โพลีเมอร์: ประวัติพอลิเมอไรเซชันประเภทคุณสมบัติและตัวอย่าง

พอลิเมอร์ เป็นสารประกอบโมเลกุลที่มีมวลโมเลกุลสูง (ตั้งแต่หลายพันถึงล้าน) และประกอบด้วยหน่วยจำนวนมากที่เรียกว่าโมโนเมอร์ซึ่งถูกทำซ้ำ

เนื่องจากพวกมันมีลักษณะเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่สปีชีส์เหล่านี้จึงเรียกว่า macromolecules ซึ่งให้คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์และแตกต่างอย่างมากจากที่สังเกตในโมเลกุลที่เล็กกว่าซึ่งเป็นผลมาจากสารประเภทนี้เช่นความชอบที่มี สอดคล้องกับโครงสร้างแก้ว

ในทำนองเดียวกันเนื่องจากเป็นกลุ่มโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มากจึงจำเป็นต้องจัดหมวดหมู่ให้พวกเขาด้วยเหตุผลที่พวกเขาแบ่งออกเป็นสองประเภท: โพลีเมอร์ของแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติเช่นโปรตีนและกรดนิวคลีอิก; และผู้ผลิตสังเคราะห์เช่นไนล่อนหรือ lucite (รู้จักกันดีในชื่อ Plexiglas)

นักวิชาการเริ่มการสืบสวนของวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่หลังโพลิเมอร์ในปี 1920 เมื่อพวกเขาสังเกตเห็นด้วยความอยากรู้อยากเห็นและความสับสนว่าสารบางชนิดทำงานอย่างไรเช่นไม้หรือยาง จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ของเวลาที่ทุ่มเทให้กับการวิเคราะห์สารเหล่านี้เพื่อนำเสนอในชีวิตประจำวัน

เมื่อมาถึงระดับหนึ่งของความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติของสายพันธุ์เหล่านี้เราสามารถเข้าใจโครงสร้างและความก้าวหน้าในการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สามารถอำนวยความสะดวกในการพัฒนาและปรับปรุงวัสดุที่มีอยู่รวมถึงการผลิตวัสดุใหม่

ในทำนองเดียวกันเป็นที่ทราบกันว่าโพลิเมอร์สำคัญหลายชนิดมีอยู่ในโครงสร้างของไนโตรเจนหรืออะตอมของออกซิเจนซึ่งติดอยู่กับอะตอมของคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่หลักของโมเลกุล

ขึ้นอยู่กับกลุ่มการทำงานหลักที่เป็นส่วนหนึ่งของโมโนเมอร์พวกมันจะถูกตั้งชื่อ ตัวอย่างเช่นถ้าโมโนเมอร์เกิดจากเอสเตอร์โพลีเอสเตอร์จะถูกผลิตขึ้น

ประวัติความเป็นมาของโพลีเมอร์

ประวัติความเป็นมาของโพลีเมอร์จะต้องเริ่มต้นด้วย

ด้วยวิธีนี้วัสดุบางอย่างจากธรรมชาติที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณ (เช่นเซลลูโลสหรือหนัง) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพลีเมอร์

ศตวรรษที่ 19

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เราคิดว่าองค์ประกอบของโพลีเมอร์นั้นไม่เป็นที่รู้จักที่จะเปิดเผยจนกระทั่งเมื่อสองสามศตวรรษก่อนเมื่อพวกเขาเริ่มพิจารณาว่าสารเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไรและพยายามหาวิธีการบางอย่างเพื่อให้ได้การผลิตประดิษฐ์

ครั้งแรกที่มีการใช้คำว่า "โพลีเมอร์" ในปี ค.ศ. 1833 ขอบคุณนักเคมีชาวสวีเดนชื่อJöns Jacob Berzelius ผู้ใช้มันเพื่ออ้างถึงสารที่มีลักษณะเป็นสารอินทรีย์ที่มีสูตรเชิงประจักษ์เหมือนกัน แต่มีมวลโมเลกุลที่แตกต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์คนนี้ยังรับผิดชอบในการสร้างคำศัพท์อื่น ๆ เช่น "isomer" หรือ "ตัวเร่งปฏิกิริยา"; แม้ว่าจะเป็นที่น่าสังเกตว่าในเวลานั้นแนวคิดของการแสดงออกเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับสิ่งที่พวกเขาหมายถึงในปัจจุบัน

หลังจากการทดลองบางอย่างเพื่อให้ได้โพลิเมอร์โพลีเมอร์จากการแปรรูปสายพันธุ์พอลิเมอร์ธรรมชาติการศึกษาของสารประกอบเหล่านี้ก็มีความเกี่ยวข้องมากขึ้น

