19. Polimery, rodzaje polimerów i ich zastosowania
Polimery są to wielkie, gigantyczne cząsteczki, powstałe w procesie polimeryzacji, czyli reakcji łączenia sie wielu, często wielu tysięcy, jednakowych cząsteczek, zwanych monomerami. Makrocząsteczka zawiera liczne, powtarzające się regularnie grupy atomow, tzw. mery. Liczba merow w poszczególnych makrocząsteczkach danego polimeru, tzw.stopień polimeryzacji, jest zmienna, co powoduje, że polimer jest mieszaniną makrocząsteczek o różnej długosci łańcucha.
Polimery mogą występować w postaci naturalnej, jak np. skrobia, kwasy nukleinowe oraz syntetycznej, oraz jako tworzywa sztuczne (kauczuki, masy plastyczne, włókna sztuczne).
Polimery naturalne, występujące w przyrodzie, to przede wszystkim skrobia, celuloza i inne policukry, oraz polipeptydy i białka. Gospodarczo ważnym polimerem pochodzenia naturalnego jest kauczuk. On też (a dokładniej jego brak w czasie wojny) dał asumpt do poszukiwań polimerów syntetycznych o pożądanych właściwościach mechanicznych i chemicznych
Sztucznie otrzymywane polimery określamy najczęściej wspólną nazwą - tworzywa sztuczne, lub popularnie - plastyki. Właściwości otrzymanych tworzyw mogą znacznie różnić się między sobą, szczególnie właściwościami fizycznymi, nawet jeśli do polimeryzacji użyliśmy tych samych substratów. Wiele cech otrzymanego poprzez polimeryzację materiału zależy od stopnia polimeryzacji (wielkości cząsteczki polimeru) oraz jego przestrzennej budowy. Innymi właściwościami będzie charakteryzował się polimer otrzymany w postaci długich łańcuchów złożonych z poszczególnych merów, a innymi usieciowiona cząsteczka, zbudowana z tych samych i w takiej samej ilości użytych merów, lecz inaczej ze sobą połączonych.
Kopolimery mogą mieć budowę uporządkowaną, o powtarzającej się sekwencji cząsteczek monomerów, lub statystyczną, gdzie brak regularności w występowaniu poszczególnych merów makrocząsteczki. Będzie to miało oczywiście swoje odbicie we właściwościach tych polimerów.
Ponadto surowy polimer często poddawany jest dalszej obróbce, polegającej na dodaniu doń uszlachetniających dodatków, plastyfikatorów, barwników itp. w celu polepszenia jego pożądanych cech. Na przykład, w przypadku kauczuku takim uszlachetniającym zabiegiem jest proces wulkanizacji, prowadzący do poprzecznego łączenia polimerowych łańcuchów w sieć, w celu zwiększenia elastyczności (otrzymywanie gumy).
Tworzywa sztuczne, dzięki modyfikacji zwiazków wielkocząsteczkowych i zastosowaniu specjalnych dodatków, charakteryzują się wieloma użytecznymi i pożadanymi cechami, z których warto wymienić m.in.:
- możliwosć stosowania ich w różnorodnej postaci
(jako materiały konstrukcyjne i powłokowe, jako kleje, kity i apretury, włókna, folie)
- często znaczną odpornosć chemiczna
- małą gęstosć i w stosunku do niej znaczną wytrzymałosć mechaniczną
- dobre własciwosci cieplne, izolacyjne, optyczne
- łatwosć formowania wyrobów
- możliwosć uzyskania estetycznego wyglądu (przezroczystosć, łatwosć barwienia, połysk)
Polimery można spotkać praktycznie wszędzie. Dowodem tego jest poniższa lista,
gdzie wymienione zostały zastosowania polimerów w życiu codziennym...
Folia
linki nylonowe, węże
powłoki antykorozyjne
obudowy elektronarzędzi
łożyska
wykładziny podłogowe
przewody gazowe
zabawki
soczwki kontaktowe
kleje i podobne środki powierzchniowo czynne
polietylen (PE) - pojemniki, zabawki, folie, jest bardzo odporny chemicznie i łatwo się go barwi na żywe kolory
polipropylen (PP) - bardziej wytrzymały niż polietylen (wyższa temperatura topnienia) np. wykładziny, rury, ale jest trudniejszy w obróbce, mniej odporny chemicznie i trudno się go barwi.
polistyren (PS) - tworzywo konstrukcyjne, kruche ale wytrzymałe na zgniatanie.
poliakrylonitryl (PAN) - popularna "anilana" - podstawowy składnik tzw. sztucznego jedwabiu
poli(tereftalan etylenu) - (PET) - tworzywo przezroczyste, z którego produkuje się większość plastikowych butelek, oraz jest też stosowane jak sztuczne włókno (patrz polartec).
poli(tlenek etylenu) (PEO) - "sztuczna stal" - tworzywo konstrukcyjne o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie i skręcanie
poli(chlorek winylu) (PCW, PVC) - wykazuje dużą odporność na działanie stężonych kwasów i zasad, produkuje się z niego panele podłogowe, rurki i węże, często występuje jako składnik klejów i lakierów.
nylon - mocny i rozciągliwy, wykorzystywany do proukcji lin i sztucznych włókien
kauczuk syntetyczny - cała grupa polimerów o własnościach elastycznych
politetrafluoroetylen (PTFE) - charakteryzuje się dużym napięciem powierzchniowym oraz jest wyjątkowo odporny chemicznie, ma też dość wysoką odporność termiczną, ale jest bardzo kosztowny i trudny w obróbce
poli(metakrylan metylu) (PMM) (szkło organiczne) - tworzywo o dużej przezroczystości, w zakresie światła widzialnego i UV.
polisiloksan - cała gama tworzyw, od kauczuków i żeli stosowanych w medycynie po tworzywa konstrukcyjne, farby i smary