Polimer: definicija, vrste, lastnosti in primeri (naravni in sintetični)

Polimer: jasna definicija, vrste, lastnosti in primeri — od naravnih (beljakovine, celuloza) do sintetičnih plastik. Pregledno in razumljivo.

Polimer je molekula, ki nastane z združitvijo številnih majhnih molekul, imenovanih monomeri. Besedo "polimer" lahko razdelimo na "poly" (v grščini pomeni "veliko") in "mer" (pomeni "enota"). To ponazarja, kako je kemijska sestava polimera zgrajena iz številnih manjših enot (monomerov), povezanih v večjo molekulo. Kemijska reakcija, pri kateri se monomeri povežejo med seboj, da nastane polimer, se imenuje polimerizacija. Polimerne verige so lahko zelo dolge; njihova dolžina in razpored monomerov močno vplivata na lastnosti materiala.

Vrste polimerov

Polimere lahko razvrstimo po različnih merilih:

• Po izvoru:
  • Naravni polimeri: jih proizvajajo organizmi. Sem sodijo beljakovine, ki so polipeptidne verige iz aminokislinskih enot, nukleinske kisline (DNK in RNK) iz nukleotidnih enot, celuloza in škrob (dve vrsti ogljikovih hidratov), pa tudi naravni elastomeri, kot je guma v nekaterih primerih.
  • Sintetični (umetni) polimeri: jih sintezira človek. Primeri so plastične mase (polietilen, polipropilen, polistiren), poliamidi, poliesteri in številna vlakna za oblačila in industrijo.
• Po sestavi monomerov:
  • Homopolimeri: vsi monomerni enoti v verigi so enaki; imena običajno dobijo z dodajanjem predpone poli-, npr. polistiren (iz monomerov stirena).
  • Kopolimeri (heteropolimeri): vsebujejo dve ali več vrst monomerov; obstajajo različne arhitekture (blok, naključni, izmenični, graft).
• Po obnašanju pri segrevanju:
  • Termoplastični polimeri: mehčajo se pri segrevanju in jih je mogoče ponovno preoblikovati.
  • Termoreaktivni (termoseti): po stiskanju/strjevanju tvorijo trajne mreže (zamreženost) in se pri segrevanju ne talijo, ampak razgrajujejo.
• Po elastičnosti:
  • Elastomeri: fleksibilni, elastični poli­­meri (npr. naravna guma, silikon).

Struktura in polimerizacija

Mnoge polimerne molekule so kot verige, v katerih so monomerne enote členi. Verige so lahko raven (linearne), razvejane ali zamrežene. Polimerizacija poteka po različnih mehanizmih: radikalska, ionska (kationtna ali aniontna), kondenzacijska (kondenzacijska polimerizacija sprosti majhno molekulo, pogosto vodo) in polikondenzacija. Na primer, nastanek polipeptidne verige iz aminokislin je kondenzacijska reakcija, pri kateri nastanejo peptidne vezi.

Strukturne lastnosti, ki vplivajo na obnašanje polimera, vključujejo:

• Molekulska masa (teža): višja molekulska masa običajno povečuje trdnost in viskoznost, a lahko zmanjša obdelovalnost.
• Distribucija molekulskih mas: ozka ali široka porazdelitev vpliva na mehanske in obdelovalne lastnosti.
• Takticnost: urejenost stranskih skupin vzdolž verige (izotaktičnost, sindiotaktičnost, ataktičnost) vpliva na kristaliničnost in točko taljenja.
• Kristaliničnost: delno kristalinični polimeri so trši in imajo višjo temperaturo taljenja; amorfni polimeri imajo jasno opazno steklasto prehodno temperaturo (Tg).
• Navzkrižno povezovanje (crosslinking): poveča togost in odpornost pri visokih temperaturah; primer v biopolimerih so disulfidni mostički: sulfhidrilne (-S-H) skupine v dveh cisteinskih aminokislinskih enotah tvorijo disulfidni most (-S-S-), ki veže verigi med seboj.

Lastnosti polimerov

Polimeri imajo širok nabor fizikalnih, kemičnih in mehanskih lastnosti, zato so uporabni v številnih panogah:

• Mehanske lastnosti: natezna trdnost, elastičnost, udarna žilavost, togost in trdota.
• Termične lastnosti: steklasta prehodna temperatura (Tg), točka taljenja (Tm) in točka razgradnje.
• Kemijska odpornost: odpornost na tekočine, kisline, baze in topila je odvisna od kemijske sestave in zgradbe polimera.
• Električne lastnosti: večina polimerov je izolatorjev, vendar obstajajo prevodni polimeri za elektronske aplikacije.
• Optične lastnosti: prosojnost, barvljivost in refrakcijski indeks.

Primeri in uporaba

Polimeri so prisotni v naravi in v industriji. Naravni primeri vključujejo beljakovine, nukleinske kisline, celulozo in škrob, medtem ko so med sintetičnimi najpogostejši polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), poli(vinilklorid) (PVC), polietilen tereftalat (PET) in poliamidi (npr. najlon).

Uporaba:

• Embaliranje in transport (folije, steklenice iz PET).
• Gradbeništvo (cevovodi, izolacije, profili iz PVC).
• Avtomobilska industrija (notranji in zunanji deli, kompoziti).
• Medicinske naprave (biokompatibilni polimeri, topni šivi, nosilci zdravil).
• Oblačila in tehnična vlakna (poliester, najlon, akril).
• Elektronika (izolatorji, fleksibilne vezja, prevodni polimeri).

Okoljski vidiki: razgradnja in recikliranje

Polimerni materiali imajo različne okoljske vplive. Nekateri sintetični polimeri se v okolju počasi razgrajujejo, kar povzroča kopičenje odpadkov. Obstajajo pa tudi biološko razgradljivi polimeri (npr. polimlečna kislina PLA, nekateri poli-esteri) in metode kemičnega ali mehanskega recikliranja, ki zmanjšujejo vpliv. Pomembno je razlikovati med reciklabilnimi termoplastičnimi materiali in trdnejšimi termoseti, ki so težje za recikliranje.

Povzetek

Polimer je velik molekularni gradnik, zgrajen iz ponavljajočih se monomernih enot. Polimeri so izjemno raznoliki — od bioloških molekul, kot so beljakovine in nukleinske kisline, do širokega spektra sintetičnih plastičnih mas in vlaken. Njihove lastnosti so odvisne od kemijske sestave, dolžine verig, razvejanosti in stopnje zamreženosti, kar določa tudi njihovo uporabo v industriji, medicini in vsakdanjem življenju. Razumevanje polimerov vključuje tako kemijo polimerizacije kot tudi fizikalne lastnosti, recikliranje in vpliv na okolje.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je polimer?

V: Kaj pomeni beseda "polimer"?

V: Kako nastanejo polimeri?

V: Ali obstajajo naravni polimeri?

V: Ali obstajajo umetni polimeri?

V: Kakšna je razlika med homopolimerom in kopolimerom?

V: Kako se velike molekule ogljikovodikov pretvorijo v manjše ?

Išči po črki