วัตถุประสงค์ของการตรวจสอบนี้คือเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดของคุณสมบัติที่รู้จักกันดีของโพลีเมอร์เหล่านี้และการได้รับสารใหม่ที่สามารถตอบสนองวัตถุประสงค์เฉพาะในด้านต่าง ๆ ของวิทยาศาสตร์

ศตวรรษที่ 20

เมื่อสังเกตว่ายางนั้นละลายได้ในตัวทำละลายของธรรมชาติอินทรีย์และจากนั้นวิธีการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นแสดงให้เห็นลักษณะที่ผิดปกติบางอย่างนักวิทยาศาสตร์ถูกรบกวนและไม่ทราบวิธีที่จะอธิบายพวกเขา

จากการสังเกตเหล่านี้พวกเขาอนุมานว่าสารเช่นนี้แสดงพฤติกรรมที่แตกต่างจากโมเลกุลขนาดเล็กลงอย่างที่พวกเขาสังเกตได้ในขณะที่ศึกษายางและคุณสมบัติของยาง

พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าการแก้ปัญหาการศึกษามีความหนืดสูงลดลงอย่างมีนัยสำคัญในจุดเยือกแข็งและความดันออสโมติกของขนาดเล็ก จากนี้อาจอนุมานได้ว่ามีมวลโมเลกุลสูงมาก แต่นักวิชาการปฏิเสธที่จะเชื่อในความเป็นไปได้นี้

ปรากฏการณ์เหล่านี้ซึ่งปรากฏในสารบางอย่างเช่นเจลาตินหรือฝ้ายทำให้นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสารชนิดนี้ประกอบด้วยกลุ่มโมเลกุลขนาดเล็กเช่น C 5 H 8 หรือ C 10 H 16 เชื่อมโยงกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุล

แม้ว่าความคิดที่ผิดพลาดนี้ยังคงอยู่เป็นเวลาหลายปี แต่คำจำกัดความที่ยังคงมีอยู่จนถึงปัจจุบันคือคำนิยามที่ได้รับจากนักเคมีชาวเยอรมันและผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาเคมี Hermann Staudinger

ศตวรรษที่ 21

คำจำกัดความปัจจุบันของโครงสร้างเหล่านี้เป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ถูกประกาศเกียรติคุณในปี 1920 โดย Staudinger ผู้ยืนยันในการคิดค้นและดำเนินการทดลองจนกระทั่งพบหลักฐานของทฤษฎีนี้ในช่วงสิบปีถัดไป

การพัฒนาของสิ่งที่เรียกว่า "เคมีพอลิเมอร์" เริ่มต้นขึ้นและตั้งแต่นั้นมาก็มีเพียงความสนใจของนักวิจัยทั่วโลกนับในหน้าประวัติศาสตร์ที่สำคัญมากนักวิทยาศาสตร์ซึ่งเป็นกลุ่มที่โดดเด่นจูลิโอนัตตา, คาร์ลซีกเลอร์ นอกเหนือจากชื่อก่อนหน้านี้แล้ว Charles Goodyear

ในปัจจุบันมีการศึกษาโมเลกุลของพอลิเมอร์ในพื้นที่ทางวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ เช่นวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์หรือชีวฟิสิกส์ซึ่งสารที่เกิดจากการเชื่อมโยงโมโนเมอร์ผ่านพันธบัตรโควาเลนต์ด้วยวิธีการและวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน

แน่นอนว่าจากโพลีเมอร์ธรรมชาติเช่นโพลิไอโซพรีนไปจนถึงต้นกำเนิดสังเคราะห์เช่นโพลิสไตรีนพวกมันถูกใช้บ่อยมากโดยไม่เบี่ยงเบนความสนใจจากสปีชีส์อื่น ๆ เช่นซิลิโคนทำจากโมโนเมอร์

นอกจากนี้สารประกอบเหล่านี้หลายชนิดที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติและสังเคราะห์นั้นประกอบไปด้วยโมโนเมอร์สองกลุ่มหรือมากกว่านั้นชนิดโพลีเมอร์เหล่านี้ได้รับชื่อโคพอลิเมอร์

พอลิเมอ

เพื่อที่จะเจาะลึกประเด็นของโพลีเมอร์เราจะต้องเริ่มต้นด้วยการพูดถึงที่มาของคำว่าโพลีเมอร์ซึ่งมาจากโพลีกรีกซึ่งมีความหมายว่า "มาก"; และ เพียง ซึ่งหมายถึง "ส่วน" ของบางสิ่งบางอย่าง

คำนี้ใช้เพื่อกำหนดสารประกอบโมเลกุลที่มีโครงสร้างซึ่งประกอบด้วยหน่วยซ้ำหลายหน่วยทำให้เกิดคุณสมบัติของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูงและลักษณะภายในอื่น ๆ ของสิ่งเหล่านี้

