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La estructura de los polímeros químicos.
Resumen de prensa de la industria química del Capítulo 7 de Química y física de polímeros, incluida la cristalinidad y las propiedades físicas, la estructura de largo alcance, La estructura cristalina de los polímeros, etc.
Editado a las 2023-11-27 16:29:37,
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- Resumen
estructura polimérica
estructura de corto alcance
componentes químicos
polímero de cadena de carbono
enlace covalente
Buena plasticidad, propiedades químicas estables, no es fácil de hidrolizar, pero resistencia mecánica promedio, baja energía de enlace carbono-hidrógeno y mala resistencia al calor.
Polímero de heterocadena
La resistencia al calor y la solidez son mayores que las de los polímeros de cadenas de carbono, pero las propiedades químicas son inestables debido a la introducción de grupos funcionales.
Polímeros orgánicos elementales
Sin átomos de carbono en la cadena principal.
Buena plasticidad y elasticidad.
Excelente estabilidad térmica
Menos intenso
Método de codificación de unidades estructurales
Secuencia de unidades estructurales de homopolímero (cabeza a cola, cabeza a cabeza, aleatoria)
Geometría de cadenas de polímeros.
1.polímero lineal
Suave y elástico, se puede disolver en un disolvente apropiado, se puede hilar, formar películas y termoformar productos de diversas formas. Generalmente se le llama polímero termoplástico.
2. Polímeros ramificados
Empaquetado holgadamente, baja densidad, baja cristalinidad, fuerte permeabilidad al aire
3. Polímeros reticulados
Macromoléculas de red, buena resistencia al calor, alta resistencia, fuerte resistencia a los disolventes, forma estable
estructura de secuencia
Sin reglas
alternativamente
bloquear
injerto
estructura
Isomería óptica
La configuración RS se forma en el espacio del átomo de C de cuatro sustituyentes diferentes.
Configuración estereoscópica
Isomorfismo total
sindiomorfismo
configuración aleatoria
Los polímeros isotácticos y sindiotácticos son polímeros estereorregulares.
isómeros geométricos
Causado por diferentes configuraciones de sustituyentes en dobles enlaces o estructuras de anillos en moléculas de polímero.
Propiedades de los polímeros estereorregulares.
El polímero tiene buena estereorregularidad y disposición ordenada de las moléculas, lo que favorece la cristalinidad. La alta cristalinidad conduce a un alto punto de ebullición, un alto punto de fusión, una alta resistencia y una alta resistencia a los disolventes.
estructura remota
conformación de rotación interna
Conformación: debido a la rotación interna de los enlaces simples, las moléculas tienen diferentes formas en el espacio y son inestables. El movimiento térmico de las moléculas puede provocar cambios conformacionales.
Configuración: La disposición y estabilidad de los átomos fijados por enlaces químicos en el espacio. La reorganización de la configuración debe pasar por la ruptura y reorganización de los enlaces químicos.
Rotación interna de cadenas de polímeros.
La capacidad de una macromolécula para cambiar su conformación mediante rotación interna se denomina flexibilidad de la cadena macromolecular. Cuantas más conformaciones pueda formar una cadena macromolecular, mayor será su flexibilidad.
Flexibilidad de las cadenas de polímeros.
Cuantos más enlaces simples, más conformaciones se pueden generar y más flexible es el polímero.
segmento de cadena
Un segmento de cadena es la unidad más pequeña de una cadena de polímero que puede girar libremente.
Cuantas más unidades estructurales contenga cada segmento de la cadena, menor será la flexibilidad.
Factores que afectan la flexibilidad de las cadenas de polímeros.
Estructura de la cadena principal
C-O C-N Si-O puede aumentar la flexibilidad
Anillo de benceno o doble enlace conjugado,
La nube de electrones π del doble enlace conjugado se superpone y no puede girar internamente, por lo que la flexibilidad es escasa y la cadena es rígida.
doble enlace aislado
Discutir caso por caso
Los dobles enlaces no pueden girar internamente.
Reducción de átomos no enlazantes, lo que facilita que los enlaces simples adyacentes experimenten rotación interna.
sustituyente
Cuanto más polar sea el sustituyente, menos flexible será la cadena polimérica.
El sustituyente es rígido. Cuanto mayor es el impedimento estérico, menor es la flexibilidad.
El sustituyente es flexible. Cuanto mayor es la distancia entre las cadenas moleculares, mayor es la flexibilidad.
Los sustituyentes simétricos pueden aumentar la distancia entre cadenas moleculares, debilitar las interacciones y aumentar la flexibilidad.
Los enlaces de hidrógeno aumentan en gran medida la rigidez de la cadena molecular y reducen la flexibilidad. El impacto es más significativo que la polaridad.
La reticulación reduce la flexibilidad
Distancia media del extremo del cuadrado (una representación de la flexibilidad)
Distancia terminal: la distancia en línea recta desde un extremo de la cadena de polímero hasta el otro extremo, promedio cuadrático
Algoritmo geométrico para la distancia final media cuadrática
cadena de eslabones gratis
Independientemente de las restricciones del ángulo de enlace y los posibles obstáculos de barrera, cada cadena de polímero está compuesta de muchos enlaces químicos unidos libremente, y cada enlace tiene las mismas posibilidades de orientarse en cualquier dirección.
cadena de rotación libre
Cada enlace es libre de girar en la dirección permitida por el ángulo del enlace, pero no se considera el efecto del impedimento estérico sobre la rotación.
algoritmo estadístico
cadena de eslabones gratis
Consistente con los resultados del algoritmo geométrico.
