ตาม เทอร์โมเซตติงโพลีเมอร์แทบไม่มีความลื่นไหลเลย ส่งผลให้มีความเครียดจากการแตกหักน้อยกว่า

โพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ สิ่งสำคัญที่สุดคือโพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ซึ่งร่างกายของพืชและสัตว์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยและรับประกันการทำงานของสิ่งมีชีวิตบนโลก เชื่อกันว่าขั้นตอนชี้ขาดในการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตบนโลกคือการก่อตัวของความเรียบง่าย โมเลกุลอินทรีย์ซับซ้อนมากขึ้น - น้ำหนักโมเลกุลสูง (ดูวิวัฒนาการทางเคมี)

ประเภท

โพลีเมอร์สังเคราะห์ วัสดุโพลีเมอร์ประดิษฐ์

มนุษย์ใช้วัสดุโพลีเมอร์จากธรรมชาติในชีวิตมาเป็นเวลานาน เหล่านี้ได้แก่ หนัง ขนสัตว์ ขนสัตว์ ผ้าไหม ผ้าฝ้าย ฯลฯ ที่ใช้สำหรับการผลิตเสื้อผ้า สารยึดเกาะต่างๆ (ซีเมนต์ มะนาว ดินเหนียว) ซึ่งเมื่อผ่านกระบวนการที่เหมาะสม จะสร้างตัวโพลีเมอร์สามมิติ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุก่อสร้าง . อย่างไรก็ตาม การผลิตเชิงอุตสาหกรรมของพอลิเมอร์แบบโซ่เริ่มขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 แม้ว่าข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับสิ่งนี้จะปรากฏก่อนหน้านี้ก็ตาม

เกือบจะในทันที การผลิตโพลีเมอร์ทางอุตสาหกรรมพัฒนาขึ้นในสองทิศทาง - โดยการประมวลผลโพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติให้เป็นวัสดุโพลีเมอร์เทียม และโดยการผลิตโพลีเมอร์สังเคราะห์จากสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลต่ำ

ในกรณีแรก การผลิตขนาดใหญ่จะขึ้นอยู่กับเซลลูโลส วัสดุโพลีเมอร์ชนิดแรกจากเซลลูโลสดัดแปลงทางกายภาพ - เซลลูลอยด์ - ได้รับมาในกลางศตวรรษที่ 19 การผลิตเซลลูโลสอีเทอร์และเอสเทอร์ขนาดใหญ่ก่อตั้งขึ้นก่อนและหลังสงครามโลกครั้งที่สองและดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ ฟิล์ม เส้นใย สี วาร์นิช และสารเพิ่มความข้นถูกผลิตขึ้นตามพื้นฐานของพวกเขา ควรสังเกตว่าการพัฒนาภาพยนตร์และการถ่ายภาพเป็นไปได้ด้วยการกำเนิดของฟิล์มไนโตรเซลลูโลสที่โปร่งใสเท่านั้น

การผลิตโพลีเมอร์สังเคราะห์เริ่มขึ้นในปี 1906 เมื่อ Leo Baekeland จดสิทธิบัตรสิ่งที่เรียกว่าเรซินเบกาไลต์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ควบแน่นของฟีนอลและฟอร์มาลดีไฮด์ ซึ่งจะกลายเป็นโพลีเมอร์สามมิติเมื่อถูกความร้อน เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่วัสดุชนิดนี้ถูกใช้ทำตัวเครื่องสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้า แบตเตอรี่ โทรทัศน์ ปลั๊กไฟ ฯลฯ และปัจจุบันมักใช้เป็นสารยึดเกาะและกาวมากขึ้น

รายการนี้เสร็จสมบูรณ์โดยสิ่งที่เรียกว่าโพลีเมอร์เฉพาะซึ่งสังเคราะห์ขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 60-70 ของศตวรรษที่ 20 ซึ่งรวมถึงอะโรมาติกโพลีเอไมด์ โพลีอิไมด์ โพลีเอสเตอร์ โพลีเอเทอร์คีโตน ฯลฯ คุณลักษณะที่ขาดไม่ได้ของโพลีเมอร์เหล่านี้คือการมีวงแหวนอะโรมาติกและ (หรือ) โครงสร้างควบแน่นของอะโรมาติก โดดเด่นด้วยการผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งที่โดดเด่นและทนความร้อน

โพลีเมอร์ทนไฟ

โพลีเมอร์หลายชนิด เช่น โพลียูรีเทน โพลีเอสเตอร์ และอีพอกซีเรซิน มีแนวโน้มที่จะติดไฟได้ ซึ่งมักเป็นที่ยอมรับไม่ได้ในการใช้งานจริง เพื่อป้องกันสิ่งนี้ จึงมีการใช้สารเติมแต่งหลายชนิดหรือใช้โพลีเมอร์ฮาโลเจน โพลีเมอร์ที่ไม่อิ่มตัวที่มีฮาโลเจนถูกสังเคราะห์โดยการควบแน่นโมโนเมอร์ที่มีคลอรีนหรือโบรมิเนต เช่น กรดเฮกซะคลอเรนโดมเอทิลีนเตตร้าไฮโดรฟทาลิก (CHEMTPA), ไดโบรโมนีโอเพนทิลไกลคอลหรือกรดเตตราโบรโมฟทาลิก ข้อเสียเปรียบหลักของโพลีเมอร์ดังกล่าวคือเมื่อถูกเผาพวกมันจะปล่อยก๊าซที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนซึ่งอาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณใกล้เคียง

การกระทำของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์นั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าน้ำจะถูกปล่อยออกมาภายใต้อุณหภูมิสูงซึ่งป้องกันการเผาไหม้ เพื่อให้ได้ผลดังกล่าว จำเป็นต้องเติมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณมาก: 4 ส่วนโดยน้ำหนักต่อเรซินโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว 1 ส่วน

แอมโมเนียมไพโรฟอสเฟตทำหน้าที่บนหลักการที่แตกต่างออกไป: ทำให้เกิดการไหม้เกรียมซึ่งเมื่อรวมกับชั้นไพโรฟอสเฟตที่เป็นแก้ว จะป้องกันพลาสติกจากออกซิเจน และยับยั้งการแพร่กระจายของไฟ

โพลีเมอร์หรือโมเลกุลขนาดใหญ่เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่มากที่เกิดจากพันธะของโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก เรียกว่าหน่วยส่วนประกอบหรือโมโนเมอร์ โมเลกุลมีขนาดใหญ่มากจนคุณสมบัติของพวกมันไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีการเพิ่มหรือลบบล็อคส่วนประกอบเหล่านี้หลายส่วน คำว่า "วัสดุโพลีเมอร์" เป็นคำทั่วไป ประกอบด้วยพลาสติกสังเคราะห์สามกลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่ โพลีเมอร์; พลาสติกและความหลากหลายทางสัณฐานวิทยา - วัสดุคอมโพสิตโพลีเมอร์ (PCM) หรือที่เรียกกันว่าพลาสติกเสริมแรง สิ่งที่พบได้ทั่วไปในกลุ่มที่ระบุไว้คือส่วนที่บังคับคือส่วนประกอบโพลีเมอร์ซึ่งกำหนดการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนขั้นพื้นฐานและคุณสมบัติทางเทคโนโลยีของวัสดุ ส่วนประกอบโพลีเมอร์เป็นสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลสูงซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโมเลกุลของสารโมเลกุลต่ำดั้งเดิม - โมโนเมอร์

โพลีเมอร์มักเรียกว่าสารโมเลกุลสูง (โฮโมโพลีเมอร์) โดยมีสารเติมแต่งที่ใส่เข้าไป ได้แก่ สารเพิ่มความคงตัว สารยับยั้ง พลาสติไซเซอร์ สารหล่อลื่น สารต้านอนุมูลอิสระ ฯลฯ ในทางกายภาพ โพลีเมอร์เป็นวัสดุโฮโมเฟสิก โดยยังคงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพทั้งหมดที่มีอยู่ในโฮโมโพลีเมอร์

พลาสติกเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโพลีเมอร์ซึ่งมีสารตัวเติม เม็ดสี และส่วนประกอบอื่นๆ ที่กระจายตัวหรือเส้นใยสั้น สารตัวเติมไม่เกิดเป็นเฟสต่อเนื่อง พวกมัน (ตัวกลางที่กระจายตัว) จะอยู่ในเมทริกซ์โพลีเมอร์ (ตัวกลางที่กระจายตัว) ในทางกายภาพ พลาสติกเป็นวัสดุเฮเทอโรเฟสิกที่มีคุณสมบัติมหภาคทางกายภาพแบบไอโซโทรปิก (เหมือนกันในทุกทิศทาง)

พลาสติกสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก - เทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ต เทอร์โมพลาสติกเป็นพลาสติกที่เมื่อขึ้นรูปแล้วสามารถหลอมและขึ้นรูปใหม่ได้ เทอร์โมเซตติงเมื่อเกิดขึ้นแล้ว จะไม่ละลายอีกต่อไปและไม่สามารถมีรูปร่างอื่นได้ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิและความดัน พลาสติกเกือบทั้งหมดที่ใช้ในการบรรจุภัณฑ์ได้แก่ เทอร์โมพลาสติก เช่น โพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน (สมาชิกของตระกูลโพลีโอเลฟินส์), โพลีสไตรีน, โพลีไวนิลคลอไรด์, โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต, ไนลอน (ไนลอน), โพลีคาร์บอเนต, โพลีไวนิลอะซิเตต, โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ และอื่นๆ

พลาสติกยังสามารถจัดประเภทตามวิธีการที่ใช้ในการโพลิเมอไรซ์ให้เป็นโพลีเมอร์ที่ผลิตโดยการเติมโพลีคอนเดนเซชัน โพลีเมอร์ที่เติมเข้าไปนั้นผลิตโดยกลไกที่เกี่ยวข้องกับอนุมูลอิสระหรือไอออน ซึ่งโมเลกุลขนาดเล็กจะเพิ่มเข้าไปในห่วงโซ่ที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วโดยไม่สร้างโมเลกุลคู่กัน โพลีเมอร์โพลีเมอร์เซชันถูกผลิตโดยการทำปฏิกิริยาหมู่ฟังก์ชันในโมเลกุลซึ่งกันและกัน เพื่อให้โพลีเมอร์สายโซ่ยาวก่อตัวเป็นขั้นตอน และโดยทั่วไปจะผลิตผลิตภัณฑ์ร่วมที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ เช่น น้ำ ในระหว่างแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยา โพลีเมอร์บรรจุภัณฑ์ส่วนใหญ่ รวมถึงโพลิโอเลฟินส์ โพลีไวนิลคลอไรด์ และโพลีสไตรีน เป็นโพลีเมอร์เพิ่มเติม

เคมีภัณฑ์และ คุณสมบัติทางกายภาพพลาสติกถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมี น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย และการกระจายน้ำหนักโมเลกุล ประวัติการประมวลผล (และการใช้) และการมีอยู่ของสารเติมแต่ง

วัสดุเสริมโพลีเมอร์เป็นพลาสติกชนิดหนึ่ง พวกเขาแตกต่างกันตรงที่พวกเขาใช้ไม่กระจายตัว แต่เสริมแรงนั่นคือการเสริมแรงฟิลเลอร์ (เส้นใย ผ้า เทป ผ้าสักหลาด ผลึกเดี่ยว) ซึ่งก่อให้เกิดเฟสต่อเนื่องอิสระใน PCM PCM บางชนิดเรียกว่าพลาสติกลามิเนต สัณฐานวิทยานี้ทำให้ได้พลาสติกที่มีคุณสมบัติด้านการเปลี่ยนรูป ความล้า ไฟฟ้า เสียง และลักษณะเป้าหมายอื่นๆ ที่สูงมาก ซึ่งตรงตามข้อกำหนดสมัยใหม่สูงสุด

