Razlika između inačica stranice »Suradnik:Petar607/Stranica za vježbanje«

m
m
 
Polimeri se proučavaju u polju biofizike i znanosti makromolekula te znanosti polimera (koja uključuje kemiju polimera i fiziku polimera). Povijesno su produkti koji nastaju iz povezivanja ponavljajućih jedinica kovalentnim vezama bili u žarištu znanosti polimera; važna novonastala područja znanosti sada se fokusiraju na ne-kovalentne veze. Poliizopren u sintetičkoj gumi i polistiren u stiroporu su primjer prirodnih/bioloških polimera i sintetičkih polimera, respektivno. U kontekstu prirode, sve biološke makromolekule, tj. proteini (poliamidi), nukleinske kiseline (polinukleotidi) i pilisaharidi - su čisti polimeri, ili su većim dijelom sastavljeni od polimernih dijelova, npr. izoprenirani/mast-modificirani glikoproteini, gdje se događaju modifikacije malih molekula masti i oligosaharida na poliamidnom glavnom lancu proteina.
 
=== Opći primjeri ===
Polymers are of two types:
* Natural polymeric materials such as shellac, amber, wool, silk and natural rubber have been used for centuries. A variety of other natural polymers exist, such ascellulose, which is the main constituent of wood and paper.
 
* The '''list of synthetic polymers''' includes synthetic rubber, phenol formaldehyde resin (or Bakelite), neoprene, nylon, polyvinyl chloride (PVC or vinyl), polystyrene,polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, PVB, silicone, and many more.
Most commonly, the continuously linked backbone of a polymer used for the preparation of plastics consists mainly of carbon atoms. A simple example is polyethylene ('polythene' in British English), whose repeating unit is based on ethylene monomer. However, other structures do exist; for example, elements such as silicon form familiar materials such as silicones, examples being Silly Putty and waterproof plumbing sealant. Oxygen is also commonly present in polymer backbones, such as those of polyethylene glycol, polysaccharides (in glycosidic bonds), and DNA (in phosphodiester bonds).
 
Monomeri su male organske molekule koje se mogu povezivati u veće molekule. Polimeri su velike molekule (makromolekule) sastavljene od mnogo monomera povezanih kovalentnim vezama. Riječ polimer nastala je iz grčkih riječi poly - “mnogo” i meros što znači “dio”. Polimere proučavaju sljedeće znanosti: kemija polimera, fizika polimera, kemija makromolekula,... Iako se izraz polimer često povezuje s plastikom, on ipak označava skupinu raznovrsnih prirodnih i sintetičkih spojeva sa širokim spektrom svojstava. Paul John Flory je 1974. za doprinos na području fizikalne kemije makromolekula dobio Nobelovu nagradu za kemiju. Do danas je ostao jednan od najbitnijih doprinositelja tom polju znanosti.
Najčešće se glavni lanac molekule polimera korištenog za pripremu plastike sastoji poglavito od atoma ugljika. Jednostavan primjer za takvu molekulu je polietilen, čija je osnovna gradivna jedinica monomer po imenu etilen. Ipak, postoje i druge strukture. Kisik je također često prisutan u glavnom lancu polimera, npr. u polietilen glicolu, polisaharidima i DNA.
 
=== Sinteza polimera ===
Polimerizacija je proces kombiniranja mnogih malih molekula, monomera, u kovalentno vezane lance ili mrežu. Tijekom procesa polimerizacije neke kemijske grupe mogu nestati na svakom monomeru. Primjer ovakve polimerizacije se očituje na PET poliesteru. Monomeri su tetraftalična kiselina () i etilen glicol (), ali jedinica koja se ponavlja je odgovara kombinaciji dva monomera sa gubitkom dvije molekule vode. Poseban dio svakog monomera koji se ugrađuje u polimer nazivamo monomerni ostatak (gradivna jedinica koja se ponavlja). Laboratorijska sinteza polimera je podijeljena u dvije opće kategorije, polimerizacija rasta po koraku i polimerizacija lančanog rasta. Glavna razlika između ova dva rasta je u tome što se kod lančanog rasta monomeri spajaju u lanac jedan po jedan, dok kod rasta po koraku rast može nastati iz kombiniranja dvaju lanaca. Neke novije metode poput plazmatske polimerizacije nisu po svojim svojstvima pripadnici ni jedne od navedenih grupa u potpunosti. Reakcija sintetske polimerizacije može se odvijati sa ili bez katalizatora. Laboratorijska sinteza biopolimera, posebno proteina, je područje intenzivnih istraživanja.
 
