Structura necristalina a materialelor polimerice

Structura necristalina a materialelor polimerice

Polimerii sunt materialele organice solide constituite pe baza de compusi macromoleculari naturali sau sintetici.

Compusii  macromoleculari, constituiti dintr-un mare numar de unitati fundamentale numite meri sau monomeri,  sunt  compusii  organici (molecule organice al caror miez este in principal alcatuit dintr-un atom de carbon sau de siliciu, de hidrogen sau alte elemente nemetalice) ai caror masa moleculara atinge marimi de la citeva mii pina la citeva milioane, sau chiar de zeci de milioane.

Compusii  macromoleculari  au o utilizare larga in multe domenii. Datorita  rezistentei mecanice, elasticitatii, proprietatilor electroizolatoare  etc., acesti compusi se utilizeaza in industria constructoare de  masini, constructii, industria textila, in electro- si radiotehnica, medicina, industria de lacuri si vopsele, in constructia navala. Principalele tipuri  de  materiale pe baza compusilor macromoleculari sunt cauciucurile, fibrele, masele plastice, peliculele.     Rolul biologic al acestor compusi este determinata de faptul ca ei sunt baza tesuturilor organismelor vii.

Monomerii sunt elemente de baza ai tuturor polimerilor cu greutate moleculara mare, fie ca este vorba de macromolecule biologice care se afla in organismele vii (ADN, ARN, colagen, etc) , de polimeri naturali (cauciuc, celuloza, etc.) fie de polimeri sintetici (materiale plastice, elastomeri, etc.).

Pentru a descrie monomerii pornim de la cele mai simple unitati fundamentale (structurale) sunt hidrocarburile. In figura de mai jos sunt prezentate compozitia si structura moleculara a celor mai comune hidrocarburi:

Part A: Straight-Chain Alkanes

(https://umanitoba.ca/ )

Part B: Branched-Chain Hydrocarbons

The illustration below is of a hydrocarbon.

Moleculele polimerilor sunt gigantice in comparatie cu moleculele de hidrocarburi mai sus prezentate si ca urmare, din cauza dimensiunii lor, acestea poarta denumirea de macromolecule. Macromoleculele sunt formate in mod uzual din 1000-10000 si chiar 100000 de unitati structural identice - (mono)meri, care se repeta. Natura merilor diferentiaza tipurile de polimeri. Cateva tipuri de (mono)meri sunt redate in tabelul de mai jos.

Tabel - monomeri (unitati structurale a unor polimeri uzuali)

In fiecare molecula, atomii sunt legati impreuna prin legaturi interatomice puternice,  covalente si pentru majoritatea polimerilor, aceste molecule sunt sub forma de siruri de atomi de carbon ce formeaza lanturi lungi, flexibile (scheletul polimerului), dupa cum urmeaza :

Numarul unitatilor fundamentale, de baza care se repeta in cadrul unui lant se numeste grad de polimerizare. El se mai poate defini si ca raportul dintre masa unui lant de polimer M si masa unitatii de baza m, adica x M/m . Daca gradul de polimerizare este mic, continand cateva unitati de baza, substantele respective se numesc oligomeri si fac tranzitia intre substantele obisnuite si polimeri. Daca gradul de polimerizare este mare, in general pentru x > 100, spunem ca avem de-a face cu o macromolecula.

Aceste molecule lungi (sirurile sutelor si miilor de atomi de carbon legati de atomii de hidrogen) ce formeaza lanturi macromoleculare sau catene sunt rezultatul repetitiei monomerului formand astfel structura complexa a polimerului.

Grupele de atomi ce se repeta de-a lungul lantului macromoleculei si care ne descriu  structura  polimerului se numeste unitate structurala, iar grupele de atomi ce se afla la capetele catenei se numesc grupe terminale.

            n  -  este numarul de unitati structurale si se numeste grad de polimerizare

Cele mai des intalnite mecanisme de formare a polimerilor pornind de la monomeri sunt polimerizarea prin adaugare si polimerizarea prin condensare. Polimerizarea prin adaugare are loc datorita reactiilor chimice in lant dintre monomeri in care niciodata nu rezulta subprodusi de reactie. O data initiata reactia de polimerizare, macromolecula initiala creste prin adaugare de monomeri pana cand doua segmente in crester se intalnesc oprind reactia.

Polimerizarea prin condensare se bazeaza pe reactii in etape intre monomeri rezultatul fiind un subprodus de reactie (o molecula cu greutate moleculara mica) care constitue elementul fundamenal care se repeta in macromolecula.

In cazul in care procesul de polimerizare are loc intre doua specii de molecule diferite, acest proces poarta numele de copolimerizare.