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันคือการเติมโมเลกุลของสารประกอบไม่อิ่มตัวตามลำดับตามลำดับเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์โมเลกุลสูง - โพลีเมอร์ โมเลกุลของแอลคีนที่เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันเรียกว่าโมโนเมอร์ จำนวนหน่วยพื้นฐานที่ทำซ้ำในโมเลกุลขนาดใหญ่เรียกว่าระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (แสดงโดย n) สารที่มีคุณสมบัติต่างกันสามารถได้รับจากโมโนเมอร์เดียวกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน ดังนั้นโพลีเอทิลีนสายสั้น (n = 20) จึงเป็นของเหลวที่มีคุณสมบัติในการหล่อลื่น โพลีเอทิลีนที่มีความยาวโซ่ 1,500-2,000 ลิงค์เป็นวัสดุพลาสติกแข็ง แต่ยืดหยุ่นได้ซึ่งใช้ในการผลิตฟิล์ม ขวดและเครื่องแก้วอื่น ๆ ท่อยางยืด ฯลฯ ในที่สุดโพลีเอทิลีนที่มีความยาวโซ่ 5-6 พันลิงค์จะเป็นของแข็ง สารที่ใช้เตรียมผลิตภัณฑ์หล่อ ท่อแข็ง และเกลียวที่แข็งแรงได้

หากปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันเข้ามามีส่วนร่วม จำนวนน้อยโมเลกุล จากนั้นสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะถูกสร้างขึ้น เช่น ไดเมอร์ ไตรเมอร์ ฯลฯ เงื่อนไขในการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันนั้นแตกต่างกันมาก ในบางกรณีจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาและแรงดันสูง แต่ปัจจัยหลักคือโครงสร้างของโมเลกุลโมโนเมอร์ สารประกอบไม่อิ่มตัว (ไม่อิ่มตัว) จะเข้าสู่ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันเนื่องจากการแตกตัวของพันธะหลายตัว สูตรโครงสร้างของโพลีเมอร์เขียนโดยย่อดังนี้: สูตรของหน่วยประถมศึกษาอยู่ในวงเล็บและวางตัวอักษร p ที่มุมขวาล่าง ตัวอย่างเช่น สูตรโครงสร้างของโพลีเอทิลีนคือ (-CH2-CH2-)n สรุปได้ง่ายว่าชื่อของโพลีเมอร์ประกอบด้วยชื่อของโมโนเมอร์และโพลีคำนำหน้า เช่น โพลีเอทิลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีสไตรีน เป็นต้น

การเกิดพอลิเมอไรเซชันเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ และเพื่อที่จะเริ่มต้นได้ จำเป็นต้องกระตุ้นโมเลกุลโมโนเมอร์ด้วยความช่วยเหลือของสิ่งที่เรียกว่าตัวริเริ่ม ตัวเริ่มปฏิกิริยาดังกล่าวอาจเป็นอนุมูลอิสระหรือไอออน (แคตไอออน แอนไอออน) ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวริเริ่ม กลไกการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง ประจุบวก หรือประจุลบจะแตกต่างกัน

โพลีเมอร์ไฮโดรคาร์บอนที่พบมากที่สุดคือโพลีเอทิลีนและโพรพิลีน

โพลีเอทิลีนผลิตโดยการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีน: โพรพิลีนผลิตโดยการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะของโพรพิลีน (โพรพีน) การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะเป็นกระบวนการในการได้รับโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่ได้รับคำสั่งอย่างเคร่งครัด สารประกอบอื่น ๆ อีกมากมายมีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน - อนุพันธ์ของเอทิลีนซึ่งมีสูตรทั่วไป CH2 = CH-X โดยที่ X คืออะตอมหรือกลุ่มอะตอมต่างๆ

ประเภทของโพลีเมอร์:

โพลีโอเลฟินส์เป็นโพลีเมอร์ประเภทหนึ่งที่มีลักษณะทางเคมีเหมือนกัน (สูตรทางเคมี -(CH2)-n) โดยมีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่หลากหลายของสายโซ่โมเลกุล รวมถึงโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน อย่างไรก็ตาม คาร์โบไฮเดรตทั้งหมด เช่น ก๊าซธรรมชาติน้ำตาล พาราฟิน และไม้ มีโครงสร้างทางเคมีคล้ายกัน โดยรวมแล้ว มีการผลิตโพลีเมอร์ทั่วโลกถึง 150 ล้านตันต่อปี และโพลีโอเลฟินส์คิดเป็นประมาณ 60% ของจำนวนนี้ ในอนาคต เราจะถูกรายล้อมไปด้วยโพลีโอเลฟินส์มากขึ้นกว่าในปัจจุบันมาก ดังนั้นจึงมีประโยชน์ที่จะพิจารณาพวกมันให้ละเอียดยิ่งขึ้น

คุณสมบัติที่ซับซ้อนของโพลีโอเลฟินส์ รวมถึงความต้านทานต่อรังสีอัลตราไวโอเลต สารออกซิไดซ์ การฉีกขาด การเจาะทะลุ การหดตัวระหว่างการให้ความร้อนและการฉีกขาด แตกต่างกันไปภายในขอบเขตที่กว้างมาก ขึ้นอยู่กับระดับของการยืดตัวของโมเลกุลในทิศทางในระหว่างกระบวนการผลิต วัสดุโพลีเมอร์และผลิตภัณฑ์

ควรเน้นเป็นพิเศษว่าโพลีโอเลฟินส์นั้นสะอาดต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าวัสดุส่วนใหญ่ที่มนุษย์ใช้ การผลิต การขนส่ง และการแปรรูปแก้ว ไม้และกระดาษ คอนกรีตและโลหะ ใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อกำจัดวัสดุแบบดั้งเดิม สารที่เป็นอันตรายจะถูกปล่อยออกมาและพลังงานจะถูกใช้ไป โพลีโอเลฟินส์ถูกผลิตและกำจัดโดยไม่มีการปล่อยสารที่เป็นอันตรายและใช้พลังงานน้อยที่สุด และเมื่อโพลีโอเลฟินส์ถูกเผา จะมีการปล่อยสารจำนวนมากออกมา ความร้อนบริสุทธิ์โดยมีผลพลอยได้ในรูปของไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ เอทิลีน

ประมาณ 60% ของพลาสติกทั้งหมดที่ใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์เป็นโพลีเอทิลีน สาเหตุหลักมาจากต้นทุนที่ต่ำ แต่ยังเนื่องมาจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานหลายประเภท โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE - ความดันต่ำ) มีโครงสร้างที่ง่ายที่สุดในบรรดาพลาสติกทั้งหมด ประกอบด้วยหน่วยเอทิลีนที่ทำซ้ำ -(CH2CH2)n- โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE - แรงดันสูง) มีสูตรทางเคมีเหมือนกัน แต่ต่างกันตรงที่โครงสร้างจะแตกแขนง -(CH2CHR) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ โดยที่ R สามารถเป็น -H, -(CH2)nCH3 หรือโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยการแตกแขนงรอง

เนื่องจากโพลีเอทิลีนมีโครงสร้างทางเคมีที่เรียบง่าย จึงพับตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัลได้ง่าย ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะมีความเป็นผลึกในระดับสูง การแตกแขนงของสายโซ่ขัดขวางความสามารถในการตกผลึก ส่งผลให้มีโมเลกุลต่อหน่วยปริมาตรน้อยลง และทำให้ความหนาแน่นลดลง

LDPE - โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง พลาสติก มีผิวด้านเล็กน้อย เมื่อสัมผัสจะมีลักษณะคล้ายขี้ผึ้ง แปรรูปโดยการอัดขึ้นรูปเป็นฟิล์มเป่าหรือฟิล์มแบนผ่านแม่พิมพ์แบนและลูกกลิ้งแช่เย็น ฟิล์ม LDPE มีความแข็งแรงในด้านแรงดึงและแรงอัด ทนต่อแรงกระแทกและการฉีกขาด และทนทานที่อุณหภูมิต่ำ มีลักษณะเฉพาะ - อุณหภูมิอ่อนตัวค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 100 องศาเซลเซียส)

HDPE - โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ ฟิล์ม HDPE มีความแข็ง ทนทาน และมีความเหนียวน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์ม LDPE ได้มาจากการอัดท่อเป่าหรืออัดท่อแบน อุณหภูมิอ่อนตัวที่ 121°C ช่วยให้สามารถฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำได้ ความต้านทานต่อน้ำค้างแข็งของฟิล์มเหล่านี้เหมือนกับฟิล์ม LDPE ความต้านทานต่อแรงดึงและแรงอัดอยู่ในระดับสูง และความต้านทานต่อแรงกระแทกและการฉีกขาดน้อยกว่าฟิล์ม LDPE ฟิล์ม HDPE เป็นตัวกั้นความชื้นที่ดีเยี่ยม ทนทานต่อไขมันและน้ำมัน กระเป๋าเสื้อยืด "เสียงกรอบแกรบ" ("เสียงกรอบแกรบ") สำหรับใช้ในการแพ็คสินค้าทำจาก HDPE

HDPE มีสองประเภทหลัก ประเภท "เก่ากว่า" ซึ่งผลิตครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1930 ทำให้เกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ที่อุณหภูมิและความดันสูง ซึ่งเป็นสภาวะที่มีพลังมากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่สำคัญซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของกิ่งก้านทั้งแบบยาวและแบบสั้น HDPE ประเภทนี้บางครั้งเรียกว่าโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE, HDPE เนื่องจากแรงดันสูง) หากจำเป็นต้องแยกความแตกต่างจากโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น ซึ่งเป็น LDPE ชนิด "อายุน้อยกว่า" ที่อุณหภูมิห้อง โพลีเอทิลีนเป็นวัสดุที่ค่อนข้างอ่อนและยืดหยุ่น โดยยังคงความยืดหยุ่นได้ดีในสภาพอากาศเย็น ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์แช่แข็ง ผลิตภัณฑ์อาหาร. อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูง เช่น 100°C มันจะอ่อนเกินไปสำหรับการใช้งานบางอย่าง HDPE มีความเปราะบางและจุดอ่อนตัวสูงกว่า LDPE แต่ก็ยังไม่เหมาะกับภาชนะเติมร้อน

พลาสติกที่ใช้บรรจุภัณฑ์ประมาณ 30% เป็น HDPE เป็นพลาสติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับขวดเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ ง่ายต่อการขึ้นรูป และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานหลายประเภท ในตัวเขา รูปแบบธรรมชาติ HDPE มีลักษณะเป็นสีขาวขุ่น โปร่งแสง จึงไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความโปร่งใสมาก ข้อเสียประการหนึ่งของการใช้ HDPE ในการใช้งานบางประเภทคือมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากความเครียดจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งหมายถึงความล้มเหลวของภาชนะพลาสติกภายใต้สภาวะที่เกิดความเครียดพร้อมกันและการสัมผัสกับผลิตภัณฑ์ ซึ่งเพียงอย่างเดียวไม่ทำให้เกิดความล้มเหลว การแตกร้าวจากความเค้นภายนอกในโพลีเอทิลีนสัมพันธ์กับความเป็นผลึกของโพลีเมอร์

LDPE เป็นพอลิเมอร์บรรจุภัณฑ์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยคิดเป็นประมาณหนึ่งในสามของพลาสติกบรรจุภัณฑ์ทั้งหมด เนื่องจากมีความเป็นผลึกต่ำ จึงเป็นวัสดุที่นุ่มและยืดหยุ่นมากกว่า HDPE เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับฟิล์มและกระเป๋าเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ LDPE ให้ความชัดเจนที่ดีกว่า HDPE แต่ก็ยังขาดความใสของคริสตัลที่ต้องการสำหรับการใช้งานบรรจุภัณฑ์บางประเภท

PP - โพรพิลีน ความโปร่งใสที่ดีเยี่ยม (ด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการสร้างรูปร่าง) มีจุดหลอมเหลวสูง ทนต่อสารเคมีและน้ำ PP ช่วยให้ไอน้ำไหลผ่านได้ ซึ่งทำให้ขาดไม่ได้สำหรับบรรจุภัณฑ์ "กันฝ้า" ของผลิตภัณฑ์อาหาร (ขนมปัง สมุนไพร ของชำ) รวมถึงในการก่อสร้างเพื่อป้องกันลมด้วยพลังน้ำ PP มีความไวต่อออกซิเจนและสารออกซิไดซ์ มันถูกประมวลผลโดยการอัดขึ้นรูปหรือผ่านแม่พิมพ์แบนโดยเทลงบนถังซักหรือทำให้เย็นลงในอ่างน้ำ มีความโปร่งใสและความมันเงาดี ทนทานต่อสารเคมีสูง โดยเฉพาะน้ำมันและไขมัน ไม่แตกร้าวเมื่อสัมผัส สิ่งแวดล้อม.