ดังนั้นหน่วยที่ประกอบเป็นพอลิเมอร์จึงขึ้นอยู่กับชนิดของโมเลกุลที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของขนาดเล็ก

ในคำสั่งของความคิดนี้คำว่าพอลิเมอไรเซชันจะใช้กับโพลีเมอร์สังเคราะห์เท่านั้นโดยเฉพาะกับกระบวนการที่ใช้เพื่อให้ได้มาโครโมเลกุลประเภทนี้

ดังนั้นโพลีเมอไรเซชันสามารถถูกกำหนดเป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่ใช้ในการรวมกันของโมโนเมอร์ (ทีละครั้ง) เพื่อผลิตโพลิเมอร์ที่สอดคล้องกันจากพวกเขา

ด้วยวิธีนี้การสังเคราะห์พอลิเมอร์จะดำเนินการผ่านปฏิกิริยาหลักสองประเภท: ปฏิกิริยาเพิ่มเติมและปฏิกิริยาควบแน่นซึ่งจะอธิบายในรายละเอียดด้านล่าง

การเกิดพอลิเมอร์โดยปฏิกิริยาบวก

การเกิดพอลิเมอไรเซชั่นประเภทนี้มีส่วนร่วมของโมเลกุลไม่อิ่มตัวที่มีพันธะสองหรือสามในโครงสร้างโดยเฉพาะคาร์บอน - คาร์บอน

ในปฏิกิริยาเหล่านี้โมโนเมอร์ได้รับการรวมเข้าด้วยกันโดยไม่ต้องกำจัดอะตอมใด ๆ ของพวกมันซึ่งชนิดของพอลิเมอร์สังเคราะห์โดยการแตกหรือเปิดวงแหวนสามารถทำได้โดยไม่ต้องกำจัดโมเลกุลขนาดเล็ก

จากมุมมองของจลนศาสตร์พอลิเมอไรเซชั่นนี้สามารถมองเห็นเป็นปฏิกิริยาสามขั้นตอน: การเริ่มต้นการขยายพันธุ์และการเลิกจ้าง

ในตอนแรกการเริ่มต้นของปฏิกิริยาเกิดขึ้นซึ่งความร้อนถูกนำไปใช้กับโมเลกุลที่ถือเป็นผู้ริเริ่ม (แสดงเป็น R 2 ) เพื่อสร้างสองสายพันธุ์ที่รุนแรงในวิธีต่อไปนี้:

R 2 → 2R ∙

หากการผลิตโพลีเอทธิลีนเป็นตัวอย่างแล้วขั้นตอนต่อไปคือการแพร่กระจายซึ่งการเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรงเกิดขึ้นใกล้กับโมเลกุลของเอทิลีนและสปีชีส์ใหม่จะเกิดขึ้นดังนี้

R ∙ + CH 2 = CH 2 → R-CH 2 -CH 2

หัวรุนแรงใหม่นี้จะถูกรวมเข้ากับโมเลกุลเอทิลีนอีกอันหนึ่งและกระบวนการนี้จะดำเนินต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งการรวมตัวของสายโซ่ยาวสองอันเพื่อสร้างโพลีเอทิลีนในที่สุดในปฏิกิริยาที่เรียกว่าการยุติ

การเกิดพอลิเมอร์โดยปฏิกิริยาการควบแน่น

ในกรณีของการเกิดพอลิเมอไรเซชันโดยปฏิกิริยาการควบแน่นการรวมกันของโมโนเมอร์สองชนิดที่แตกต่างกันมักเกิดขึ้นนอกเหนือไปจากการกำจัดโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งเป็นน้ำ

ในทำนองเดียวกันโพลีเมอร์ที่ผลิตโดยปฏิกิริยาเหล่านี้มักจะมี heteroatoms เช่นออกซิเจนหรือไนโตรเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างหลักของพวกเขา นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นที่หน่วยทำซ้ำที่แสดงถึงฐานของห่วงโซ่ของมันไม่ได้มีจำนวนทั้งสิ้นของอะตอมที่อยู่ในโมโนเมอร์ซึ่งมันสามารถสลายตัวได้

ในอีกทางหนึ่งมีวิธีการที่ได้รับการพัฒนามากขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ในหมู่ที่โพลีเมอร์ที่แตกต่างกันของพลาสมาซึ่งโดดเด่นด้วยลักษณะที่ไม่เห็นด้วยอย่างสมบูรณ์แบบใด ๆ

ด้วยวิธีนี้ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอไรเซชันของแหล่งกำเนิดสังเคราะห์ทั้งการเติมและการควบแน่นอาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่ไม่มีหรืออยู่ในสายพันธุ์ตัวเร่งปฏิกิริยา

