Полимер – это большая молекула, состоящая из цепей или колец связанных повторяющихся субъединиц, которые называются мономерами. Полимеры обычно имеют высокие температуры плавления и 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 – mer , что означает «части». Слово было придумано шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом (1779–1848) в 1833 году, хотя его значение немного отличается от современного определения. Современное понимание полимеров как макромолекул было предложено немецким химиком-органиком Германом Штаудингером (1881–1965) в 1920 году.
Примеры полимеров
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 хранения энергии.
Синтетические полимеры получают с помощью химическая реакция, 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 обычных предметов.
Синтетические полимеры можно разделить на две категории. Термореактивные пластмассы изготавливаются из жидкого или мягкого твердого вещества, которое может быть необратимо превращено в нерастворимый полимер путем отверждения с использованием тепла или излучения. Термореактивные пластмассы обычно жесткие и имеют высокий молекулярный вес. Пластик не деформируется при деформации и обычно разлагается, прежде чем расплавиться. Примеры термореактивных пластиков включают эпоксидную смолу, полиэфир, акриловые смолы, полиуретаны и сложные виниловые эфиры. Бакелит, кевлар и вулканизированный каучук также являются термореактивными пластиками.
Термопластичные полимеры или термопластичные пластики – это другой тип синтетических полимеров. В то время как термореактивные пластмассы являются жесткими, термопластичные полимеры являются твердыми в холодном состоянии, но пластичны и могут быть отформованы при температуре выше определенной. В то время как термореактивные пластмассы при отверждении образуют необратимые химические связи, связь в термопластах с температурой ослабевает. В отличие от термореактивных материалов, которые не плавятся, а разлагаются, термопласты при нагревании плавятся в жидкость. Примеры термопластов включают акрил, нейлон, тефлон, полипропилен, поликарбонат, АБС и полиэтилен.
Краткая история разработки полимеров
Природные полимеры использовались с древних времен, но способность человечества к преднамеренному синтезу полимеров появилась сравнительно недавно. Первым искусственным пластиком была нитроцеллюлоза. Процесс его изготовления был разработан в 1862 году британским химиком Александром Парксом (1812–1890).. Он обработал природную полимерную целлюлозу азотной кислотой и растворителем. Когда нитроцеллюлозу обрабатывали камфарой, она давала целлулоид, полимер, широко используемый в пленочной промышленности и в качестве формовочной замены 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 резины 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 обнаружили, что добавление серы к натуральному каучуку помогает предотвратить его липкость. Процесс вулканизации резины путем добавления серы и применения тепла был описан британским инженером Томасом Хэнкоком (1786–1865) в 1843 году (патент Великобритании) и американским химиком Чарльзом Гудиером (1800–1860) в 1844 году.
Хотя ученые и инженеры могли создавать полимеры, только в 1922 году было предложено объяснение их образования. Герман Штаудингер предположил, что ковалентные связи удерживают вместе длинные цепочки атомов. Помимо объяснения того, как работают полимеры, Штаудингер также предложил название «макромолекулы» для описания полимеров.