Какво е полимер? Определение, видове и примери

Полимерът е макромолекула, тоест молекула, съставена от стотици или хиляди атоми, която се образува от последователното обединяване на една и съща малка молекула. Терминът „полимер“ идва от съчетанието на гръцкия префикс poli , което означава „много“, с наставката mer , което означава „част“. Думата е въведена от шведския химик Йонс Якоб Берцелиус през 1833 г.

Развитието на полимерите

Естествените полимери се използват от незапомнени времена, но способността да се синтезират полимери е скорошно развитие. Първият материал, разработен от полимер, е нитроцелулозата . Процесът е разработен през 1862 г. от британския химик Александър Паркс: той комбинира естествената целулоза с азотна киселина и разтворител и с последваща обработка с камфор произвежда целулоид , полимер, широко използван във филмовата индустрия. Разтварянето на нитроцелулоза в етер и алкохол произвежда колодий ; този полимер е използван като хирургическа превръзка.

Вулканизацията на каучука е друг крайъгълен камък в развитието на полимерите. Германският химик Фридрих Лудерсдорф и американският изобретател Натаниел Хейуърд установиха, че добавянето на сяра към естествения каучук значително подобрява свойствата му. Процесът на вулканизиране на каучук чрез добавяне на сяра и прилагане на топлина е описан от британския инженер Томас Ханкок през 1843 г. и американския химик Чарлз Гудиър през 1844 г.

През 1926 г. Херман Щаудингер обяснява химическата структура на тези материали и предлага структурата на полистирола и полиоксиметилена , валидна и днес. Неговият модел установява, че се генерират дълги вериги от атоми, образувани от повтарящото се обединяване чрез ковалентни връзки на малка молекула. Херман Щаудингер е удостоен с Нобелова награда за химия през 1953 г. за работата си.

Как се образуват полимерите?

Образуването на полимер, тоест полимеризацията, е химическа реакция, при която се генерират две връзки в малка молекула, обикновено ковалентни връзки, в които се свързват други единици на същата молекула. Този процес се повтаря много пъти, образувайки дълга верига от атоми. Молекулата, която изгражда полимера, се нарича мономер .

Нека да разгледаме един пример: полиетилен, широко използвана пластмаса, която е най-простият полимер.

Мономерът на полиетилена е етилен, проста органична молекула, която има два въглеродни атома, свързани с двойна връзка заедно с два водородни атома, прикрепени към всеки въглероден атом, както е показано на фигурата по-горе. Въглеродните връзки са ковалентни. Ако двойната връзка е скъсана, всеки от въглеродните атоми има ковалентна връзка, налична за свързване на други атоми, съставляващи структурната единица, както е показано на следващата фигура.

Повтарящото се съединение на тази структурна единица генерира дълга линейна молекула, без разклонения: полиетилен (вижте следващата фигура).

Друг пример е получаването на полистирен, полимер с множество приложения. Мономерът на полистирола е стирен, молекула, която има бензенов пръстен, свързан с два въглеродни атома с двойна връзка. Както в случая с полиетилена, разкъсването на двойната връзка генерира структурна единица, която, когато се свързва многократно, съставлява дълга верига, която образува полистирен (вижте следващата фигура).

полимери

В природата има много материали и молекули, генерирани от живи същества, които са полимери. Протеини, нуклеинови киселини, ДНК, полизахариди като целулоза са примери за естествени полимери. Както вече видяхме, други полимери като нитроцелулоза и вулканизиран каучук са изкуствени полимери, получени от естествени полимери. А изкуствените полимери се получават в лаборатории и индустриално чрез химични реакции; поливинилхлорид (PVC), полиетилен, полистирен, неопрен и найлон са някои примери за широкия спектър от изкуствени полимери, използвани в голямо разнообразие от приложения.

Изкуствените полимери са групирани в две категории: термопластични полимери и термореактивни полимери . Полимерите могат да бъдат получени чрез химическа реакция или от смес от твърди вещества или от разтвор, в който полимеризацията е предизвикана с топлина или чрез прилагане на гама лъчение, в реакция, която е необратима.

• След като реакцията приключи, термореактивните полимери са склонни да бъдат твърди и да се разграждат или разлагат, без да омекнат, когато се нагреят над определена температура. Епоксидните смоли, полиестерът, акрилните смоли и полиуретанът са термореактивни полимери, точно като бакелит, кевлар и вулканизиран каучук.
• Термопластичните полимери, за разлика от термореактивните, са гъвкави и се размекват и топят над определена температура, което им позволява да бъдат формовани. Някои примери за термопластични полимери са найлон, тефлон, полиетилен и полипропилен.

Едно от приложенията на изкуствените полимери е производството на влакна, от които се правят тъкани. Тези полимери трябва да имат висока еластичност, за да позволят манипулирането им в производствените процеси и при крайната им употреба, и ниска разтегливост, за да запазят размерите си. Друго приложение на полимерите е в лепилата; В този случай трябва да настъпи полимеризация при нанасяне на продукта, например чрез химическа реакция с водна пара във въздуха или върху частите, където се нанася лепилото, какъвто е случаят с цианоакрилатите, използвани в домашни, промишлени приложения и приложения за затваряне на рани . Еластомерите са друго широко разпространено приложение на полимерите; Това са материали, които се деформират при прилагане на сила.

Покрития, бои, части и компоненти, които изграждат механизми и конструкции, различни строителни материали, електрически и топлоизолатори, са част от огромното разнообразие от полимерни приложения.

Източници

JR Wunsch. Полистирол-синтез, производство и приложения . iSmithers Rapra Publishing, 2020 г.

Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Наръчник по пластмасови технологии. производство, композити, инструментална екипировка, спомагателни материали . Momentum Press, 2012.

Полимер: описание, примери и видове . Енциклопедия Британика , 2020 г.

Уилям Б. Дженсън Произходът на концепцията за полимера . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008 г.