Tabla de Contenidos
Polymeeri on makromolekyyli, eli molekyyli, joka koostuu sadoista tai tuhansista atomeista, joka muodostuu saman pienen molekyylin peräkkäisestä liitosta. Termi ”polymeeri” tulee kreikan etuliitteestä poli , joka tarkoittaa ”paljon”, ja jälkiliitteen mer , joka tarkoittaa ”osaa”. Sanan loi ruotsalainen kemisti Jons Jacob Berzelius vuonna 1833.
Polymeerien kehitys
Luonnollisia polymeerejä on käytetty ammoisista ajoista lähtien, mutta kyky syntetisoida polymeerejä on uusi kehitys. Ensimmäinen polymeeristä kehitetty materiaali oli nitroselluloosa . Prosessin kehitti vuonna 1862 brittiläinen kemisti Alexander Parkes: hän yhdisti luonnollisen selluloosan typpihapon ja liuottimen kanssa, minkä jälkeen kamferikäsittelyllä tuotettiin selluloidia, elokuvateollisuudessa laajalti käytettyä polymeeriä . Nitroselluloosan liukeneminen eetteriin ja alkoholiin tuottaa kolloodia ; tätä polymeeriä käytettiin kirurgisena sidoksena.
Kumin vulkanointi oli toinen virstanpylväs polymeerien kehityksessä. Saksalainen kemisti Friedrich Ludersdorf ja amerikkalainen keksijä Nathaniel Hayward havaitsivat, että rikin lisääminen luonnonkumiin paransi merkittävästi sen ominaisuuksia. Kumin vulkanointiprosessia lisäämällä rikkiä ja käyttämällä lämpöä kuvasivat brittiläinen insinööri Thomas Hancock vuonna 1843 ja amerikkalainen kemisti Charles Goodyear vuonna 1844.
Vuonna 1926 Hermann Staudinger selitti näiden materiaalien kemiallisen rakenteen ja ehdotti polystyreenin ja polyoksimetyleenin rakennetta , joka on edelleen voimassa. Hänen mallinsa osoitti, että syntyi pitkiä atomiketjuja, jotka muodostuivat pienen molekyylin kovalenttisten sidosten kautta tapahtuvasta toistuvasta liitosta. Hermann Staudinger sai työstään Nobelin kemian palkinnon vuonna 1953.
Miten polymeerit muodostuvat?
Polymeerin muodostuminen eli polymerointi on kemiallinen reaktio, jossa pienessä molekyylissä syntyy kaksi sidosta, yleensä kovalenttisia sidoksia, joissa saman molekyylin muut yksiköt liittyvät yhteen. Tämä prosessi toistetaan useita kertoja muodostaen pitkän atomiketjun. Molekyyliä, joka muodostaa polymeerin, kutsutaan monomeeriksi .
Katsotaanpa esimerkkiä: polyeteeni, laajalti käytetty muovi, joka on yksinkertaisin polymeeri.
Polyeteenin monomeeri on eteeni, yksinkertainen orgaaninen molekyyli, jossa on kaksi hiiliatomia, jotka on yhdistetty kaksoissidoksella, sekä kaksi vetyatomia, jotka on kiinnittynyt kuhunkin hiiliatomiin, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy. Hiilisidokset ovat kovalenttisia. Jos kaksoissidos katkeaa, kullakin hiiliatomilla on kovalenttinen sidos, joka voi liittyä muihin rakenneyksikön muodostaviin atomeihin, kuten seuraavassa kuvassa näkyy.
Tämän rakenneyksikön toistuva yhdistäminen synnyttää pitkän lineaarisen molekyylin ilman haarautumia: polyeteeniä (katso seuraava kuva).
