Ce este un polimer?

Un polimer este o substanţă compusă din molecule cu masă moleculară mare, formate dintr-un număr mare de molecule mici identice, numite monomeri, legate prin legături covalente.

Exemple cunoscute de polimeri sunt plasticul, ADN-ul şi proteinele.

Polimerii organici sunt foarte importanţi, având utilizări multiple ( folii, tuburi, obiecte din cauciuc etc ). Aceştia se obţin în cantităţi mari prin polimerizare, policondensare sau reacţii polimer-analoage.

Reactia care sta la

baza formarii

polimerului se

numeste

polimerizare iar

alchena folosita ca

materie prima se

numeste

monomer.

Polimerizarea consta in unirea “cap la coada” a unui mare numar de alchene, prin desfacerea dublelor legaturi ,sub influenta catalizatorilor, a radicalilor liberi si in conditii de temperatura,rezultând o macromolecula de forma unui fir lung (molecula filiforma).

Etimologie si scurt Etimologie si scurt istoricistoricCuvântul polimer derivă din grecescul πολυ (poli),însemnând ‘pluri’ şi μέρος (meros),însemnând ‘parte’. Termenul a fost adoptat în 1833 de către Jöns Jakob Berzelius,deşi definiţia polimerului dată de el este destul de diferită faţă de cea modernă.

Jöns Jakob Berzelius

Începând din anul 1811,chimistul Henri Braconnot s-a axat pe studierea derivatelor celulozei,probabil cea mai importantă parte din ştiinţa polimerilor.Demararea vulcanizării în secolul al nouăsprezecelea a îmbunătăţit duritatea latexului sintetic ,semnificând popularizarea polimerului semi-sintetic.

Henri Braconnot

În 1907, Leo Baekeland a creat primul polimer compet sintetic, bachelita,care a fost făcută publică în 1909.

Leo Baekeland

TeoriiÎn afara progreselor semnificative în

sintetizarea şi caracterizarea polimerilor,o înţelegere corectă a aceastora nu s-a ivit decât în 1920.Înainte de al doilea deceniu al secolului nouăsprezece,oamenii de ştiinţă au crezut că polimerii erau grupuri de mici molecule(numite coloide),fără mărimi moleculare bine stabilite,ţinute în strânsă legătură de o forţă necunoscută,un concept numit ‘teoria asociaţiei’.

În 1922, Herman Staudinger a propus teoria lanţurilor atomice de polimeri ţinuţi alături de legături covalente,o idee care nu a fost acceptată mai bine de un deceniu,dar pentru care Staudinger a primit Premiul Nobel.

Herman Staudinger

Lucrările lui Wallance

Carothers(1920) au

demonstrat şi ele că

polimerii pot fi sintetizaţi

raţional din monomerii care

îi constituie.O importantă

contribuţie în ştiinţa

polimerilor sintetici a fost

adusă de chimistul italian

Giulio Natta şi de chimistul

german Karl Ziegler, care

au câştigat Premiul Nobel în

chimie,în anul 1963, pentru

“catalizatorul Ziegler-

Natta”.

În ceea ce priveşte reacţia de adiţie,un aport important îl are Paul Flory,1974.Lucrarea sa extinsă în domeniul polimerilor include cinetica

polimerizării pas cu pas şi a adiţiei polimerizării, transferul lanţului atomic,

volumul inclus ,”Convenţia Flory” şi “Teorema Flory-Huggins, pentru care i se acordă Premiul Nobel în chimie 1974

. Materiale sintetice, precum nylonul, teflonul sau siliconul au format baza pentru o industrie a polimerilor.De asemenea,în aceşti ani s-a acordat o deosebită importanţă sintetizării raţionale a polimerilor.