=== Biološka sinteza ===
Postoje tri glavne klase biopolimera: polisaharidi, polipeptidi i polinukleotidi. Mogu se sintetizirati u živim stanicama procesima u kojima sudjeluju enzimi. Primjeri ovakve sinteze su formiranje DNA katalizirane enzimom polimeraze. Sinteza proteina se odvija u više procesa u kojima sudjeluju enzimi da bi se genetska informacija iz DNA "prepisala" na RNA te naposljetku sintetizirao određeni protein iz amino kiselina. Protein se može naknadno modificirati da bi dobio potrebnu strukturu i funkciju. Mnogi ekonomski važni polimeri se sintetiziraju kemijskom modifikacijom prirodnih polimera. Dobar primjer za to je reakcija dušične kiseline i celuloze iz kojih nastaje trinitroceluloza (nitroceluloza) te formiranje vulkanizirane gume u prisutnosti sumpora. Načini na koje možemo modificirati polimere uključuju oksidaciju, umrežavanje (cross-linking) i end-capping.
 
=== Modifikacija prirodnih polimera ===
Naturally occurring polymers such as cotton, starch and rubber were familiar materials for years before synthetic polymers such aspolyethene and perspex appeared on the market. Many commercially important polymers are synthesized by chemical modification of naturally occurring polymers. Prominent examples include the reaction of nitric acid and cellulose to form nitrocellulose and the formation of vulcanized rubber by heating natural rubber in the presence of sulfur. Ways in which polymers can be modified includeoxidation, cross-linking and end-capping.
 
Especially in the production of polymers, the gas separation by membranes has acquired increasing importance in the petrochemical industry and is now a relatively well-established unit operation. The process of polymer degassing is necessary to suit polymer for extrusion and pelletizing, increasing safety, environmental, and product quality aspects. Nitrogen is generally used for this purpose, resulting in a vent gas primarily composed of monomers and nitrogen.
=== Svojstva polimera ===
 
 
Monomeri sadržani u kopolimerima mogu biti organizirani duž glavnog lanca polimera na više načina. Alternirajući kopolimeri imaju monomere dva tipa koji se ravnomjerno izmjenjuju (2). Periodični kopolimeri imaju dva tipa monomera koji se izmjenjuju: [A_n B_m...] m je različito od n . Statistički kopolimeri imaju monomere raspoređene prema poznatom statističkom pravilu. Statistički kopolimer u kojem je vjerojatnost pronalaženja određenog tipa monomera u lancu neovisna o tipvima monomera koji ga okružuju nazivamo nasumični kopolimer (3). Blok kopolimeri imaju dva ili više homopolimernih podjedinica povezanih u kovalentne veze (4). Polimere sa dva bloka različitih kemijskih vrsta (npr., A i B) zovemo diblok kopolimerima, a polimere sa tri bloka, svaki sa različitim kemijskim vrstama (npr., A, B, i C) nazivamo triblok terpolimerima. Cijepljeni (eng. graft) kopolimeri sadrže lance koji imaju različitu kompoziciju ili konfiguraciju u odnosu na glavni lanac (5).
 
==== Taktivnost ====
Tacticity describes the relative stereochemistry of chiral centers in neighboring structural units within a macromolecule. There are three types: isotactic (all substituents on the same side), atactic (random placement of substituents), and syndiotactic (alternating placement of substituents).
 
