Polimery

Polimery
POLIMERY: PRODUKTY REAKCJI POLIMERYZACJI
POLIMERYZACJA: ŁĄCZENIE SIĘ MNIEJSZYCH
CZĄSTECZEK W ZWIĄZKI O MASIE CZĄSTECZKOWEJ RZĘDU
TYSIĘCY JEDNOSTEK (> OD 10 000U) MASY ATOMOWJ
NAJMNIEJSZY, POWTARZAJĄCY SIĘ ELEMENT BUDOWY
ŁAŃCUCHA POLIMERU NAZYWAMY MEREM.
Większość polimerów jest dziełem człowieka, ale istnieją też
polimery naturalne.
Naturalne polimery
•
•
•
•
•
•
•
DNA
RNA
Celuloza
Skrobia
Kauczuk
Szelak
Bursztyn
Celuloza
To nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd, o cząsteczkach
złożonych z kilkunastu do kilkuset tysięcy jednostek glukozy.
Celuloza jest podstawowym składnikiem ścian komórkowych
roślin.
Występuje w:
•Pniach drzew
•Źdźbłach traw
•Łodygach krzewów
•Korzeniach
•Liściach
Niemal czystą celulozę zawierają len, bawełna i konopie
Z celulozy produkuje się:
•Papier
•Bawełnę strzelniczą
•Sztuczny jedwab
•Błonę fotograficzną
•Lakier
Skrobia – najważniejszy polisacharyd zapasowym u roślin, które
magazynują go w owocach, nasionach, korzeniach w formie ziaren w
liściach, bulwach, rdzeniu łodygi i kłączach.
Szczególnie bogate w skrobię są ziarna zbóż i bulwy ziemniaka.
Skrobia oraz jej pochodne maja zastosowanie w:
•Przemyśle włókienniczym
•Farmaceutycznym
•Kosmetycznym
•Papierniczym
•Tekstylnym
•W produkcji kleju
Kauczuk naturalny - substancja otrzymywana z soku mlecznego (lateksu)
roślin kauczukodajnych - drzew, krzewów lub roślin zielnych.
Wzór strukturalny kauczuku naturalnego
Guma, produkt powstający w wyniku wulkanizacji kauczuku naturalnego,
kauczuku syntetycznego lub ich mieszanin, odznaczający się zdolnością do
dużych odkształceń odwracalnych.
Rozróżnia się gumę naturalną (otrzymywaną z kauczukowca brazylijskiego,
wyroby z niej znane już były Aztekom i Majom) oraz gumę syntetyczną, której
produkcję (opartą głównie na polimeryzacji butadienu) rozpoczęły Niemcy i
Związek Radziecki w latach międzywojennych oraz USA podczas II wojny
światowej (kopolimeryzacja butadienu i styrenu).
W 1823 roku Charles Macintosh opatentował laminowany gumą płaszcz (tzw.
Mackintosh). Nieprzemakalna odzież szybko zyskała popularność, ale miała
również pewne wady – w niskich temperaturach sztywniała, zaś w wysokich topiła
się, wydając nieprzyjemny zapach.
Zaradziło temu odkrycie w 1839 roku, przez Charlesa Goodyeara, procesu
wulkanizacji, w którym z podgrzanego lateksu z dodatkiem siarki uzyskiwał
elastyczny materiał, nadający się do przemysłowego wykorzystania. Owo
wykorzystanie na skalę przemysłową zagwarantowało wynalezienie opony (choć
wynalazek ten opatentował William Thompson już w 1844 roku, świat zna ją
dzięki Charlesowi Dunlopowi, który opatentował pneumatyczną oponę z gumy w
1888 roku).
Oba odkrycia zrewolucjonizowały nie tylko historię kauczuku, ale także życie
codzienne na całym świecie. Zwiększyło to gwałtownie zapotrzebowanie na
surowiec pozyskiwany wówczas wyłącznie w Brazylii, z dziko rosnących drzew. O
skali zjawiska świadczą dane – w latach 40. XIX wieku roczne zużycie kauczuku
wynosiło 400 ton, dziesięć lat później zapotrzebowanie na brazylijskie „białe
złoto” plasowało się na poziomie 3000-4000 ton.
Na cztery tysiące lat przed odkryciem procesu wulkanizacji Indianie opanowali
umiejętność wytwarzania i manipulowania mechanicznymi właściwościami
gumy, zależnie od potrzeb poprzez dodawanie do lateksu soków innych roślin.