Cei mai importanţi produşi polimerizazi de pe piaţă sunt sintetici şi produşi în volume mari. Polimerii sintetici îşi găsesc astăzi loc în aproape fiecare industrie sau segment de viaţă.sunt adesea folosiţi ca adezivi sau lubrifiante,dar la fel de bine sunt utilizaţi pentru diverse produsede la jucării până la avioane.ei au fost implicaţi într-o mare varietate de aplicaţii biomedicale ,de la dispozitive pentru implanturi,până la droguri.

teflon

silicon

Polimerizarea Procesul in care mai multe molecule ale unui

compus ,monomer(sau mer), se leaga intre ele, formand o macromolecula(polimer),este numit polimerizare.

Denumirea de la polimerizare vine de la cuvintele grecesti poly =numeros si meros=parte.

Numarul de molecule de monomer care formeaza polimerul se numeste grad de polimerizare, n.

Prin polimerizarea a n molecule de monomer A se obtine polimerul An

Polimerizarea etenei cu formare de polietena

Polimerizarea etenei,cu formare de polietena. Pana in anul 1955,

polietena se fabrica in cantitati relativ mici,deoarece polimerizarea

se realiza numai la presiuni ridicate,mai mari de 1500 at. Acum

procedeul se realizeaza la presiuni joase (1-2 at.) si ritmul de

crestere a cantitatii de polietena s-a marit. Polietena se utilizeaza la fabricarea diferitelor tuburi, la izolarea cablurilor electrice si telefonice,la fabricarea diferitelor obiecte casnice,a foliilor pentru ambalaj etc.

Polimerizarea propenei,cu formare de polipropena

Polimerizarea propenei,cu formare de polipropena. Propena se polimerizeaza in prezenta catalizatorilor de alchil-aluminiu si tetraclorura de titan .

In comparatie cu polietena,polipropena are unele proprietati mai valoroase. Este cel mai usor material plastic,are proprietati dielectrice bune,este rezistenta la soc,abraziune,la agenti chimici, se descompune numai la temperatura de 300si are o permeabilitate redusa fata de gaze.

Polimerizarea stirenului, cu formare de polistiren.

. Materiile prime necesare obtinerii acestui material plastic sunt etena si benzenul. Etena reactioneaza cu benzenul, in prezenta unor catalizatori,formând etil-benzenul; acesta dehidrogenat este transformat in stiren, un lichid incolor cu miros placut, care prin simpla incalzire la 100-180,se transforma in polistiren,conform schemei: CH=CH2 ..CHCH2CHCH2CH…

C C C C HC CH polimerizare HC CH HC CH HC CH HC CH HC CH HC CH HC CH

C C C C H H H H

Stiren polistiren

Polistirenul este cunoscut in comert si sub numele de trolit sau styroflex . Prezinta proprietati electroizolante deosebite si este foarte rezistent la apa; de aceea este folosit ca material izolant pentru diferite piese de radio,televiziune si radar, cat si pentru izolarea cablurilor. Se foloseste de asemenea , la confectionarea unor piese anexe pentru frigidere si automobile.

Polimerizarea clorurii de vinil,cu formare de policlorura de vinil (PVC)Este unul dintre produsii cei mai utilizati si se obtine

prin polimerizarea in emulsie. Policlorura de vinil se prezinta ca o pulbere alba, cu densitatea 1,4g/cm3 .Prin prelucrarea materialului ca atare se obtin produse rigide,cu o buna rezistenta mecanica.

Prin adaos de plastifianti se obtine un produs moale, flexibil,folosit ca inlocuitor de piele sau de talpa. Policlorura de vinil plastifiata cu suport textil are o rezistenta marita la sfâsiere si este utilizata la confectionarea articolelor de imbracaminte sau la marochinarie. In tehnica, PVC-ul se foloseste la confectionarea de ventile, corpuri de pompe, tevi si conducte, benzi de transport; in constructii la confectionarea de pardoseli,acoperisuri,pervaze pentru geamuri si tuburi pentru instalatii electrice.

Cauciucul natural Cauciucul natural se extrage din sucul laptos al unor arbori

tropicali ori din sucul unor plante care cresc in zona temperata: tau-sacâzul, coc-sacâzul..