พีวีซี - โพลีไวนิลคลอไรด์ ใน รูปแบบบริสุทธิ์ไม่ค่อยได้ใช้เนื่องจากความเปราะบางและไม่ยืดหยุ่น ราคาไม่แพง. สามารถแปรรูปเป็นฟิล์มได้โดยการอัดขึ้นรูปแบบเป่าหรือการอัดรีดแบบแผ่นเรียบ เนื้อละลายมีความหนืดสูง พีวีซีไม่เสถียรทางความร้อนและมีฤทธิ์กัดกร่อน เมื่อถูกความร้อนมากเกินไปและถูกเผาไหม้ จะปล่อยสารประกอบคลอรีนที่มีพิษสูงออกมา - ไดออกซิน แพร่หลายในยุค 60 และ 70 ถูกแทนที่ด้วยโพรพิลีนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

การระบุโพลีเมอร์

ผู้บริโภคฟิล์มโพลีเมอร์มักเผชิญกับภารกิจในทางปฏิบัติในการตระหนักถึงธรรมชาติของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้ในการผลิต คุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุโพลีเมอร์ดังที่ทราบกันดีนั้นถูกกำหนดโดยองค์ประกอบและโครงสร้างของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าในการระบุฟิล์มโพลีเมอร์ด้วยการประมาณค่าครั้งแรก การประเมินกลุ่มฟังก์ชันที่รวมอยู่ในองค์ประกอบของโมเลกุลขนาดใหญ่อาจเพียงพอแล้ว โพลีเมอร์บางชนิดเนื่องจากมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) จึงไหลเข้าหาโมเลกุลของน้ำ สิ่งนี้อธิบายถึงการดูดความชื้นสูงของฟิล์มเซลลูโลส เช่น และการเปลี่ยนแปลงลักษณะการทำงานที่เห็นได้ชัดเจนเมื่อทำให้ชื้น ในโพลีเมอร์อื่นๆ (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต, โพลีเอทิลีน, โพลีโพรพีลีน ฯลฯ ) กลุ่มดังกล่าวขาดหายไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งอธิบายได้ว่ามีคุณสมบัติกันน้ำได้ค่อนข้างดี

การมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชันบางกลุ่มในโพลีเมอร์สามารถพิจารณาได้จากวิธีการวิจัยด้วยเครื่องมือที่มีอยู่และตามหลักวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม การนำวิธีการเหล่านี้ไปใช้จริงมักเกี่ยวข้องกับต้นทุนเวลาที่ค่อนข้างสูงเสมอ และเกิดจากการมีอุปกรณ์ทดสอบประเภทที่เหมาะสมซึ่งมีราคาค่อนข้างแพง ซึ่งต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสมในการใช้งาน อย่างไรก็ตาม มีวิธีที่ค่อนข้างง่ายและ “รวดเร็ว” วิธีปฏิบัติการรับรู้ถึงธรรมชาติของฟิล์มโพลีเมอร์ วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าฟิล์มโพลีเมอร์ที่ทำจากวัสดุโพลีเมอร์หลายชนิดมีความแตกต่างกัน สัญญาณภายนอกคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลตลอดจนที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนลักษณะของการเผาไหม้และการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์และอนินทรีย์

ในหลายกรณี ธรรมชาติของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สร้างฟิล์มโพลีเมอร์สามารถกำหนดได้จากคุณลักษณะภายนอก เมื่อศึกษาว่าควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับคุณสมบัติต่อไปนี้: สภาพพื้นผิว สี ความมันวาว ความโปร่งใส ความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่น การฉีกขาด ความต้านทาน ฯลฯ ตัวอย่างเช่น ฟิล์มที่ไม่เน้นที่ทำจากโพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน และโพลีไวนิลคลอไรด์สามารถยืดออกได้ง่าย ฟิล์มที่ทำจากโพลีเอไมด์ เซลลูโลสอะซิเตต โพลีสไตรีน โพลิเอทิลีนชนิดเน้น โพลีโพรพีลีน และโพลิไวนิลคลอไรด์ ยืดได้ไม่ดีนัก ฟิล์มเซลลูโลสอะซิเตตไม่ทนต่อการฉีกขาด แตกตัวได้ง่ายในทิศทางตั้งฉากกับการวางแนว และยังมีเสียงกรอบแกรบเมื่อถูกบดขยี้ ฟิล์มโพลีอะไมด์และลาฟซาน (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต) มีความทนทานต่อการฉีกขาดมากกว่าและยังเกิดสนิมเมื่อยับอีกด้วย ในเวลาเดียวกันฟิล์มที่ทำจากโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำและโพลิไวนิลคลอไรด์ที่เป็นพลาสติกจะไม่เกิดสนิมเมื่อถูกบดขยี้และมีความต้านทานการฉีกขาดสูง ผลการศึกษาลักษณะภายนอกของฟิล์มโพลีเมอร์ที่ศึกษาควรเปรียบเทียบกับลักษณะเฉพาะที่กำหนดในตาราง 1 1.จากนั้นจึงสรุปเบื้องต้นได้

ตารางที่ 1. สัญญาณภายนอก

ประเภทของโพลีเมอร์	อาการทางกล	สภาพพื้นผิวเมื่อสัมผัส	สี	ความโปร่งใส	ส่องแสง
	นุ่ม ยืดหยุ่น ทนต่อการฉีกขาด	นุ่มเนียน	ไม่มีสี	โปร่งใส
		มีความมันเล็กน้อย เรียบเนียน มีกลิ่นหวาน	ไม่มีสี	โปร่งแสง
	เหนียว ยืดหยุ่นได้เล็กน้อย ทนต่อการฉีกขาด	แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสี	โปร่งแสงหรือโปร่งใส
	หยาบทนต่อการฉีกขาด	แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสี	โปร่งใส
	นุ่ม ทนต่อการฉีกขาด	แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสี	โปร่งใส
	เหนียวทนทานต่อการฉีกขาด		ไม่มีสี	โปร่งใส
		แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสีหรือสีเหลืองอ่อน	โปร่งแสง
	แข็ง ทนทานต่อการฉีกขาดเล็กน้อย	แห้งเนียนกริบมาก	ไม่มีสีหรือมีโทนสีน้ำเงิน	โปร่งใส
	แข็ง ทนทานต่อการฉีกขาดเล็กน้อย	แห้งเนียนกริบมาก	ไม่มีสีมีโทนสีเหลืองหรือสีน้ำเงิน	มีความโปร่งใสสูง
	แข็งไม่ทนต่อการฉีกขาด	แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสี	มีความโปร่งใสสูง
กระดาษแก้ว	แข็งไม่ทนต่อการฉีกขาด	แห้งเรียบเนียน	ไม่มีสี	มีความโปร่งใสสูง

อย่างไรก็ตาม ดังที่เข้าใจได้ง่ายจากการวิเคราะห์ข้อมูลที่ให้ไว้ในตาราง 2 ไม่สามารถระบุลักษณะของพอลิเมอร์ที่ฟิล์มทำโดยสัญญาณภายนอกได้อย่างชัดเจนเสมอไป ในกรณีนี้ มีความจำเป็นต้องพยายามประเมินคุณลักษณะทางกายภาพและทางกลบางอย่างของตัวอย่างฟิล์มโพลีเมอร์ที่มีอยู่ในเชิงปริมาณ ดังที่เห็นได้จากข้อมูลที่ให้ไว้ในตาราง 2 ความหนาแน่นของวัสดุโพลีเมอร์บางชนิด (LDPE, HDPE, PP) น้อยกว่าความสามัคคี ดังนั้น ตัวอย่างของฟิล์มเหล่านี้จึงต้อง "ลอย" ในน้ำ เพื่อชี้แจงประเภทของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สร้างฟิล์ม ควรกำหนดความหนาแน่นของตัวอย่างที่มีอยู่โดยการวัดน้ำหนักและคำนวณหรือวัดปริมาตร ข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับคุณลักษณะทางกายภาพและทางกล เช่น ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวสัมพัทธ์ภายใต้แรงตึงในแกนเดียว รวมถึงอุณหภูมิหลอมละลาย (ตารางที่ 2) ยังช่วยทำให้ธรรมชาติของวัสดุโพลีเมอร์ชัดเจนขึ้นอีกด้วย นอกจากนี้ ดังจะเห็นได้จากการวิเคราะห์ข้อมูลที่ให้ไว้ในตาราง 2 การซึมผ่านของฟิล์มโพลีเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับสื่อต่าง ๆ ยังขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ใช้ทำอีกด้วย

ตารางที่ 2. คุณลักษณะทางกายภาพและทางกลที่อุณหภูมิ 20°C

ประเภทของโพลีเมอร์	ความหนาแน่น กก./ลบ.ม	ความต้านแรงดึง, MPa	การยืดตัวที่จุดขาด, %	ความสามารถในการซึมผ่านของไอน้ำ g/m2 ใน 24 ชั่วโมง	การซึมผ่านของออกซิเจน cm 3 / (m 2 khatm) ใน 24 ชั่วโมง	การซึมผ่านของ CO 2, cm 3 / (m 2 khatm) ใน 24 ชั่วโมง	จุดหลอมเหลว 0 C
กระดาษแก้ว

นอกจากคุณสมบัติที่โดดเด่นในลักษณะทางกายภาพและทางกลแล้วควรสังเกตว่ามีความแตกต่างในลักษณะลักษณะของโพลีเมอร์ต่างๆในระหว่างการเผาไหม้ ข้อเท็จจริงนี้ทำให้สามารถใช้วิธีการที่เรียกว่าความร้อนในการระบุฟิล์มโพลีเมอร์ได้ในทางปฏิบัติ ประกอบด้วยการตั้งตัวอย่างฟิล์มลงบนไฟและเก็บไว้ในเปลวไฟเป็นเวลา 5-10 วินาที โดยบันทึกคุณสมบัติต่างๆ ดังนี้ ความสามารถในการเผาไหม้และธรรมชาติของมัน สีและธรรมชาติของเปลวไฟ กลิ่นของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ เป็นต้น สัญญาณลักษณะการเผาไหม้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดในขณะที่ตัวอย่างถูกจุดติดไฟ ในการกำหนดประเภทของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สร้างฟิล์มนั้นจำเป็นต้องเปรียบเทียบผลการทดสอบกับข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติลักษณะเฉพาะของพฤติกรรมของโพลีเมอร์ระหว่างการเผาไหม้ที่กำหนดในตาราง 1 3.