=== Morfologija polimera ===
 
Polimerne mješavine su općenito manje podložne miješanju nego mješavine materijala koji se sastoje od manjih molekula. Razlog leži u činjenici da je glavni pokretač miješanja entropija, a ne energija međudjelovanja. Drugim riječima, materijali podložni miješanju obično tvore otopinu, ne zbog njihove međusobne interakcije, nego zbog povećanja entropije, a time slobodne energije povezane s količinom prostora dostupnog svakoj komponenti. To povećanje u entropiji je povezano s brojem čestica (molova) koje miješamo. Broj molekula uključenih u polimerno miješanje je značajno manji nego broj malih molekula u jednakom volumenu jer su molekule polimera puno veće i općenito imaju mnogo veće specifične volumene nego male molekule. Energija mješanja je usporediva na bazi volumena za polimerne mješavine i mješavine malih molekula. Ovo ima tendenciju povećati slobodnu energiju mješanja za otopine polimera i stoga čini otapanje polimera u otapalu manje mogućim. Zato su koncentrirane otopine polimera puno manje zastupljene nego koncentrirane otopine malih molekula. Nadalje, fazno ponašanje otopina polimera i mješavina je kompleksnije nego ponašanje mješavina malih molekula. Dok većina otopina malih molekula ima samo fazni prijelaz gornje kritične temperature otopine, na kojoj se fazno odvajanje događa sa hlađenjem, mješavina polimera često ima fazni prijelaz donje kritične temperature otopine, na kojoj se odvajanje faze odvija sa zagrijavanjem. U razrijeđenoj otopini, svojstva polimera su karakterizirana interakcijom između otapala i polimera. U dobrom otapalu polimer izgleda natečeno i zauzima veliki volumen. U tom slučaju, intermolekularne sile između otapala i monomera nadjačavaju intramolekularne interakcije. U slabom otapalu intramolekularne sile dominiraju i lanci se skupljaju. U theta otapalu, tj. stanju otopine u kojem vrijednost drugog virijalnog koeficijenta postaje 0, intermolekularna odbojnost polimera i otapala poništava intramolekularnu privlačnost monomer-monomer. Pod theta uvjetom (poznatim i kao Floryjevim uvjetom), polimer se ponaša kao idealno nasumično klupko. Prijelaz između tih stanja je poznat kao prijelaz klupko-globula.
 
==== Uključivanje plastifikatora ====
Inclusion of plasticizers tends to lower T<sub>g</sub> and increase polymer flexibility. Plasticizers are generally small molecules that are chemically similar to the polymer and create gaps between polymer chains for greater mobility and reduced interchain interactions. A good example of the action of plasticizers is related to polyvinylchlorides or PVCs. An uPVC, or unplasticized polyvinylchloride, is used for things such as pipes. A pipe has no plasticizers in it, because it needs to remain strong and heat-resistant. Plasticized PVC is used in clothing for a flexible quality. Plasticizers are also put in some types of cling film to make the polymer more flexible.
 