การรวมตัวของพอลิเมอไรเซชั่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารประกอบหลายชนิดที่มีอยู่ในชีวิตประจำวันเช่น dacron (รู้จักกันดีในชื่อโพลีเอสเตอร์) หรือไนลอน

รูปแบบอื่นของการเกิดพอลิเมอร์

นอกจากวิธีการสังเคราะห์พอลิเมอร์สังเคราะห์เหล่านี้แล้วยังมีการสังเคราะห์ทางชีวภาพซึ่งถูกกำหนดให้เป็นพื้นที่ของการศึกษาที่รับผิดชอบในการตรวจสอบของพอลิเมอร์ชีวภาพซึ่งแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:

ในสิ่งมีชีวิตการสังเคราะห์สามารถทำได้ตามธรรมชาติผ่านกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการมีตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเอนไซม์โพลีเมอเรสในการผลิตโพลีเมอร์เช่นกรด deoxyribonucleic (DNA)

ในกรณีอื่น ๆ เอนไซม์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการเกิดพอลิเมอร์ทางชีวเคมีคือโปรตีนซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่เกิดจากกรดอะมิโนและเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการทางชีวภาพส่วนใหญ่

นอกจากสารชีวภาพที่ได้จากวิธีการเหล่านี้แล้วยังมีสิ่งอื่นที่เกี่ยวข้องอย่างมากในระดับการค้าเช่นยางวัลคาไนซ์ที่ผลิตผ่านการให้ความร้อนของยางธรรมชาติจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติในการปรากฏตัวของกำมะถัน

ดังนั้นเทคนิคที่ใช้ในการสังเคราะห์พอลิเมอร์ผ่านการดัดแปลงทางเคมีของพอลิเมอร์ที่มาจากธรรมชาติคือการตกแต่งการเชื่อมขวางและการเกิดออกซิเดชัน

ประเภทของพอลิเมอร์

ประเภทของพอลิเมอร์สามารถจำแนกได้ตามลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นพวกมันถูกจำแนกเป็นเทอร์โมพลาสติกเทอร์โมเซ็ตหรืออิลาสโตเมอร์ตามการตอบสนองทางกายภาพของพวกมันต่อการให้ความร้อน

นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับชนิดของโมโนเมอร์ที่เกิดขึ้นด้วยพวกเขาสามารถเป็นโฮโมโพลีเมอร์หรือโคพอลิเมอร์ได้

ในทำนองเดียวกันตามชนิดของการเกิดพอลิเมอไรเซชันซึ่งสามารถผลิตได้คือโพลีเมอร์เพิ่มหรือควบแน่น

นอกจากนี้โพลีเมอร์ธรรมชาติหรือสังเคราะห์ยังสามารถหาได้ขึ้นอยู่กับที่มาของมัน หรืออินทรีย์หรืออนินทรีขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของมัน

สรรพคุณ

- คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดคือเอกลักษณ์ซ้ำของโมโนเมอร์ซึ่งเป็นพื้นฐานของโครงสร้าง

- คุณสมบัติทางไฟฟ้าของมันแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์

- พวกมันมีคุณสมบัติเชิงกลเช่นความยืดหยุ่นหรือความต้านทานต่อแรงดึง

- โพลีเมอร์บางตัวมีคุณสมบัติทางแสงที่สำคัญ

- โครงสร้างทางจุลภาคที่พวกมันมีผลกระทบโดยตรงต่อคุณสมบัติอื่น ๆ

- ลักษณะทางเคมีของพอลิเมอร์นั้นพิจารณาจากปฏิกิริยาระหว่างชนิดที่น่าสนใจระหว่างโซ่ที่เกิดขึ้น

- คุณสมบัติการขนส่งของมันเกี่ยวข้องกับความเร็วของการเคลื่อนที่ระหว่างโมเลกุล

- พฤติกรรมของสถานะการรวมตัวของมันเกี่ยวข้องกับสัณฐานวิทยาของมัน

ตัวอย่างของพอลิเมอร์

ในบรรดาพอลิเมอร์จำนวนมากที่มีอยู่มีดังต่อไปนี้:

สไตรีน

ใช้ในภาชนะประเภทต่าง ๆ รวมทั้งในภาชนะที่ใช้เป็นฉนวนความร้อน (เพื่อทำน้ำเย็นหรือเก็บน้ำแข็ง) และแม้แต่ในของเล่น

polytetrafluoroethylene

รู้จักกันดีในชื่อ Teflon มันถูกใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าในการผลิตลูกกลิ้งและเคลือบเครื่องครัว

โพลีไวนิลคลอไรด์

ใช้ในการผลิตช่องสำหรับผนังกระเบื้องของเล่นและท่อโพลีเมอร์นี้เรียกว่าพีวีซี

การอ้างอิง