Wat is een polymeer?

Een polymeer is een groot molecuul dat bestaat uit ketens of ringen van gekoppelde repeterende subeenheden, die monomeren worden genoemd. Polymeren hebben meestal hoge smelt- en kookpunten. Omdat de moleculen uit vele monomeren bestaan, hebben polymeren de neiging een hoog molecuulgewicht te hebben.

Het woord polymeer komt van het Griekse voorvoegsel poly-, wat 'veel' betekent, en het achtervoegsel -mer, wat "delen" betekent. Het woord werd bedacht door de Zweedse chemicus Jons Jacob Berzelius (1779-1848) in 1833, hoewel met een iets andere betekenis dan de moderne definitie. Het moderne begrip van polymeren als macromoleculen werd in 1920 voorgesteld door de Duitse organische chemicus Hermann Staudinger (1881-1965).

Voorbeelden van polymeren

Polymeren kunnen in twee categorieën worden verdeeld. Natuurlijke polymeren (ook biopolymeren genoemd) omvatten zijde, rubber, cellulose, wol, barnsteen, keratine, collageen, zetmeel, DNA en schellak. Biopolymeren vervullen sleutelfuncties in organismen en werken als structurele eiwitten, functionele eiwitten, nucleïnezuren, structurele polysacchariden en energieopslagmoleculen.

Synthetische polymeren worden bereid door een chemische reactie, vaak in een laboratorium. Voorbeelden van synthetische polymeren omvatten PVC (polyvinylchloride), polystyreen, synthetisch rubber, siliconen, polyethyleen, neopreen en nylon. Synthetische polymeren worden gebruikt om kunststoffen, lijmen, verven, mechanische onderdelen en vele veelvoorkomende objecten te maken.

Synthetische polymeren kunnen in twee categorieën worden gegroepeerd. Thermohardende kunststoffen zijn gemaakt van een vloeibare of zachte vaste stof die onomkeerbaar kan worden veranderd in een onoplosbaar polymeer door uitharding met behulp van warmte of straling. Thermohardende kunststoffen zijn vaak stijf en hebben een hoog molecuulgewicht. Het plastic blijft uit vorm wanneer het wordt vervormd en valt meestal uiteen voordat het smelt. Voorbeelden van thermohardende kunststoffen omvatten epoxy, polyester, acrylharsen, polyurethanen en vinylesters. Bakeliet, Kevlar en gevulkaniseerd rubber zijn ook thermohardende kunststoffen.

Thermoplastische polymeren of thermosferende kunststoffen zijn het andere type synthetische polymeren. Hoewel thermohardende kunststoffen star zijn, zijn thermoplastische polymeren vast wanneer ze koel zijn, maar zijn plooibaar en kunnen boven een bepaalde temperatuur worden gevormd. Terwijl thermohardende kunststoffen onomkeerbare chemische bindingen vormen wanneer ze worden uitgehard, verzwakt de binding in thermoplastics met de temperatuur. In tegenstelling tot thermohardende materialen, die eerder ontleden dan smelten, smelten thermoplasten in een vloeistof bij verhitting. Voorbeelden van thermoplasten omvatten acryl, nylon, teflon, polypropyleen, polycarbonaat, ABS en polyethyleen.

Korte geschiedenis van polymeerontwikkeling

Natuurlijke polymeren worden al sinds de oudheid gebruikt, maar het vermogen van de mensheid om opzettelijk polymeren te synthetiseren is een vrij recente ontwikkeling. Het eerste kunstmatige plastic was nitrocellulose. Het proces om het te maken werd bedacht in 1862 door de Britse chemicus Alexander Parkes (1812-1890). Hij behandelde de natuurlijke polymeercellulose met salpeterzuur en een oplosmiddel. Toen nitrocellulose werd behandeld met kamfer, produceerde het celluloid, een polymeer dat veel wordt gebruikt in de filmindustrie en als een vormbare vervanging voor ivoor. Toen nitrocellulose werd opgelost in ether en alcohol, werd het collodion. Dit polymeer werd gebruikt als chirurgisch verband, te beginnen met de Amerikaanse burgeroorlog en daarna.

De vulkanisatie van rubber was een andere grote prestatie in de polymeerchemie. De Duitse chemicus Friedrich Ludersdorf (1801-1886) en de Amerikaanse uitvinder Nathaniel Hayward (1808-1865) ontdekten onafhankelijk dat het toevoegen van zwavel aan natuurlijk rubber ervoor zorgde dat het niet plakkerig werd. Het proces van het vulkaniseren van rubber door zwavel toe te voegen en warmte toe te passen werd beschreven door de Britse ingenieur Thomas Hancock (1786-1865) in 1843 (UK patent) en de Amerikaanse chemicus Charles Goodyear (1800-1860) in 1844.

Hoewel wetenschappers en ingenieurs polymeren konden maken, werd pas in 1922 een verklaring voorgesteld voor de vorming ervan. Hermann Staudinger suggereerde covalente bindingen die lange ketens van atomen bij elkaar hielden. Naast het verklaren van hoe polymeren werken, stelde Staudinger ook de naam macromoleculen voor om polymeren te beschrijven.