ตารางที่ 3. ลักษณะการเผาไหม้. ทนต่อสารเคมี

ประเภทของโพลีเมอร์	ความไวไฟ	สีเปลวไฟ	กลิ่นของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้	เคมี. ความต้านทานต่อกรด	เคมี. ความต้านทานด่าง
		ข้างในเป็นสีฟ้าไม่มีเขม่า	การเผาพาราฟิน	ยอดเยี่ยม
	เผาไหม้ในเปลวไฟและเมื่อนำออก	ข้างในเป็นสีฟ้าไม่มีเขม่า	การเผาพาราฟิน	ยอดเยี่ยม
	เผาไหม้ในเปลวไฟและเมื่อนำออก	ข้างในเป็นสีฟ้าไม่มีเขม่า	การเผาพาราฟิน	ยอดเยี่ยม
		สีเขียวมีเขม่า	ไฮโดรเจนคลอไรด์
	ติดไฟและดับได้ยาก	สีเขียวมีเขม่า	ไฮโดรเจนคลอไรด์	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม
	สว่างขึ้นและลุกไหม้อยู่นอกเปลวไฟ	มีสีเหลืองและมีเขม่าเข้มข้น	อ่อนหวานไม่เป็นที่พอใจ	ยอดเยี่ยม
	แผลไหม้และดับได้เอง	มีสีน้ำเงินอมเหลืองตามขอบ	เขาหรือขนนกที่ถูกไฟไหม้
	ติดไฟและดับได้ยาก	เรืองแสง	หอมหวาน	ยอดเยี่ยม	ยอดเยี่ยม
	ติดไฟและดับได้ยาก	มีสีเหลืองมีเขม่า	กระดาษที่ถูกเผา
	การเผาไหม้ในเปลวไฟ	ที่เป็นประกาย	กรดน้ำส้ม
กระดาษแก้ว	การเผาไหม้ในเปลวไฟ		กระดาษที่ถูกเผา

ดังที่เห็นได้จากข้อมูลที่ให้ไว้ในตาราง 3 โดยธรรมชาติของการเผาไหม้และกลิ่นของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้โพลีโอเลฟินส์ (โพลีเอทิลีนและโพรพิลีน) มีลักษณะคล้ายพาราฟิน สิ่งนี้ค่อนข้างเข้าใจได้เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีเบื้องต้นของสารเหล่านี้เหมือนกัน ทำให้ยากต่อการแยกแยะระหว่างโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน อย่างไรก็ตาม ด้วยทักษะบางอย่าง คุณสามารถแยกแยะโพรพิลีนได้ด้วยกลิ่นที่คมกว่าของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้พร้อมกับกลิ่นยางไหม้หรือขี้ผึ้งไหม้

ดังนั้น ผลลัพธ์ของการประเมินคุณสมบัติแต่ละอย่างของฟิล์มโพลีเมอร์อย่างครอบคลุมตามวิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้น ทำให้ในกรณีส่วนใหญ่ สามารถสร้างประเภทของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สร้างตัวอย่างที่ศึกษาได้อย่างน่าเชื่อถือ หากเกิดปัญหาในการระบุลักษณะของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้สร้างฟิล์ม จำเป็นต้องทำการศึกษาคุณสมบัติเพิ่มเติมโดยใช้วิธีทางเคมี ในการทำเช่นนี้ ตัวอย่างอาจอยู่ภายใต้การสลายตัวด้วยความร้อน (ไพโรไลซิส) และการมีอยู่ของอะตอมที่มีลักษณะเฉพาะ (ไนโตรเจน คลอรีน ซิลิคอน ฯลฯ) หรือกลุ่มของอะตอม (ฟีนอล หมู่ไนโตร ฯลฯ) ที่มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาเฉพาะซึ่งส่งผลให้ ในผลตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนมาก ข้างบน วิธีปฏิบัติการกำหนดประเภทของวัสดุโพลีเมอร์ที่ใช้ทำฟิล์มโพลีเมอร์นั้นเป็นไปตามขอบเขตธรรมชาติ ดังนั้น จึงไม่สามารถรับประกันการระบุตัวตนได้ร้อยเปอร์เซ็นต์ หากมีความจำเป็นเกิดขึ้น คุณควรใช้บริการของห้องปฏิบัติการทดสอบพิเศษ ซึ่งความสามารถดังกล่าวได้รับการยืนยันจากเอกสารรับรองที่เกี่ยวข้อง

อัตราการไหลของของเหลว

อัตราการไหลของวัสดุโพลีเมอร์หลอมละลายคือมวลของโพลีเมอร์เป็นกรัมที่ถูกอัดผ่านเส้นเลือดฝอยที่อุณหภูมิที่กำหนดและความดันลดลงใน 10 นาที อัตราการไหลของของเหลวถูกกำหนดโดยใช้เครื่องมือพิเศษที่เรียกว่าเครื่องวัดความหนืดของเส้นเลือดฝอย ในขณะเดียวกัน ขนาดของเส้นเลือดฝอยก็เป็นมาตรฐาน: ความยาว 8.000±0.025 มม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.095±0.005 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของกระบอกสูบ viscometer คือ 9.54 ± 0.016 มม. ค่าที่ไม่ใช่จำนวนเต็มของขนาดเส้นเลือดฝอยเกิดจากการที่วิธีการกำหนดดัชนีการไหลของของเหลวปรากฏเป็นครั้งแรกในประเทศที่มีระบบการวัดแบบอังกฤษ เงื่อนไขที่แนะนำสำหรับการกำหนดอัตราการไหลของของเหลวนั้นได้รับการควบคุมโดยมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง GOST 11645-65 แนะนำให้ใช้น้ำหนัก 2.16 กก. 5 กก. และ 10 กก. และอุณหภูมิคูณด้วย 10°C ASTM 1238-62T (USA) แนะนำอุณหภูมิตั้งแต่ 125°C ถึง 275°C และน้ำหนักบรรทุกตั้งแต่ 0.325 กก. ถึง 21.6 กก. โดยส่วนใหญ่ อัตราการไหลของของเหลวจะถูกกำหนดที่อุณหภูมิ 190°C และน้ำหนักบรรทุก 2.16 กก.

ค่าของดัชนีการไหลสำหรับวัสดุโพลีเมอร์ต่างๆ จะถูกกำหนดที่โหลดและอุณหภูมิต่างๆ ดังนั้นจึงต้องคำนึงว่าค่าสัมบูรณ์ของอัตราการไหลจะเทียบเคียงได้กับวัสดุชนิดเดียวกันเท่านั้น ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเปรียบเทียบดัชนีการไหลหลอมของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำของแบรนด์ต่างๆ ได้ การเปรียบเทียบค่าของตัวชี้วัดการไหลของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงและต่ำไม่ได้ทำให้สามารถเปรียบเทียบการไหลของวัสดุทั้งสองได้โดยตรง เนื่องจากอันแรกกำหนดด้วยน้ำหนัก 5 กก. และอันที่สองมีน้ำหนัก 2.16 กก.

ควรสังเกตว่าความหนืดของพอลิเมอร์หลอมละลายขึ้นอยู่กับภาระที่ใช้อย่างมาก เนื่องจากดัชนีผลผลิตของวัสดุโพลีเมอร์ชนิดใดชนิดหนึ่งถูกวัดที่ค่าโหลดเดียวเท่านั้น ตัวบ่งชี้นี้จึงแสดงลักษณะเฉพาะเพียงจุดเดียวบนเส้นโค้งการไหลทั้งหมดในบริเวณที่มีความเค้นเฉือนที่ค่อนข้างต่ำ ดังนั้น โพลีเมอร์ที่แตกต่างกันเล็กน้อยในการแตกแขนงของโมเลกุลขนาดใหญ่หรือในน้ำหนักโมเลกุล แต่มีอัตราการไหลของของเหลวเท่ากัน อาจมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาวะการแปรรูป อย่างไรก็ตาม ถึงกระนั้นก็ตาม ตัวบ่งชี้การไหลหลอมสำหรับโพลีเมอร์จำนวนมากจะกำหนดขอบเขตของพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีที่แนะนำของกระบวนการแปรรูป การแพร่กระจายที่สำคัญของวิธีนี้เกิดจากความเร็วและการเข้าถึง กระบวนการผลิตฟิล์มอัดรีดต้องใช้ความหนืดหลอมละลายสูง ดังนั้นจึงใช้เกรดของวัตถุดิบที่มีอัตราการหลอมเหลวต่ำ

ขึ้นอยู่กับวัสดุจากบริษัท "NPL Plastic"

วัสดุโพลีเมอร์เป็นสารประกอบทางเคมีโมเลกุลสูงที่ประกอบด้วยโมโนเมอร์โมเลกุลต่ำจำนวนมาก (หน่วย) ที่มีโครงสร้างเดียวกัน บ่อยครั้งที่ส่วนประกอบโมโนเมอร์ต่อไปนี้ใช้ในการผลิตโพลีเมอร์: เอทิลีน, ไวนิลคลอไรด์, ไวนิลดีนคลอไรด์, ไวนิลอะซิเตต, โพรพิลีน, เมทิลเมทาคริเลต, เตตราฟลูออโรเอทิลีน, สไตรีน, ยูเรีย, เมลามีน, ฟอร์มาลดีไฮด์, ฟีนอล ในบทความนี้ เราจะดูรายละเอียดว่าวัสดุโพลีเมอร์คืออะไร คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพคืออะไร การจำแนกประเภทและประเภท

ประเภทของโพลีเมอร์

ความผิดปกติของโมเลกุลของวัสดุนี้มีขนาดใหญ่ซึ่งสอดคล้องกับค่าต่อไปนี้: M>5*103 สารประกอบที่มีระดับต่ำกว่าของพารามิเตอร์นี้ (M=500-5000) มักเรียกว่าโอลิโกเมอร์ สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมีมวลน้อยกว่า 500 วัสดุโพลีเมอร์ประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น: สังเคราะห์และเป็นธรรมชาติ หลังมักประกอบด้วยยางธรรมชาติ ไมกา ขนสัตว์ แร่ใยหิน เซลลูโลส ฯลฯ อย่างไรก็ตาม สถานที่หลักถูกครอบครองโดยโพลีเมอร์สังเคราะห์ ซึ่งได้มาจากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีจากสารประกอบระดับโมเลกุลต่ำ ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตวัสดุโมเลกุลสูง มีโพลีเมอร์ที่ถูกสร้างขึ้นโดยการควบแน่นหรือการเติมปฏิกิริยา

การเกิดพอลิเมอไรเซชัน

กระบวนการนี้เป็นการนำส่วนประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมารวมกันเป็นส่วนประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเพื่อผลิตโซ่ยาว ขนาดของระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันคือจำนวน "เมอร์" ในโมเลกุล ขององค์ประกอบนี้. ส่วนใหญ่แล้ววัสดุโพลีเมอร์จะมีหน่วยตั้งแต่หนึ่งพันถึงหมื่นหน่วย สารประกอบที่ใช้กันทั่วไปต่อไปนี้ได้มาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชัน: โพลีเอทิลีน, โพรพิลีน, โพลีไวนิลคลอไรด์, โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน, โพลีสไตรีน, โพลีบิวทาไดอีน ฯลฯ

การควบแน่น

กระบวนการนี้เป็นปฏิกิริยาแบบขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการรวมหรือ ปริมาณมากโมโนเมอร์ชนิดเดียวกันหรือคู่ กลุ่มต่างๆ(A และ B) กลายเป็นโพลีคอนเดนเซอร์ (โมเลกุลขนาดใหญ่) พร้อมกับเกิดผลพลอยได้ต่อไปนี้พร้อมกัน: คาร์บอนไดออกไซด์, ไฮโดรเจนคลอไรด์, แอมโมเนีย, น้ำ ฯลฯ โดยใช้โพลีคอนเดนเซชัน, ซิลิโคน, โพลีซัลโฟน, โพลีคาร์บอเนต, อะมิโนพลาสต์, ฟีนอล, โพลีเอสเตอร์, โพลีเอไมด์ และ ได้วัสดุโพลีเมอร์อื่น ๆ

