بسپار ناهمگن

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
انواع مختلف پلیمرها: 1) هموپلیمر 2) کوپلیمر متناوب 3) کوپلیمرهای تصادفی 4) کوپلیمر بلوکی 5) کوپلیمر پیوندی

یک کوپلیمر پلیمری مشتق شده از بیش از یک نوع مونومر است. پلیمریزاسیون مونومرها در کوپلیمرها، کوپلیمریزاسیون نامیده می شود. کوپلیمرهای به دست آمده ازکوپلیمریزاسیون که ازدو نوع مونومرتشکیل میشوند گاهی اوقاتbi polymer  نامیده می شود. انهایی که از سه و چهار مونومر به دست می آید، به ترتیب ترپلیمرها و پلیمرهای چهار بعدی نامیده می شوند.

کوپولیمرهای تجاری زیادی وجوددارند. بعضی از نمونه ها  ی آن عبارتند از:

اکریلونیترول بوتادین استایرن (ABS)،پلیمرترکیبی استایرن/ بوتادین (SBR)، لاستیک نیتریل، استایرن اکریلنیتیل، استایرن ایزوپرن استایرن (SIS) و اتیلن وینیل استات، که همه با پلیمریزاسیون رشد زنجیره ای تشکیل شده اند.

یکی دیگرازمکانیسم های تولید، پلیمریزاسیون گام به گام است که برای تولیدکوپلیمرنایلون 66/6/12  ازنایلون 12،نایلون 6 ونایلون 66 وهمچنین خانواده کوپلی استراستفاده می شود. از آنجا که یک کوپلیمر شامل حداقل دو نوع واحدهای سازنده (همچنین واحدهای سازه ای) می باشد،کوپلیمرهامی توانند براساس نحوه قرار گیری این واحدها در طول زنجیره طبقه بندی شوند. کوپلیمرهای خطی شامل یک زنجیره اصلی هستند و شامل کوپلیمرهای متناوب ، کوپلیمرهای آماری و کوپلیمرهای بلوکی  میباشند.

کوپلیمرهای شاخه ای شامل یک زنجیره اصلی با یک یاچند زنجیره جانبی پلیمری می باشند ومی توانند  به صورت ستاره ای شکل بوده و  یا  ساختار دیگری داشته باشند.

کوپلیمرهای خطی[ویرایش]

کوپلیمرهای  بلوکی[ویرایش]

طرح شماتیک میکرو ساختار پلیمر بلوکی SBS

کوپلیمرهای بلوکی  شامل دویا چندواحد زیرمجموعه  هموپلیمر هستند که توسط پیوندهای کووالانسی  بهم مرتبط می شوند. اتحاد واحد های هموپلیمرممکن است نیازمند  یک واحد غیرتکراری اتصال دهنده  باشد،​​که به عنوان بلوک اتصال شناخته می شود. کوپلیمرهای بلوک با دو یا سه بلوک متمایز به ترتیب کوپلیمرهای دوبلوکی و کوپلیمرهای سه بلوکی نامیده می شوند.

از لحاظ فنی، یک بلوک بخشی از یک ماکرومولکول است که شامل بسیاری از واحدهای اصلی  است که دارای حداقل یک ویژگی هستند که در قسمت های مجاور وجود ندارد.یک توالی احتمالی از واحدهای تکرار A و B در یک کوپلیمر سه بعدی ممکن است به شکل A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A باشد.

