Banyak yang tertarik dengan pertanyaan tentang struktur apa yang dimiliki polimer. Jawabannya akan diberikan dalam artikel ini. Sifat polimer (selanjutnya - P) umumnya dibagi menjadi beberapa kelas tergantung pada skala di mana properti didefinisikan, serta pada dasar fisiknya. Kualitas paling dasar dari zat tersebut adalah identitas monomer penyusunnya (M). Kumpulan sifat kedua, yang dikenal sebagai struktur mikro, pada dasarnya menunjukkan susunan Ms ini dalam P pada skala satu Z. Karakteristik struktural dasar ini memainkan peran utama dalam menentukan sifat fisik massal zat ini, yang menunjukkan bagaimana P berperilaku sebagai bahan makroskopik. Sifat kimia pada skala nano menggambarkan bagaimana rantai berinteraksi melalui berbagai kekuatan fisik. Pada skala makro, mereka menunjukkan bagaimana basa P berinteraksi dengan bahan kimia dan pelarut lain.
Identitas
Identitas tautan berulang yang membentuk P adalah yang pertama danatribut yang paling penting. Nomenklatur zat ini biasanya didasarkan pada jenis residu monomer yang menyusun P. Polimer yang hanya mengandung satu jenis unit berulang dikenal sebagai homo-P. Pada saat yang sama, Ps yang mengandung dua atau lebih jenis unit berulang dikenal sebagai kopolimer. Terpolimer mengandung tiga jenis unit berulang.
Polystyrene, misalnya, hanya terdiri dari residu styrene M dan oleh karena itu diklasifikasikan sebagai Homo-P. Etilen vinil asetat, di sisi lain, mengandung lebih dari satu jenis unit berulang dan dengan demikian merupakan kopolimer. Beberapa P biologis terdiri dari banyak residu monomer yang berbeda tetapi terkait secara struktural; misalnya, polinukleotida seperti DNA terdiri dari empat jenis subunit nukleotida.
Molekul polimer yang mengandung subunit yang dapat terionisasi dikenal sebagai polielektrolit atau ionomer.
Mikrostruktur
Struktur mikro polimer (kadang-kadang disebut konfigurasi) terkait dengan susunan fisik residu M di sepanjang rantai utama. Ini adalah elemen struktur P yang membutuhkan pemutusan ikatan kovalen untuk berubah. Struktur memiliki pengaruh yang kuat pada sifat-sifat P lainnya. Misalnya, dua sampel karet alam dapat menunjukkan daya tahan yang berbeda meskipun molekulnya mengandung monomer yang sama.
Struktur dan sifat polimer
Poin ini sangat penting untuk diklarifikasi. Fitur mikrostruktur penting dari struktur polimer adalah arsitektur dan bentuknya, yang terkait dengan bagaimanatitik cabang menyebabkan penyimpangan dari rantai linier sederhana. Molekul bercabang zat ini terdiri dari rantai utama dengan satu atau lebih rantai samping atau cabang substituen. Jenis Ps bercabang termasuk Ps bintang, Ps sisir, Ps sikat, Ps dendronisasi, Ps tangga, dan dendrimer. Ada juga polimer dua dimensi yang terdiri dari unit berulang yang datar secara topologi. Berbagai teknik dapat digunakan untuk mensintesis bahan-P dengan berbagai jenis perangkat, seperti polimerisasi hidup.
Kualitas lain
Komposisi dan struktur polimer dalam ilmu polimer terkait dengan bagaimana percabangan menyebabkan penyimpangan dari rantai-P yang sangat linier. Percabangan dapat terjadi secara acak, atau reaksi dapat dirancang untuk menargetkan arsitektur tertentu. Ini adalah fitur mikrostruktur yang penting. Arsitektur polimer mempengaruhi banyak sifat fisiknya, termasuk larutan dan viskositas leleh, kelarutan dalam berbagai komposisi, suhu transisi gelas, dan ukuran kumparan P individu dalam larutan. Hal ini penting untuk mempelajari komponen yang terkandung dan struktur polimer.
Percabangan
Cabang dapat terbentuk ketika ujung molekul polimer yang tumbuh menempel (a) kembali ke dirinya sendiri atau (b) ke untai P lain, keduanya, melalui penarikan hidrogen, dapat menciptakan zona pertumbuhan untuk bagian tengah rantai.
Efek percabangan - ikatan silang kimia -pembentukan ikatan kovalen antar rantai. Crosslinking cenderung meningkatkan Tg dan meningkatkan kekuatan dan ketangguhan. Di antara kegunaan lain, proses ini digunakan untuk memperkuat karet dalam proses yang dikenal sebagai vulkanisasi, yang mengandalkan ikatan silang belerang. Ban mobil, misalnya, memiliki kekuatan dan ikatan silang yang tinggi untuk mengurangi kebocoran udara dan meningkatkan daya tahannya. Karet, di sisi lain, tidak saling terkait, yang memungkinkan karet terkelupas dan mencegah kerusakan pada kertas. Polimerisasi belerang murni pada suhu yang lebih tinggi juga menjelaskan mengapa ia menjadi lebih kental pada suhu yang lebih tinggi dalam keadaan cair.
Kisi
Molekul polimer dengan ikatan silang tinggi disebut jaringan-P. Rasio crosslink-to-strand (C) yang cukup tinggi dapat mengarah pada pembentukan apa yang disebut jaringan atau gel tak terbatas, di mana setiap cabang tersebut terkait setidaknya satu sama lain.