โพลีแอดดิชั่น

กระบวนการนี้เข้าใจว่าเป็นการก่อตัวของโพลีเมอร์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการเติมหลายครั้งของส่วนประกอบโมโนเมอร์ที่มีสารประกอบปฏิกิริยาอิ่มตัวกับโมโนเมอร์ของกลุ่มที่ไม่อิ่มตัว (วงแหวนแอคทีฟหรือพันธะคู่) ปฏิกิริยาโพลีแอดดิชันต่างจากปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันตรงที่จะเกิดขึ้นโดยไม่มีการปล่อยผลพลอยได้ กระบวนการที่สำคัญที่สุดเทคโนโลยีนี้ถือเป็นการบ่มและการผลิตโพลียูรีเทน

การจำแนกประเภทของโพลีเมอร์

วัสดุโพลีเมอร์ทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบอนินทรีย์ อินทรีย์ และออร์กาโนตามองค์ประกอบ ประการแรก (ไมกา แร่ใยหิน เซรามิก ฯลฯ) ไม่มีอะตอมคาร์บอน ขึ้นอยู่กับออกไซด์ของอลูมิเนียม แมกนีเซียม ซิลิคอน ฯลฯ โพลีเมอร์อินทรีย์ถือเป็นประเภทที่ใหญ่ที่สุดซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ฮาโลเจน และออกซิเจน วัสดุพอลิเมอร์ออร์กาโนเอลิเมนต์เป็นสารประกอบที่นอกเหนือไปจากอะตอมของซิลิคอน อลูมิเนียม ไทเทเนียม และองค์ประกอบอื่นๆ ในสายโซ่หลัก ซึ่งสามารถรวมกับอนุมูลอินทรีย์ได้ นอกเหนือจากที่ระบุไว้ในรายการแล้ว การรวมกันดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ เหล่านี้เป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์โดยเฉพาะ ตัวแทนลักษณะกลุ่มนี้รวมถึงสารประกอบที่มีพื้นฐานจากออร์กาโนซิลิคอน ซึ่งเป็นสายโซ่หลักที่สร้างขึ้นจากอะตอมของออกซิเจนและซิลิคอน

เพื่อให้ได้โพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ เทคโนโลยีมักใช้สารที่ไม่ "บริสุทธิ์" แต่ใช้ผสมกับส่วนประกอบอินทรีย์หรืออนินทรีย์ ตัวอย่างที่ดีคือวัสดุก่อสร้างโพลีเมอร์: โลหะพลาสติก พลาสติก ไฟเบอร์กลาส คอนกรีตโพลีเมอร์

โครงสร้างโพลีเมอร์

คุณสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุเหล่านี้เนื่องมาจากโครงสร้างของวัสดุ ซึ่งในทางกลับกัน จะแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้: แบบกิ่งเชิงเส้น แบบเชิงเส้น แบบเชิงพื้นที่ที่มีกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ และโครงสร้างทางเรขาคณิตที่เฉพาะเจาะจงมาก เช่นเดียวกับแบบบันได เรามาดูกันสั้น ๆ กันในแต่ละเรื่อง

วัสดุโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างแตกแขนงเป็นเส้นตรง นอกเหนือจากสายโซ่หลักของโมเลกุลแล้ว ยังมีกิ่งก้านด้านข้างอีกด้วย โพลีเมอร์ดังกล่าวประกอบด้วยโพลีโพรพีลีนและโพลิไอโซบิวทิลีน

วัสดุที่มีโครงสร้างเชิงเส้นจะมีโซ่ซิกแซกยาวหรือโซ่เกลียว โมเลกุลขนาดใหญ่มีลักษณะเฉพาะโดยการทำซ้ำของส่วนต่างๆ ในกลุ่มโครงสร้างกลุ่มหนึ่งของลิงก์หรือหน่วยทางเคมีของห่วงโซ่ โพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างเชิงเส้นมีลักษณะเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ยาวมากโดยมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในลักษณะของพันธะตามสายโซ่และระหว่างพวกมัน นี่หมายถึงพันธะระหว่างโมเลกุลและเคมี โมเลกุลขนาดใหญ่ของวัสดุดังกล่าวมีความยืดหยุ่นสูง และคุณสมบัตินี้เป็นพื้นฐานของโซ่โพลีเมอร์ซึ่งนำไปสู่คุณสมบัติใหม่เชิงคุณภาพ: ความยืดหยุ่นสูงรวมถึงการไม่มีความเปราะบางในสถานะชุบแข็ง

ตอนนี้เรามาดูกันว่าวัสดุโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่คืออะไร เมื่อโมเลกุลขนาดใหญ่รวมกัน สารเหล่านี้จะก่อให้เกิดพันธะเคมีที่แข็งแกร่งในทิศทางตามขวาง ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างตาข่ายซึ่งมีพื้นฐานที่ไม่สม่ำเสมอหรือเชิงพื้นที่ของตาข่าย โพลีเมอร์ประเภทนี้มีความต้านทานความร้อนและความแข็งแกร่งได้ดีกว่าโพลีเมอร์เชิงเส้น วัสดุเหล่านี้เป็นพื้นฐานของสารอโลหะที่มีโครงสร้างหลายชนิด

โมเลกุลของวัสดุโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างแลดเดอร์ประกอบด้วยโซ่คู่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี ซึ่งรวมถึงโพลีเมอร์ออร์กาโนซิลิคอนซึ่งมีความแข็งแกร่ง ทนความร้อนเพิ่มขึ้น และยิ่งไปกว่านั้น พวกมันไม่ทำปฏิกิริยากับตัวทำละลายอินทรีย์

องค์ประกอบเฟสของโพลีเมอร์

วัสดุเหล่านี้คือระบบที่ประกอบด้วยบริเวณสัณฐานและผลึก ประการแรกจะช่วยลดความแข็งแกร่งและทำให้โพลีเมอร์มีความยืดหยุ่นนั่นคือสามารถเปลี่ยนรูปขนาดใหญ่และพลิกกลับได้ เฟสผลึกช่วยเพิ่มความแข็งแรง ความแข็ง โมดูลัสยืดหยุ่น และพารามิเตอร์อื่นๆ ในขณะเดียวกันก็ลดความยืดหยุ่นของโมเลกุลของสารไปพร้อมๆ กัน อัตราส่วนของปริมาตรของพื้นที่ดังกล่าวทั้งหมดต่อปริมาตรทั้งหมดเรียกว่าระดับการตกผลึก โดยที่โพลีโพรพีลีน ฟลูออโรพลาสติก และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงมีระดับสูงสุด (สูงถึง 80%) โพลีไวนิลคลอไรด์และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำมีระดับการตกผลึกต่ำกว่า

ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของวัสดุโพลีเมอร์เมื่อถูกความร้อน โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติก

เทอร์โมเซ็ตโพลีเมอร์

วัสดุเหล่านี้มีโครงสร้างเชิงเส้นเป็นหลัก เมื่อถูกความร้อนพวกมันจะอ่อนตัวลง แต่เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในตัวพวกมัน โครงสร้างจึงเปลี่ยนไปเป็นเชิงพื้นที่และสารจะกลายเป็นของแข็ง ในอนาคตก็จะรักษาคุณภาพนี้ไว้ หลักการนี้สร้างขึ้นจากโพลีเมอร์ การให้ความร้อนในภายหลังจะไม่ทำให้สารอ่อนตัวลง แต่จะนำไปสู่การสลายตัวเท่านั้น ส่วนผสมเทอร์โมเซตติงที่เสร็จแล้วจะไม่ละลายหรือละลาย ดังนั้นจึงไม่สามารถยอมรับการประมวลผลซ้ำได้ วัสดุประเภทนี้ประกอบด้วยอีพอกซีออร์กาโนซิลิคอน ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และเรซินอื่นๆ

เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์

เมื่อถูกความร้อน วัสดุเหล่านี้จะอ่อนตัวลงก่อนแล้วจึงละลาย และเมื่อเย็นลง วัสดุเหล่านี้จะแข็งตัว โพลีเมอร์เทอร์โมพลาสติกไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระหว่างการบำบัดนี้ มันทำ กระบวนการนี้ย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ สารประเภทนี้มีโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่แตกแขนงเป็นเส้นตรงหรือเป็นเส้นตรง ซึ่งมีแรงเพียงเล็กน้อยและไม่มีพันธะเคมีเลย ซึ่งรวมถึงโพลีเอทิลีน โพลีเอไมด์ โพลีสไตรีน ฯลฯ เทคโนโลยีของวัสดุเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์เกี่ยวข้องกับการผลิตโดยการฉีดขึ้นรูปในแม่พิมพ์ระบายความร้อนด้วยน้ำ การอัด การอัดขึ้นรูป การเป่า และวิธีการอื่นๆ

คุณสมบัติทางเคมี

โพลีเมอร์สามารถอยู่ในสถานะต่อไปนี้: ของแข็ง ของเหลว อสัณฐาน เฟสผลึก ตลอดจนการเสียรูปแบบยืดหยุ่นสูง มีความหนืดและเป็นแก้ว การใช้วัสดุโพลีเมอร์อย่างแพร่หลายมีสาเหตุมาจากความต้านทานสูงต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่างๆ เช่น กรดเข้มข้นและด่าง ไม่ได้รับผลกระทบ นอกจากนี้ เมื่อน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้น ความสามารถในการละลายของวัสดุในตัวทำละลายอินทรีย์ก็ลดลง และโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่จะไม่ได้รับผลกระทบจากของเหลวดังกล่าวเลย

คุณสมบัติทางกายภาพ

โพลีเมอร์ส่วนใหญ่เป็นไดอิเล็กทริก นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กอีกด้วย ในบรรดาวัสดุโครงสร้างทั้งหมดที่ใช้ มีเพียงวัสดุเหล่านี้เท่านั้นที่มีค่าการนำความร้อนต่ำที่สุดและความจุความร้อนสูงสุด รวมถึงการหดตัวจากความร้อน (มากกว่าโลหะประมาณยี่สิบเท่า) สาเหตุของการสูญเสียความแน่นของหน่วยซีลต่างๆ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำคือสิ่งที่เรียกว่าการทำให้ยางกลายเป็นแก้ว เช่นเดียวกับความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของโลหะและยางในสถานะแก้ว

คุณสมบัติทางกล

วัสดุโพลีเมอร์มีลักษณะทางกลที่หลากหลายซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างของวัสดุเป็นอย่างมาก นอกจากพารามิเตอร์นี้แล้ว ปัจจัยต่างๆ ยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของสารอีกด้วย ปัจจัยภายนอก. ซึ่งรวมถึง: อุณหภูมิ ความถี่ ระยะเวลาหรือความเร็วในการโหลด ประเภทของสภาวะความเค้น ความดัน ธรรมชาติของสภาพแวดล้อม การอบชุบด้วยความร้อน ฯลฯ คุณลักษณะของคุณสมบัติทางกลของวัสดุโพลีเมอร์คือมีความแข็งแรงค่อนข้างสูงและมีความแข็งแกร่งต่ำมาก (เมื่อเปรียบเทียบ กับโลหะ)

โพลีเมอร์มักจะถูกแบ่งออกเป็นชนิดแข็งโมดูลัสยืดหยุ่นซึ่งสอดคล้องกับ E = 1-10 GPa (เส้นใยฟิล์มพลาสติก) และสารที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นสูงโมดูลัสยืดหยุ่นซึ่งสอดคล้องกับ E = 1-10 MPa ( ยาง). รูปแบบและกลไกการทำลายล้างของทั้งสองมีความแตกต่างกัน

วัสดุโพลีเมอร์มีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติแอนไอโซโทรปิกที่เด่นชัดตลอดจนความแข็งแรงที่ลดลงและการพัฒนาของการคืบภายใต้เงื่อนไขของการบรรทุกเป็นเวลานาน ในขณะเดียวกันก็มีความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าค่อนข้างสูง เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะแล้วจะมีความโดดเด่นด้วยการพึ่งพาคุณสมบัติเชิงกลกับอุณหภูมิที่คมชัดกว่า ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของวัสดุโพลีเมอร์คือความสามารถในการเปลี่ยนรูป (การปฏิบัติตามข้อกำหนด) เป็นเรื่องปกติที่จะประเมินคุณสมบัติการทำงานและเทคโนโลยีขั้นพื้นฐานโดยใช้พารามิเตอร์นี้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

