Polimer industri utama , sebatian kimia yang digunakan dalam pembuatan bahan industri sintetik.
Dalam pengeluaran komersial plastik, elastomer, serat buatan manusia, pelekat, dan lapisan permukaan, pelbagai jenis polimer digunakan. Terdapat banyak cara untuk mengklasifikasikan sebatian ini. Dalam artikel polimer industri, kimia, polimer dikategorikan mengikut sama ada ia terbentuk melalui reaksi pertumbuhan rantai atau pertumbuhan langkah. Dalam plastik (termoplastik dan termosetting resin), polimer dibahagi antara yang larut dalam pelarut selektif dan dapat dilembutkan secara terbalik oleh haba (termoplastik) dan yang membentuk rangkaian tiga dimensi yang tidak larut dan tidak dapat dilembutkan oleh haba tanpa penguraian (termoset). Dalam artikel serat buatan manusia, serat diklasifikasikan sama ada dibuat dari polimer semula jadi yang diubah atau dibuat dari polimer sintetik sepenuhnya.
Dalam artikel ini, polimer utama yang digunakan secara komersial dibahagikan dengan komposisi "tulang belakang" mereka, rantai unit berulang yang berkaitan yang membentuk makromolekul. Dikelaskan mengikut komposisi, polimer industri adalah polimer rantai karbon (juga disebut vinil) atau polimer heterokain (juga disebut rantai bukan karbon, atau bukan vinil). Dalam polimer rantai karbon, seperti namanya, tulang belakang terdiri daripada hubungan antara atom karbon; dalam polimer heterokain sejumlah elemen lain dihubungkan bersama di tulang belakang, termasuk oksigen, nitrogen, sulfur, dan silikon.
Polimer rantai karbon
Poliolefin dan polimer yang berkaitan
Sejauh ini polimer industri yang paling penting (sebagai contoh, hampir semua plastik komoditi) adalah olefin yang dipolimerisasi. Olefin adalah hidrokarbon (sebatian yang mengandungi hidrogen [H] dan karbon [C]) yang molekulnya mengandungi sepasang atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan berganda. Selalunya berasal dari gas asli atau dari bahan bakar petroleum dengan berat molekul rendah, ia termasuk etilena, propilena, dan butena (butilena).
Molekul Olefin biasanya diwakili oleh formula kimia CH 2 = CHR, dengan R mewakili atom atau kumpulan molekul loket dengan komposisi yang berbeza-beza. Sebagai unit berulang molekul polimer, struktur kimianya dapat ditunjukkan sebagai:
Komposisi dan struktur R menentukan sebilangan besar sifat yang mungkin akan ditunjukkan oleh polimer.
Polietilena (PE)
Etilena, yang biasanya dihasilkan oleh retakan gas etana, menjadi asas bagi kelas plastik terbesar, polietilena. Monomer etilena mempunyai komposisi kimia CH 2 = CH 2 ; sebagai unit polietilena berulang mempunyai struktur kimia berikut:
Struktur sederhana ini boleh dihasilkan dalam bentuk linier atau bercabang seperti yang digambarkan dalam Gambar 1 dan 2. Versi bercabang dikenali sebagai polietilena berketumpatan rendah (LDPE) atau polietilena berketumpatan rendah linear (LLDPE); versi linear dikenali sebagai polietilena berketumpatan tinggi (HDPE) dan polietilena berat molekul ultrahigh (UHMWPE).
Pada tahun 1899 seorang ahli kimia Jerman, Hans von Pechmann, memerhatikan pembentukan endapan putih semasa autodecomposisi diazomethane dalam eter. Pada tahun 1900 sebatian ini dikenal pasti oleh ahli kimia Jerman Eugen Bamberger dan Friedrich Tschirner sebagai polimetilena ([CH 2 ] n ), sebuah polimer yang hampir sama dengan polietilena. Pada tahun 1935 ahli kimia Inggeris Eric Fawcett dan Reginald Gibson memperoleh PE yang berlilin dan padat ketika cuba bertindak balas etilena dengan benzaldehid pada tekanan tinggi. Oleh kerana produk tersebut mempunyai potensi penggunaan yang sedikit, pengembangannya lambat. Akibatnya, PE industri pertama - sebenarnya LDPE bercabang tidak teratur - tidak dihasilkan sehingga tahun 1939 oleh Imperial Chemical Industries (ICI). Ia pertama kali digunakan semasa Perang Dunia II sebagai penebat kabel radar.
