Polymerní věda
Polymerní věda je obor chemie, který se zabývá studiem polymerů, což jsou velké molekuly složené z opakujících se jednotek nazývaných monomery. Polymery nacházejí široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích, včetně výroby plastů, vláken, elastomerů a adheziv.
Vlastnosti
Vlastnosti polymerů jsou určeny jejich chemickou strukturou, architekturou a morfologií. Mezi důležité vlastnosti polymerů patří:
Mechanické vlastnosti: pevnost v tahu, pevnost v tlaku, tažnost
Termodynamické vlastnosti: teplota tání, teplota sklovitosti
Optické vlastnosti: průhlednost, zabarvení
Elektrické vlastnosti: vodivost, permitivita
Biologické vlastnosti: biodegradabilita, toxicita
Architektura
Architektura polymeru odkazuje na způsob, jakým jsou monomery spojeny dohromady. Existují různé typy polymerních architektur, včetně:
Lineární polymery: Monomery jsou spojeny dohromady v jediné dlouhé řetězci.
Rozvětvené polymery: Monomery jsou spojeny dohromady v řetězci s postranními větvemi.
Síťované polymery: Monomery jsou spojeny dohromady v trojrozměrné síti.
Architektura polymeru ovlivňuje jeho vlastnosti, jako je rozpustnost, viskozita a mechanická pevnost.
Takticita
Takticita polymeru odkazuje na uspořádání postranních skupin podél polymerního řetězce. Existují tři typy takticity:
Izotaktický: Všechny postranní skupiny jsou na stejné straně polymerního řetězce.
Syndiotaktický: Postranní skupiny se střídají na obou stranách polymerního řetězce.
Atactický: Postranní skupiny jsou náhodně uspořádány podél polymerního řetězce.
Takticita ovlivňuje vlastnosti polymeru, jako je krystalinita, teplota tání a mechanická pevnost.
Morfologie
Morfologie polymeru odkazuje na uspořádání polymerních řetězců v materiálu. Existují různé typy morfologií, včetně:
Amorfní polymery: Polymerní řetězce jsou uspořádány náhodně.
Krystalické polymery: Polymerní řetězce jsou uspořádány v pravidelných krystalech.
Poloamorfní polymery: Polymerní řetězce jsou uspořádány v kombinaci amorfních a krystalických oblastí.
Morfologie ovlivňuje vlastnosti polymeru, jako je průhlednost, mechanická pevnost a tepelná vodivost.
Degradace
Degradace polymeru je proces, při kterém se polymerní řetězce rozpadají na menší molekuly. Existují různé typy degradace, včetně:
Tepelná degradace: Degradace způsobená vystavením vysokým teplotám.
Fotodegradace: Degradace způsobená vystavením ultrafialovému záření.
Hydrolytická degradace: Degradace způsobená vystavením vodě.
Biologická degradace: Degradace způsobená působením mikroorganismů.
Degradace ovlivňuje životnost a výkonnost polymerních materiálů.
Fázové chování
Fázové chování polymerů popisuje, jak se polymery mísí s jinými látkami. Existují dva hlavní typy fázového chování:
UCST (Upper Critical Solution Temperature): Polymer a rozpouštědlo se mísí při teplotách pod UCST a rozdělují se při teplotách nad UCST.
LCST (Lower Critical Solution Temperature): Polymer a rozpouštědlo se mísí při teplotách nad LCST a rozdělují se při teplotách pod LCST.
Fázové chování ovlivňuje zpracovatelnost a výkonnost polymerních materiálů.
Mark-Houwinkova teorie
Mark-Houwinkova teorie je empirický vztah, který popisuje závislost viskozity roztoku polymeru na jeho molekulové hmotnosti. Teorie má následující tvar:
```
[η] = KMa^
```
kde:
[η] je viskozita roztoku polymeru
K a a jsou Mark-Houwinkovy konstanty, které závisí na polymeru a rozpouštědle
Mark-Houwinkova teorie se používá k charakterizaci molekulové hmotnosti polymerů.
Syntéza
Polymery se syntetizují různými metodami, včetně:
Řetězová polymerace: Monomery jsou postupně přidávány do aktivního centra, čímž se vytvoří polymerní řetěz.
Kondenzační polymerace: Monomery jsou spojeny dohromady za odštěpení malé molekuly, jako je voda.
Adiční polymerace: Monomery jsou spojeny dohromady za přidání malé molekuly, jako je vodík.
Metoda syntézy ovlivňuje vlastnosti polymeru, jako je molekulová hmotnost, distribuce molekulové hmotnosti a architektura.
Klasifikace
Polymery se klasifikují podle různých kritérií, včetně:
Funkční typ: Polymery se klasifikují podle funkčních skupin, které obsahují.
Struktura: Polymery se klasifikují podle jejich architektury a takticity.
Použití: Polymery se klasifikují podle jejich použití v různých průmyslových odvětvích.
Charakterizace
Polymery se charakterizují různými technikami, včetně:
Gelová permeační chromatografie (GPC): GPC se používá k charakterizaci distribuce molekulové hmotnosti polymerů.
Fourierova transformační infračervená spektroskopie (FTIR): FTIR se používá k identifikaci funkčních skupin v polymeru.
Rentgenová krystalografie: Rentgenová krystalografie se používá k charakterizaci krystalické struktury polymerů.
Diferenční kalorimetrická spektroskopie (DSC): DSC se používá k charakterizaci tepelného chování polymerů.
Jaderná magnetická rezonance (NMR): NMR se používá k charakterizaci chemické struktury polymerů.
Reologie: Reologie se používá k charakterizaci viskoelastických vlastností polymerů.
Charakterizace polymerů je důležitá pro pochopení jejich vlastností a výkonnosti.
Vědci
V oblasti polymerní vědy významně přispěli následující vědci:
Paul J. Flory
Herman F. Mark
Alan G. MacDiarmid
Hideki Shirakawa
Giulio Natta
William Edwards
Pierre-Gilles de Gennes
Karl Ziegler
Hermann Staudinger
Charles Goodyear
Leo Baekeland
Richard C. Hayward
Henri Braconnot
Aplikace
Polymery nacházejí široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích, včetně:
Průmyslová výroba: Extruzní blow molding, vstřikování
Povrchové úpravy: Barvy, laky
Ochranné povlaky: Antikorozní povlaky, hydroizolační membrány
*
3D tis