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ポリマーは巨大分子です。つまり、数百または数千の原子で構成された分子であり、同じ小さな分子が連続的に結合して形成されます。「ポリマー」という用語は、「たくさん」を意味するギリシャ語の接頭辞poliと、「部分」を意味する接尾辞mer を組み合わせたものです。この言葉は、1833 年にスウェーデンの化学者ヨンス ヤコブ ベルゼリウスによって造語されました。
ポリマーの開発
天然高分子は太古の昔から利用されてきましたが、高分子を合成できるようになったのは最近のことです。ポリマーから開発された最初の材料はニトロセルロースでした。このプロセスは、英国の化学者アレクサンダー パークスによって 1862 年に開発されました。彼は、天然のセルロースを硝酸および溶媒と組み合わせ、その後、映画産業で広く使用されているポリマーである樟脳で製造されたセルロイドで処理しました。ニトロセルロースをエーテルとアルコールに溶解すると、コロジオンが生成されます。このポリマーは外科用包帯として使用されました。
ゴムの加硫は、ポリマーの開発におけるもう 1 つのマイルストーンでした。ドイツの化学者フリードリヒ・ルーダースドルフとアメリカの発明家ナサニエル・ヘイワードは、天然ゴムに硫黄を加えるとその特性が大幅に改善されることを発見しました。硫黄を加えて熱を加えることによってゴムを加硫するプロセスは、1843 年に英国の技術者トーマス・ハンコックによって、1844 年にアメリカの化学者チャールズ・グッドイヤーによって記述されました。
1926 年、ヘルマン シュタウディンガーはこれらの材料の化学構造を説明し、今日でも有効なポリスチレンとポリオキシメチレンの構造を提案しました。彼のモデルは、小分子の共有結合を介した反復結合によって形成される原子の長い鎖が生成されることを確立しました。ヘルマン シュタウディンガーは、その功績により 1953 年にノーベル化学賞を受賞しました。
ポリマーはどのように形成されますか?
ポリマーの形成、つまり重合は、小分子内に 2 つの結合 (通常は共有結合) が生成される化学反応であり、同じ分子の他の単位が結合されます。このプロセスが何度も繰り返され、原子の長い鎖が形成されます。ポリマーを構成する分子はモノマーと呼ばれます。
例を見てみましょう: ポリエチレンは、最も単純なポリマーである広く使用されているプラスチックです。
ポリエチレンのモノマーは、上の図に示すように、2 つの炭素原子が二重結合で結合し、各炭素原子に 2 つの水素原子が結合した単純な有機分子であるエチレンです。炭素結合は共有結合です。二重結合が切断されている場合、次の図に示すように、各炭素原子には、構造単位を構成する他の原子を結合するために使用できる共有結合があります。
この構造単位の結合が繰り返されると、分岐することなく、長い直鎖状の分子であるポリエチレンが生成されます (次の図を参照)。
別の例は、複数の用途を持つポリマーであるポリスチレンの取得です。ポリスチレンのモノマーは、二重結合で 2 つの炭素原子に結合したベンゼン環を持つ分子であるスチレンです。ポリエチレンの場合と同様に、二重結合が切れると構造単位が生成され、それが繰り返し結合すると、ポリスチレンを形成する長い鎖が構成されます（下図参照）。
ポリマー
自然界には、高分子である生物によって生成された多くの物質と分子があります。タンパク質、核酸、DNA、セルロースなどの多糖類は、天然ポリマーの例です。すでに見てきたように、ニトロセルロースや加硫ゴムなどの他のポリマーは、天然ポリマーから得られる人工ポリマーです。そして、人工ポリマーは実験室や工業的に化学反応によって得られます。ポリ塩化ビニル (PVC)、ポリエチレン、ポリスチレン、ネオプレン、およびナイロンは、さまざまな用途で使用される膨大な種類の人工ポリマーの例です。
人工ポリマーは、熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーの2 つのカテゴリに分類されます。ポリマーは、化学反応によって、または固体物質の混合物から、または重合が熱またはガンマ線の適用によって引き起こされる溶液から、不可逆的な反応で得ることができます。
- 反応が完了すると、熱硬化性ポリマーは固くなる傾向があり、特定の温度を超えて加熱すると軟化せずに劣化または分解します。エポキシ樹脂、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリウレタンは、ベークライト、ケブラー、加硫ゴムと同様に熱硬化性ポリマーです。
- 熱硬化性樹脂とは異なり、熱可塑性ポリマーは柔軟性があり、特定の温度を超えると軟化し、溶融するため、成形が可能になります。熱可塑性ポリマーの例としては、ナイロン、テフロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどがあります。
人工ポリマーの用途の 1 つは、生地を作るための繊維の製造です。これらのポリマーは、製造プロセスおよび最終用途での取り扱いを可能にする高い弾性と、寸法を維持するための低い伸張性を備えている必要があります。ポリマーの別の用途は接着剤です。この場合、家庭用、工業用、創傷閉鎖用途で使用されるシアノアクリレートの場合のように、空気中の水蒸気または接着剤が塗布された部分での化学反応などにより、製品を塗布するときに重合が発生する必要があります。 . エラストマーは、ポリマーのもう 1 つの広範な用途です。力を加えると変形する素材です。
コーティング、塗料、メカニズムと構造を構成する部品とコンポーネント、さまざまな建設材料、電気絶縁体と断熱材は、非常に多様なポリマー用途の一部です。
ソース
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Donald V. Rosato、Marlene G. Rosato、Nick R. Schottプラスチック技術ハンドブック。製造、複合材料、ツーリング、助剤。モメンタムプレス、2012年。
ポリマー: 説明、例、および種類。ブリタニカ百科事典、 2020年。
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