Polimer jest duży cząsteczka składający się z łańcuchów lub pierścieni połączonych powtarzających się podjednostek, które są nazywane monomerami. Polimery zwykle mają wysokie topienie i punkty wrzenia. Ponieważ cząsteczki składają się z wielu monomerów, polimery mają zwykle wysokie masy cząsteczkowe.
Słowo polimer pochodzi od greckiego przedrostka poli- co oznacza „wiele” i sufiks -mer, co oznacza „części”. Słowo to wymyślił szwedzki chemik Jons Jacob Berzelius (1779–1848) w 1833 r., Choć ma nieco inne znaczenie niż współczesna definicja. Współczesne rozumienie polimerów jako makrocząsteczek zaproponował niemiecki chemik organiczny Hermann Staudinger (1881–1965) w 1920 r.
Przykłady polimerów
Polimery można podzielić na dwie kategorie. Naturalne polimery (zwane również biopolimerami) obejmują jedwab, gumę, celulozę, wełnę, bursztyn, keratynę, kolagen, skrobię, DNA i szelak. Biopolimery pełnią kluczowe funkcje w organizmach, działając jako białka strukturalne, białka funkcjonalne, kwasy nukleinowe, strukturalne polisacharydy i cząsteczki magazynujące energię.
Syntetyczne polimery wytwarza się w reakcji chemicznej, często w laboratorium. Przykłady syntetycznych polimerów obejmują PVC (polichlorek winylu), polistyren, kauczuk syntetyczny, silikon, polietylen, neopren i nylon. Syntetyczne polimery są wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych, klejów, farb, części mechanicznych i wielu popularnych przedmiotów.
Polimery syntetyczne można podzielić na dwie kategorie. Tworzywa termoutwardzalne są wykonane z ciekłej lub miękkiej substancji stałej, którą można nieodwracalnie zmienić w nierozpuszczalny polimer poprzez utwardzanie za pomocą ciepła lub promieniowania. Tworzywa termoutwardzalne są zwykle sztywne i mają wysoką masę cząsteczkową. Tworzywo sztuczne pozostaje zniekształcone po zdeformowaniu i zwykle rozkłada się przed stopieniem. Przykłady termoutwardzalnych tworzyw sztucznych obejmują żywice epoksydowe, poliester, żywice akrylowe, poliuretany i estry winylowe. Bakelit, Kevlar i wulkanizowana guma są również tworzywami termoutwardzalnymi.
Polimery termoplastyczne lub termoutwardzalne tworzywa sztuczne są drugim rodzajem syntetycznych polimerów. Podczas gdy termoutwardzalne tworzywa sztuczne są sztywne, polimery termoplastyczne są twarde po ochłodzeniu, ale są giętkie i można je formować powyżej określonej temperatury. Podczas gdy termoutwardzalne tworzywa sztuczne po utwardzeniu tworzą nieodwracalne wiązania chemiczne, wiązanie w tworzywach termoplastycznych słabnie wraz z temperaturą. W przeciwieństwie do tworzyw termoutwardzalnych, które rozkładają się raczej niż topią, termoplasty topią się w ciecz podczas ogrzewania. Przykłady tworzyw termoplastycznych obejmują akryl, nylon, teflon, polipropylen, poliwęglan, ABS i polietylen.
Krótka historia rozwoju polimerów
Naturalne polimery były używane od czasów starożytnych, ale zdolność ludzkości do celowej syntezy polimerów jest dość nowym osiągnięciem. Pierwszym stworzonym przez człowieka plastikiem był nitroceluloza. Proces jego opracowania został opracowany w 1862 r. Przez brytyjskiego chemika Alexandra Parkesa (1812–1890). Naturalną polimerową celulozę potraktował kwasem azotowym i rozpuszczalnikiem. Kiedy nitrocelulozę potraktowano kamforą, wytworzyła się celuloid, polimer szeroko stosowany w przemyśle filmowym i jako formowalny zamiennik kości słoniowej. Kiedy nitroceluloza została rozpuszczona w eterze i alkoholu, stała się kolodionem. Ten polimer był stosowany jako opatrunek chirurgiczny, poczynając od wojny secesyjnej w USA, a potem.
Wulkanizacja gumy była kolejnym dużym osiągnięciem w chemii polimerów. Niemiecki chemik Friedrich Ludersdorf (1801–1886) i amerykański wynalazca Nathaniel Hayward (1808–1865) niezależnie stwierdzili, że dodali siarka guma naturalna pomogła jej się nie kleić. Proces wulkanizacji gumy przez dodanie siarki i zastosowanie ciepła został opisany przez brytyjskiego inżyniera Thomas Hancock (1786–1865) w 1843 r. (Patent brytyjski) i amerykański chemik Charles Goodyear (1800–1860) w 1844.
Podczas gdy naukowcy i inżynierowie mogli wytwarzać polimery, dopiero w 1922 r. Zaproponowano wyjaśnienie sposobu ich powstawania. Hermann Staudinger zasugerował wiązania kowalencyjne połączone ze sobą długie łańcuchy atomów. Oprócz wyjaśnienia, jak działają polimery, Staudinger zaproponował również nazwę makrocząsteczek do opisu polimerów.