Din punct de vedere chimic,cauciucul natural este o hidrocarbura macromoleculara,cu forma bruta (C5H8)n , unde n variaza intre 1000 si 5000. Moleculele cauciucului sunt formate din catene lungi si au ca component structural de baza izoprenul. Izoprenul,produs in celulele arborelui de cauciuc are formula bruta: C5H8 sau 2-metil-butadienã:

CH2=C- CH = CH2 CH3

Cauciucul brut are o culoare slab galbuie, este insolubil in apa, alcool,acetona,dar solubil in benzen,benzina,sulfura de carbon.. cea mai importanta proprietate a cauciucului este elasticitatea. Se intrebuinteaza pentru fabricarea anvelopelor in industria constructoare de masini .

Cauciucul sintetic este un compus macromolecular cu proprietati asemanatoare celor ale cauciucului natural,care se obtine prin polimerizarea butadienei ori prin copolimerizarea lor cu stiren sau cu nitril-acrilic.

Cauciucul poliizoprenic se obtine prin polimerizarea izoprenului in emulsie,sub actiunea unor catalizatori organo-metalici,rezultand un produs macromolecular identic cauciucului natural:

CH3 CH3 CH3 nCH2=CCH=CH2…CH2C=CHCH2CH2C=CHCH2…

Exista si alte tipuri de cauciuc sintetic formate in urma polimerizarii :

Cauciucul polibutadienic, cauciucul butadiena-stiren, cauciucul butadien-acrilonitrilic ,cauciucul policloropropenic.Cauciucul butadienic prin polimelizare, sub actiunea sodiului metalic, a butadienei, obtinute din alcool etilic. Astâzi, butadiena se polimerizeazã in emulsie, folosind ca initiator peroxidul de izopropil-benzen.In procesul de polimerizare, moleculele de butadienã se pot lega in pozitiile 1,4 rezultând polimeri liniari nesaturati conform schemei:

1 2 3 4a) nCH2=CH-CH=CH2 … -CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2-…

Butadienã Polibutadienã

(polimer liniar nesaturat)

Vloarea practică a unui compus macromolecular este dat de proprietăţile acestora şi care pot fi grupate astfel :

- proprietăţi fundamentale - proprietăţi de prelucrare sau de tehnologie - proprietăţi de exploatare Compuşii macromoleculari sunt frecvent utilizaţi în

industria electrotehnică şi din acest motiv vom studia unele proprietăţi ale acestora .

Gradul de gomflare (umflare) a cauciucului reprezintă o caracteristică importantă din punct de vedere practic, dacă acesta urmează să fie utilizat în medii în care există solvenţi.

Exemplu: Garnituri de etanşare, furtune, articule de protecţii.Gradul de gomflare se exprimă prin creşterea relativă a masei

sau volumului polimerului: unde:- mo este masa iniţială a polimerului; - mi este masa dupa umflare a polimerului la timpul ti

Se alege o monstră de cauciuc sub formă de fâşii, pentru determinarea gradului de gomflare după formula 2, se măsoară lungimea cauciucului şi se introduce într-o eprubetă cu solvent (benzină, benzen, toluen, eter de petrol, etc.).

Din 15 în 15 minute se scoate proba de cauciuc, se şterge cu hârtie de filtru se măsoară lungimea li şi se repetă operaţia de 4-5 ori. Se calculează gradul de gomflare pentru fiecare timp ti şi se reprezintă grafic.

Propreietăţile adezive ale compuşilor macromoleculari S-a constatat că unele soluţii ale compuşilor

macromoleculari precum şi unele emulsii au proprietăţi adezive care se manifestă atât la materialele cu aceeaşi compoziţie chimică.

Adezivii umplu golurile care există pe suprafaţa care trebuie lipite şi înlesnesc apariţia unor legături rezistente, apar fenomene de absorbire şi difuzie şi chiar intersecţiuni chimice între suport şi adeziv.

În laborator se pot verifica proprietăţile adezive ale unei soluţii de polimeri şi a emulsiei de poliacetat de vinil.