کوپلیمرهای بلوکی از بلوک های مونومرهای پلیمریزه مختلف ساخته شده اند . به عنوان مثال ، پلی استایرن - b-poly (متیل متاکریلات) یا PS-b-PMMA (که در آن b = بلوک) معمولا توسط پلیمریز اسیون اول استایرن وسپس پلیمریزاسیون متیل متاکریلات (MMA) از انتهای واکنشی زنجیرهای پلی استایرن ساخته می شود، این پلیمر "کوپلیمردوبلوکی است زیرا شامل دو بلوک شیمیایی مختلف است

همچنین می توان تریبلاک ها،تترابلاک ها، چند بلوکی ها وغیره را  نیزساخت . کوپلیمرهای دو  بلوکه  با استفاده از تکنیک های پلیمریزاسیون زنده مانندپلیمراسیون رادیکال آزاد اتمی (ATRP)، انتقال زنجیره تقسیم برگشت پذیر (RAFT)، پلیمریزاسیون متاتزیس های(metathesis) بازحلقه (ROMP) و پلیمریزاسیون آنیونی زنده  یا کاتیونی  زنده ساخته می شوند.یک تکنیک در حال ظهور پلیمریزاسیون shuttling  زنجیره است.

سنتزکوپلیمرهای بلوکی نیاز مند این است  که هر دو نسبت واکنش تحت شرایط واکنش نسبت به یکپارچگی (r1 >> 1، r2 >> 1) بزرگتر باشند. به طوری که واحد مونومر خروجی  یک زنجیره رو به رشد  بیشتر وقتها تمایل به اضافه کردن واحد مشابه رادارد.

"blockiness" یک کوپلیمر  میزان  مجذورهماهنگ کننده ها در مقابل توزیع آماری آنها است. بسیاری از یا حتی بیشتر پلیمرهای مصنوعی در واقع کوپلیمرها هستند که حاوی حدود 1 تا 20 درصد از مونومر اقلیت هستند. در چنین مواردی، مسدود بودن نامطلوب است.یک شاخص بلوکی  به عنوان یک معیار  کمی از  میزان مسدودیت یا انحراف از ترکیب مونومر تصادفی پیشنهاد شده است

کوپلیمرهای متناوب ( تناوبی)[ویرایش]

کوپلیمر متناوب دارای واحدهای متناوب A و B است واغلب توسط فرمول توصیف می شود: -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- یا - A-B-)n )-.

نسبت مولی هر مونومر در پلیمر به طور معمول نزدیک به یک است که همانطور که از معادله مایو-لوئیس دیده می شود زمانی که نسبت های واکنش پذیر r1 و r2 نزدیک به صفر هستند اتفاق می افتد .

برای مثال،در کوپلیمریزاسیون رادیکال آزاد استایرن مولین انیدریید پلیمر ، r1 = 0.097 و r2 = 0.001،به طوری که بیشتر زنجیره هایی که در استایرن به پایان می رسند، یک واحد انیدریید مونیک اضافه می کنند و تقریبا تمام زنجیره هایی که در انیدرید مونیک به پایان می رسد، یک واحد استایرن اضافه می کنند. این منجر به ساختار متداول متناوب می شود.

یک کوپلیمر رشدمرحله ای( (-A-A-B-B-n که از طریق تراکم دو مونومر بیوفنیک A-A و B-B تشکیل شده است، در اصل یک کوپلیمر کاملا متناوب از این دو مونومر است، اما معمولا به عنوان هموپلیمراز واحد تکرار دیمیریک A-A-B-B در نظر گرفته می شود. یک مثال نایلون 66 با واحد تکرار -OC- (CH2) 4-CO-NH- (CH2) 6-NH-  از یک مونومر دیکربوکسیلیک اسید و یک مونومر دیامین تشکیل شده است.

کوپلیمرهای دوره ای[ویرایش]

کوپلیمرهای دوره ای دارای واحدهای مرتب شده در دنباله تکراری هستند. برای مثال دو مونومر A و B ممکن است الگوی مکرر A-B-A-B-B-A-A-A-B-B-A-A-A-B-B-B) n) را تشکیل دهد.

