Overview
מקור: Vy M. דונג ויאן רידל, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה
פולימרים עשויים מקרומולקולים, המורכבים מיחידות חוזרות (מה שנקרא יחידות מונומריות). בעולמנו המודרני, פולימרים ממלאים תפקיד חשוב. אחד הפולימרים החשובים הראשונים היה ניילון, שהוא פוליאמיד. הוא מצא יישום נרחב מברשות שיניים וגרביים.
Principles
ישנם שני סוגים עיקריים של פילמור. האחת היא תגובת צמיחת השרשרת, שניתן להבדיל בין פילמור רדיקלי, קטיוני, אניוני ותיאום. פילמור צעד-צמיחה היא השיטה העיקרית האחרת לעשות פולימרים. מונומרים דו-תכליתיים או רב-תכליתיים מגיבים בסופו של דבר ליצירת פולימרים. פילמור צמיחה צעד ניתן להבדיל עוד יותר לתוך פילמור עיבוי פילמור תוספת.
בנוסף פילמור, מונומרים יוסיפו זה לזה כדי ליצור את הפולימר. בעוד שבפילינג עיבוי, שני מונומרים יוסיפו תגובת עיבוי תחת שחרור מים או מולקולה קטנה אחרת כמו מימן כלורי.
בסינתזה הבאה של פוליאמיד, חומצה dicarboxylic כלוריד מתמצת עם דיאמין כדי ליצור פוליאמיד, תחת שחרורו של מימן כלוריד. הסימון 6,10 בשם פוליאמיד-6,10 משקף את מספר הפחמנים במונומר הדיאמין (שישה במקרה זה) ואת מספר הפחמנים במונומר כלוריד חומצה dicarboxylic (עשרה במקרה זה).
מאפיין אחד של פילמור צעד-צמיחה הוא התלות של אורך השרשרת ואת ההמרה של פילמור. בתחילת התגובה רוב המונומרים יתעבה בעיקר ליצירת עמעום וטרימרים. עם התקדמות נוספת, העמעום והטרימרים ישתלבו אוליגומרים ורק לאחר שיעורי המרה גבוהים, כאשר רוב המונומרים יגיבו, האוליגומרים יתעבה כדי ליצור פולימרים עם מספר גבוה של יחידות מונומריות. תופעה זו מודרה באיור 1.
איור 1. פילמור עיבוי.
בניסוי זה, הפולימיד נוצר באמצעות מה שמכונה פילמור פני השטח. בתמיסה אינומוגנית, המורכבת מפתרון מימי ואורגני, פילמור יתקיים בממשק של שתי השכבות. המונומר דיאמין מומס במים, בעוד חומצה dicarboxylic מומס בממס אורגני.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. הכנה
- כדי 250 מל, להוסיף 3 מל (14 mmol) של sebacoyl כלוריד ב 100 מל n-hexane.
- כדי 150 מל, להוסיף 4.4 גרם (38 mmol) של 1,6-diaminohexane במים מזוקקים 50 מל.
- הוסף כ 5 טיפות של פתרון פנולפתלין לפתרון 1,6-diaminohexane.
2. פילמור פני השטח
- כיסוי בזהירות הפתרון מימי עם פתרון sebacoyl כלוריד.
- שים לב כי שכבה דקה תיווצר בממשק של הפתרון המ מימי ואת הפתרון האורגני.
- שים לב כי פנולפתלין הוסיף יגרום הממשק גלוי.
3. איסוף הפולימר
- משוך את סרט הפוימיד שנוצר מהממשק עם פינצטה ועטוף אותו סביב מוט זכוכית.
- תסובב את הפולימיד על מוט הזכוכית.
- לשטוף את הפולימר עם אצטון ולאחר מכן עם כמויות גדולות של מים.
- יבש את הפולימר ב 50 °C תחת לחץ מופחת.
פולימרים סינתטיים נמצאים לא רק בכל מקום בחיי היומיום, אלא יש יישומים רבים על פני המדעים היישומיים והבסיסיים.
פילמור הוא תהליך המשמש ליצירת תרכובות מקרומולקולריות המכונות פולימרים.
מקרומולקולים אלה מורכבים ממספר רב של יחידות חוזרות המכונות מונומרים. לחומרים המורכבים ממולקולות גדולות אלה יש תכונות כימיות, מכניות ותרמיות ייחודיות.
וידאו זה ימחיש עקרונות של פילמור, הסינתזה של פולימיד-6,10, ולכסות כמה יישומים של פילמור.
ישנן מספר דרכים לסווג פילמור. דרך נפוצה היא על ידי מאפייני הצמיחה שלה, או צמיחת שרשרת או פילמור צעד צמיחה. בצמיחת שרשרת, מונומרים מתווספים לסוף שרשרת מולקולות המתארכת ללא קץ. זה ממשיך עד המונומר מותש או הצמיחה מעוכבת.
בפימור צעד-צמיחה, מונומרים דו-פונקציונליים או רב-תכליתיים מגיבים בתחילה ל-form dimers and Trimers. ככל שהתגובה ממשיכה תרכובות אלה לשלב כדי ליצור אוליגומרים גדולים יותר. התגובה נמשכת עד שנוצרות מולקולות פולימר ארוכות.
דרך נוספת לסווג פילמור מבוססת על מנגנון התגובה. קטגוריה אחת היא פילמור נוסף, שבו מונומרים להוסיף יחד ללא היווצרות של תוצר לוואי. לדוגמה, כאשר מונומר ויניל כלוריד יוצר רדיקלים חופשיים, הוא תוקף מולקולות מונומר אחרות המפיצות ברציפות מולקולת שרשרת ארוכה, המכונה פוליווינילכלוריד או PVC.
