Tabla de Contenidos
Polimer to makrocząsteczka, to znaczy cząsteczka złożona z setek lub tysięcy atomów, która powstaje z kolejnego połączenia tej samej małej cząsteczki. Termin „polimer” pochodzi od połączenia greckiego przedrostka poli , co oznacza „dużo”, z przyrostkiem mer , co oznacza „część”. Słowo to zostało ukute przez szwedzkiego chemika Jonsa Jacoba Berzeliusa w 1833 roku.
Rozwój polimerów
Naturalne polimery były używane od niepamiętnych czasów, ale zdolność do syntezy polimerów jest niedawnym osiągnięciem. Pierwszym materiałem opracowanym z polimeru była nitroceluloza . Proces ten został opracowany w 1862 roku przez brytyjskiego chemika Alexandra Parkesa: połączył on naturalną celulozę z kwasem azotowym i rozpuszczalnikiem, a następnie potraktował kamforą otrzymany celuloid , polimer szeroko stosowany w przemyśle filmowym. Rozpuszczenie nitrocelulozy w eterze i alkoholu daje kolodion ; ten polimer był używany jako opatrunek chirurgiczny.
Wulkanizacja gumy była kolejnym kamieniem milowym w rozwoju polimerów. Niemiecki chemik Friedrich Ludersdorf i amerykański wynalazca Nathaniel Hayward stwierdzili, że dodanie siarki do kauczuku naturalnego znacznie poprawiło jego właściwości. Proces wulkanizacji kauczuku poprzez dodanie siarki i zastosowanie ciepła został opisany przez brytyjskiego inżyniera Thomasa Hancocka w 1843 roku i amerykańskiego chemika Charlesa Goodyeara w 1844 roku.
W 1926 roku Hermann Staudinger wyjaśnił budowę chemiczną tych materiałów i zaproponował obowiązującą do dziś strukturę polistyrenu i polioksymetylenu . Jego model ustalił, że powstały długie łańcuchy atomów utworzone przez powtarzające się łączenie poprzez wiązania kowalencyjne małej cząsteczki. Hermann Staudinger otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1953 roku za swoją pracę.
Jak powstają polimery?
Tworzenie polimeru, czyli polimeryzacja, jest reakcją chemiczną, w której w małej cząsteczce powstają dwa wiązania, na ogół wiązania kowalencyjne, w których łączą się inne jednostki tej samej cząsteczki. Proces ten powtarza się wiele razy, tworząc długi łańcuch atomów. Cząsteczka tworząca polimer nazywana jest monomerem .
Spójrzmy na przykład: polietylen, szeroko stosowane tworzywo sztuczne, które jest najprostszym polimerem.
Monomerem polietylenu jest etylen, prosta cząsteczka organiczna, która ma dwa atomy węgla połączone podwójnym wiązaniem oraz dwa atomy wodoru przyłączone do każdego atomu węgla, jak pokazano na powyższym rysunku. Wiązania węglowe są kowalencyjne. Jeśli podwójne wiązanie zostanie zerwane, każdy z atomów węgla ma wiązanie kowalencyjne dostępne do łączenia innych atomów tworzących jednostkę strukturalną, jak pokazano na poniższym rysunku.
Powtarzające się połączenie tej jednostki strukturalnej generuje długą liniową cząsteczkę, bez rozgałęzień: polietylen (patrz poniższy rysunek).
Innym przykładem jest otrzymywanie polistyrenu, polimeru o wielu zastosowaniach. Monomerem polistyrenu jest styren, cząsteczka, która ma pierścień benzenowy połączony z dwoma atomami węgla wiązaniem podwójnym. Podobnie jak w przypadku polietylenu, zerwanie podwójnego wiązania tworzy jednostkę strukturalną, która po wielokrotnym połączeniu tworzy długi łańcuch tworzący polistyren (patrz poniższy rysunek).
polimery
W przyrodzie istnieje wiele materiałów i cząsteczek generowanych przez żywe istoty, które są polimerami. Białka, kwasy nukleinowe, DNA, polisacharydy, takie jak celuloza, to przykłady polimerów naturalnych. Jak już widzieliśmy, inne polimery, takie jak nitroceluloza i wulkanizowana guma, są polimerami sztucznymi otrzymywanymi z polimerów naturalnych. Sztuczne polimery są otrzymywane w laboratoriach i na skalę przemysłową w wyniku reakcji chemicznych; polichlorek winylu (PVC), polietylen, polistyren, neopren i nylon to tylko niektóre przykłady szerokiego spektrum sztucznych polimerów wykorzystywanych w wielu różnych zastosowaniach.
Sztuczne polimery dzielą się na dwie kategorie: polimery termoplastyczne i polimery termoutwardzalne . Polimery można otrzymać w wyniku reakcji chemicznej lub z mieszaniny substancji stałych lub z roztworu, w którym polimeryzację indukuje się ciepłem lub promieniowaniem gamma, w reakcji nieodwracalnej.
- Po zakończeniu reakcji polimery termoutwardzalne stają się sztywne i degradują lub rozkładają się bez mięknięcia po podgrzaniu powyżej określonej temperatury. Żywice epoksydowe, poliester, żywice akrylowe i poliuretan są polimerami termoutwardzalnymi, podobnie jak bakelit, kevlar i wulkanizowana guma.
- Polimery termoplastyczne, w przeciwieństwie do termoutwardzalnych, są elastyczne i miękną oraz topią się powyżej określonej temperatury, co umożliwia ich formowanie. Niektóre przykłady polimerów termoplastycznych to nylon, teflon, polietylen i polipropylen.
Jednym z zastosowań sztucznych polimerów jest wytwarzanie włókien, z których wykonuje się tkaniny. Polimery te muszą mieć wysoką elastyczność, aby umożliwić manipulowanie nimi w procesach produkcyjnych iw ich ostatecznym zastosowaniu, oraz niską rozciągliwość, aby zachować swoje wymiary. Innym zastosowaniem polimerów są kleje; W takim przypadku polimeryzacja musi zachodzić podczas nakładania produktu, na przykład poprzez reakcję chemiczną z parą wodną w powietrzu lub na częściach, na które nakładany jest klej, jak ma to miejsce w przypadku cyjanoakrylanów stosowanych w zastosowaniach domowych, przemysłowych i do zamykania ran . Elastomery to kolejne szeroko rozpowszechnione zastosowanie polimerów; Są to materiały, które odkształcają się pod wpływem siły.
Powłoki, farby, części i komponenty tworzące mechanizmy i konstrukcje, różne materiały konstrukcyjne, izolatory elektryczne i termiczne to tylko niektóre z ogromnej różnorodności zastosowań polimerów.
Źródła
JR Wunsch. Synteza polistyrenu, produkcja i zastosowania . Wydawnictwo iSmithers Rapra, 2020.
Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Podręcznik technologii tworzyw sztucznych. produkcja, kompozyty, oprzyrządowanie, środki pomocnicze . Momentum Prasa, 2012.
Polimer: opis, przykłady i typy . Encyklopedia Britannica , 2020.
William B. Jensen Pochodzenie koncepcji polimeru . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.
