Τι είναι ένα πολυμερές;

Ο όρος πολυμερές χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία πλαστικών και σύνθετων υλικών, συχνά ως συνώνυμο για πλαστική ύλη ή ρητίνη. Στην πραγματικότητα, τα πολυμερή περιλαμβάνουν μια ποικιλία υλικών με μια ποικιλία ιδιοτήτων. Βρίσκονται σε κοινά είδη οικιακής χρήσης, σε είδη ένδυσης και παιχνιδιών, σε δομικά υλικά και μόνωση, καθώς και σε πολλά άλλα προϊόντα.

Ένα πολυμερές είναι α χημική ένωση με μόρια συνδεδεμένα μεταξύ τους σε μεγάλες, επαναλαμβανόμενες αλυσίδες. Λόγω της δομής τους, τα πολυμερή έχουν μοναδικές ιδιότητες που μπορούν να προσαρμοστούν για διαφορετικές χρήσεις.

Τα πολυμερή είναι τόσο ανθρωπογενή όσο και φυσικά. Το καουτσούκ, για παράδειγμα, είναι ένα φυσικό πολυμερές υλικό που έχει χρησιμοποιηθεί για χιλιάδες χρόνια. Έχει εξαιρετικές ελαστικές ιδιότητες, αποτέλεσμα μιας αλυσίδας μοριακών πολυμερών που δημιουργείται από την μητέρα φύση. Ένα άλλο φυσικό πολυμερές είναι το shellac, μια ρητίνη που παράγεται από το bug bug στην Ινδία και την Ταϊλάνδη, η οποία χρησιμοποιείται ως αστάρι χρώματος, σφραγιστικό και βερνίκι.

Το πιο κοινό φυσικό πολυμερές στη Γη είναι η κυτταρίνη, μια οργανική ένωση που βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή προϊόντων από χαρτί, υφάσματα και άλλα υλικά όπως το σελοφάν.

Τα τεχνητά ή συνθετικά πολυμερή περιλαμβάνουν υλικά όπως το πολυαιθυλένιο, το πιο κοινό πλαστικό στον κόσμο που βρίσκεται στα αντικείμενα που κυμαίνονται από τις τσάντες αγορών μέχρι τα δοχεία αποθήκευσης, και το πολυστυρένιο, το υλικό που χρησιμοποιείται για τη συσκευασία φιστίκια και μίας χρήσης κύπελλα. Ορισμένα συνθετικά πολυμερή είναι εύκαμπτα (θερμοπλαστικά), ενώ άλλα είναι μόνιμα άκαμπτα (θερμοσκληρυνόμενα). Ακόμη άλλοι έχουν ιδιότητες ελαστικού (ελαστομερή) ή μοιάζουν με φυτικές ή ζωικές ίνες (συνθετικές ίνες). Αυτά τα υλικά βρίσκονται σε όλα τα είδη προϊόντων, από μαγιό έως μαγειρικά σκεύη.

Ανάλογα με την επιθυμητή χρήση, τα πολυμερή μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια για να επωφεληθούν ορισμένων πλεονεκτικών ιδιοτήτων. Αυτά περιλαμβάνουν:

• Αντανακλαστικότητα: Χρησιμοποιούνται μερικά πολυμερή για την παραγωγή αντανακλαστική ταινία, το οποίο χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία τεχνολογιών που σχετίζονται με το φως.
• Αντίσταση αντίκτυπου: Τα ανθεκτικά πλαστικά που αντέχουν στον τραχύ χειρισμό είναι ιδανικά για αποσκευές, προστατευτικές θήκες, προφυλακτήρες αυτοκινήτων και πολλά άλλα.
• Εύθραυστο: Ορισμένες μορφές πολυστυρενίου είναι σκληρές και εύθραυστες και εύκολα παραμορφώνονται με τη χρήση θερμότητας.
• Διαύγεια: Πολυμερή διαφανής, συμπεριλαμβανομένου του πολυμερούς πηλού, χρησιμοποιούνται συχνά στις τέχνες και τις τέχνες.
• Εύπλαστο: Σε αντίθεση με τα εύθραυστα πολυμερή, τα όλκιμα πολυμερή μπορούν να παραμορφωθούν χωρίς να υποχωρήσουν. Μέταλλα όπως ο χρυσός, το αλουμίνιο και ο χάλυβας είναι γνωστά για την ολκιμότητα τους. Τα εύκαμπτα πολυμερή, αν και όχι τόσο ισχυρά όπως άλλα πολυμερή, είναι χρήσιμα για πολλούς σκοπούς.
• Ελαστικότητα: Τα φυσικά και συνθετικά λάστιχα έχουν ελαστικές ιδιότητες που τα καθιστούν ιδανικά για ελαστικά αυτοκινήτων και παρόμοια προϊόντα.

