تشکیل شبکه پلیمری و اتصال عرضی
اتصال عرضی، زنجیرههای پلیمری را به یک شبکه پیوسته متصل میکند و یک ماده محلول و ذوبپذیر را به یک الاستومر، ترموست یا ژل نامحلول تبدیل میکند که خواص آن توسط چگالی اتصالات عرضی تعیین میشود.
Definition
اتصال عرضی عبارت است از تشکیل پیوندهای کووالانسی (یا فیزیکی قوی) بین زنجیرههای پلیمری جداگانه، و تشکیل شبکه فرآیندی است که طی آن چنین اتصالات عرضی، زنجیرهها را به یک مولکول ماکروسکوپی واحد متصل میکنند که دیگر حل نمیشود یا ذوب نمیگردد، بلکه متورم شده و به صورت الاستیک تغییر شکل میدهد.
Scope
این موضوع به شیمی و آمار تشکیل شبکه میپردازد: اتصال عرضی در طول رشد مرحلهای با مونومرهای چندعاملی، ولکانش و اتصال عرضی شیمیایی زنجیرههای از پیش تشکیل شده، نقطه ژل و واگرایی جرم مولی در ژلشدگی، تمایز بین بخشهای سل و ژل، تورم شبکههای اتصال عرضی و رابطه بین چگالی اتصال عرضی و مدول الاستومرها و ترموستها.
Core questions
- در چه میزان از واکنش، یک سیستم شاخهدار به نقطه ژل میرسد؟
- چگالی اتصال عرضی چگونه مدول، تورم و تقسیم سل/ژل را تعیین میکند؟
- ولکانش و پخت ترموست چه تفاوتی با تشکیل شبکه در طول پلیمریزاسیون دارند؟
- چرا شبکههای اتصال عرضی متورم میشوند اما حل نمیگردند؟
Key theories
- نظریه ژلشدگی فلوری-استاکمایر
- بررسی آماری تشکیل پیوند بین واحدهای چندعاملی، یک تبدیل بحرانی — نقطه ژل — را پیشبینی میکند که در آن جرم مولی میانگین وزنی واگرا میشود و یک شبکه بینهایت برای اولین بار ظاهر میگردد، و توزیع بین سل محلول و ژل نامحلول را فراتر از آن نقطه ارائه میدهد.
- الاستیسیته لاستیک و چگالی اتصال عرضی
- مدول الاستیک تعادلی یک شبکه اتصال عرضی شده متناسب با تعداد زنجیرههای شبکه در واحد حجم است، بنابراین اندازهگیری مدول یا تورم تعادلی، چگالی اتصال عرضی و جرم مولی متوسط بین اتصالات عرضی را گزارش میدهد.
Mechanisms
شبکهها یا در طول پلیمریزاسیون تشکیل میشوند، زمانی که مونومرهایی با عاملیت بیشتر از دو، نقاط شاخهای ایجاد میکنند که در نهایت به یک ساختار بینهایت متصل میشوند، یا پس از پلیمریزاسیون، زمانی که زنجیرههای از پیش تشکیل شده به هم متصل میشوند — توسط پلهای گوگردی در لاستیک ولکانش شده، توسط عوامل پخت در اپوکسیها، یا توسط تابش. با پیشرفت اتصال عرضی، جرم مولی افزایش مییابد و شاخهها تکثیر میشوند تا اینکه در نقطه ژل، یک شبکه واحد کل نمونه را در بر میگیرد؛ فراتر از آن نقطه، ماده دارای یک بخش ژل نامحلول است که با یک بخش سل محلول در حال کوچک شدن همزیستی دارد، و شبکه در حلالهای خوب تا حدی متورم میشود که توسط چگالی اتصال عرضی آن تعیین میگردد.
Clinical relevance
اتصال عرضی، الاستومرها، ترموستها و ژلهای ضروری برای مواد مدرن را ایجاد میکند: لاستیک ولکانش شده برای تایرها و درزگیرها، رزینهای اپوکسی و فنولیک برای چسبها و کامپوزیتها، و هیدروژلهای اتصال عرضی شده برای لنزهای تماسی، فوقجاذبها و داربستهای بافتی. از آنجا که یک ترموست نمیتواند دوباره ذوب شود، تشکیل شبکه همچنین تعیین میکند که آیا یک ماده با ذوب شدن قابل بازیافت است یا خیر.
History
کشف ولکانش لاستیک توسط چارلز گودیر در سال ۱۸۳۹ اولین فرآیند عملی اتصال عرضی بود، و نظریه آماری ژلشدگی توسط فلوری و به طور مستقل توسط استاکمایر در حدود سالهای ۱۹۴۱-۱۹۴۴ توسعه یافت، که نقطه ژل را پیشبینی میکرد و شاخهزایی مولکولی را به گذار سل-ژل مرتبط میساخت.
Key figures
- Paul Flory
- Walter Stockmayer
- Charles Goodyear
Related topics
Seminal works
- flory1953
- odian2004
Frequently asked questions
- نقطه ژل چیست؟
- این نقطه، میزان بحرانی واکنش است که در آن اتصال عرضی برای اولین بار یک شبکه واحد را در کل نمونه ایجاد میکند. در آن نقطه، جرم مولی میانگین وزنی واگرا میشود و ماده از یک مایع چسبناک به یک ژل نامحلول و الاستیک تغییر میکند.
- چرا یک پلیمر اتصال عرضی شده متورم میشود اما حل نمیگردد؟
- شبکه کووالانسی تمام زنجیرهها را به عنوان یک مولکول غولپیکر در کنار هم نگه میدارد، بنابراین حلال میتواند وارد شده و شبکه را منبسط کند اما نمیتواند زنجیرههای منفرد را جدا کند. میزان تورم با افزایش چگالی اتصال عرضی کاهش مییابد.