=== Kemijska svojstva ===
Privlačne sile između lanaca polimera igraju značajnu ulogu u određivanju njegovih svojstava. Sile su mnogo veće nego kod ostalih molekula jer su lanci polimera iznimno dugi (mogu se sastojati od monomera). Lanci molekula polimera mogu se međusobno vezati ionskim ili vodikovim vezama ako su uvjeti za to povoljni. Ove jake sile često rezultiraju visokom otpornošću na istezanje (vlak) i visokom točkom taljenja.
Dipoli u monomernim gradivnim jedinicama mogu utjecati na intermolekularne sile u polimerima. Polimeri koji sadrže amidne ili karbonilne grupe mogu formirati vodikove veze između susjednih lanaca; djelomično pozitivno nabijeni vodikovi atomi u N-H grupi jednog lanca jako se privlače sa djelomično negativno nabijenim atomima kisika u C=O grupi na drugom lancu. Ove jake vodikove veze rezultiraju visokom otpornošću na silu vlaka i visokom točkom taljenja polimera koji sadrže uretan i ureine veze. Poliesteri imaju dipol-dipol vezu između kisikovih atoma u C=O grupama i vodikovih atoma u H-C grupama. Dipolno vezanje nije tako jako kao vodikove veze, pa je točka taljenja i čvrstoća manja, ali takvi poliesteri imaju veću elastičnost. Eten nema permanentni dipol. Privlačne sile između lanaca polietilena dolaze od slabih van der Waalsovih sila. Molekule u tom slučaju možemo zamisliti kao da su okružene oblakom negativnih elektrona. Kako se dva lanca polimera približavaju, njihovi elektronski oblaci se međusobno odbijaju. Posljedca toga je smanjenje gustoće elektrona na jednoj strani polimerovog lanca i povećanje gustoće na drugoj, što stvara slabi dipol. Ova promjena je dovoljna da privuče drugi lanac polimera. Ipak, Van der Waalsove sile su jako slabe pa polietilen ima nižu točku taljenja u usporedbi s drugim polimerima.
 
=== Optička svojstva ===
Polymers such as PMMA and HEMA:MMA are used as matrices in the gain medium of solid-state dye lasers that are also known as polymer lasers. These polymers have a high surface quality and are also highly transparent so that the laser properties are dominated by the laser dye used to dope the polymer matrix. These type of lasers, that also belong to the class of organic lasers, are known to yield very narrow linewidths which is useful for spectroscopy and analytical applications.<sup>[38]</sup> An important optical parameter in the polymer used in laser applications is the change in refractive index with temperature also known as dn/dT. For the polymers mentioned here the (dn/dT) ~ −1.4 × 10<sup>−4</sup> in units of K<sup>−1</sup> in the 297 ≤ T ≤ 337 K range.
 
=== Normnizirana nomenklatura polimera ===
There are multiple conventions for naming polymer substances. Many commonly used polymers, such as those found in consumer products, are referred to by a common or trivial name. The trivial name is assigned based on historical precedent or popular usage rather than a standardized naming convention. Both the American Chemical Society (ACS)<sup>[40]</sup> and IUPAC<sup>[41]</sup> have proposed standardized naming conventions; the ACS and IUPAC conventions are similar but not identical.<sup>[42]</sup>Examples of the differences between the various naming conventions are given in the table below:
 
In both standardized conventions, the polymers' names are intended to reflect the monomer(s) from which they are synthesized rather than the precise nature of the repeating subunit. For example, the polymer synthesized from the simple alkene ethene is called polyethylene, retaining the ''-ene'' suffix even though the double bond is removed during the polymerization process:
 
==== Karakterizacija polimera ====
Postoji niz laboratorijskih tehnika za određivanje svostava polimera. Tehnike poput raspršenja rentgenskih zraka pod širokim kutem, raspršenja rentgenskih zraka pod malim kutem i raspršenja neutrona pod malim kutem se koriste za određivanje kristalinične strukture polimera. Gel-permeacijska kromatografija se koristi za određivanje brojčanog prosjeka relativne molekulske mase, masenog prosjeka relativne molekulske mase i polidisperzivnosti. FTIR (eng. Fourier transform infrared spectroscopy), Raman (spektroskopija) i NMR se mogu koristiti za određivanje sastava. Termička svojstva poput temperature staklastog prijelaza i točke taljenja se mogu odrediti diferencijskom pretražnom kalorimetrijom (eng. Differential scanning calorimetry) i DMA (eng. Dynamic mechanical analysis) metodom. Piroliza nakon koje slijedi analiza fragmenata je još jedna tehnika određivanja moguće strukture polimera. Termogravimetrija je korisna tehnika određivanja termalne stabilnosti polimera. Detaljna analiza krivulje staklastog prijelaza omogućuje nam da doznamo nešto o faznom odvajanju u polimerima. Reološka svojstva se često koriste da pomognu odrediti molekularnu strukturu (molekulska masa, distribucija molekulske mase i grananje) te razumjeti kako će se polimer procesuirati, kroz mjerenja polimera u fazi taljevine. Još jedna tehnika karakterizacije polimera je ACOMP (eng. Automatic Continuous Online Monitoring of Polymerization Reactions) koja omogućuje karakterizaciju reakcija polimerizacije u realnom vremenu. Možemo ju koristiti u istraživanjima i razvoju kao alat za optimizaciju reakcije i naposljetku kao kontrolu sa povratnom vezom u reaktorima. ACOMP mjeri evoluciju prosječne molarne mase i intrinzične viskoznosti, kinetiku konverzije monomera i u slučaju kopolimera prosječnu promjenu sustava i distribuciju. Primjenjiv je u područjima slobodne radikalne i kontrolirane radikalne homo i kopolimerizacije, sinteze polielektrolita, heterogenih faznih reakcija, uključujući emulzijsku polimerizaciju, adaptaciju na šaržne (diskontinuirane) i kontinuirane reaktore i modifikacije polimera.
 