کوپلیمرهای آماری[ویرایش]

در کوپلیمرهای آماری، توالی مونومر باقی مانده از یک قانون آماری است. اگراحتمال پیداکردن نوعی مونومر باقی مانده دریک نقطه خاص درزنجیره برابر با کسر مول باقی مانده از این مونومر در زنجیره است، سپس پلیمر ممکن است به عنوان یک کوپلیمر واقعا تصادفی نامیده شود

کوپلیمرهای آماری توسط سینتیک واکنش از دو واکنش مونومرشیمیایی متمایز دیکته شده اند ،و معمولا به طورمتناوب به عنوان "تصادفی" در متون تخصصی  پلیمر به انها اشاره شده است.

همانند سایر انواع کوپلیمرها،کوپلیمرهای تصادفی می توانند خواص جالب و تجاری مطلوب داشته باشند که ترکیبی ازهموپلیمرهای فردی هستند.نمونه هایی ازکوپلیمرهای تصادفی مربوط به تجاری شامل  لاستیک های ساخته شده ازکوپلیمرهای استایرن بوتادین ورزین ازمشتقات استایرن اکریلیک یا متاکر یلیک اسیدکوپلیمریزاسیون به ویژه درتنظیم سرعت انتقال شیشه ، که درشرایط عملیاتی پلیمری مهم  است،مفید می باشد.

فرض براین است که هریک ازمونومرهمان مقدارحجم آزاد را به خود اختصاص می دهد که وقتیدریک کوپلیمریا هموپلیمرقرارمی گیرد اشغال میکند،بنابراین دمای انتقال شیشه (Tg)بین مقادیر هر هموپولیمر افت میکند. وتوسط مول یا مجموع جرم هرجزء دیکته شده است.

تعدادی از پارامترها در ترکیب محصولات پلیمری مرتبط هستند؛یعنی، باید نسبت واکنش پذیری  هرمولفه را درنظربگیریم. نسبت های واکنش نشان می دهد که آیا مونومر به طور قاطع با یک قسمت از همان نوع یا نوع دیگر واکنش می دهد. به عنوان مثال، یک نسبت واکنش پذیری که کمتر از یک برای مولفه 1 است، نشان می دهد که این مولکول به راحتی با نوع دیگر مونومر واکنش می دهد. با توجه به این اطلاعات که برای بسیاری از ترکیبات مونومر در "پایگاه Wiley از خواص پلیمر" در دسترس است،معادله مایو-لوئیس می تواند برای پیش بینی ترکیب مواد پلیمری برای تمام مولکول های اولیه مولکولی استفاده شود. این معادله با استفاده از مدل مارکف، که فقط آخرین قطعه اضافه شده به عنوان تاثیر سینتیک از اضافه شدن بعدی را مشتق می شود؛ مدل نهايي، بخش دوم تا آخر را نيز در نظر مي گيرد، اما براي بسياري از سيستم ها، پيچيده تر است.

هنگامی که هر دو نسبت بازدهی کمتر از یک باشد، در طرح میو-لوئیس یک نقطه آیزوتروپیک وجود دارد. در این نقطه،کسرمولی مونومربرابر با ترکیب مولفه درپلیمراست. چندین روش برای ترکیب copolymers تصادفی وجود دارد. شایع ترین روش سنتز پلیمریزاسیون رادیکال آزاد است. این خصوصا زمانی مفید است که خواص مورد نظر به ترکیب کوپلیمر به جای وزن مولکولی متکی باشنداز آنجا که پلیمریزاسیون رادیکال آزاد، زنجیره های پلیمری نسبتا پراکنده تولید می کند. پلیمریزاسیون رادیکال آزاد ارزان تر از سایر روش ها است و به سرعت پلیمر با وزن مولکولی بالا تولید می کند.

روش های مختلفی برای کنترل بهتربرپراکندگی ارائه می دهند. پلیمریزاسیون آنیونی می تواند برای تولید کوپلیمرهای تصادفی مورد استفاده قرار گیرد، اما با چندین احتیاط: اگر کاربنیون ها از دو جزء پایداری یکسان نداشته باشند، تنها یکی از گونه ها به دیگری افزوده می شود. علاوه بر این، پلیمریزاسیون آنیونی گران است و به شرایط واکنش بسیار تمیز نیاز دارد و بنابراینبه سختی در مقیاس وسیع قابل اجرا است.

