Определение и примеры полимеров

Полимер большой молекула состоит из цепей или колец связанных повторяющихся субъединиц, которые называются мономерами. Полимеры обычно имеют высокие плавление а также точки кипения. Поскольку молекулы состоят из множества мономеров, полимеры, как правило, имеют высокие молекулярные массы.

Слово полимер происходит от греческого префикса поли-, что означает «много» и суффикс -Мер, что означает «части». Это слово было придумано шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом (1779–1848) в 1833 году, хотя и имеет несколько иной смысл, чем современное определение. Современное понимание полимеров как макромолекул было предложено немецким химиком-органиком Германом Штаудингером (1881–1965) в 1920 году.

Полимеры можно разделить на две категории. Природные полимеры (также называемые биополимерами) включают шелк, каучук, целлюлозу, шерсть, янтарь, кератин, коллаген, крахмал, ДНК и шеллак. Биополимеры выполняют ключевые функции в организмах, выступая в качестве структурных белков, функциональных белков, нуклеиновых кислот, структурных полисахаридов и молекул накопления энергии.

Синтетические полимеры получают химической реакцией, часто в лаборатории. Примеры синтетических полимеров включают ПВХ (поливинилхлорид), полистирол, синтетический каучук, силикон, полиэтилен, неопрен и нейлон. Синтетические полимеры используются для изготовления пластмасс, клеев, красок, механических деталей и многих других общих предметов.

Синтетические полимеры могут быть сгруппированы в две категории. Термореактивные пластики изготавливаются из жидкого или мягкого твердого вещества, которое может быть необратимо превращено в нерастворимый полимер путем отверждения с использованием тепла или излучения. Термореактивные пластики имеют тенденцию быть жесткими и иметь высокую молекулярную массу. Пластик остается деформированным при деформации и обычно разлагается до того, как расплавится. Примеры термореактивных пластиков включают эпоксидные, полиэфирные, акриловые смолы, полиуретаны и виниловые эфиры. Бакелит, кевлар и вулканизированная резина также являются термореактивными пластмассами.

Термопластичные полимеры или термоусадочные пластики являются другим типом синтетических полимеров. Хотя термореактивные пластмассы являются жесткими, термопластичные полимеры являются твердыми при охлаждении, но они податливы и могут быть отлиты при температуре выше определенной температуры. В то время как термореактивные пластмассы образуют необратимые химические связи при отверждении, связь с термопластами ослабевает с температурой. В отличие от термореактивных материалов, которые разлагаются, а не расплавляются, термопласты плавятся в жидкость при нагревании. Примеры термопластов включают акрил, нейлон, тефлон, полипропилен, поликарбонат, АБС и полиэтилен.

Природные полимеры использовались с древних времен, но способность человечества к преднамеренному синтезу полимеров является довольно недавней разработкой. Первый искусственный пластик был нитроцеллюлоза. Процесс его создания был разработан в 1862 году британским химиком Александром Парксом (1812–1890). Он обработал природную полимерную целлюлозу азотной кислотой и растворителем. Когда нитроцеллюлозу обрабатывали камфорой, она давала целлулоидполимер, широко используемый в киноиндустрии и в качестве формовочной замены для слоновой кости. Когда нитроцеллюлоза растворялась в эфире и спирте, она превращалась в коллодий. Этот полимер использовался в качестве хирургической повязки, начиная с гражданской войны в США и позже.

Вулканизация каучука была еще одним большим достижением в химии полимеров. Немецкий химик Фридрих Людерсдорф (1801–1886) и американский изобретатель Натаниэль Хейворд (1808–1865) независимо друг от друга нашли добавление сера чтобы натуральный каучук помог ему не стать липким. Процесс вулканизации резины путем добавления серы и нагревания был описан британским инженером Томас Хэнкок (1786–1865) в 1843 году (патент Великобритании) и американский химик Чарльз Гудиер (1800–1860) в 1844.

Хотя ученые и инженеры могли производить полимеры, только в 1922 году было предложено объяснение того, как они образовались. Герман Штаудингер предложил ковалентные связи, скрепленные длинными цепями атомов. В дополнение к объяснению того, как работают полимеры, Штаудингер также предложил название макромолекулы для описания полимеров.