Polimer

A „polimerek” kifejezés makromolekulát jelöl, amely több molekulából áll, és lehet egy vagy több atomtípusból (vagy akár atomok csoportjaiból) is összetevődve. Fontos megjegyezni, hogy sok kémiai és fizikai tulajdonság nem változik meg, ha elveszünk vagy hozzáadunk egy vagy több hasonló szerkezeti egységet.

A modern polimereket manapság általában polikondenzációval vagy polimerizációval állítják elő.

A kulcsfontosságú dolog, amelyben a polimerek és más anyagok különböznek, az az úgynevezett láncokba rendezett struktúra, amely minden bennük található molekulában megtalálható – általában hosszú, lineáris struktúrákról van szó, ahol összekapcsolt atomok (vagy atomcsoportok) találhatók, és látható egy bizonyos rendszeresség. Ez ismét megszakadhat az elágazások miatt (ekkor beszélünk „graft” polimerekről, elágazó polimerekről, vagy kifejezetten polimerhálózatokról).

A fent említett információ fontos, mivel különben polimerek közé sorolhatnánk például a gyémántokat is (vagy a ma oly népszerű grafént), mivel azok molekulatömege is hasonlóan nagy.

Hogy ne maradjon elinformálás – nem is olyan régen még csak azok a makromolekuláris anyagok tartoztak a polimerek közé, amelyeket Xn képlettel rendelkező molekulák alkottak („n szám jelezte, hányszor ismétlődik a struktúra). Ne felejtsük el azt sem, hogy ma már nem csak vegyi eredetű anyagokat neveznek polimereknek: például nukleinsavak és különféle fehérjék. Ez azért van ma, mert molekuláik szerkezete hatalmas számú, nagyon hasonló, folyamatosan ismétlődő szerkezeti elemből áll.

Annak érdekében, hogy a modern kémia és a polimerek területe átláthatóbb legyen, a tudósok szerencsére úgy döntöttek, hogy világosan és egyértelműen megkülönböztetnek dolgokat: például minden biológiai eredetű polimer ma már a biopolimerek (vagy biomakromolekuláris anyagok) közé tartozik. Például a legismertebb biopolimer valószínűleg a cellulóz, amely körülbelül ezer glükóz egységet tartalmaz. Ez az oka annak, hogy a cellulóznak akkora a relatív molekulatömege (kb. 200 ezer).

A leggyakoribb kémiai polimerek példái a gyakorlatból

A legismertebb képviselője a közönséges kémiai polimereknek valószínűleg a polietilén, amely így ábrázolható:

H―(CH2)n―H

illetve:

H―(CH2―CH2)n―H

ha hangsúlyozni akarják, hogy etén/etilén polimerizációval készült.

Egy másik jól ismert polimer a poli(butadien) (ami a legrégebbi mesterséges gumi):

H―(CH2―CH═CH―CH2)n―H

de létezhet poli(butadien) hidroxi-csoporttal lezárva is (HTPB), amely így néz ki:

HO―(CH2―CH═CH―CH2)n―OH

Egy másik modern és már nem teljesen egyszerű polimer példája a polivinilklorid (PVC):

H―(CH2―CHCl)n―H

Mitől különböznek a polimerek különféle struktúrái?

Az összes fent említett polimer ágas-bogas és egyenes struktúrájú. Ha azonban bonyolultabb polimerekkel szeretnénk megismerkedni, akkor egy jó példa lehet a természetes gumi, amely mindenki számára jól ismert. A természetes gumi az izoprén szénhidrogén monomer egységéből származik (akárcsak a szintetikus polisztirol).

Az összes polimer képes persze nem csak egyszerű és lineáris anyagokat létrehozni. Kémiai kötések alakulhatnak ki a monomer egységek között is – ezek konkrét és egyedi térbeli/síkstruktúrát alkotnak az adott polimer számára.

Az összes polimer természetesen létrejöhet több mint egy monomerből is, ekkor kopolimerekként említik őket. A molekulák itt lehetnek és nem biztos, hogy szabályos szerkezettel rendelkeznek a monomer egységeiknél. Ebből fakad, hogy mindkét nukleinsav és fehérje ebben az értelemben egyértelműen kopolimerek.

Milyen mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a polimerek?

A legfontosabb tényező, ami az embereket érdekli az összes kémiai polimernél, az a mechanikai és fizikai tulajdonságaik. Pont ezek azok, amelyek meghatározzák, hogyan fog az adott polimer viselkedni a makro világban és nagyobb léptékekben.

• Szakítószilárdság – ez a tulajdonság határozza meg az anyag (és a polimerek sem kivételek) esetében, mennyire képes megnyúlni, mielőtt elszakadna. Ez nagyon fontos, mert ez az a tényező, amely a legfontosabb számukra. Általánosságban elmondható, hogy egy adott polimer szakítószilárdsága növekszik a lánc hosszával/összetettebb struktúrájának létrehozásával (például cellulóz).
• Rugalmassági modulus – megadja, mennyire rugalmas az adott polimer. Meghatározták szálak számára egy adott hosszúság és vastagság mellett. Ez az érték ezen felül nem fix, és jelentősen változik a hőmérséklet függvényében.