Ταξινόμηση πολυμερών

Η λέξη πολυμερές προέρχεται από δύο ελληνικές λέξεις, poly, που σημαίνει πολλά (πολλά) και mer, που σημαίνει μονάδες. Βασικά, ένα πολυμερές είναι ένα μόριο μακράς αλυσίδας που αποτελείται από μεγάλο αριθμό επαναλαμβανόμενων μονάδων  της ίδιας δομής. Αυτές οι πανομοιότυπες δομές, τις οποίες θεωρούμε ως μια μονάδα που αποτελείται από δύο ή περισσότερα μόρια, ενώνονται για να σχηματίσουν ένα πολυμερές μακράς αλυσίδας. Για να το θέσω απλά, ένα πολυμερές είναι ένα μόριο μακράς αλυσίδας που αποτελείται από μεγάλο αριθμό επαναλαμβανόμενων μονάδων της ίδιας δομής. Αυτά τα μονομερή μπορεί να είναι τόσο απλά όσο ένα άτομο, ή δύο ή τρία άτομα, ή μπορεί να είναι σύνθετες δομές δακτυλίου που περιέχουν δώδεκα ή περισσότερα άτομα. Τα οργανικά πολυμερή διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στα έμβια όντα, προσφέροντας απλές δομικές ουσίες και συνεργάζονται σε βασικές διαδικασίες της ζωής. Για παράδειγμα, τα στερεά μέρη όλης της χλωρίδας είναι κατασκευασμένα από πολυμερή. Αυτά αποτελούνται από κυτταρίνη, λιγνίνη και πολλές ρητίνες. Η κυτταρίνη είναι ένας πολυσακχαρίτης, ένα πολυμερές που αποτελείται από μόρια σακχάρου. Η λιγνίνη περιλαμβάνει ένα σύνθετο τρισδιάστατο δίκτυο πολυμερών. Ένα άλλο γνωστό πολυμερές ισοπρενίου είναι το καουτσούκ.

Ταξινόμηση  αγώγιμων πολυμερών 

Τα αγώγιμα πολυμερή ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες:- 

(1)Εγγενώς αγώγιμα πολυμερή 

(2) Εξωτερικά αγώγιμα πολυμερή.

Εγγενώς αγώγιμα πολυμερή

Αυτό είναι ένα πολυμερές του οποίου το δομικό πλαίσιο έχει ένα μη εντοπισμένο ζεύγος ηλεκτρονίων (συζευγμένος δεσμός pi) ή ένα υπολειμματικό φορτίο. Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα αποτοποθετημένα π ηλεκτρόνια διεγείρονται και  μεταφέρονται μέσω του πολυμερούς υλικού. Οι ζώνες σθένους και οι ζώνες αγωγιμότητας σχηματίζονται από την επικάλυψη των τροχιακών συζευγμένων π  δεσμών.

Παρουσιασμένο αγώγιμο πολυμερές 

Στη διαδικασία ντόπινγκ το πολυμερές είτε οξειδώνεται (αφαιρούνται ηλεκτρόνια) είτε ανάγεται (προσθήκη ηλεκτρονίων) έτσι ώστε η αλυσίδα των πολυμερών να φέρει  φορτίο συντονισμού. Αυτό μπορεί να ταξινομηθεί περαιτέρω ως εξής.

 P-ντόπινγκ δηλαδή το οξειδωτικό ντόπινγκ εκτελείται από έναν οξειδωτικό παράγοντα όπως το ιώδιο κ.λπ.

Ν-ντόπινγκ Δηλαδή, η μείωση με ντόπινγκ πραγματοποιείται με επεξεργασία εγγενώς  αγώγιμου πολυμερούς με βάση Lewis, με αποτέλεσμα μια διαδικασία αναγωγής. Τα πολύ συχνά χρησιμοποιούμενα προσμείξεις τύπου Ν είναι μέταλλο Na, FeCl3 κ.λπ.

Εξωτερικά αγώγιμα πολυμερή

Η αγωγιμότητα αυτών των πολυμερών οφείλεται στην παρουσία συστατικών που προστίθενται εξωτερικά. Μπορούν περαιτέρω να ταξινομηθούν ως-

• Το πολυμερές πληρωτικό με αγώγιμα στοιχεία όπως αιθάλη ή μεταλλικές ίνες είναι γνωστά ως αγώγιμα πολυμερή.
• Τα αναμεμειγμένα πολυμερή είναι το αποτέλεσμα της ανάμειξης συμβατικών πολυμερών με συνδυασμό μιας μεταλλικής καταιγίδας με ένα πολυοδοντωτό πρόσδεμα.

Ταξινόμηση πολυμερών με βάση τη δομή

Τα πολυμερή μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις τύπους με βάση τη δομή τους.

• Γραμμικό πολυμερές : 

Αυτά τα πολυμερή μοιάζουν με μακριές ευθείες αλυσίδες στη δομή, με πανομοιότυπους κρίκους συνδεδεμένους μεταξύ τους. Τα μονομερή συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια μακριά αλυσίδα. Αυτά τα πολυμερή έχουν υψηλό σημείο τήξης και υψηλή πυκνότητα. Ένα κοινό παράδειγμα αυτού είναι το PVC (πολυβινυλοχλωρίδιο). Αυτό το πολυμερές χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή ηλεκτρικών καλωδίων και σωλήνων.