Toinen esimerkki on polystyreenin, monikäyttöisen polymeerin, saaminen. Polystyreenin monomeeri on styreeni, molekyyli, jossa on bentseenirengas, joka on kiinnittynyt kahteen hiiliatomiin kaksoissidoksella. Kuten polyeteenin tapauksessa, kaksoissidoksen katkeaminen synnyttää rakenneyksikön, joka toistuvasti liitettynä muodostaa pitkän ketjun, joka muodostaa polystyreeniä (katso seuraava kuva).
polymeerit
Luonnossa on monia elävien olentojen tuottamia materiaaleja ja molekyylejä, jotka ovat polymeerejä. Proteiinit, nukleiinihapot, DNA, polysakkaridit, kuten selluloosa, ovat esimerkkejä luonnollisista polymeereistä. Kuten olemme jo nähneet, muut polymeerit, kuten nitroselluloosa ja vulkanoitu kumi, ovat keinotekoisia polymeerejä, jotka on saatu luonnonpolymeereistä. Ja keinotekoisia polymeerejä saadaan laboratorioissa ja teollisesti kemiallisten reaktioiden kautta; polyvinyylikloridi (PVC), polyeteeni, polystyreeni, neopreeni ja nailon ovat esimerkkejä laajasta ihmistekoisten polymeerien kirjosta, jota käytetään monenlaisissa sovelluksissa.
Keinotekoiset polymeerit jaetaan kahteen luokkaan: termoplastiset polymeerit ja lämpökovettuvat polymeerit . Polymeerejä voidaan saada kemiallisella reaktiolla tai kiinteiden aineiden seoksesta tai liuoksesta, jossa polymeroituminen indusoidaan lämmöllä tai gammasäteilyllä reaktiossa, joka on peruuttamaton.
- Kun reaktio on päättynyt, lämpökovettuvilla polymeereillä on taipumus olla jäykkiä ja hajoavat tai hajoavat pehmenemättä kuumennettaessa tietyn lämpötilan yläpuolelle. Epoksihartsit, polyesteri, akryylihartsit ja polyuretaani ovat lämpökovettuvia polymeerejä, kuten bakeliitti, kevlar ja vulkanoitu kumi.
- Termoplastiset polymeerit, toisin kuin kertamuovi, ovat joustavia ja pehmenevät ja sulavat tietyn lämpötilan yläpuolella, mikä mahdollistaa niiden muovauksen. Joitakin esimerkkejä termoplastisista polymeereistä ovat nailon, teflon, polyeteeni ja polypropeeni.
Yksi keinotekoisten polymeerien sovelluksista on kuitujen valmistus, joista kankaita valmistetaan. Näillä polymeereillä on oltava korkea elastisuus, jotta niitä voidaan käsitellä valmistusprosesseissa ja loppukäytössä, ja alhainen venyvyys, jotta ne säilyisivät. Toinen polymeerien käyttökohde on liimat; Tässä tapauksessa tuotetta levitettäessä on tapahduttava polymeroitumista, esimerkiksi kemiallisen reaktion kautta ilmassa olevan vesihöyryn kanssa tai liiman levittämisen osissa, kuten tapahtuu kotitalouksissa, teollisuudessa ja haavan sulkemisessa käytettävien syanoakrylaattien kanssa. . Elastomeerit ovat toinen laajalle levinnyt polymeerisovellus; Nämä ovat materiaaleja, jotka muotoutuvat voimaa käytettäessä.
Pinnoitteet, maalit, osat ja komponentit, joista muodostuu mekanismeja ja rakenteita, erilaiset rakennusmateriaalit, sähkö- ja lämpöeristeet ovat osa valtavasta valikoimasta polymeerisovelluksia.
Lähteet
JR Wunsch. Polystyreenin synteesi, tuotanto ja sovellukset . iSmithers Rapra Publishing, 2020.
Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Muovitekniikan käsikirja. valmistus, komposiitit, työkalut, apulaitteet . Momentum Press, 2012.
Polymeeri: Kuvaus, esimerkit ja tyypit . Encyclopedia Britannica , 2020.
William B. Jensen Polymeerikonseptin alkuperä . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.
