Quando un polimero è fatto collegando solo un tipo di piccola molecola, o monomero, insieme, è chiamato un omopolimero. Quando due diversi tipi di monomeri sono uniti nella stessa catena polimerica, il polimero è chiamato copolimero. Immaginiamo ora due monomeri, che chiameremo A e B. A e B possono essere trasformati in un copolimero in molti modi diversi.
Quando i due monomeri sono disposti in modo alternato, il polimero è chiamato, naturalmente, un copolimero alternato (sotto). Un fatto interessante di questo tipo è che il rapporto dei due monomeri è esattamente 1:1. Pochissime copolimerizzazioni danno questo tipo di struttura, tuttavia.
In un copolimero casuale, i due monomeri possono seguire in qualsiasi ordine (figura sotto). Il rapporto dei monomeri incorporati nel copolimero è il risultato di una combinazione delle proprietà dei monomeri, delle condizioni di polimerizzazione e della conversione della polimerizzazione, per citare alcune variabili. Per esempio, a meno che i due monomeri abbiano esattamente la stessa reattività, sia con l’altro comonomero che con i propri monomeri, il rapporto nel prodotto NON sarà esattamente 1 a 1. Infatti, nella maggior parte dei casi non lo è, e questo comporta un cambiamento nella composizione del copolimero man mano che la reazione procede. All’inizio, il monomero più reattivo è incorporato più di quello meno reattivo.
Ma le cose cambiano man mano che i monomeri si esauriscono e la concentrazione di quello più reattivo diminuisce più velocemente/più di quella di quello meno reattivo. Le cose si pareggiano ad un certo rapporto di concentrazioni, dando un polimero che è circa 1 a 1 nella composizione. Ma ora c’è meno di quello più reattivo, quindi si consuma più velocemente man mano che la reazione continua, causando un ulteriore cambiamento del rapporto di concentrazioni fino a quando è presente soprattutto il monomero meno reattivo. I copolimeri fatti a questo punto avranno più del monomero meno reattivo. Mentre si potrebbe misurare una composizione “media” dei monomeri nel prodotto finale (usando NMR o FTIR o qualche altro metodo), la composizione delle singole catene può essere (sarà) molto diversa da quella media. Ed ecco il colpo di scena: la combinazione totale di tutte quelle catene di copolimeri, variate nella composizione come sono, determina le proprietà finali del materiale realizzato. Quindi, come si dice oggi: “È complicato…”
In un copolimero a blocchi, tutto un tipo di monomero è incorporato insieme in una parte della catena, e poi tutti gli altri vengono fatti reagire in qualche modo. Un copolimero a blocchi può essere pensato come due omopolimeri uniti a una delle estremità (sotto). Non sorprende che non sia facile o economico fare un tale copolimero, quindi in effetti, non ci sono molti esempi commerciali.
Un copolimero a blocchi che conosci molto bene, cioè, se indossi scarpe, è la gomma SBS. Si usa per le suole delle scarpe e anche per i battistrada dei pneumatici. “Blocky” significa che ha alcune delle caratteristiche di un vero copolimero a blocchi ma non è così uniforme nella composizione.
Quando le catene di un polimero fatto di monomero B sono innestate su una catena polimerica di monomero A abbiamo un copolimero da innesto (vedi figura). Ci sono diversi modi per farlo: innesto da; innesto su; o il modo più controllato di usare un “macromonomero”. Cosa? Sì, suona un po’ strano, ma stiamo parlando di una lunga catena polimerica con un singolo gruppo funzionale alla fine che può reagire con le piccole molecole di comonomero presenti per dare la struttura innestata.
Un tipo di copolimero innestato commerciale è il polistirene ad alto impatto, o HIPS in breve. Si tratta di una spina dorsale di polistirene con catene di polibutadiene innestate sulla spina. Il polistirene dà la forza al materiale, ma le catene gommose di polibutadiene gli danno la resilienza per renderlo duro e meno fragile.
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