วัสดุปูพื้นโพลีเมอร์

ทีนี้ลองพิจารณาหนึ่งในตัวเลือกสำหรับการใช้งานโพลีเมอร์ในทางปฏิบัติโดยเปิดเผยช่วงที่เป็นไปได้ทั้งหมดของวัสดุเหล่านี้ สารเหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานก่อสร้างและงานซ่อมแซมและตกแต่งโดยเฉพาะงานปูพื้น ความนิยมอย่างมากอธิบายได้จากลักษณะของสารที่เป็นปัญหา: พวกมันทนทานต่อการเสียดสี มีค่าการนำความร้อนต่ำ มีการดูดซึมน้ำต่ำ ค่อนข้างทนทานและแข็ง และมีคุณภาพสีและสารเคลือบเงาสูง การผลิตวัสดุโพลีเมอร์สามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่ เสื่อน้ำมัน (รีด) ผลิตภัณฑ์กระเบื้อง และส่วนผสมสำหรับสร้างพื้นไร้รอยต่อ ตอนนี้เรามาดูแต่ละข้อโดยย่อกัน

เสื่อน้ำมันทำขึ้นบนพื้นฐานของ ประเภทต่างๆสารตัวเติมและโพลีเมอร์ นอกจากนี้ยังอาจมีพลาสติไซเซอร์ สารช่วยในการแปรรูป และเม็ดสี มีโพลีเอสเตอร์ (ไกลธาลิก), โพลีไวนิลคลอไรด์, ยาง, คอลลอกซิลินและสารเคลือบอื่น ๆ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุโพลีเมอร์ นอกจากนี้ตามโครงสร้างพวกเขาแบ่งออกเป็นไม่มีฐานและมีฐานฉนวนกันเสียงและความร้อนชั้นเดียวและหลายชั้นโดยมีพื้นผิวเรียบเป็นขนแกะและเป็นลอนเช่นเดียวกับสีเดียวและหลายสี .

วัสดุสำหรับพื้นไร้รอยต่อเป็นวิธีที่สะดวกและถูกสุขลักษณะในการใช้งานมากที่สุดและมีความทนทานสูง ส่วนผสมเหล่านี้มักจะแบ่งออกเป็นโพลีเมอร์ซีเมนต์ คอนกรีตโพลีเมอร์ และโพลีไวนิลอะซิเตต

วัสดุก่อสร้าง ยา ผ้า ของใช้ในครัวเรือน บรรจุภัณฑ์และวัสดุสิ้นเปลืองสมัยใหม่ส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์ นี่คือสารประกอบทั้งกลุ่มที่มีลักษณะเฉพาะ คุณสมบัติ. มีจำนวนมาก แต่ถึงกระนั้นจำนวนโพลีเมอร์ก็ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ท้ายที่สุดแล้ว นักเคมีสังเคราะห์ได้ค้นพบสารใหม่ๆ มากขึ้นเรื่อยๆ ทุกปี โดยที่ ความหมายพิเศษตลอดเวลาเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติ โมเลกุลที่น่าทึ่งเหล่านี้คืออะไร? คุณสมบัติของพวกเขาคืออะไรและคุณสมบัติของพวกเขาคืออะไร? เราจะตอบคำถามเหล่านี้ในบทความ

โพลีเมอร์: ลักษณะทั่วไป

จากมุมมองทางเคมี โพลีเมอร์ถือเป็นโมเลกุลที่มีน้ำหนักโมเลกุลมาก: ตั้งแต่หลายพันถึงหลายล้านหน่วย อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากคุณลักษณะนี้ ยังมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกมากมายที่สามารถจำแนกสารได้โดยเฉพาะว่าเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติและโพลีเมอร์สังเคราะห์ นี้:

• ทำซ้ำหน่วยโมโนเมอร์อย่างต่อเนื่องที่เชื่อมต่อผ่านการโต้ตอบต่างๆ
• ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (นั่นคือจำนวนโมโนเมอร์) จะต้องสูงมาก มิฉะนั้นสารประกอบจะถือเป็นโอลิโกเมอร์
• การวางแนวเชิงพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่
• ชุดคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่สำคัญซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของกลุ่มนี้เท่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว สารที่มีลักษณะเป็นโพลีเมอร์จะแยกแยะได้ง่ายจากสารอื่น เราต้องดูสูตรของมันเท่านั้นจึงจะเข้าใจสิ่งนี้ ตัวอย่างทั่วไปสามารถให้บริการโพลีเอทิลีนที่รู้จักกันดีซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม เป็นผลิตภัณฑ์ที่เอทิลีนหรือเอทิลีนเข้าไป ปฏิกิริยาในรูปแบบทั่วไปเขียนได้ดังนี้

nCH 2 =CH 2 → (-CH-CH-) n โดยที่ n คือระดับการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุล ซึ่งระบุจำนวนหน่วยโมโนเมอร์ที่รวมอยู่ในองค์ประกอบ

ตัวอย่างเช่น เราสามารถอ้างถึงโพลีเมอร์ธรรมชาติที่ทุกคนรู้จักกันดี ซึ่งก็คือแป้ง นอกจากนี้อะมิโลเพคติน เซลลูโลส โปรตีนจากไก่ และสารอื่นๆ อีกมากมายยังอยู่ในสารประกอบกลุ่มนี้อีกด้วย

ปฏิกิริยาที่อาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่มีสองประเภท:

• พอลิเมอไรเซชัน;
• การควบแน่น

ความแตกต่างก็คือในกรณีที่สองผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยามีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ โครงสร้างของพอลิเมอร์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอะตอมที่ก่อตัวขึ้น รูปแบบเชิงเส้นเป็นเรื่องปกติ แต่ก็มีรูปแบบตาข่ายสามมิติที่ซับซ้อนมากเช่นกัน

หากเราพูดถึงแรงและปฏิกิริยาที่ยึดหน่วยโมโนเมอร์ไว้ด้วยกัน เราสามารถระบุสิ่งหลัก ๆ ได้หลายประการ:

• กองกำลังฟาน เดอร์ วาลส์;
• พันธะเคมี (โควาเลนต์, ไอออนิก);
• ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิต

โพลีเมอร์ทั้งหมดไม่สามารถรวมกันเป็นหมวดหมู่เดียวได้ เนื่องจากมีลักษณะ วิธีการก่อตัว และทำหน้าที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง คุณสมบัติของพวกเขายังแตกต่างกันไป ดังนั้นจึงมีการจำแนกประเภทที่ช่วยให้คุณสามารถแบ่งตัวแทนทั้งหมดของสารกลุ่มนี้ออกเป็นหมวดหมู่ต่างๆได้ อาจขึ้นอยู่กับสัญญาณหลายประการ

การจำแนกประเภทของโพลีเมอร์

หากเราใช้องค์ประกอบเชิงคุณภาพของโมเลกุลเป็นพื้นฐาน สารทั้งหมดที่อยู่ระหว่างการพิจารณาสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม

1. สารอินทรีย์ ได้แก่ อะตอมที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ ออกซิเจน ฟอสฟอรัส และไนโตรเจน นั่นก็คือองค์ประกอบเหล่านั้นที่เป็นสารชีวภาพ มีตัวอย่างมากมาย: โพลีเอทิลีน, โพลีไวนิลคลอไรด์, โพรพิลีน, วิสโคส, ไนลอน, โพลีเมอร์ธรรมชาติ - โปรตีน, กรดนิวคลีอิกและอื่น ๆ
2. ธาตุอินทรีย์คือธาตุที่มีธาตุอนินทรีย์และอนินทรีย์จากต่างประเทศ ส่วนใหญ่มักเป็นซิลิคอน อลูมิเนียม หรือไทเทเนียม ตัวอย่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น แก้วโพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิต
3. อนินทรีย์ - โซ่มีพื้นฐานมาจากอะตอมของซิลิคอน ไม่ใช่คาร์บอน อนุมูลยังสามารถเป็นส่วนหนึ่งของกิ่งก้านด้านข้างได้ พวกเขาถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ใช้ในยา การก่อสร้าง เทคโนโลยี และอุตสาหกรรมอื่นๆ ตัวอย่าง: ซิลิโคน ชาด

ถ้าเราแบ่งโพลีเมอร์ตามแหล่งกำเนิด เราสามารถแยกแยะได้สามกลุ่ม

1. โพลีเมอร์ธรรมชาติซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณ สิ่งเหล่านี้คือโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มนุษย์ไม่ได้พยายามสร้างขึ้นมา พวกมันเป็นผลจากปฏิกิริยาของธรรมชาตินั่นเอง ตัวอย่าง: ไหม ขนสัตว์ โปรตีน กรดนิวคลีอิก แป้ง เซลลูโลส หนังสัตว์ ฝ้าย และอื่นๆ
2. เทียม. เหล่านี้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่มีพื้นฐานมาจากอะนาล็อกตามธรรมชาติ นั่นคือคุณสมบัติของพอลิเมอร์ธรรมชาติที่มีอยู่นั้นได้รับการปรับปรุงและเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ตัวอย่าง: เทียม
3. โพลีเมอร์สังเคราะห์เป็นโพลีเมอร์ที่มีเพียงมนุษย์เท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการสร้างสรรค์มัน ไม่มีสิ่งที่คล้ายคลึงกันตามธรรมชาติสำหรับพวกเขา นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาวิธีการสังเคราะห์วัสดุใหม่ที่จะปรับปรุงคุณลักษณะทางเทคนิค นี่คือที่มาของสารประกอบโพลีเมอร์สังเคราะห์ประเภทต่างๆ ตัวอย่าง: โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน วิสโคส ฯลฯ

มีคุณลักษณะอีกอย่างหนึ่งที่รองรับการแบ่งสารที่พิจารณาออกเป็นกลุ่ม สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาและความเสถียรทางความร้อน มีสองหมวดหมู่สำหรับพารามิเตอร์นี้:

• เทอร์โมพลาสติก;
• เทอร์โมเซตติง

ที่เก่าแก่ที่สุด สำคัญ และมีคุณค่าอย่างยิ่งยังคงเป็นโพลีเมอร์จากธรรมชาติ คุณสมบัติของมันมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ดังนั้นเราจะพิจารณาโมเลกุลขนาดใหญ่ประเภทนี้เพิ่มเติม

โพลีเมอร์ธรรมชาติคือสารใด

เพื่อตอบคำถามนี้ ให้เรามองไปรอบๆ ตัวเราก่อน อะไรอยู่รอบตัวเรา? สิ่งมีชีวิตรอบตัวเราที่กิน หายใจ สืบพันธุ์ บาน และออกผลและเมล็ดพืช พวกมันคืออะไรจากมุมมองระดับโมเลกุล? เหล่านี้คือการเชื่อมต่อเช่น:

• โปรตีน;
• กรดนิวคลีอิก;
• โพลีแซ็กคาไรด์

ดังนั้นสารประกอบแต่ละชนิดข้างต้นจึงเป็นโพลีเมอร์ตามธรรมชาติ ดังนั้นปรากฎว่าชีวิตรอบตัวเรามีอยู่เนื่องจากการมีอยู่ของโมเลกุลเหล่านี้เท่านั้น ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนใช้ดินเหนียว สร้างส่วนผสมและปูนเพื่อเสริมสร้างและสร้างบ้าน ทอเส้นด้ายจากขนสัตว์ และใช้ผ้าฝ้าย ผ้าไหม ขนสัตว์ และหนังสัตว์เพื่อสร้างเสื้อผ้า โพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติจะอยู่เคียงข้างมนุษย์ในทุกขั้นตอนของการก่อตัวและการพัฒนา และส่วนใหญ่ช่วยให้เขาบรรลุผลอย่างที่เรามีในปัจจุบัน