Niestety cała ta wiedza zginęła wraz z ich cywilizacją.
Szelak – odmiana żywicy naturalnej, pozyskiwanej z wydzieliny owadów (Lac
laccifer) zwanych czerwcami, od czerwonego koloru, żyjących w Indiach i Tajlandii
na drzewach zwanych popularnie szelakowymi.
W Indiach żywica ta od starożytności stosowana jest jako barwnik do farbowania
ubrań. Od XVI wieku ceniony środek do wykończania powierzchni mebli, a także
składnik werniksów, laku i lakieru lutniczego.
Naturalny szelak, pomimo szerokiego stosowania żywic syntetycznych, jest
niezastąpiony w wielu dziedzinach. W przemyśle spożywczym (E904),
farmaceutycznym, w produkcji farb i lakierów, tuszu, renowacji przedmiotów
zabytkowych, modelowaniu kapeluszy, w zegarmistrzostwie jako klej itd.
Krótka historia syntetycznych
tworzyw sztucznych
1862 – parkesina - połączenie nitrocelulozy, kamfory i alkoholu. Produkcja
parkesiny była kosztowna, rozpoczęto ją jednak w 1866 roku w londyńskiej
firmie Parkesine.
1869 - celuloid - patent Johna Wesleya Hyatta z Albany w stanie Nowy Jork,
powstały przez połączenie nitrocelulozy z kamforą.
1907 – bakelit patent belgijskiego chemika Leo H. Baekeland – pierwszy
całkowicie syntetyczny polimer. Nie przewodził ciepła i prądu elektrycznego,
więc stał się dobrym materiałem w urządzeniach elektrycznych.
Produkcję innych powszechnie dzisiaj używanych tworzyw sztucznych
rozpoczęto:
- polistyrenu w 1930 roku,
- polichlorku winylu w 1931 roku,
- polietylenu w 1939 roku,
- teflonu w 1946 roku,
- żywic epoksydowych w 1950 roku.
Włókna polimerowe
•Pierwszym był sztuczny jedwab kolodionowy
(nitrocelulozowy) otrzymany w 1884 roku przez Francuza
Hilaire Chardonneta. Jest to włókno otrzymywane sztucznie z celulozy
drzewnej, imitujące jedwab naturalny. Pierwsza na świecie fabrykę jedwabiu
sztucznego powstała 1891 roku.
•Jednak lepszy okazał się jedwab wiskozowy. Wynaleźli go
w 1893 roku chemicy Charles F. Cross i Edward J. Bevan.
Estryfikując celulozę bezwodnikiem octowym otrzymali acetylocelulozę.
Następnie rozpuścili ją w mieszaninie acetonu (85%) i alkoholu etylowego
(15%) i tak powstały roztwór przeciskali przez dysze przędzalnicze do komory
z ciepłym powietrzem. Tam rozpuszczalnik wyparowywał i powstawała nitka
jedwabiu octanowego. Tak powstałe włókno jest bardzo cienkie, delikatne,
giętkie, miękkie oraz elastyczne.
•Najstarszymi włóknami syntetycznymi są poliamidy.
Włókna poliamidowe otrzymał w skali laboratoryjnej
amerykański chemik Wallace H. Carothers.
•Obok poliamidowych wytwarzane są obecnie
włókna: poliuretanowe, poliakrylonitrylowe,
poliestrowe, propylenowe.
•Nie ma chyba dzisiaj dziedziny życia, w której tworzywa sztuczne by się
nie pojawiły i zadomowiły. W pewnym momencie stały się
ogólnoświatowym problemem: tworzyw zaczęło być za dużo!
•Odpady zaczęły zagrażać środowisku naturalnemu.
•Problem rozwiązał kanadyjski chemik, dr James Guiller, wymyślając w
1971 roku tworzywo ulegający biodegradacji pod wpływem światła
słonecznego. Oczywiście nie od razu. Pierwszym praktycznie stosowanym i
w pełni "rozkładającym się" tworzywem sztucznym był biopal
wyprodukowany w ICI w Billingham w Cleveland. Jego składnikiem stały się
bakterie żyjące w glebie.
•W 1993 roku japońska korporacja Kai wypuściła na rynek nożyk do
golenia, który całkowicie rozkłada się na wodę i dwutlenek węgla w ciągu
dwóch lat od chwili zakopania go w ziemi lub zatopienia w oceanie.