Kun polymeeri valmistetaan liittämällä yhteen vain yhdenlaista pientä molekyyliä eli monomeeria, sitä kutsutaan homopolymeeriksi. Kun kaksi erityyppistä monomeeria yhdistetään samaan polymeeriketjuun, polymeeriä kutsutaan kopolymeeriksi. Kuvitellaan nyt kaksi monomeeria, joita kutsutaan A:ksi ja B:ksi. A:sta ja B:stä voidaan tehdä kopolymeeri monella eri tavalla.
Kun kaksi monomeeria järjestetään vuorotellen, polymeeriä kutsutaan tietenkin vuorottelevaksi kopolymeeriksi (alla). Yksi mielenkiintoinen seikka tässä tyypissä on se, että kahden monomeerin suhde on täsmälleen 1:1. Hyvin harvat kopolymerisaatiot antavat kuitenkin tämäntyyppisen rakenteen.
Sattumanvaraisessa kopolymeerissä kaksi monomeeria voi seurata missä tahansa järjestyksessä (kuva alla). Kopolymeeriin sisällytettyjen monomeerien suhde on seurausta monomeerien ominaisuuksien, polymerointiolosuhteiden ja polymeroinnin konversion yhdistelmästä, muutamia muuttujia mainitakseni. Jos esimerkiksi kahdella monomeerillä ei ole täsmälleen samanlaista reaktiivisuutta sekä toisen komonomerin että omien monomeeriensä kanssa, suhde tuotteessa EI ole täsmälleen 1:1. Itse asiassa useimmissa tapauksissa se ei ole, ja tämä johtaa kopolymeerin koostumuksen muuttumiseen reaktion edetessä. Alussa reaktiivisempi monomeeri sitoutuu enemmän kuin vähemmän reaktiivinen monomeeri.
Mutta tilanne muuttuu, kun monomeerit kuluvat loppuun ja reaktiivisemman monomeerin pitoisuus pienenee nopeammin/enemmän kuin vähemmän reaktiivisen. Asiat tasoittuvat jossain pitoisuuksien suhteessa, jolloin saadaan polymeeriä, jonka koostumus on noin 1:1. Nyt reaktiivisempaa monomeeria on kuitenkin vähemmän, joten se kuluu nopeammin reaktion edetessä, jolloin pitoisuuksien suhde muuttuu entisestään, kunnes jäljellä on lähinnä vain vähemmän reaktiivista monomeeria. Tässä vaiheessa valmistetuissa kopolymeereissä on enemmän vähemmän reaktiivista monomeeria. Vaikka lopputuotteesta saatetaankin mitata monomeerien ”keskimääräinen” koostumus (käyttämällä NMR- tai FTIR-kuvausta tai jotain muuta menetelmää), yksittäisten ketjujen koostumus voi olla (tulee olemaan) paljon erilainen kuin tämä keskiarvo. Ja tässä on juju: kaikkien näiden koostumukseltaan erilaisten kopolymeeriketjujen kokonaisyhdistelmä määrää valmistetun materiaalin lopulliset ominaisuudet. Joten kuten nykyään sanotaan: ”Se on monimutkaista…”
Blokkikopolymeerissä kaikki yhdenlaiset monomeerit yhdistetään yhteen ketjun osaan, ja sitten kaikki muut reagoivat jotenkin. Lohkokopolymeerin voidaan ajatella olevan kaksi homopolymeeriä, jotka on liitetty yhteen toisesta päästä (alla). Ei ole yllättävää, että tällaisen kopolymeerin valmistaminen ei ole helppoa tai halpaa, joten kaupallisia esimerkkejä ei itse asiassa ole montaa.
Blokkikopolymeeri, jonka tunnet hyvin, eli jos käytät kenkiä, on SBS-kumi. Sitä käytetään kengänpohjissa ja myös renkaiden kulutuspinnoissa. ”Lohkomainen” tarkoittaa, että sillä on joitakin todellisen lohkokopolymeerin ominaisuuksia, mutta se ei ole koostumukseltaan yhtä yhtenäinen.
Kun monomeeristä B valmistetun polymeerin ketjuja on vartettu monomeeristä A valmistetun polymeeriketjun päälle, on kyseessä varttamiskopolymeeri (ks. kuva). Tämä voidaan tehdä usealla eri tavalla: varttamalla mistä; varttamalla mihin; tai kontrolloidusti käyttämällä ”makromonomeria”. Mitä? Joo, kuulostaa vähän oudolta, mutta kyse on pitkästä polymeeriketjusta, jonka päässä on yksi funktionaalinen ryhmä, joka voi reagoida läsnä olevien pienten komonomerimolekyylien kanssa ja saada aikaan varttuneen rakenteen.
Ensimmäinen kaupallinen varttamiskopolymeeri on iskunkestävä polystyreeni, tai lyhyesti HIPS. Se on polystyreenirunko, johon on vartettu polybutadieeniketjuja. Polystyreeni antaa materiaalille lujuutta, mutta kumimaiset polybutadieeniketjut antavat materiaalille elastisuutta, mikä tekee siitä sitkeän ja vähemmän hauraan.
 |
Paluu kolmannen tason hakemistoon |
|
Paluu makrogalleriahakemistoon |