Tabla de Contenidos
A polimer egy makromolekula, azaz több száz vagy több ezer atomból álló molekula, amely ugyanazon kis molekula egymás utáni egyesüléséből jön létre. A „polimer” kifejezés a görög poli előtag kötőszójából származik , amely „sok”-ot jelent, a mer utótaggal , amely „rész”-et jelent. A szót Jons Jacob Berzelius svéd kémikus alkotta meg 1833-ban.
A polimerek fejlesztése
A természetes polimereket ősidők óta használják, de a polimerek szintetizálásának képessége egy újabb fejlemény. Az első polimerből kifejlesztett anyag a nitrocellulóz volt . Az eljárást 1862-ben dolgozta ki Alexander Parkes brit vegyész: a természetes cellulózt salétromsavval és oldószerrel kombinálta, majd ezt követő kámforos kezeléssel celluloidot , a filmiparban széles körben használt polimert állított elő. A nitrocellulóz éterben és alkoholban való feloldása kollódiumot eredményez ; ezt a polimert sebészeti kötszerként használták.
A gumi vulkanizálása újabb mérföldkő volt a polimerek fejlesztésében. Friedrich Ludersdorf német kémikus és Nathaniel Hayward amerikai feltaláló úgy találta, hogy a természetes gumi kén hozzáadása jelentősen javítja annak tulajdonságait. A gumi kén hozzáadásával és hő alkalmazásával történő vulkanizálását Thomas Hancock brit mérnök 1843-ban és Charles Goodyear amerikai kémikus 1844-ben írta le.
1926-ban Hermann Staudinger elmagyarázta ezen anyagok kémiai szerkezetét, és javasolta a polisztirol és a polioximetilén szerkezetét , amely ma is érvényes. Modellje megállapította, hogy egy kis molekula kovalens kötésein keresztül ismétlődő egyesülésből létrejött hosszú atomláncok jöttek létre. Hermann Staudingert 1953-ban kémiai Nobel-díjjal tüntették ki munkásságáért.
Hogyan keletkeznek a polimerek?
A polimer képződése, vagyis a polimerizáció egy kémiai reakció, amelyben egy kis molekulában két kötés jön létre, általában kovalens kötések, amelyek során ugyanannak a molekulának más egységei kapcsolódnak össze. Ez a folyamat számos alkalommal megismétlődik, hosszú atomláncot képezve. A polimert alkotó molekulát monomernek nevezzük .
Nézzünk egy példát: polietilén, egy széles körben használt műanyag, amely a legegyszerűbb polimer.
A polietilén monomerje az etilén, egy egyszerű szerves molekula, amelynek két szénatomja kettős kötéssel kapcsolódik, valamint két hidrogénatom kapcsolódik mindegyik szénatomhoz, amint az a fenti ábrán látható. A szénkötések kovalensek. Ha a kettős kötés megszakad, minden szénatomnak van kovalens kötése, amely a szerkezeti egységet alkotó többi atomhoz kapcsolódhat, amint az a következő ábrán látható.
Ennek a szerkezeti egységnek az ismételt egyesülése egy hosszú lineáris molekulát hoz létre, elágazás nélkül: polietilént (lásd a következő ábrát).
Egy másik példa a polisztirol, egy többszörösen alkalmazható polimer előállítása. A polisztirol monomerje a sztirol, egy olyan molekula, amelynek benzolgyűrűje kettős kötéssel kapcsolódik két szénatomhoz. Akárcsak a polietilén esetében, a kettős kötés felszakadása során keletkezik az a szerkezeti egység, amely többszöri összekapcsoláskor hosszú láncot alkot, amely polisztirolt képez (lásd a következő ábrát).
polimerek
A természetben sok olyan anyag és molekula létezik, amelyeket élőlények hoznak létre, amelyek polimerek. A természetes polimerek példái a fehérjék, nukleinsavak, DNS, poliszacharidok, például cellulóz. Amint azt már láttuk, más polimerek, mint például a nitrocellulóz és a vulkanizált gumi természetes polimerekből nyert mesterséges polimerek. A mesterséges polimereket pedig laboratóriumokban és iparilag kémiai reakciókkal nyerik; A polivinil-klorid (PVC), a polietilén, a polisztirol, a neoprén és a nejlon néhány példa a mesterséges polimerek széles spektrumára, amelyeket a legkülönfélébb alkalmazásokban használnak.
A mesterséges polimereket két kategóriába sorolják: hőre lágyuló polimerek és hőre keményedő polimerek . A polimerek előállíthatók kémiai reakcióval vagy szilárd anyagok keverékéből, vagy olyan oldatból, amelyben a polimerizációt hővel vagy gamma-sugárzással indukálják, olyan reakcióban, amely visszafordíthatatlan.
- A reakció befejeződése után a hőre keményedő polimerek hajlamosak merevek lenni, és egy bizonyos hőmérséklet fölé hevítve lágyulás nélkül lebomlanak vagy lebomlanak. Az epoxigyanták, a poliészter, az akrilgyanták és a poliuretán hőre keményedő polimerek, akárcsak a bakelit, a kevlár és a vulkanizált gumi.
- A hőre lágyuló polimerek a hőre keményedő polimerekkel ellentétben rugalmasak, és egy bizonyos hőmérséklet felett meglágyulnak és megolvadnak, ami lehetővé teszi az öntést. Néhány példa a hőre lágyuló polimerekre a nejlon, a teflon, a polietilén és a polipropilén.
A mesterséges polimerek egyik alkalmazása olyan szálak gyártása, amelyekből szöveteket készítenek. Ezeknek a polimereknek nagy rugalmassággal kell rendelkezniük ahhoz, hogy a gyártási folyamatokban és végső felhasználásukban kezelhetőek legyenek, valamint kis nyújthatóságúnak kell lenniük, hogy megtartsák méreteiket. A polimerek másik felhasználási területe a ragasztóanyagok; Ebben az esetben a termék felhordásakor polimerizációnak kell bekövetkeznie, például a levegőben lévő vízgőzzel vagy azokon a részeken, ahol a ragasztót felhordják, kémiai reakcióval, mint a háztartási, ipari és sebzárási alkalmazásokban használt cianoakrilátok esetében. . Az elasztomerek a polimerek másik széles körben elterjedt alkalmazása; Ezek olyan anyagok, amelyek erőhatás hatására deformálódnak.
A bevonatok, festékek, alkatrészek és alkatrészek, amelyek mechanizmusokat és szerkezeteket alkotnak, különféle építőanyagok, elektromos és hőszigetelők, a polimeralkalmazások hatalmas választékát jelentik.
Források
JR Wunsch. Polisztirol szintézis, gyártás és alkalmazások . iSmithers Rapra Publishing, 2020.
Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Műanyagtechnológiai kézikönyv. gyártás, kompozitok, szerszámok, segédanyagok . Momentum Press, 2012.
Polimer: leírás, példák és típusok . Encyclopedia Britannica , 2020.
William B. Jensen A polimer koncepció eredete . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.