ธรรมชาติเองก็สละทุกสิ่งเพื่อทำให้ชีวิตของผู้คนสะดวกสบายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เมื่อเวลาผ่านไป ยางถูกค้นพบและค้นพบคุณสมบัติอันน่าทึ่งของมัน มนุษย์เรียนรู้ที่จะใช้แป้งเพื่อจุดประสงค์ด้านอาหารและเซลลูโลสเพื่อจุดประสงค์ทางเทคนิค การบูรซึ่งรู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณนั้นเป็นโพลีเมอร์จากธรรมชาติ เรซิน โปรตีน กรดนิวคลีอิกล้วนเป็นตัวอย่างของสารประกอบที่พิจารณา

โครงสร้างของโพลีเมอร์ธรรมชาติ

ตัวแทนของสารประเภทนี้ไม่ได้มีโครงสร้างเหมือนกันทั้งหมด ดังนั้นโพลีเมอร์ธรรมชาติและโพลีเมอร์สังเคราะห์จึงมีความแตกต่างกันอย่างมาก โมเลกุลของพวกมันถูกวางตัวในลักษณะที่มีอยู่อย่างได้เปรียบและสะดวกที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากมุมมองที่กระตือรือร้น ในเวลาเดียวกันสิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติหลายชนิดสามารถบวมได้และโครงสร้างของพวกมันก็เปลี่ยนแปลงไปในกระบวนการนี้ โครงสร้างลูกโซ่มีหลายรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด:

• เชิงเส้น;
• แตกแขนง;
• รูปดาว;
• แบน;
• ตาข่าย;
• เทป;
• รูปหวี

ตัวแทนประดิษฐ์และสังเคราะห์ของโมเลกุลขนาดใหญ่มีมวลขนาดใหญ่มากและมีอะตอมจำนวนมาก สร้างขึ้นด้วยคุณสมบัติที่ระบุเป็นพิเศษ ดังนั้นโครงสร้างของมันจึงถูกวางแผนโดยมนุษย์ในตอนแรก โพลีเมอร์ธรรมชาติส่วนใหญ่มักมีลักษณะเป็นเส้นตรงหรือเป็นโครงข่าย

ตัวอย่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ตามธรรมชาติ

โพลีเมอร์ธรรมชาติและโพลีเมอร์เทียมนั้นอยู่ใกล้กันมาก ท้ายที่สุดแล้วสิ่งแรกกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างสิ่งหลัง มีตัวอย่างมากมายของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว เรามาแสดงรายการบางส่วนกัน

1. พลาสติกสีขาวขุ่นแบบธรรมดาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการบำบัดเซลลูโลสด้วยกรดไนตริกด้วยการเติมการบูรตามธรรมชาติ ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอไรเซชันจะนำไปสู่การแข็งตัวของพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นและเปลี่ยนเป็น ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม. และพลาสติไซเซอร์คือการบูรทำให้สามารถอ่อนตัวลงเมื่อถูกความร้อนและเปลี่ยนรูปร่างได้
2. ไหมอะซิเตท, เส้นใยทองแดง - แอมโมเนีย, วิสโคส - ทั้งหมดนี้คือตัวอย่างของเส้นด้ายและเส้นใยที่ได้มาจากเซลลูโลส ผ้าที่ทำจากผ้าฝ้ายและลินินธรรมชาติจะมีความทนทาน ไม่มันเงา และเกิดรอยยับได้ง่าย แต่อะนาล็อกเทียมไม่มีข้อเสียเหล่านี้ซึ่งทำให้การใช้งานน่าสนใจมาก
3. หินเทียม วัสดุก่อสร้าง สารผสม สารทดแทนหนัง ก็เป็นตัวอย่างของโพลีเมอร์ที่ได้จากวัตถุดิบธรรมชาติเช่นกัน

สารซึ่งเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติสามารถนำไปใช้ได้ในรูปแบบที่แท้จริง นอกจากนี้ยังมีตัวอย่างมากมายดังนี้:

• ขัดสน;
• อำพัน;
• แป้ง;
• อะมิโลเพคติน;
• เซลลูโลส;
• ขนสัตว์;
• ฝ้าย;
• ผ้าไหม;
• ปูนซีเมนต์;
• ดินเหนียว;
• มะนาว;
• โปรตีน;
• กรดนิวคลีอิกเป็นต้น

เห็นได้ชัดว่าประเภทของสารประกอบที่เรากำลังพิจารณานั้นมีมากมาย มีความสำคัญในทางปฏิบัติและมีความสำคัญต่อผู้คน ทีนี้เรามาดูตัวแทนของโพลีเมอร์ธรรมชาติหลายตัวที่เป็นที่ต้องการอย่างมากในปัจจุบันให้ละเอียดยิ่งขึ้น

ผ้าไหมและขนสัตว์

สูตรของพอลิเมอร์ไหมธรรมชาติมีความซับซ้อนเนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีแสดงโดยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• ไฟโบรอิน;
• เซริซิน;
• แว็กซ์;
• ไขมัน

โปรตีนหลักคือไฟโบรอิน ซึ่งมีกรดอะมิโนหลายประเภท หากคุณจินตนาการถึงสายโซ่โพลีเปปไทด์ มันจะมีลักษณะดังนี้: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3)-CO-NH-CH 2 -CO-) n และนี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น หากเราจินตนาการว่ามีโมเลกุลโปรตีนเซริซินที่ซับซ้อนเท่ากันติดอยู่กับโครงสร้างนี้ด้วยความช่วยเหลือของกองกำลัง Van Der Waals และพวกมันถูกผสมเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างเดียวที่มีขี้ผึ้งและไขมัน ก็ชัดเจนว่าเหตุใดจึงยากที่จะพรรณนาถึงสูตร ของไหมธรรมชาติ

จนถึงปัจจุบัน ที่สุดผลิตภัณฑ์นี้จัดทำโดยจีน เนื่องจากมีแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติสำหรับผู้ผลิตหลักนั่นคือตัวไหม ก่อนหน้านี้ตั้งแต่สมัยโบราณผ้าไหมธรรมชาติมีมูลค่าสูง มีเพียงคนมีเกียรติและร่ำรวยเท่านั้นที่สามารถซื้อเสื้อผ้าที่ทำจากมันได้ ทุกวันนี้คุณสมบัติหลายประการของเนื้อผ้านี้ทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมาก ตัวอย่างเช่น มันกลายเป็นแม่เหล็กอย่างแรงและเกิดริ้วรอย นอกจากนี้ มันสูญเสียความมันวาวและหมองคล้ำเมื่อถูกแสงแดด ดังนั้นอนุพันธ์เทียมที่มีพื้นฐานมาจากมันจึงเป็นเรื่องธรรมดามากกว่า

ขนสัตว์ยังเป็นโพลีเมอร์ตามธรรมชาติเนื่องจากเป็นของเสียจากผิวหนังและต่อมไขมันของสัตว์ จากผลิตภัณฑ์โปรตีนนี้ เสื้อถักจึงถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณค่าเช่นเดียวกับผ้าไหม

แป้ง

แป้งโพลีเมอร์ธรรมชาติเป็นของเสียจากพืช พวกมันผลิตมันผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและสะสมตามส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย องค์ประกอบทางเคมีของมัน:

• อะมิโลเพคติน;
• อะมิโลส;
• อัลฟากลูโคส

โครงสร้างเชิงพื้นที่ของแป้งมีการแตกแขนงและไม่เป็นระเบียบมาก เนื่องจากมีอะมิโลเพคติน จึงสามารถพองตัวในน้ำและกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่าเพสต์ได้ อันนี้ใช้ในวิศวกรรมและอุตสาหกรรม ยา อุตสาหกรรมอาหารและการผลิตกาวติดวอลเปเปอร์ก็เป็นพื้นที่ที่ใช้สารนี้เช่นกัน

ในบรรดาพืชที่มีปริมาณแป้งสูงสุด ได้แก่:

• ข้าวโพด;
• มันฝรั่ง;
• ข้าวสาลี;
• มันสำปะหลัง;
• ข้าวโอ้ต;
• บัควีท;
• กล้วย;
• ข้าวฟ่าง.

จากโพลีเมอร์ชีวภาพนี้ จะมีการอบขนมปัง ทำพาสต้า เยลลี่ ข้าวต้ม และผลิตภัณฑ์อาหารอื่น ๆ

เซลลูโลส

จากมุมมองทางเคมีสารนี้คือโพลีเมอร์ซึ่งองค์ประกอบแสดงโดยสูตร (C 6 H 5 O 5) n หน่วยโมโนเมอร์ของสายโซ่คือเบต้ากลูโคส สถานที่หลักที่มีเซลลูโลสคือผนังเซลล์ของพืช นั่นคือเหตุผลว่าทำไมไม้จึงเป็นแหล่งที่มีคุณค่าของสารประกอบนี้

เซลลูโลสเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่เชิงเส้น ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ประเภทต่อไปนี้:

• ผลิตภัณฑ์เยื่อกระดาษและกระดาษ
• ขนเทียม;
• เส้นใยประดิษฐ์ประเภทต่างๆ
• ฝ้าย;
• พลาสติก;
• ผงไร้ควัน
• ภาพยนตร์และอื่น ๆ

เห็นได้ชัดว่าความสำคัญทางอุตสาหกรรมนั้นยิ่งใหญ่ หากต้องการใช้สารประกอบนี้ในการผลิตจะต้องสกัดจากพืชก่อน ทำได้โดยการปรุงไม้ในระยะยาวในอุปกรณ์พิเศษ การประมวลผลเพิ่มเติม เช่นเดียวกับรีเอเจนต์ที่ใช้สำหรับการย่อยจะแตกต่างกันไป มีหลายวิธี:

• ซัลไฟต์;
• ไนเตรต;
• โซดา;
• ซัลเฟต

หลังการบำบัดนี้ ผลิตภัณฑ์ยังคงมีสิ่งสกปรกอยู่ มันขึ้นอยู่กับลิกนินและเฮมิเซลลูโลส เพื่อกำจัดพวกมันมวลจะถูกบำบัดด้วยคลอรีนหรืออัลคาไล

ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพในร่างกายมนุษย์ที่สามารถสลายไบโอโพลีเมอร์ที่ซับซ้อนนี้ได้ อย่างไรก็ตาม สัตว์บางชนิด (สัตว์กินพืช) ได้ปรับตัวเข้ากับสิ่งนี้ แบคทีเรียบางชนิดจะสะสมอยู่ในกระเพาะอาหารและทำสิ่งนี้เพื่อพวกมัน จุลินทรีย์จะได้รับพลังงานเพื่อชีวิตและที่อยู่อาศัยเป็นการตอบแทน รูปแบบของ symbiosis นี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับทั้งสองฝ่าย

ยาง

เป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจ มันถูกอธิบายครั้งแรกโดย Robert Cook ซึ่งค้นพบมันในระหว่างการเดินทางครั้งหนึ่งของเขา มันเกิดขึ้นเช่นนี้ เมื่อมาถึงเกาะแห่งหนึ่งซึ่งมีชาวพื้นเมืองที่เขาไม่รู้จักอาศัยอยู่ เขาก็ได้รับการต้อนรับจากพวกเขาอย่างมีอัธยาศัย ความสนใจของเขาถูกดึงดูดโดยเด็ก ๆ ในท้องถิ่นที่กำลังเล่นกับวัตถุที่ผิดปกติ ร่างทรงกลมนี้ผลักออกจากพื้นและกระโดดสูงขึ้นแล้วกลับมา

เมื่อถามคนในท้องถิ่นว่าของเล่นชิ้นนี้ทำมาจากอะไร คุกจึงรู้ว่าน้ำยางจากต้นไม้ต้นหนึ่งอย่างเฮเวียแข็งตัวได้อย่างไร ต่อมาพบว่านี่คือยางโพลีเมอร์ชีวภาพ

ทราบลักษณะทางเคมีของสารประกอบนี้ - เป็นไอโซพรีนที่ผ่านการเกิดพอลิเมอไรเซชันตามธรรมชาติ สูตรยาง (C 5 H 8) n. คุณสมบัติเนื่องจากมีมูลค่าสูงมากมีดังนี้:

• ความยืดหยุ่น;
• ความต้านทานการสึกหรอ
• ฉนวนไฟฟ้า
• กันน้ำ.