Cadena de conexión libre equivalente
z b
La cadena de polímero real no es una cadena conectada libremente ni una cadena que gira libremente. Un enlace compuesto originalmente por n enlaces con una longitud de enlace de ly un ángulo de enlace fijo de θ y enlaces no giratorios es en realidad una cadena de conexión libre equivalente compuesta por Z segmentos de cadena de longitud b.
Parámetros de impedimento estérico
La potencia de 0,5 de la relación entre la distancia final media cuadrática no perturbada medida y la distancia final media cuadrática de rotación libre. Cuanto menor sea el valor, mejor será la flexibilidad de la cadena.
Relación de características
La relación entre la distancia media cuadrática al extremo de una cadena no perturbada y una cadena libremente conectada
Longitud del segmento de cadena
Cuanto mayor es la longitud del segmento de cadena, menos flexible es.
tamaño discreto
Fuerzas intermoleculares y estado de agregación de polímeros.
Estructura agregada: la estructura de disposición y apilamiento entre cadenas de polímeros, también llamada estructura supramolecular.
La estructura agregada afecta las propiedades del material.
Fuerza de interacción entre polímeros.
fuerza electro-estática
inducción
fuerza de dispersión
enlace de hidrógeno
densidad de energía cohesiva
Indica la magnitud de la fuerza entre polímeros.
La energía necesaria para superar las fuerzas intermoleculares y mover un mol de moléculas líquidas o sólidas más allá de su atracción gravitacional.
Densidad de energía cohesiva: energía cohesiva por unidad de volumen
estructura cristalina del polímero
cristal individual
esferulita
Cuando la temperatura es alta, las esferulitas son compactas y fuertes; cuando la temperatura es baja ocurre lo contrario.
La adición de agentes nucleantes puede generar esferulitas pequeñas y uniformes, que pueden mejorar la transparencia y la resistencia al impacto.
cadena de cristal
dendritas
Cristalinidad y propiedades físicas de los polímeros.
Cristalinidad y métodos de prueba.
Cristalinidad
El atajo hacia los polímeros no es 100%
Se puede expresar como porcentaje en peso y porcentaje en volumen.
Determinación
método de densidad
difracción de rayos X
calorimetría diferencial de barrido
Espectroscopia infrarroja
Efecto de la cristalización sobre las propiedades del polímero.
Cuanto mayor es la cristalinidad, mayor es la resistencia y menor es la elasticidad, el alargamiento y la tenacidad al impacto.
Cuanto menor sea el tamaño de la esferulita, mayor será su resistencia y tenacidad.
La densidad aumenta al aumentar la cristalinidad.
Cuanto mayor es la cristalinidad, peor es la transparencia.
Cuanto mayor sea la cristalinidad, mejor será la resistencia al calor.
Cuanto mayor es la cristalinidad, peor es la transpirabilidad y la solubilidad.
Proceso de cristalización de polímeros.
capacidad de cristalización
Los polímeros con buena simetría son fáciles de cristalizar.
Los polímeros estereorregulares tienen mejor capacidad de cristalización.
El copolímero destruye la regularidad y la simetría y tiene poca capacidad de cristalización.
Buena flexibilidad y fuerte capacidad de cristalización.
Ramificación: Se reduce la regularidad del polímero y se reduce la capacidad de cristalización.
La reticulación tiene poco efecto.
Los polímeros con interacción fuerte son difíciles de cristalizar, pero una vez cristalizados, la estructura cristalina es estable.
Cinética de cristalización
El volumen de un polímero disminuye a medida que cristaliza.
ecuación de avrami
medio tiempo de cristalización
Efecto de la temperatura sobre la tasa de cristalización.
Zona de temperatura sensible a la cristalización
Tmáx≈0,85Tm
La tasa de cristalización del polímero es la suma de la tasa de crecimiento de la nucleación del cristal y la tasa de crecimiento del grano.
Otros factores que afectan la tasa de cristalización.
estructura de cadena molecular
Cuanto más simple es la estructura, mayor es la simetría, menor es el impedimento estérico de los sustituyentes, mejor es la estereorregularidad y más rápida es la velocidad de cristalización.
peso molecular
Bajo peso molecular y rápida cristalización.
estrés
Impurezas
Estructura de orientación del polímero.
Clasificación
orientación de la cadena molecular
Orientación del grano
Los polímeros no orientados son isotrópicos y los polímeros orientados son anisotrópicos.
Mecanismo de orientación
La deformación ocurre por encima de la temperatura Tg, mientras que el movimiento de la cadena molecular y del segmento se congela por debajo de la temperatura Tg.
estructura de cristal líquido
Tiene orden estático y fluidez líquida.
Clasificación LCD
condiciones de formación
cristalización termotrópica
Cristalización liotrópica
Acuerdo
esméctico
Nemático
colestérico