Ο πολυμερισμός είναι η διαδικασία δημιουργίας συνθετικών πολυμερών συνδυάζοντας μικρά μονομερές μορίων σε αλυσίδες που συγκρατούνται μαζί με ομοιοπολικούς δεσμούς. Οι δύο κύριες μορφές πολυμερισμού είναι πολυμερισμός αύξησης βημάτων και πολυμερισμός ανάπτυξης αλύσου. Η κύρια διαφορά μεταξύ τους είναι ότι στον πολυμερισμό της ανάπτυξης της αλυσίδας, μόρια μονομερούς προστίθενται στο μόριο μιας αλυσίδας κάθε φορά. Στον πολυμερισμό ανάπτυξης σταδίων, πολλαπλά μόρια μονομερούς συνδέονται άμεσα μεταξύ τους.

Εάν θα μπορούσατε να κοιτάξετε μια αλυσίδα πολυμερούς κοντά, θα δείτε ότι η οπτική δομή και οι φυσικές ιδιότητες της αλυσίδας μορίων μιμούνται τις φυσικές ιδιότητες του πολυμερούς. Για παράδειγμα, αν μια αλυσίδα πολυμερούς περιλαμβάνει σφιχτά συνεστραμμένους δεσμούς μεταξύ μονομερών που είναι δύσκολο να σπάσουν, το πολυμερές πιθανότατα θα είναι ισχυρό και σκληρό. Από την άλλη πλευρά, εάν η αλυσίδα του πολυμερούς περιλαμβάνει μόρια με χαρακτηριστικά ελαστικότητας, το πολυμερές πιθανότατα θα έχει εύκαμπτες ιδιότητες.

Τα περισσότερα πολυμερή που συνήθως αναφέρονται ως πλαστικά ή θερμοπλαστικά αποτελούνται από αλυσίδες μορίων που μπορούν να σπάσουν και να επανασυνδεθούν. Τα πιο κοινά πλαστικά μπορούν να κάμπτονται σε νέα σχήματα με την εφαρμογή θερμότητας. Μπορούν επίσης να ανακυκλωθούν. Οι πλαστικές φιάλες σόδας, για παράδειγμα, μπορούν να λειωθούν και να ξαναχρησιμοποιηθούν για να κατασκευάσουν προϊόντα που κυμαίνονται από τα νέα μπουκάλια σόδα μέχρι τα χαλιά με τα μπουφάν από ύφασμα.

Τα διασταυρωμένα πολυμερή, από την άλλη πλευρά, δεν μπορούν να επανασυνδεθούν αφού διασπαστεί ο διασυνδεδεμένος δεσμός μεταξύ μορίων. Για το λόγο αυτό, τα διασυνδεδεμένα πολυμερή συχνά εμφανίζουν χαρακτηριστικά όπως υψηλότερη αντοχή, ακαμψία, θερμικές ιδιότητες, και τη σκληρότητα.

Σε FRP (πολυμερές ενισχυμένο με ίνες) σύνθετο τα προϊόντα με σταυρωτά συνδεδεμένα πολυμερή χρησιμοποιούνται συχνότερα και αναφέρονται ως ρητίνη ή θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη. Τα συνηθέστερα πολυμερή που χρησιμοποιούνται στα σύνθετα υλικά είναι πολυεστέρας, βινυλεστέρας, και εποξυ.

Τα κοινά πολυμερή περιλαμβάνουν:

• Πολυπροπυλένιο (PP): Χαλί, ταπετσαρία
• Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE): Τσάντες παντοπωλείο
• Πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE): Μπουκάλια απορρυπαντικών, παιχνίδια
• Πολυ (χλωριούχο βινύλιο) (PVC): Σωληνώσεις, καταστρώματα
• Πολυστυρένιο (PS): Παιχνίδια, αφρός
• Πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE, Teflon): Μη κολλητικές λεκάνες, ηλεκτρική μόνωση
• Πολυ (μεθακρυλικό μεθύλιο) (PMMA, Lucite, Plexiglas): Ασπίδες προσώπου, φεγγίτες
• Πολυ (οξικός βινυλεστέρας) (PVAc): Χρώματα, κόλλες
• Πολυχλωροπρένιο (Νεοπρένιο): Αδιάβροχα κοστούμια