อย่างไรก็ตามก็มีข้อเสียเช่นกัน ในความเย็นจะเปราะและเปราะ และเมื่ออากาศร้อนจะเหนียวและหนืด นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงมีความจำเป็นต้องสังเคราะห์อะนาล็อกของฐานเทียมหรือฐานสังเคราะห์ ปัจจุบันยางถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิคและอุตสาหกรรม ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดตาม:

• ยาง;
• ไม้มะเกลือ

อำพัน

เป็นโพลีเมอร์ตามธรรมชาติ เนื่องจากโครงสร้างเป็นเรซินซึ่งอยู่ในรูปแบบฟอสซิล โครงสร้างเชิงพื้นที่เป็นโครงโพลีเมอร์อสัณฐาน เป็นสารไวไฟมากและสามารถติดไฟได้ด้วยเปลวไฟจากไม้ขีดไฟ มีคุณสมบัติเรืองแสง นี่เป็นคุณภาพที่สำคัญและมีคุณค่ามากที่ใช้ในการทำเครื่องประดับ เครื่องประดับที่ทำจากอำพันมีความสวยงามและเป็นที่ต้องการมาก

นอกจากนี้ไบโอโพลีเมอร์นี้ยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์อีกด้วย นอกจากนี้ยังทำจากกระดาษทรายและสารเคลือบเงาสำหรับพื้นผิวต่างๆ

โพลีเมอร์

โพลีเมอร์- สารประกอบโมเลกุลสูงเป็นสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่ (ตั้งแต่หลายพันถึงหลายล้าน) ประกอบด้วยกลุ่มอะตอมซ้ำ ๆ จำนวนมากที่มีโครงสร้างเหมือนหรือต่างกัน - หน่วยที่เป็นส่วนประกอบเชื่อมโยงกันด้วยพันธะเคมีหรือพันธะประสานงานเป็นยาว เส้นตรง (เช่น เซลลูโลส) หรือโซ่กิ่ง (เช่น อะมิโลเพคติน) รวมถึงโครงสร้างสามมิติเชิงพื้นที่

บ่อยครั้งในโครงสร้างเราสามารถแยกแยะโมโนเมอร์ได้ซึ่งเป็นชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทำซ้ำซึ่งมีอะตอมหลายอะตอม โพลีเมอร์ประกอบด้วยกลุ่มการทำซ้ำจำนวนมาก (หน่วย) ที่มีโครงสร้างเดียวกัน เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์ (-CH2-CHCl-) n ยางธรรมชาติ เป็นต้น สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยกลุ่มการทำซ้ำหลายประเภท เรียกว่าโคโพลีเมอร์

โพลีเมอร์ถูกสร้างขึ้นจากโมโนเมอร์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันหรือโพลีคอนเดนเซชัน โพลีเมอร์ประกอบด้วยสารประกอบธรรมชาติหลายชนิด เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก โพลีแซ็กคาไรด์ ยาง และสารอินทรีย์อื่นๆ ในกรณีส่วนใหญ่ แนวคิดนี้หมายถึงสารประกอบอินทรีย์ แต่ก็มีโพลีเมอร์อนินทรีย์จำนวนมากเช่นกัน พอลิเมอร์จำนวนมากได้มาจากการสังเคราะห์โดยใช้สารประกอบที่ง่ายที่สุดขององค์ประกอบที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติผ่านปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน การควบแน่นและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ชื่อของโพลีเมอร์นั้นเกิดจากชื่อของโมโนเมอร์ที่มีคำนำหน้า โพลี-: โพลีเอทิลีน, โพลีโพรพิลีน, โพลีไวนิลอะซิเตท...

เนื่องจากคุณสมบัติอันมีค่า โพลีเมอร์จึงถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกล อุตสาหกรรมสิ่งทอ การเกษตรและการแพทย์ รถยนต์และการต่อเรือ และในชีวิตประจำวัน (สิ่งทอและเครื่องหนัง จาน กาวและเคลือบเงา เครื่องประดับ และรายการอื่นๆ) ยาง เส้นใย พลาสติก ฟิล์ม และสารเคลือบสีผลิตจากสารประกอบโมเลกุลสูง เนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลสูง

วิทยาศาสตร์โพลีเมอร์

โพลีเมอร์สังเคราะห์ วัสดุโพลีเมอร์ประดิษฐ์

มนุษย์ใช้วัสดุโพลีเมอร์จากธรรมชาติในชีวิตมาเป็นเวลานาน เหล่านี้ได้แก่ หนัง ขนสัตว์ ขนสัตว์ ผ้าไหม ผ้าฝ้าย ฯลฯ ที่ใช้สำหรับการผลิตเสื้อผ้า สารยึดเกาะต่างๆ (ซีเมนต์ มะนาว ดินเหนียว) ซึ่งเมื่อผ่านกระบวนการที่เหมาะสม จะสร้างตัวโพลีเมอร์สามมิติ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุก่อสร้าง . อย่างไรก็ตาม การผลิตเชิงอุตสาหกรรมของพอลิเมอร์แบบโซ่เริ่มขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 แม้ว่าจะมีการสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับสิ่งนี้ไว้ก่อนหน้านี้ก็ตาม

เกือบจะในทันที การผลิตโพลีเมอร์ทางอุตสาหกรรมพัฒนาขึ้นในสองทิศทาง - โดยการประมวลผลโพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติให้เป็นวัสดุโพลีเมอร์เทียม และโดยการผลิตโพลีเมอร์สังเคราะห์จากสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลต่ำ

ในกรณีแรก การผลิตขนาดใหญ่จะขึ้นอยู่กับเซลลูโลส วัสดุโพลีเมอร์ชนิดแรกจากเซลลูโลสดัดแปลงทางกายภาพ – เซลลูลอยด์ – ได้รับมาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 การผลิตเซลลูโลสอีเทอร์และเอสเทอร์ขนาดใหญ่ก่อตั้งขึ้นก่อนและหลังสงครามโลกครั้งที่สองและดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ ฟิล์ม เส้นใย สี วาร์นิช และสารเพิ่มความข้นถูกผลิตขึ้นตามพื้นฐานของพวกเขา ควรสังเกตว่าการพัฒนาภาพยนตร์และการถ่ายภาพเป็นไปได้ด้วยการกำเนิดของฟิล์มไนโตรเซลลูโลสที่โปร่งใสเท่านั้น

การผลิตโพลีเมอร์สังเคราะห์เริ่มขึ้นในปี 1906 เมื่อ L. Baekeland จดสิทธิบัตรสิ่งที่เรียกว่าเรซินเบกาไลต์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ควบแน่นของฟีนอลและฟอร์มาลดีไฮด์ ซึ่งจะกลายเป็นโพลีเมอร์สามมิติเมื่อถูกความร้อน เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่วัสดุชนิดนี้ถูกใช้ทำตัวเครื่องสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้า แบตเตอรี่ โทรทัศน์ ปลั๊กไฟ ฯลฯ และปัจจุบันมักใช้เป็นสารยึดเกาะและกาวมากขึ้น

การจำแนกประเภทของโพลีเมอร์

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมี โพลีเมอร์ทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นอินทรีย์ องค์ประกอบออร์กาโน และอนินทรีย์

• โพลีเมอร์อินทรีย์ เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของอนุมูลอินทรีย์ (CH3, C6H5, CH2) เหล่านี้คือเรซินและยาง
• โพลีเมอร์ออร์กาโนเอลิเมนต์ ประกอบด้วยอะตอมอนินทรีย์ (Si, Ti, Al) อยู่ในสายโซ่หลักของอนุมูลอินทรีย์ ซึ่งรวมกับอนุมูลอินทรีย์ พวกมันไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ตัวแทนที่ได้รับเทียมคือสารประกอบออร์กาโนซิลิคอน
• โพลีเมอร์อนินทรีย์ ขึ้นอยู่กับออกไซด์ของ Si, Al, Mg, Ca ฯลฯ ไม่มีโครงกระดูกไฮโดรคาร์บอน ซึ่งรวมถึงเซรามิก ไมกา แร่ใยหิน

ควรสังเกตว่าวัสดุทางเทคนิคมักจะใช้การรวมกันของโพลีเมอร์แต่ละกลุ่ม เหล่านี้เป็นวัสดุคอมโพสิต (เช่น ไฟเบอร์กลาส)

ขึ้นอยู่กับรูปร่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นเชิงเส้น กิ่งก้าน ริบบิ้น เชิงพื้นที่ และแบน

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟส โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นอสัณฐานและผลึก

โพลีเมอร์อสัณฐานเป็นเฟสเดียวและสร้างขึ้นจากโมเลกุลลูกโซ่ที่รวบรวมเป็นแพ็ค แพ็คสามารถเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับองค์ประกอบอื่นๆ

โพลีเมอร์ที่เป็นผลึกจะเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลขนาดใหญ่ของพวกมันมีความยืดหยุ่นเพียงพอและสร้างโครงสร้างขึ้นมา

ขึ้นอยู่กับขั้ว โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นขั้วและไม่มีขั้ว ขั้วถูกกำหนดโดยการปรากฏตัวในองค์ประกอบของไดโพล - โมเลกุลที่มีการกระจายประจุบวกและลบแบบแยกส่วน ในโพลีเมอร์ที่ไม่มีขั้ว โมเมนต์ไดโพลของพันธะอะตอมจะได้รับการชดเชยร่วมกัน

ในส่วนของความร้อน โพลีเมอร์จะถูกแบ่งออกเป็นเทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซตติง

โพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติ

โพลีเมอร์อินทรีย์ธรรมชาติเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ สิ่งสำคัญที่สุดคือโพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน และกรดนิวคลีอิก ซึ่งร่างกายของพืชและสัตว์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยและรับประกันการทำงานของสิ่งมีชีวิตบนโลก เชื่อกันว่าขั้นตอนชี้ขาดในการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตบนโลกคือการก่อตัวของโมเลกุลโมเลกุลสูงที่ซับซ้อนมากขึ้นจากโมเลกุลอินทรีย์ธรรมดา

คุณสมบัติของโพลีเมอร์

คุณสมบัติทางกลพิเศษ:

• ความยืดหยุ่น - ความสามารถในการรับการเสียรูปแบบพลิกกลับได้สูงภายใต้ภาระที่ค่อนข้างน้อย (ยาง)
• ความเปราะบางต่ำของโพลีเมอร์ที่เป็นแก้วและผลึก (พลาสติก, แก้วอินทรีย์)
• ความสามารถของโมเลกุลขนาดใหญ่ในการปรับทิศทางภายใต้อิทธิพลของสนามเชิงกลโดยตรง (ใช้ในการผลิตเส้นใยและฟิล์ม)

คุณสมบัติของโซลูชั่นโพลีเมอร์:

• ความหนืดของสารละลายสูงที่ความเข้มข้นของโพลีเมอร์ต่ำ
• การละลายของโพลีเมอร์เกิดขึ้นตามระยะการบวมตัว

คุณสมบัติทางเคมีพิเศษ:

• ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลได้อย่างมากภายใต้อิทธิพลของรีเอเจนต์ในปริมาณเล็กน้อย (การหลอมโลหะของยาง การฟอกหนัง ฯลฯ)

คุณสมบัติพิเศษของโพลีเมอร์ไม่ได้อธิบายเฉพาะด้วยน้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลขนาดใหญ่มีโครงสร้างสายโซ่และมีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต นั่นก็คือความยืดหยุ่น