Engineering polymers include natural materials like rubber and synteettic materials like plastics and elastomeers. Polymeerit ovat erittäin hyödyllisiä materiaaleja, koska niiden rakenteita voidaan muuttaa ja räätälöidä tuottamaan materiaaleja 1) joilla on erilaisia mekaanisia ominaisuuksia 2) laajassa värikirjossa ja 3) joilla on erilaiset läpinäkyvät ominaisuudet.

Mers

polymeeri koostuu monista yksinkertaisista molekyyleistä, jotka toistuvat rakenneyksiköinä, joita kutsutaan monomeereiksi. Yksittäinen polymeerimolekyyli voi koostua sadoista miljooniin monomeereihin ja sen rakenne voi olla lineaarinen, haarautunut tai verkostomainen. Kovalenttiset sidokset pitävät polymeerimolekyylien atomit koossa ja toissijaiset sidokset pitävät sitten polymeeriketjujen ryhmät koossa muodostaen polymeerimateriaalin. Kopolymeerit ovat polymeerejä, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta erityyppisestä monomeeristä.

polymeeriketjut (termoplastit ja Termosetit)

polymeeri on orgaaninen materiaali ja jokaisen orgaanisen materiaalin selkäranka on hiiliatomien ketju. Hiiliatomilla on ulkokuoressa neljä elektronia. Kukin näistä valenssielektroneista voi muodostaa kovalenttisen sidoksen toiseen hiiliatomiin tai vieraaseen atomiin. Polymeerirakenteen avain on se, että kahdella hiiliatomilla voi olla jopa kolme yhteistä sidosta ja silti sidos muiden atomien kanssa. Polymeereissä useimmin esiintyvät alkuaineet ja niiden valenssiluvut ovat: H, F, Cl, Bf ja I 1 valenssielektronilla; O ja S 2 valenssielektronilla; n 3 valenssielektronilla ja C ja Si 4 valenssielektronilla.

molekyylien kyky muodostaa pitkiä ketjuja on välttämätön polymeerien tuottamiselle. Harkitse materiaali polyeteeni, joka on valmistettu etaanikaasusta, C2H6. Etaanikaasulla on ketjussa kaksi hiiliatomia ja kummallakin hiiliatomilla on kaksi valenssielektronia toistensa kanssa. Jos kaksi etaanimolekyyliä yhdistyy, yksi kunkin molekyylin hiilisidoksista voi katketa ja kaksi molekyyliä voidaan yhdistää hiilestä hiilisidokseen. Kahden mers: n yhdistymisen jälkeen ketjun kummassakin päässä on vielä kaksi vapaata valenssielektronia muiden mers-tai polymeeriketjujen yhdistämistä varten. Prosessi voi jatkaa pitämistä enemmän mers ja polymeerit yhdessä, kunnes se pysäytetään lisäämällä anther kemikaali (terminaattori), joka täyttää käytettävissä sidos molekyyli kummassakin päässä. Tätä kutsutaan lineaariseksi polymeeriksi ja se on termoplastisten polymeerien rakennuspalikka.

polymeeriketju esitetään usein kahdessa ulottuvuudessa, mutta on huomattava, että niillä on kolmiulotteinen rakenne. Jokainen sidos on 109°: ssa seuraavaan ja siksi hiilirunko ulottuu avaruuden läpi kuin kiertynyt Helinä-keijujen ketju. Jännityksessä nämä ketjut venyvät ja polymeerien venymä voi olla tuhansia kertoja suurempi kuin kiteisissä rakenteissa.

polymeeriketjun pituudella on suuri merkitys. Kun hiiliatomien määrä ketjussa kasvaa yli useisiin satoihin, aine läpäisee nestemäisen olomuodon ja muuttuu vahamaiseksi kiinteäksi aineeksi. Kun hiiliatomeja ketjussa on yli 1000, saadaan kiinteäksi aineeksi polyeteeniä, jonka ominaisuudet ovat lujuus, joustavuus ja sitkeys. Tilan muutos tapahtuu, koska molekyylien pituuden kasvaessa myös molekyylien väliset kokonaissitoutumisvoimat kasvavat.

on myös huomattava, että molekyylit eivät yleensä ole suoria, vaan ovat takkuista massaa. Termoplastiset materiaalit, kuten polyeteeni, voidaan kuvata massana toisiinsa kietoutuneita matoja, jotka heitetään satunnaisesti ämpäriin. Sidosvoimat ovat seurausta molekyylien välisistä van der Waalsin voimista ja ketjujen välisestä mekaanisesta takertumisesta. Kun termoplasteja kuumennetaan, molekyylit liikkuvat enemmän ja molekyylien väliset sidokset voivat helposti katketa. Siksi termoplastiset materiaalit voidaan sulattaa uudelleen.

on toinenkin polymeeriryhmä, jossa polymeroitumisessa muodostuu monien molekyylien sijaan yksi suuri verkosto. Koska polymerointi tapahtuu aluksi kuumentamalla raaka-aineet ja bringaamalla ne yhteen, tätä ryhmää kutsutaan lämpökovettuviksi polymeereiksi tai muoveiksi. Jotta tällainen verkkorakenne muodostuisi, mers-järjestelmässä on oltava enemmän kuin kaksi luuttomuuden tapahtumapaikkaa; muuten vain lineaarinen rakenne on mahdollinen. Nämä ketjut muodostavat nivelikkäitä rakenteita ja renkaita, ja ne voivat taittua edestakaisin ottaakseen osittain kiderakenteen.

koska nämä aineet koostuvat olennaisesti yhdestä jättiläismolekyylistä, molekyylien välillä ei tapahdu liikettä massan asettuessa. Termoplastiset polymeerit ovat jäykempiä ja niiden lujuus on yleensä suurempi kuin termoplastisten polymeerien. Koska myöskään lämpökovettuvassa polymeerissä ei ole mahdollisuutta molekyylien väliseen liikkeeseen, ne eivät muutu muoviksi kuumennettaessa.