במנגנון השני, פילמור עיבוי, מולקולות עם יחידות קצה פונקציונליות משלימות מגיבות, משחררות תוצר לוואי בצורת מים או מולקולה קטנה. המגיבים יכולים להיות מונומרים, או מתווכים במשקל מולקולרי גבוה יותר.
פולימר חשוב עשוי מתהליך זה הוא פוליאמיד, הידוע יותר בשם ניילון. בסינתזה זו, חומצה dicarboxylic כלוריד מתמצת עם דיאמין כדי ליצור פוליאמיד ומשחרר מימן כלורי. ככל שהתגובה מתקדמת, מונומר נצרך כדי ליצור עמעום וטרימרים, אשר מגיבים ליצור אוליגומרים גדולים יותר. אוליגומרים יתעבה כדי ליצור פולימרים גדולים במשקל מולקולרי.
עכשיו, לאחר שהיסודות של פילמור כוסו, בואו נסתכל על תגובת עיבוי שלב הצמיחה של פוליאמיד באמצעות פילמור פני השטח; תהליך שבו פילמור מתרחש בממשק של תערובת הטרוגנית, המורכבת משלב מימי ואורגני.
ראשית, להכין את פתרונות התגובה עבור פילמור. בכוס, לערבב 3 מ"ל של סבקויל כלוריד כדי 100 מ"ל hexane. ב נפרדת, להוסיף 4.4 גרם של 1,6-diaminohexane כדי 50 מל של מים מזוקקים.
הוסף בערך 5 טיפות של פתרון פנולפתלין לפתרון diaminohexane מימית.
לאחר מכן, בזהירות לכסות את פתרון sebacoyl כלוריד על הפתרון מימי המכיל diaminohexane. שכבה דקה תיווצר בממשק של שני השלבים. הראות של השכבה משופרת על ידי פנולפתלין.
לבסוף, יש לאסוף את הפולימר. בעזרת פינצטה, משכו את סרט הפולימיד שנוצר ועטפו אותו סביב מוט זכוכית. תסובב את הפולימיד על מוט הזכוכית.
לאחר מכן לשטוף את הפולימר עם אצטון, ואחריו כמויות גדולות של מים. לאחר השלמת זה, יבש ב 50 °C (50 °F) תחת לחץ מופחת.
גדיל חלול וארוך של פוליאמיד מתקבל מתהליך זה.
פילמור משמש ביישומים מדעיים והנדסיים רבים. כאן, אנחנו מכסים חלק מהיישומים האלה.
פוטו-פילמורציה משתמשת באור כדי ליזום את התגובה. באמצעות מסכות, מבני פולימר תלת מימדיים יכולים להיות מפוברקים בצורה שכבה אחר שכבה. מערכת זו, המשתמשת במקרן דיגיטלי מדף ובשרף רגיש לתמונות, יכולה לייצר עצמים תלת-ממדיים ברזולוציה של תת-100 מיקרומטר, המאפשרים מחקרי יסוד במדעי המכניקה והחומרים, ותחומים מתפתחים כגון metamaterials טונה.
למרות ההתקדמות בסינתזה של חלקיקים, ההרכבה המסודרת של חלקיקים נותרה אתגר. ביישום זה, חלקיקי מתכת מצופים פוליסטירן-בלוק-פולי (חומצה אקרילית) הם פילמור לתוך מבני שרשרת. טכניקות סינתזת הפולימר מאפשרות שליטה באורך וברוחב של שרשראות ננו-חלקיקים.
פולימרים ביו-תואמים הפכו לכלי הכרחי במדעי הביולוגיה. לדוגמה, פילמור רב שכבתי הדרגתי של צפיפות מאפשר יצירת מטריצות בשכבות ביו-תואמות בעלות תכונות כימיות ומכאניות שונות. טכניקה זו מאפשרת מחקר ביו-רפואי ובסיסי לתגובה תאית בסביבות דו-ממדיות ותלת-ממדיות מורכבות.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על פילמור. וידאו זה כיסה מושגים בסיסיים של פילמור, הליך לסינתזת פוליאמיד ושימושים פילמור במעבדה. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
גדיל חלול וארוך של פוליאמיד מתקבל.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
ניסוי זה מציג בצורה חיה את הסינתזה של פולימר בצורה פשוטה. פילמור העיבוי של 1,6-דיאמינוהקסאן וסבקויל כלוריד נותן פולימיד-6,10, אשר פולימר בממשק של שתי שכבות נוזליות. פילמור פני השטח הזה ייצור גדיל חלול של פוליאמיד, לאחר משיכת הפולימר מהממשק ועטיפתו סביב מוט זכוכית כדי לסובב אותו.
פולימרים ופולימיד מוצאים מגוון שימושים שונים בחיי היומיום שלנו. משמש בתחילה מברשות שיניים וגרביים. כיום, פוליאמיד משמש לייצור טקסטיל, כמו מעילי גשם, בגדים חיצוניים, חלוקי מעבדה ומעילי טיסה. בשל כוחו וקשיחותו, פוליאמידים משמשים גם במצנחים, חבלי טיפוס ומפרשים. יישומים אלה הופכים את הפוליאמידים לאחד הפולימרים החשובים ביותר בשימוש כיום.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
