Muitos estão interessados na questão de qual estrutura os polímeros têm. A resposta será dada neste artigo. As propriedades do polímero (doravante - P) são geralmente divididas em várias classes, dependendo da escala em que a propriedade é definida, bem como de sua base física. A qualidade mais básica dessas substâncias é a identidade de seus monômeros constituintes (M). O segundo conjunto de propriedades, conhecido como microestrutura, denota essencialmente o arranjo desses Ms em P em uma escala de um Z. Essas características estruturais básicas desempenham um papel importante na determinação das propriedades físicas de massa dessas substâncias, que mostram como P se comporta como um material macroscópico. Propriedades químicas em nanoescala descrevem como as cadeias interagem através de várias forças físicas. Em uma escala macro, eles mostram como o P básico interage com outros produtos químicos e solventes.
Identidade
A identidade dos links de repetição que compõem o P é sua primeira eo atributo mais importante. A nomenclatura dessas substâncias geralmente é baseada no tipo de resíduos de monômeros que compõem o P. Os polímeros que contêm apenas um tipo de unidade de repetição são conhecidos como homo-P. Ao mesmo tempo, Ps contendo dois ou mais tipos de unidades de repetição são conhecidos como copolímeros. Os terpolímeros contêm três tipos de unidades de repetição.
O poliestireno, por exemplo, consiste apenas em resíduos de estireno M e, portanto, é classificado como Homo-P. O acetato de etileno vinil, por outro lado, contém mais de um tipo de unidade de repetição e é, portanto, um copolímero. Alguns Ps biológicos são compostos de muitos resíduos monoméricos diferentes, mas estruturalmente relacionados; por exemplo, polinucleotídeos como o DNA são compostos de quatro tipos de subunidades de nucleotídeos.
Uma molécula de polímero contendo subunidades ionizáveis é conhecida como polieletrólito ou ionômero.
Microestrutura
A microestrutura de um polímero (às vezes chamada de configuração) está relacionada ao arranjo físico de M resíduos ao longo da cadeia principal. Estes são elementos da estrutura P que requerem a quebra de uma ligação covalente para mudar. A estrutura tem uma forte influência em outras propriedades do P. Por exemplo, duas amostras de borracha natural podem apresentar durabilidade diferente, mesmo que suas moléculas contenham os mesmos monômeros.
Estrutura e propriedades dos polímeros
Este ponto é extremamente importante para esclarecer. Uma importante característica microestrutural da estrutura do polímero é sua arquitetura e forma, que estão relacionadas a comopontos de ramificação levam a um desvio de uma cadeia linear simples. A molécula ramificada desta substância consiste em uma cadeia principal com uma ou mais cadeias laterais ou ramificações substituintes. Os tipos de Ps ramificados incluem Ps estrela, Ps pente, Ps escova, Ps dendronizado, Ps escada e dendrímeros. Existem também polímeros bidimensionais que consistem em unidades repetitivas topologicamente planas. Uma variedade de técnicas pode ser usada para sintetizar o material P com vários tipos de dispositivos, como polimerização viva.
Outras qualidades
A composição e estrutura de polímeros na ciência de polímeros está relacionada a como a ramificação leva ao desvio de uma cadeia P estritamente linear. A ramificação pode ocorrer aleatoriamente ou as reações podem ser projetadas para atingir arquiteturas específicas. Esta é uma importante característica microestrutural. A arquitetura de um polímero afeta muitas de suas propriedades físicas, incluindo viscosidade de solução e fusão, solubilidade em várias composições, temperatura de transição vítrea e o tamanho de bobinas P individuais em solução. Isso é importante para estudar os componentes contidos e a estrutura dos polímeros.
Ramificação
Ramos podem se formar quando a extremidade crescente de uma molécula de polímero se liga (a) de volta a si mesma ou (b) a outra fita P, ambas as quais, por meio da retirada de hidrogênio, podem criar uma zona de crescimento para o meio cadeia.
Efeito de ramificação - reticulação química -formação de ligações covalentes entre as cadeias. A reticulação tende a aumentar a Tg e aumentar a resistência e a tenacidade. Entre outros usos, esse processo é usado para fortalecer borrachas em um processo conhecido como vulcanização, que se baseia na reticulação do enxofre. Pneus de carro, por exemplo, possuem alta resistência e reticulação para reduzir o vazamento de ar e aumentar sua durabilidade. A borracha, por outro lado, não é reticulada, o que permite que a borracha se desprenda e evita danos ao papel. A polimerização do enxofre puro em temperaturas mais altas também explica porque ele se torna mais viscoso em temperaturas mais altas no estado fundido.
Grade
Uma molécula de polímero altamente reticulada é chamada de rede P. Uma razão de reticulação para fita (C) suficientemente alta pode levar à formação da chamada rede ou gel infinito, na qual cada uma dessas ramificações está ligada a pelo menos uma outra.
