Polimery

Budowa meru syntetycznego polimeru organicznego – polipropylenu
Budowa polimeru nieorganicznego z grupy polisiloksanów
Fragment RNA – polimeru naturalnego

Polimery (gr. polymeres, wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) – substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.

Przez „bardzo dużą masę cząsteczkową” rozumie się zwykle taką sytuację, gdy odjęcie lub przyłączenie jednego meru nie zmienia w zasadniczym stopniu ogólnych właściwości chemicznych i fizycznych związku chemicznego. Odróżnia to polimery od oligomerów, które mają jeszcze na tyle małą masę cząsteczkową, że dodanie do nich lub odjęcie jednego meru skutkuje zauważalną zmianą ich właściwości (na przykład temperatury topnienia).

Polimery naturalne są jednym z podstawowych budulców organizmów żywych. Polimery syntetyczne są podstawowym budulcem tworzyw sztucznych, a także wielu innych powszechnie wykorzystywanych produktów chemicznych takich jak: farby, lakiery, oleje przemysłowe, środki smarujące, kleje itp. Polimery syntetyczne otrzymuje się w wyniku łańcuchowych lub sekwencyjnych reakcji polimeryzacji ze związków posiadających minimum dwie grupy funkcyjne zwanych monomerami.

Podział polimerów

Wyróżnia się następujące podziały polimerów:

Podział ze względu na pochodzenie

Podział ze względu na topologię

Struktury topologiczne polimerów ukazują architekturę oraz sposoby łączenia się z sobą poszczególnych merów.

Topologiczne parametry strukturalne cząsteczek:

  • skład chemiczny
  • konstytucja makrocząsteczek (rodzaje par atomów, rodzaje wiązań)
  • rozmieszczenie centrów konfiguracyjnych.

Topologia związana ściśle ze strukturą:

  • polimery liniowe – w których łańcuchy główne są proste i nie mają żadnych rozgałęzień, np. wysokociśnieniowy polietylen lub teflon
  • polimery rozgałęzione – w których łańcuchy główne są rozgałęzione. Wyróżnia się tutaj:
    • polimery bocznołańcuchowe – w których krótkie, boczne łańcuchy są regularnie lub nieregularnie rozmieszczone wzdłuż głównego łańcucha
    • polimery rozgałęzione wielokrotnie (ang. hyperbranched) – w których występuje wiele wielokrotnych rozgałęzień i nie da się wyróżnić głównego łańcucha
    • polimery gwiaździste (gwiazdowe) – w których z jednego centralnego punktu wybiega kilka do kilkunastu „ramion”, będących zwykłymi liniowymi łańcuchami
  • polimery drabinkowe – w których występują dwa równoległe łańcuchy główne połączone okresowo krótkimi bocznymi łańcuchami. Wyróżnia się formę całkowitą oraz częściową (bok tworzący szkielet jest od miejscami poprzerywany).
  • polimery usieciowane – tworzące przestrzenną ciągłą sieć, w których nie da się wyróżnić pojedynczych cząsteczek. Dzieli się je na wysokiej i niskiej gęstości usieciowania.
  • polimery cykliczne – stosunkowo rzadko spotykane, w którym zamiast liniowych cząsteczek występują ogromne cząsteczki cykliczne
  • polimery katenanowe (katenany) – przypominające połączone ogniwa łańcucha. Cykliczne fragmenty przenikają się, tworząc długi łańcuch polimerowy.
  • polimery rotaksanowe (rotaksany) – o strukturze szaszłykowej. Na łańcuch polimerowy „nawleczone” są krótkie cykliczne cząsteczki.
  • polimery dendrymeryczne (dendrymery) – z jednego łańcucha rozchodzą się następne, a z nich kolejne – powstaje struktura przypominająca drzewo.

Dodatkowo rozpatruje się topologię polimerów ze względu na ograniczenia w przestrzeni, czyli jednowymiarowe – płaskie, dwuwymiarowe – czyli szczepione z płaskiej powierzchni oraz trójwymiarowe – szczepione na sferze.

Podział ze względu na jednorodność budowy chemicznej

Podział ten opiera się na tym, czy w łańcuchu polimeru występuje jeden mer, czy jest on zbudowany z bloków pochodzących od dwóch lub więcej monomerów. Polimery zbudowane z wielu bloków pochodzących od kilku monomerów nazywa się kopolimerami, zaś otrzymywane z jednego monomeru homopolimerami.

Kopolimery dzieli się z kolei na:

  • kopolimery statystyczne – w których występują krótkie losowo przemieszane bloki pochodzące od poszczególnych merów
  • kopolimery gradientowe – w których wstępują krótkie losowo przemieszane bloki, jednak na jednym z końców cząsteczki można znaleźć więcej bloków jednego rodzaju, a na drugim drugiego rodzaju
  • kopolimery naprzemienne – w których ściśle naprzemiennie występują krótkie bloki pochodzące od poszczególnych merów
  • kopolimery blokowe – w których występują długie bloki pochodzące z poszczególnych merów – zwykle tylko dwa lub trzy
  • polimery szczepione – w których do głównego łańcucha są przyłączone bloki pochodzące od innego monomeru w formie bocznych odgałęzień.

Podział ze względu na budowę

Polimery organiczne
Polimery nieorganiczne

Są to polimery, w których w głównych łańcuchach nie występują atomy węgla. Należą do nich polisiloksany, polifosfazeny, wielosiarczki i wiele innych.

Podział ze względu na taktyczność

Podział ze względu na strukturę

  • polimery krystaliczne – są to polimery o regularnej, liniowej budowie łańcucha lub zawierające grupy o dużej polarności, rozmieszczone równomiernie wzdłuż makrocząsteczki. Powstają one na skutek ruchów termicznych oraz sił oddziaływań międzycząsteczkowych skłębionych łańcuchów.
  • polimery amorficzne – są to polimery amorficzne zwane również bezpostaciowymi zgodnie z zasadą termodynamiki są w stanie cieczy przechłodzonej. Makrocząsteczki przyjmują postać kłębka, tworząc struktury nieuporządkowane skłębione, o słabych oddziaływaniach energetycznych.

Zastosowania polimerów

Polimery stosuje się powszechnie w wielu dziedzinach życia i gałęziach przemysłu, zwłaszcza jako tworzywa sztuczne. Obszary zastosowań to na przykład:

Przykłady polimerów

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ inorganic polymer, [w:] Compendium of Chemical Terminology, International Union of Pure and Applied Chemistry, wer. 5.0.0, 2025, DOI: 10.1351/goldbook.IT07515 (ang.).
  2. ↑ Ewa Osiecka, Materiały budowlane. Tworzywa sztuczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2005, ISBN 83-7207-540-9, OCLC 69455908.

Bibliografia

Linki zewnętrzne