کو مپلیمرهای تصادفی کمتر پراکنده نیز با روش های "پلیمریزاسیون" رادیکال تحت کنترل "زنده" سنتز شده اند، مانند پلیمریزاسیون رادیکال اتمی (ATRP)، پلیمریزاسیون رادیکال نیتروکسید متصل شده (NMP) یا پلیمریزاسیون زنجیره انتقال اضافه شدن (RAFT) برگشت پذیر. این روش ها برای پلیمریزاسیون آنیونی ترجیح داده می شود زیرا می توان آنها را در شرایط مشابه پلیمریزاسیون رادیکال آزاد انجام داد. واکنش ها نیاز به دوره های آزمایشی طولانی تر از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد دارند، اما هنوز هم به میزان قابل قبول واکنش ها می رسند.

کوپلیمرهای استریوبلوک [ویرایش]

در کوپلیمرهای استریو بلوک، بلوک ها یا واحدها تنها در تاکتیسیتی  مونومرها متفاوت هستند.

گرادیانت کوپلیمر[ویرایش]

کوپلیمر اتریو بلوک وینیل

در کوپلیمرهای گرادیان ترکیب مونومر به تدریج در طول زنجیره تغییر می کند.

نسبت های واکنش پذیر[ویرایش]

نسبت واکنش پذیری یک زنجیره کوپلیمر در حال رشد که در یک مونومر معین متوقف می شود، نسبت ثابت سرعت واکنش برای اضافه کردن همان مونومر و ثابت نرخ برای افزودن مونومر دیگر است. به این معنا که، r1 = k11k12 r2 = k22k21

، جایی که برای مثال

K12

ثابت ماندن برای تکثیر یک زنجیره پلیمری با پایان دادن به مونومر 1 (یا A) با افزودن مونومر 2 (یا B) ثابت است.

ترکیب و ساختار نوع کوپلیمر به این معادلات واکنش پذیری r1 و r2 بستگی دارد به معادله Mayo-Lewis که معادله کوپلیمرازی یا معادله کوپلیمر نیز نامیده می شود برای نرخ نسبی لحظه ای ترکیب دو مونومر. d[M1]d[M2]=[M1](r1[M1]+[M2])[M2]([M1]+r2[M2])

کوپلیمر های شاخه ای[ویرایش]

معماری های متنوعی برای کوپلیمرهای غیر خطی وجود دارد. در مقایسه با پلیمرهای پیوند ی و ستاره ای که در زیر مورد بحث قرار گرفته اند، دیگر انواع متداول کوپلیمرهای شاخه ای شامل کوپلیمرهای برسی و کوپلیمرهای شانه ای  هستند.

کوپلیمرهای پیوندی[ویرایش]

کوپلیمر پیوندی  متشکل از یک زنجیره اصلی یا ستون اصلی (A)  که با پیوند کووالانسی به یک یا چند زنجیره جانبی (B) متصل شده است