Com o contínuo desenvolvimento da polimerização viva, a síntese dessas substâncias com uma arquitetura específica está se tornando mais fácil. Arquiteturas como estrela, pente, escova, dendronizado, dendrímeros e polímeros de anel são possíveis. Esses compostos químicos com arquitetura complexa podem ser sintetizados usando compostos de partida especialmente selecionados, ou primeiro sintetizando cadeias lineares que sofrem reações adicionais para se ligarem umas às outras. Os Ps atados consistem em muitas ciclizações intramoleculareselos em uma cadeia P (PC).
Ramificação
Em geral, quanto maior o grau de ramificação, mais compacta é a cadeia polimérica. Eles também afetam o emaranhamento da cadeia, a capacidade de deslizar um pelo outro, o que, por sua vez, afeta as propriedades físicas da massa. As cepas de cadeia longa podem melhorar a resistência do polímero, tenacidade e temperatura de transição vítrea (Tg) devido a um aumento no número de ligações no composto. Por outro lado, um valor aleatório e curto de Z pode reduzir a resistência do material devido a uma violação da capacidade das cadeias de interagir umas com as outras ou cristalizar, o que se deve à estrutura das moléculas do polímero.
Um exemplo do efeito da ramificação nas propriedades físicas pode ser encontrado no polietileno. O polietileno de alta densidade (PEAD) tem baixíssimo grau de ramificação, é relativamente rígido e é utilizado na fabricação, por exemplo, de coletes à prova de balas. Por outro lado, o polietileno de baixa densidade (PEBD) possui uma quantidade significativa de fios longos e curtos, é relativamente flexível e é utilizado em aplicações como filmes plásticos. A estrutura química dos polímeros favorece exatamente essas aplicações.
Dendrímeros
Dendrímeros são um caso especial de polímero ramificado, onde cada unidade monomérica é também um ponto de ramificação. Isso tende a reduzir o emaranhamento e a cristalização da cadeia intermolecular. Uma arquitetura relacionada, o polímero dendrítico, não é perfeitamente ramificada, mas tem propriedades semelhantes aos dendrímeros.devido ao seu alto grau de ramificação.
O grau de complexidade estrutural que ocorre durante a polimerização pode depender da funcionalidade dos monômeros utilizados. Por exemplo, na polimerização radicalar do estireno, a adição de divinilbenzeno, que tem uma funcionalidade de 2, levará à formação de P ramificado.
Polímeros de Engenharia
Os polímeros projetados incluem materiais naturais como borracha, sintéticos, plásticos e elastômeros. São matérias-primas muito úteis porque suas estruturas podem ser alteradas e adaptadas para produzir materiais:
- com uma variedade de propriedades mecânicas;
- em uma ampla gama de cores;
- com diferentes propriedades de transparência.
Estrutura molecular de polímeros
Um polímero é composto de muitas moléculas simples que repetem unidades estruturais chamadas monômeros (M). Uma molécula desta substância pode consistir de centenas a milhões de M e ter uma estrutura linear, ramificada ou em rede. As ligações covalentes mantêm os átomos juntos e as ligações secundárias mantêm os grupos de cadeias poliméricas juntos para formar o polimaterial. Copolímeros são tipos desta substância, consistindo em dois ou mais tipos diferentes de M.
Um polímero é um material orgânico, e a base de qualquer tipo de substância é uma cadeia de átomos de carbono. Um átomo de carbono tem quatro elétrons em sua camada externa. Cada um desses elétrons de valência pode formar umuma ligação com outro átomo de carbono ou com um átomo estranho. A chave para entender a estrutura de um polímero é que dois átomos de carbono podem ter até três ligações em comum e ainda se ligarem a outros átomos. Os elementos mais comumente encontrados neste composto químico e seus números de valência são: H, F, Cl, Bf e I com 1 elétron de valência; O e S com 2 elétrons de valência; n com 3 elétrons de valência e C e Si com 4 elétrons de valência.
Exemplo de polietileno
A capacidade das moléculas de formar longas cadeias é vital para fazer um polímero. Considere o material polietileno, que é feito de gás etano, C2H6. O gás etano tem dois átomos de carbono na cadeia, e cada um tem dois elétrons de valência com o outro. Se duas moléculas de etano estão ligadas, uma das ligações de carbono em cada molécula pode ser quebrada e as duas moléculas podem ser unidas por uma ligação carbono-carbono. Depois que dois medidores são conectados, mais dois elétrons de valência livres permanecem em cada extremidade da cadeia para conectar outros medidores ou fitas P. O processo é capaz de continuar conectando mais medidores e polímeros até que seja interrompido pela adição de outro produto químico (terminador) que preenche a ligação disponível em cada extremidade da molécula. Isso é chamado de polímero linear e é o bloco de construção para compostos termoplásticos.
A cadeia polimérica é frequentemente mostrada em duas dimensões, mas deve-se notar que eles têm uma estrutura polimérica tridimensional. Cada elo está em um ângulo de 109° paraem seguida, e, portanto, a espinha dorsal de carbono percorre o espaço como uma corrente torcida de TinkerToys. Quando a tensão é aplicada, essas cadeias se esticam e o alongamento P pode ser milhares de vezes maior do que nas estruturas cristalinas. Estas são as características estruturais dos polímeros.
