Vad är en polymer?

En polymer är en stor molekyl som består av kedjor eller ringar av länkade upprepade underenheter, som kallas monomerer. Polymerer har vanligtvis höga smält- och kokpunkter. Eftersom molekylerna består av många monomerer tenderar polymerer att ha höga molekylmassor.

Ordet polymer kommer från det grekiska prefixet poly-, vilket betyder "många" och suffixet -meren, vilket betyder "delar." Ordet myntades av den svenska kemisten Jons Jacob Berzelius (1779-1848) 1833, men med en något annan betydelse än den moderna definitionen. Den moderna förståelsen av polymerer som makromolekyler föreslogs av den tyska organiska kemisten Hermann Staudinger (1881-1965) 1920.

Exempel på polymerer

Polymerer kan delas in i två kategorier. Naturliga polymerer (även kallad biopolymerer) inkluderar siden, gummi, cellulosa, ull, bärnsten, keratin, kollagen, stärkelse, DNA och schellack. Biopolymerer tjänar nyckelfunktioner i organismer och fungerar som strukturella proteiner, funktionella proteiner, nukleinsyror, strukturella polysackarider och energilagringsmolekyler.

Syntetiska polymerer framställs genom en kemisk reaktion, ofta i ett laboratorium. Exempel på syntetiska polymerer inkluderar PVC (polyvinylklorid), polystyren, syntetiskt gummi, silikon, polyeten, neopren och nylon. Syntetiska polymerer används för att tillverka plast, lim, färger, mekaniska delar och många vanliga föremål.

Syntetiska polymerer kan grupperas i två kategorier. Termohärdade plaster tillverkas av en flytande eller mjuk fast substans som kan irreversibelt förändras till en olöslig polymer genom härdning med hjälp av värme eller strålning. Termohärdade plaster tenderar att vara styva och har höga molekylvikter. Plasten förblir i form när deformeras och sönderdelas vanligtvis innan de smälter. Exempel på härdplast innefattar epoxi, polyester, akrylhartser, polyuretaner och vinylestrar. Bakelite, Kevlar och vulkaniserat gummi är också termohärdade plaster.

Termoplastiska polymerer eller termosfötering av plast är den andra typen av syntetiska polymerer. Medan termohärdade plaster är styva är termoplastpolymerer solida när de är svala, men är böjliga och kan formas över en viss temperatur. Medan härdplast bildar irreversibla kemiska bindningar vid härdning försvagas bindningen i termoplast med temperaturen. Till skillnad från termosetter, som sönderdelas snarare än smälter, smälter termoplast till en vätska vid uppvärmning. Exempel på termoplast inkluderar akryl, nylon, teflon, polypropen, polykarbonat, ABS och polyeten.

Kort historia om polymerutveckling

Naturliga polymerer har använts sedan forntiden, men mänsklighetens förmåga att avsiktligt syntetisera polymerer är en ganska ny utveckling. Den första konstgjorda plasten var nitrocellulosa. Processen för att göra den utformades 1862 av den brittiska kemisten Alexander Parkes (1812-1890). Han behandlade den naturliga polymercellulosa med salpetersyra och ett lösningsmedel. När nitrocellulosa behandlades med kamfer producerade den celluloid, en polymer som i stor utsträckning användes i filmindustrin och som en formbar ersättning för elfenben. När nitrocellulosa löstes i eter och alkohol, blev det kollision. Denna polymer användes som en kirurgisk förband, med början med det amerikanska inbördeskriget och därefter.

Vulkaniseringen av gummi var en annan stor prestation inom polymerkemi. Den tyska kemisten Friedrich Ludersdorf (1801-1886) och den amerikanska uppfinnaren Nathaniel Hayward (1808-1865) fann oberoende av att man tillsatte svavel till naturgummi hjälpte till att hålla den från att bli klibbig. Processen att vulkanisera gummi genom att tillsätta svavel och applicera värme beskrevs av den brittiska ingenjören Thomas Hancock (1786-1865) 1843 (UK patent) och den amerikanska kemisten Charles Goodyear (1800-1860) 1844.

Medan forskare och ingenjörer kunde göra polymerer var det inte förrän 1922 som en förklaring föreslogs för hur de bildades. Hermann Staudinger föreslog kovalenta bindningar som höll ihop långa kedjor av atomer. Förutom att förklara hur polymerer fungerar föreslog Staudinger också namnet makromolekyler för att beskriva polymerer.