Dengan perkembangan polimerisasi hidup yang berkelanjutan, sintesis zat-zat ini dengan arsitektur tertentu menjadi lebih mudah. Arsitektur seperti bintang, sisir, sikat, dendronisasi, dendrimer dan polimer cincin dimungkinkan. Senyawa kimia dengan arsitektur kompleks ini dapat disintesis baik menggunakan senyawa awal yang dipilih secara khusus, atau pertama dengan mensintesis rantai linier yang mengalami reaksi lebih lanjut untuk dihubungkan satu sama lain. Knotted Ps terdiri dari banyak siklisasi intramolekullink dalam satu P-chain (PC).
Percabangan
Secara umum, semakin tinggi derajat percabangan, semakin kompak rantai polimernya. Mereka juga mempengaruhi belitan rantai, kemampuan untuk meluncur melewati satu sama lain, yang pada gilirannya mempengaruhi sifat fisik massal. Strain rantai panjang dapat meningkatkan kekuatan polimer, ketangguhan, dan suhu transisi gelas (Tg) karena peningkatan jumlah ikatan dalam senyawa. Di sisi lain, nilai Z yang acak dan pendek dapat mengurangi kekuatan material karena pelanggaran kemampuan rantai untuk berinteraksi satu sama lain atau mengkristal, yang disebabkan oleh struktur molekul polimer.
Contoh efek percabangan pada sifat fisik dapat ditemukan di polietilen. High density polyethylene (HDPE) memiliki tingkat percabangan yang sangat rendah, relatif kaku dan digunakan dalam pembuatan, misalnya, rompi anti peluru. Di sisi lain, polietilen densitas rendah (LDPE) memiliki sejumlah besar untaian panjang dan pendek, relatif fleksibel, dan digunakan dalam aplikasi seperti film plastik. Struktur kimia polimer mendukung aplikasi seperti itu.
Dendrimers
Dendrimer adalah kasus khusus dari polimer bercabang, di mana setiap unit monomer juga merupakan titik cabang. Ini cenderung mengurangi belitan dan kristalisasi rantai antarmolekul. Arsitektur terkait, polimer dendritik, tidak bercabang sempurna tetapi memiliki sifat yang mirip dengan dendrimerkarena tingkat percabangannya yang tinggi.
Tingkat kerumitan struktural yang terjadi selama polimerisasi mungkin bergantung pada fungsionalitas monomer yang digunakan. Sebagai contoh, pada polimerisasi radikal bebas stirena, penambahan divinilbenzena yang memiliki fungsi 2 akan menyebabkan pembentukan P bercabang.
Teknik polimer
Polimer yang direkayasa mencakup bahan alami seperti karet, sintetis, plastik, dan elastomer. Mereka adalah bahan baku yang sangat berguna karena strukturnya dapat diubah dan disesuaikan untuk menghasilkan bahan:
- dengan berbagai sifat mekanik;
- dalam berbagai warna;
- dengan sifat transparansi yang berbeda.
Struktur molekul polimer
Sebuah polimer terdiri dari banyak molekul sederhana yang mengulang unit struktural yang disebut monomer (M). Satu molekul zat ini dapat terdiri dari ratusan hingga jutaan M dan memiliki struktur linier, bercabang atau jaringan. Ikatan kovalen menyatukan atom-atom dan ikatan sekunder kemudian menyatukan kelompok rantai polimer untuk membentuk polimaterial. Kopolimer adalah jenis zat ini, terdiri dari dua atau lebih jenis M.
Polimer adalah bahan organik, dan dasar dari semua jenis zat tersebut adalah rantai atom karbon. Sebuah atom karbon memiliki empat elektron di kulit terluarnya. Masing-masing elektron valensi ini dapat membentuk kovalenikatan dengan atom karbon lain atau dengan atom asing. Kunci untuk memahami struktur polimer adalah bahwa dua atom karbon dapat memiliki hingga tiga ikatan yang sama dan masih terikat dengan atom lain. Unsur-unsur yang paling banyak ditemukan dalam senyawa kimia ini dan nomor valensinya adalah: H, F, Cl, Bf dan I dengan elektron valensi 1; O dan S dengan 2 elektron valensi; n dengan 3 elektron valensi dan C dan Si dengan 4 elektron valensi.
Contoh polietilen
Kemampuan molekul untuk membentuk rantai panjang sangat penting untuk membuat polimer. Perhatikan bahan polietilen, yang terbuat dari gas etana, C2H6. Gas etana memiliki dua atom karbon dalam rantai, dan masing-masing memiliki dua elektron valensi dengan yang lain. Jika dua molekul etana terikat bersama, salah satu ikatan karbon di setiap molekul dapat terputus, dan kedua molekul dapat bergabung dengan ikatan karbon-karbon. Setelah dua meter terhubung, dua elektron valensi bebas tersisa di setiap ujung rantai untuk menghubungkan meter atau untai P lainnya. Proses ini dapat terus menghubungkan lebih banyak meter dan polimer bersama-sama sampai dihentikan dengan penambahan bahan kimia lain (terminator) yang mengisi ikatan yang tersedia di setiap ujung molekul. Ini disebut polimer linier dan merupakan bahan penyusun senyawa termoplastik.
Rantai polimer sering ditampilkan dalam dua dimensi, tetapi perlu dicatat bahwa mereka memiliki struktur polimer tiga dimensi. Setiap mata rantai membentuk sudut 109° terhadapberikutnya, dan karenanya tulang punggung karbon mengalir melalui ruang angkasa seperti rantai TinkerToys yang bengkok. Ketika tegangan diterapkan, rantai ini meregang, dan perpanjangan P bisa ribuan kali lebih besar daripada struktur kristal. Ini adalah fitur struktural dari polimer.