کوپلیمرهای پیوندی نوع خاصی از کوپلیمرهای شاخه ای هستند که در آن زنجیره های جانبی از لحاظ ساختاری از زنجیره اصلی متمایز هستند. به طور معمول، زنجیره اصلی از یک نوع مونومر تشکیل شده است. (الف) و شاخه ها از یک مونومر دیگر تشکیل شده است (ب) و یا در غیر این صورت زنجیره های جانبی دارای ویژگی های ذاتی  یا پیکربندی هستند که از آنهایی که در زنجیره اصلی هستند،  متفاوت اند. زنجیره های فردی از کوپلیمر پیوندی  ممکن است هموپلیمر یا کوپلیمر باشند. توجه داشته باشید که تعیین توالی کوپلیمرهای مختلف برای تعریف یک تفاوت ساختاری کافی است، بنابراین کوپلیمر دوبلاکه  A-B با زنجیره جانبی کوپلیمر تناوبی  A-B به درستی به عنوان کوپلیمر پیوندی شناخته می شود. به عنوان مثال، زنجیرهای پلی استایرن ممکن است روی پلی بوتادین ( نوعی  لاستیک مصنوعی  با  یک واحد دوگانه C = C واکنشی در واحد تکرار شونده) پیوند داده شود. پلی بوتادیان در استایرن حل  میشود و سپس به پلیمریزاسیون رادیکال- آزاد منتقل می شود. زنجیره های در حال رشد می توانند از طریق  پیوند های دوگانه به  مولکول های لاستیکی تشکیل دهنده شاخه های پلی استایرن اضافه شوند. کوپلیمر پیوندی  از ترکیب  زنجیره های پلی استایرن ناپیوندی  و مولکول های لاستیکی ساخته  میشوند. محصول شبه کامپوزیت، همانند کوپلیمر های بلوکی  دارای خواص هر  دو "جزء"  است.  در مثال ذکر شده، زنجیره های  لاستیکی وقتی که ماده ضربه وارد میشود، انرژی را جذب می کند و  بنابراین میزان شکنندگی آنها از پلی استایرن معمولی کمتر  است. این محصول پلی استایرن با تاثیر بالا یا HIPS نامیده می شود.

کوپلیمر های ستاره ای[ویرایش]

پلیمرهای ستاره دارای چندین زنجیر پلیمر متصل به هسته مرکزی هستند.

جدا سازی میکروفاز ها[ویرایش]

پلیمر و یا کوپلیمر ستاره ای
بلوک کوپلیمر SBS در TEM

کوپلیمرهای بلوکی بسیار  جالب هستند، زیرا عملیات  "جدایش میکروفاز ها "  در آنها شکل میگیرد  تا نانوساختارهای دوره ای را شکل دهند. نمونه ی آن  در کوپلیمر استایرین - بوتادین - استایرن   در سمت راست نشان داده شده است. این پلیمر که  به عنوان کراتون شناخته می شود ،  برای کف کفش و به عنوان  چسب استفاده می شود. با توجه به ساختار بسیار ریز آن، از  میکروسکوپ الکترونی عبوری  یا TEM برای بررسی ساختار  آن استفاده میشود. ماتریس بوتادین با تتراکسید اسمیم رنگ شد تا در تصویر کنتراست ایجاد کند. این ماده توسط پلیمریزاسیون زنده  ساخته شده است به طوری که بلوک آن  تقریبا یکپارچه است و  بنابراین به ایجاد یک ریز ساختار بسیار منظم کمک  میکند. وزن مولکولی بلوک های پلی استایرن در تصویر اصلی 102000 است. تصویر درج دارای وزن مولکولی 91000 است که دامنه های کمی کوچکتر را تولید می کنند. جداسازی میکرو فاز ها  وضعیتی شبیه به نفت و آب است. روغن و آب مخلوط نیستند - آنها فاز های جداگانه ای دارند. با توجه به عدم سازگاری بین بلوک ها، کوپلیمرهای بلوکی تحت یک جدایی فاز مشابه قرار می گیرند.