Pada tahun 1930 Carl Shipp Marvel, seorang ahli kimia Amerika yang bekerja sebagai perunding di EI du Pont de Nemours & Company, Inc., menemui produk berkepadatan tinggi, tetapi DuPont gagal mengenali potensi bahan tersebut. Ia diserahkan kepada Karl Ziegler dari Kaiser Wilhelm (sekarang Max Planck) Institut Penyelidikan Batubara di Mülheim an der Ruhr, Ger., Untuk memenangi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1963 kerana mencipta HDPE linear — yang sebenarnya dihasilkan oleh Ziegler dengan Erhard Holzkamp di 1953, mengkatalisis reaksi pada tekanan rendah dengan sebatian organometallic yang kini dikenali sebagai pemangkin Ziegler. Dengan menggunakan kaedah pemangkin dan polimerisasi yang berbeza, para saintis kemudian menghasilkan PE dengan pelbagai sifat dan struktur. LLDPE, misalnya, diperkenalkan oleh Syarikat Petroleum Phillips pada tahun 1968.
LDPE disediakan dari etilena gas di bawah tekanan yang sangat tinggi (hingga 350 megapascals, atau 50,000 pound per inci persegi) dan suhu tinggi (hingga 350 ° C, atau 660 ° F) dengan kehadiran pemula peroksida. Proses ini menghasilkan struktur polimer dengan cabang panjang dan pendek. Hasilnya, LDPE hanya sebahagiannya kristal, menghasilkan bahan dengan fleksibiliti tinggi. Kegunaan utamanya adalah dalam pembungkusan filem, sampah dan beg runcit, mulsa pertanian, penebat wayar dan kabel, botol pemeras, mainan, dan peralatan rumah tangga.
Sebilangan LDPE ditindak balas dengan klorin (Cl) atau dengan klorin dan sulfur dioksida (SO 2 ) untuk memperkenalkan kumpulan klorin atau klorosulfonil di sepanjang rantai polimer. Pengubahsuaian sedemikian menghasilkan polietilena berklorin (CM) atau polietilena klorosulfonasi (CSM), bahan yang hampir tidak kristal dan elastik. Dalam proses yang serupa dengan pemvulkanan, penghubung silang molekul dapat dilakukan melalui kumpulan klorin atau klorosulfonil, menjadikan bahan menjadi pepejal getah. Kerana rantai polimer utama mereka tepu, elastomer CM dan CSM sangat tahan terhadap pengoksidaan dan serangan ozon, dan kandungan klorinnya memberikan sedikit ketahanan api dan tahan terhadap pembengkakan oleh minyak hidrokarbon. Mereka digunakan terutamanya untuk selang, tali pinggang, meterai tahan panas, dan kain bersalut.
LLDPE secara struktural serupa dengan LDPE. Ia dibuat dengan kopolimerisasi etilena dengan 1-butena dan jumlah 1-heksena dan 1-oktena yang lebih kecil, menggunakan pemangkin Ziegler-Natta atau metallosen. Struktur yang dihasilkan mempunyai tulang belakang linier, tetapi mempunyai cabang pendek dan seragam yang, seperti cabang LDPE yang lebih panjang, menghalang rantai polimer daripada berkemas rapat. Kelebihan utama LLDPE ialah keadaan polimerisasi kurang intensif tenaga dan sifat polimer dapat diubah dengan mengubah jenis dan jumlah komonomer (monomer yang dikolimerisasi dengan etilena). Secara keseluruhan, LLDPE mempunyai sifat yang serupa dengan LDPE dan bersaing untuk pasaran yang sama.
HDPE dihasilkan pada suhu dan tekanan rendah menggunakan pemangkin Ziegler-Natta dan metallosen atau kromium oksida aktif (dikenali sebagai pemangkin Phillips). Kekurangan cabang membolehkan rantai polimer berkumpul rapat, menghasilkan bahan kristal yang padat dengan kekuatan tinggi dan kekakuan sederhana. Kegunaan merangkumi botol yang dibentuk dengan pukulan untuk susu dan pembersih isi rumah dan balang yang dibentuk suntikan, penutup botol, tempat perkakas, dan mainan.
UHMWPE dibuat dengan berat molekul 3 juta hingga 6 juta unit atom, berbanding 500,000 unit atom untuk HDPE. Polimer-polimer ini dapat dipintal menjadi serat dan ditarik, atau diregangkan, ke keadaan yang sangat kristal, menghasilkan kekakuan tinggi dan kekuatan tegangan berkali-kali daripada keluli. Benang yang diperbuat daripada serat ini ditenun menjadi rompi kalis peluru.