• Πολυμερή με διακλαδισμένες αλυσίδες: 

Όπως υποδηλώνει το όνομα, η δομή αυτών των πολυμερών μοιάζει με κλάδους που προέρχονται από μια ενιαία γραμμική αλυσίδα σε τυχαία σημεία. Το μονομερές συνδέεται με μια μακριά ευθεία αλυσίδα με πολλές διακλαδισμένες αλυσίδες διαφόρων μηκών. Λόγω αυτών των κλαδιών, το πολυμερές δεν είναι σφιχτά συσκευασμένο. Έχουν χαμηλή πυκνότητα και χαμηλό σημείο τήξης. Το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) που χρησιμοποιείται σε πλαστικές σακούλες και δοχεία γενικής χρήσης είναι ένα κοινό παράδειγμα πολυμερών διακλαδισμένης αλυσίδας.

• Πολυμερές με σταυροειδείς δεσμούς ή με σταυροειδείς δεσμούς : 

Σε αυτόν τον τύπο πολυμερούς, τα μονομερή συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο δίκτυο. Τα μονομερή είναι διλειτουργικά και τριλειτουργικά στη φύση τους και επομένως περιέχουν ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Αυτά τα πολυμερή είναι εύθραυστα και σκληρά. Παραδείγματα:Βακελίτης (χρησιμοποιείται για ηλεκτρικούς μονωτές), μελαμίνη κ.λπ.

Ταξινόμηση βάσει μοριακών δυνάμεων 

(i) Ελαστομερές : 

Τα ελαστομερή είναι ελαστικά στερεά πολυμερή που είναι ελαστικής φύσης. Βασικά, η ελαστικότητα σημαίνει ότι το πολυμερές τεντώνεται εύκολα με δύναμη. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα αυτού είναι ένα λαστιχάκι (ή κορδέλα μαλλιών). Η μπάντα θα τεντωθεί με λίγο άγχος. Η αλυσίδα του πολυμερούς συγκρατείται από την πιο αδύναμη διαμοριακή δύναμη και μπορεί να τεντώσει το πολυμερές. Ωστόσο, όπως ίσως έχετε παρατηρήσει, όταν αφαιρεθεί αυτή η πίεση, το λάστιχο επιστρέφει επίσης στο αρχικό του σχήμα. Όταν το κάνουμε αυτό, βοηθάει στην εισαγωγή σταυροδεσμών μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων  για την αποκατάσταση της αρχικής τους θέσης και σχήματος. Τα ελαστικά του αυτοκινήτου μας είναι κατασκευασμένα από βουλκανισμένο καουτσούκ. Αυτό συμβαίνει όταν εισάγεται θείο για τη διασύνδεση των πολυμερών αλυσίδων.

ii) Θερμοπλαστικά: 

Τα θερμοπλαστικά πολυμερή είναι πολυμερή μακράς αλυσίδας στα οποία μια διαμοριακή δύναμη (δύναμη Van der Waals) συγκρατεί τις πολυμερείς αλυσίδες μαζί. Αυτά τα πολυμερή μαλακώνουν όταν θερμαίνονται (σαν παχύρρευστο υγρό) και σκληραίνουν όταν ψύχονται για να σχηματίσουν μια σκληρή μάζα. Δεν περιέχει σταυροειδείς δεσμούς και μπορεί εύκολα να καλουπωθεί με θέρμανση και χρήση καλουπιού. Συνηθισμένα παραδείγματα είναι το πολυστυρένιο ή το PVC (χρησιμοποιούνται για την κατασκευή σωλήνων).

 iii) Θερμοσκληρυνση : 

Τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή είναι ημι-υγρά πολυμερή χαμηλού μοριακού βάρους. Όταν θερμαίνονται, αρχίζουν να διασταυρώνονται μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων, καθιστώντας τις σκληρές και ενέσιμες. Όταν εκτίθενται στη θερμότητα, σχηματίζουν τρισδιάστατες δομές. Αυτή η αντίδραση είναι ουσιαστικά μη αναστρέψιμη. Το πιο γνωστό παράδειγμα θερμοσκληρυνόμενων πολυμερών είναι ο βακελίτης, ο οποίος χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτρικής μόνωσης.

iv) Ίνα : 

Στην ταξινόμηση των πολυμερών, είναι ουσιαστικά ένα νήμα και είναι μια κατηγορία πολυμερών που μπορούν εύκολα να υφανθούν. Έχουν ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των αλυσίδων, δίνοντάς τους χαμηλή ελαστικότητα και υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό. Οι διαμοριακές δυνάμεις μπορεί να είναι δεσμοί υδρογόνου ή αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου. Οι ίνες είναι αιχμηρές και έχουν υψηλό σημείο τήξης. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα είναι το νάιλον 66, το οποίο χρησιμοποιείται για χαλιά και ρούχα.

Συμπέρασμα

Σήμερα, τα πολυμερή υλικά χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλους τους τομείς της καθημερινής ζωής και η παραγωγή και η κατασκευή τους αποτελούν σημαντικές βιομηχανίες παγκοσμίως. Το 2012, η ​​συνολική παραγωγή συνθετικών ινών (κυρίως μη κυτταρινικών) και πλαστικών στις ΗΠΑ ήταν 2,81 και 34,1 εκατομμύρια μετρικοί τόνοι, αντίστοιχα. Μεταξύ των πλαστικών, τα μεγαλύτερα μερίδια της συνολικής παραγωγής το 2012 ήταν τα πολυαιθυλένια, ακολουθούμενα από το πολυπροπυλένιο, το πολυ(βινυλοχλωρίδιο) (PVC) και το πολυστυρένιο. Οι θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες (κυρίως ρητίνες φαινολικής, ουρίας και μελαμίνης) αντιπροσωπεύουν συνήθως περίπου το 10% της συνολικής παραγωγής πλαστικών, ενώ τα συνθετικά καουτσούκ, όπως το καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου (SBR) και το πολυβουταδιένιο, αντιπροσωπεύουν μόνο το 6% περίπου της συνολικής παραγωγής τα τελευταία χρόνια .