Polimeri

1. POLIMERII ŞI OBŢINEREA LOR-Compuşii macromoleculari (polimerii) organici constituie obiectul de studiu al chimiei macromoleculelor.

Sunt considerate macromolecule acele particule care au mase moleculare începând de la ordinul miilor, putând ajunge până la milioane şi care conţin sute, mii sau chiar zeci de mii de atomi. Se foloseşte adesea, cu acelaşi sens, termenul de polimer Structura unui polimer se obţine prin repetarea unor unităţi structurale, grupări de atomi, numite meri. De exemplu, policlorura de vinil (PVC):

-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl--CH2-CHCl-…

se poate scrie (-CH2-CHCl-)n, unde formula din paranteză reprezintă merul, iar n – gradul de polimerizare, care poate ajunge la valori de ordinul zecilor sau sutelor de mii.

Materialele polimerice folosite în practică (mase plastice, răşini, cauciucuri, fire şi fibre sintetice) sunt în general amestecuri, conţinând polimerii drept componente principale. De obicei li se adaugă şi alte substanţe chimice, ca materiale de umplutură, plastifianţi, antioxidanţi, pigmenţi, stabilizatori termici etc., pentru a produce din acelaşi polimer materiale plastice cu caracteristici diferite.

După natura chimică a catenei principale a macromoleculei, se cunosc polimeri anorganici, lipsiţi de carbon (de exemplu silicaţii naturali), polimeri elementoorganici, cu catene din atomi de siliciu, fosfor etc., dar legaţi şi de atomi de carbon şi polimeri organici, cu catena principală constituită fie numai din atomi de carbon, fie conţinând în aceasta şi elemente organogene (oxigen, azot, sulf etc.).

1.1. Clasificarea polimerilor organici-Există diferite criterii de clasificare a compuşilor macromoleculari. După origine, ei se împart în macromolecule naturale (biopolimeri), semisintetice (artificiale) şi sintetice.

Materialele macromoleculare naturale (lână, mătase, piele, lemn, iar mai târziu cauciucul) au fost cunoscute şi utilizate din cele mai vechi timpuri. Biopolimerii sunt fie hidrocarburi (de exemplu cauciucul), fie polizaharide (celuloza, amidonul), proteine (gelatina, cheratina, hemoglobina), acizi nucleici etc.

Din secolul al XIX-lea au început să fie folosite materiale obţinute prin modificarea macromoleculelor naturale, numite materiale semisintetice (derivate, artificiale), care provin din cele de mai sus: cauciucul vulcanizat sau ebonita din cauciucul natural, galalitul din cazeină (proteina laptelui), nitratul sau acetatul de celuloză din celuloză etc.

Secolul trecut a fost caracterizat prin dezvoltarea materialelor macromoleculare sintetice, obţinute din substanţe mic-moleculare, numite monomeri, prin reacţii chimice de diferite tipuri. Majoritatea acestor monomeri sunt de provenienţă petrochimică. De asemenea, s-au impus tot mai mult (după 1970), materialele compozite, pe bază de macromolecule sintetice şi materiale de ranforsare anorganice sau organice.

În funcţie de comportarea termomecanică, MP se împart de obicei în termoplaste, elastomeri şi duromeri (duroplaste). Proprietăţile fizice, chimice şi mecanice sunt determinate în mare măsură de gradul de reticulare al lanţului macromolecular

1.1.1. Clasificarea polimerilor organici în funcţie de structura catenei principale-Clasificarea cel mai des folosită a macromoleculelor organice se bazează pe natura legăturilor dintre meri în catena principală .Numărul de structuri monomere posibile, respectiv al structurilor polimere rezultând din acestea, poate fi mărit prin introducerea unei varietăţi practic nelimitate de substituenţi. Aceasta înseamnă că, prin alegerea tipului de legare potrivit şi a substituenţilor adecvaţi, se pot “proiecta” şi realiza materiale sintetice croite pe măsură pentru un anumit domeniu de utilizare.

Tabelul 1.1. Exemple de polimeri importanţi, modul de legare şi reacţii care pot duce la formarea lor

Polimer Mod de legare între meri Polireacţie

Poliacrilonitril

Polietenă (polietilenă)

Polimetacrilaţi

Polipropenă (polipropilenă)

Polistiren

Politetrafluoretenă

Poliacetat de vinil

Policlorură de vinil Legătură carbon-carbon

/ /

- C -C –

/ /

Poliadiţie

Polimerizare

Policarbonaţi

Poliesteri

Legătură esterică

/

-C- O – C –

// /

O Policondensare

Poliamide

Legătură amidică

Policondensare

Poliuretani Legătură uretanică

Poliadiţie

Policondensare

Poliacetali

Polieteri

Răşini epoxidice

Legătură acetalică, eterică

Policondensare

Poliimide

Legătură imidică

Policondensare

Polisulfone

Legătură sulfonică

Policondensare

Polisiloxani

Legătură siloxanică

Poliadiţie

Policondensare

1.2. Reacţii de obţinere a polimerilor (polireacţii)

Putem numi polireacţii reacţiile dintre moleculele monomerilor, care duc la formarea polimerilor. Reacţiile în care intră polimerii ca atare vor fi discutate separat.Tabelul 1.2. Clasificarea polireacţiilor

Clasificarea polireacţiilor

Polireacţii în lanţ Polireacţii în trepte

Polimerizare

- Radicalică

- Anionică

- Cationică

Poliinserţie Policondensare

Poliadiţie

Reacţiile în lanţ sunt reacţii care pornesc de la o moleculă iniţială de monomer activată şi produc printr-o creştere rapidă polimeri. Energia de activare a iniţierii lanţului, adică energia necesară pentru a se produce specia iniţială activă, este de regulă mai ridicată decât cea a creşterii lanţului. Reacţiile înlănţuite sunt exoterme (cu degajare de energie); aproape imediat după declanşarea reacţiei se ajunge la mase moleculare ridicate. Molecula de polimer se obţine deci foarte repede, iar după dezactivare rămâne neschimbată în continuare, astfel încât masa moleculară nu mai creşte în timp.