بلوک کوپلیمر SBS در TEM[ویرایش]

در "جداسازی میکرو فازی " بلوک ها ساختارهایی در  اندازه  های نانومتری را تشکیل می دهند. بسته به طول نسبی هر بلوک، می توان چندین مورفولوژی را بدست آورد. در کوپلیمرهای دوبلوکه ، طول های  به اندازه کافی متفاوت  بلوک  ها منجر به یک کره  در ابعاد نانومتری از یک بلوک در یک ماتریس  دوم (به عنوان مثال PMMA در پلی استایرن) منجر می شود. با استفاده از طول های  بلوک کمتر، می توان شکل هندسی یک  "سیلندر بسته بندی شده شش ضلعی" را بدست آورد. بلوک های با طول های مشابه اغلب سختاری لایه ای را ایجاد میکنند (که اغلب  در متون تخصصی لاملا  نامیده میشود). بین فاز های  استوانه ای و لامالر ، فاز  gyroid  قرار دارد. ساختارهای  نانومقیاس ایجاد شده از کوپلیمرهای بلوکی  به طور بالقوه میتوانند در  دستگاه های  مورد  استفاده در حافظه کامپیوتر، نانومواد و جداسازی نانومواد بکار روند. دانشمندان پلیمر از ترمودینامیک برای  توضیح چگونگی تعامل  بلوک های مختلف با هم استفاده میکنند. محصول درجه پلیمریزاسیون، n و پارامتر تعاملی Flory-Huggins، ، نشان می دهد  که  چطور دو بلوک ناسازگار هستند و اینکه آیا آنها می توانند  از هم  جدا شوند یا خیر. برای مثال، اگر محصول  بیشتر از 10.5 باشد، کوپلیمر دو بلوکه  از ترکیب متقارن  به صورت میکروفاز ی  جدا خواهد شد و اگر  کمتر  از 10.5 باشد، بلوک ها با هم ترکیب خواهند شد  و جدایش فازی مشاهده نخواهد شد. ناسازگاری بین بلوک ها همچنین بر حلالیت پذیری  این کوپلیمرها و رفتار جذب آنها در سطوح مختلف تاثیر می گذارد. (کو ) پلیمرهای بلوکی  قادر به خودسامانی  در حلال های انتخابی می باشند تا میسل ها  ( ریز لقمه ها )را در میان ساختارهای دیگر تشکیل دهند. در فیلم های نازک، (کو)پلیمر های بلوکی   به عنوان ماسک هایی  در الگوی لیتوگرافی مواد نیمه هادی برای کاربرد در ذخیره سازی اطلاعات با تراکم بالا استفاده میشوند. یک چالش کلیدی این است که اندازه ویژگی را به حداقل برسانیم و تحقیقات زیادی برای این موضوع  در حال انجام است.

مهندسی کوپلیمر [ویرایش]

) Copolymerization کوپلیمریزاسیون) بمنظور اصلاح خواص پلاستیک استفاده شده و به منظور رفع نیازهای خاص مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال برای کاهش بلورینگی، اصلاح دمای انتقال شیشه، کنترل خواص ترشوندگی  و  یا بهبود حلالیت.

این روش  در تکنیک "سختی لاستیکی"  برای بهبود خواص مکانیکی  مورد استفاده قرار میگیرد. فازهای الاستومری در داخل یک ماتریس سفت و سخت به عنوان بازدارنده های ترک عمل می کنند و بنابراین قابلیت  جذب انرژی را مثلا  در مواردی که ماده فشرده میشود،  افزایش می دهند.  کریلونیتریل بوتادین استایرن  یک نمونه متداول  است.

جستار وابسته[ویرایش]

پلیمر

تولین

کربن

مونومر

پیوند به بیرون[ویرایش]

http://www.chem.rochester.edu/~chem421/copoly.htmhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/0471532053.bra007

https://www.wiley.com/en-us/Block+Copolymers+in+Solution%3A+Fundamentals+and+Applications-p-9780470015575

https://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/1992/ft/ft9928802739#!divCitation

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/copolymer

https://www.britannica.com/science/copolymer

http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php

منابع[ویرایش]

https://www.cosmeticsinfo.org/ingredient/nylon-12666-copolymer

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/0471532053.bra007

doi:10.1016/j.progpolymsci.2009.06.003

doi:10.1021/jp807668h

doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.05.003

Bibcode:1998MaMol..31.4681R