technische polymeren omvatten natuurlijke materialen zoals rubber en synthetische materialen zoals kunststoffen en elastomeren. Polymeren zijn zeer nuttige materialen omdat hun structuren kunnen worden gewijzigd en aangepast om materialen te produceren 1) met een scala aan mechanische eigenschappen 2) in een breed spectrum van kleuren en 3) met verschillende transparante eigenschappen.

Mers

een polymeer is samengesteld uit vele eenvoudige moleculen die structurele eenheden herhalen die monomeren worden genoemd. Een enkel polymeermolecuul kan uit honderden tot een miljoen monomeren bestaan en kan een lineaire, vertakte, of netwerkstructuur hebben. Covalente bindingen houden de atomen in de polymeermoleculen samen en secundaire bindingen houden dan groepen polymeerketens samen om het polymeermateriaal te vormen. Copolymeren zijn polymeren die bestaan uit twee of meer verschillende soorten monomeren.

polymeerketens (thermoplasten en Thermosets)

een polymeer is een organisch materiaal en de ruggengraat van elk organisch materiaal is een keten van koolstofatomen. Het koolstofatoom heeft vier elektronen in de buitenste schil. Elk van deze valentie-elektronen kan een covalente binding vormen met een ander koolstofatoom of een vreemd atoom. De sleutel tot de polymeerstructuur is dat twee koolstofatomen tot drie gemeenschappelijke bindingen kunnen hebben en nog steeds binden met andere atomen. De elementen die het vaakst voorkomen in polymeren en hun valentiegetallen zijn: H, F, Cl, Bf en I met 1 valentie-elektron; O en S met 2 valentie-elektronen; n met 3 valentie-elektronen en C en Si met 4 valentie-elektronen.

het vermogen van moleculen om lange ketens te vormen is van vitaal belang voor de productie van polymeren. Denk aan het materiaal polyethyleen, dat is gemaakt van ethaangas, C2H6. Ethaangas heeft twee koolstofatomen in de keten en elk van de twee koolstofatomen deelt twee valentie-elektronen met de andere. Als twee moleculen ethaan bij elkaar worden gebracht, kan een van de koolstofbindingen in elk molecuul worden verbroken en kunnen de twee moleculen worden samengevoegd met een koolstof-koolstofbinding. Nadat de twee Mers zijn samengevoegd, zijn er nog twee vrije valentie-elektronen aan elk uiteinde van de keten voor het verbinden van andere Mers of polymeerketens. Het proces kan blijven houden van meer mers en polymeren samen totdat het wordt gestopt door de toevoeging van helmstok Chemische (een terminator), die de beschikbare band aan elk uiteinde van de molecule vult. Dit wordt een lineair polymeer genoemd en is bouwsteen voor thermoplastische polymeren.

de polymeerketen wordt vaak in twee dimensies weergegeven, maar er moet worden opgemerkt dat ze een driedimensionale structuur hebben. Elke binding staat op 109° ten opzichte van de volgende en daarom strekt de koolstof ruggengraat zich door de ruimte uit als een gedraaide keten van TinkerToys. Wanneer stress wordt toegepast, rekken deze ketens uit en kan de verlenging van polymeren duizenden malen groter zijn dan in kristallijne structuren.

De lengte van de polymeerketen is zeer belangrijk. Aangezien het aantal koolstofatomen in de keten wordt verhoogd tot meer dan enkele honderden, zal het materiaal door de vloeibare toestand gaan en een wasachtige vaste stof worden. Wanneer het aantal koolstofatomen in de keten meer dan 1.000 is, wordt het vaste materiaal polyethyleen, met zijn kenmerken van sterkte, flexibiliteit en taaiheid, verkregen. De verandering in staat komt voor omdat aangezien de lengte van de molecules toeneemt, de totale bindende krachten tussen molecules ook toeneemt.

ook moet worden opgemerkt dat de moleculen over het algemeen niet recht zijn, maar een verwarde massa zijn. Thermoplastische materialen, zoals polyethyleen, kunnen worden afgebeeld als een massa van verstrengelde wormen willekeurig in een emmer gegooid. De bindkrachten zijn het resultaat van van der Waals krachten tussen moleculen en mechanische verstrengeling tussen de ketens. Wanneer thermoplasten worden verwarmd, is er meer moleculaire beweging en kunnen de bindingen tussen moleculen gemakkelijk worden verbroken. Daarom kunnen thermoplastische materialen opnieuw worden gesmolten.

Er is een andere groep polymeren waarin één enkel groot netwerk, in plaats van vele moleculen wordt gevormd tijdens de polymerisatie. Aangezien polymerisatie in eerste instantie wordt bereikt door het verwarmen van de grondstoffen en pekelen ze samen, deze groep heet thermohardende polymeren of kunststoffen. Om dit type netwerkstructuur te kunnen vormen, moeten de mers meer dan twee plaatsen hebben voor uitbening; anders is alleen een lineaire structuur mogelijk. Deze kettingen vormen verbonden structuren en ringen, en kunnen heen en weer vouwen om een gedeeltelijk kristallijne structuur aan te nemen.

aangezien deze materialen in wezen uit één reusachtig molecuul bestaan, is er geen beweging tussen moleculen wanneer de massa is ingesteld. Thermohardende polymeren zijn stijver en hebben over het algemeen een hogere sterkte dan thermoplastische polymeren. Ook, omdat er geen mogelijkheid voor beweging tussen moleculen in een thermohardende polymeer, zullen ze niet plastic worden bij verhitting.