=== Degradacija polimera ===
Polymer degradation is a change in the properties—tensile strength, color, shape, or molecular weight—of a polymer or polymer-based product under the influence of one or more environmental factors, such as heat, light, chemicals and, in some cases, galvanic action. It is often due to the scission of polymer chain bonds via hydrolysis, leading to a decrease in the molecular mass of the polymer.
 
Although such changes are frequently undesirable, in some cases, such as biodegradation and recycling, they may be intended to prevent environmental pollution. Degradation can also be useful in biomedical settings. For example, a copolymer of polylactic acid and polyglycolic acid is employed in hydrolysable stitches that slowly degrade after they are applied to a wound.
 
The susceptibility of a polymer to degradation depends on its structure. Epoxies and chains containing aromatic functionalities are especially susceptible to UV degradation while polyesters are susceptible to degradation by hydrolysis, while polymers containing an unsaturated backbone are especially susceptible to ozone cracking. Carbon based polymers are more susceptible to thermal degradation than inorganic polymers such as polydimethylsiloxane and are therefore not ideal for most high-temperature applications. High-temperature matrices such as bismaleimides (BMI), condensationpolyimides (with an O-C-N bond), triazines (with a nitrogen (N) containing ring), and blends thereof are susceptible to polymer degradation in the form of galvanic corrosion when bare carbon fiber reinforced polymer CFRP is in contact with an active metal such as aluminium in salt water environments.
 
The degradation of polymers to form smaller molecules may proceed by random scission or specific scission. The degradation of polyethylene occurs by random scission—a random breakage of the bonds that hold the atoms of the polymer together. When heated above 450 °C, polyethylene degrades to form a mixture of hydrocarbons. Other polymers, such as poly(alpha-methylstyrene), undergo specific chain scission with breakage occurring only at the ends. They literally unzip ordepolymerize back to the constituent monomer.
 
The sorting of polymer waste for recycling purposes may be facilitated by the use of the Resin identification codes developed by the Society of the Plastics Industry to identify the type of plastic.
=== Kvar proizvoda ===
U finalnom proizvodu ovakva promjena treba biti spriječena ili odgođena. Kvar polimernih dijelova važnih za sigurnost može uzrokovati ozbiljne nesreće, poput požara u slučaju slomljenih i degradiranih polimernih dovoda za gorivo. Lomljenje polioksimetilenskih zglobova i polibutilenskh cijevi induciranih klorom uzrokovalo je puno ozbiljnih poplava u kućanstvima, posebno u SAD-u u 1990-ima. Tragovi klora u vodi napadaju ranjive polimere u plastičnim cijevima, a taj problem se odvija brže ako bilo koji od od dijelova ima defekte nastale u proizvodnji poput lošeg kalupa. Nagrizanje zgloba se dogodio zbog lošeg ukalupljivanja, što je dovelo do puknuća duž navoja.
235

uređivanja