Che cos'è un polimero?

Un polimero è una grande molecola composta da catene o anelli di subunità ripetute collegate, chiamate monomeri. I polimeri di solito hanno alti punti di fusione e di ebollizione. Poiché le molecole sono costituite da molti monomeri, i polimeri tendono ad avere masse molecolari elevate.

La parola polimero deriva dal prefisso greco poli-, che significa "molti" e il suffisso -mer, che significa "parti". La parola fu coniata dal chimico svedese Jons Jacob Berzelius (1779-1848) nel 1833, sebbene con un significato leggermente diverso dalla definizione moderna. La moderna comprensione dei polimeri come macromolecole fu proposta dal chimico organico tedesco Hermann Staudinger (1881-1965) nel 1920.

Esempi di polimeri

I polimeri possono essere divisi in due categorie. I polimeri naturali (chiamati anche biopolimeri) includono seta, gomma, cellulosa, lana, ambra, cheratina, collagene, amido, DNA e gommalacca. I biopolimeri svolgono funzioni chiave negli organismi, fungendo da proteine ​​strutturali, proteine ​​funzionali, acidi nucleici, polisaccaridi strutturali e molecole di accumulo di energia.

I polimeri sintetici sono preparati da una reazione chimica, spesso in laboratorio. Esempi di polimeri sintetici includono PVC (polivinilcloruro), polistirene, gomma sintetica, silicone, polietilene, neoprene e nylon. I polimeri sintetici sono usati per produrre plastica, adesivi, vernici, parti meccaniche e molti oggetti comuni.

I polimeri sintetici possono essere raggruppati in due categorie. Le materie plastiche termoindurenti sono costituite da una sostanza solida liquida o morbida che può essere irreversibilmente trasformata in un polimero insolubile indurendo mediante calore o radiazione. Le materie plastiche termoindurenti tendono ad essere rigide e hanno pesi molecolari elevati. La plastica rimane fuori forma quando deformata e in genere si decompone prima di sciogliersi. Esempi di materie plastiche termoindurenti includono resina epossidica, poliestere, resine acriliche, poliuretani ed esteri di vinile. La bachelite, il kevlar e la gomma vulcanizzata sono anche materie plastiche termoindurenti.

I polimeri termoplastici o le materie plastiche termoindurenti sono l'altro tipo di polimeri sintetici. Mentre le materie plastiche termoindurenti sono rigide, i polimeri termoplastici sono solidi quando sono freddi, ma sono flessibili e possono essere stampati al di sopra di una certa temperatura. Mentre le materie plastiche termoindurenti formano legami chimici irreversibili quando indurite, l'incollaggio nei materiali termoplastici si indebolisce con la temperatura. A differenza dei termoindurenti, che si decompongono anziché sciogliersi, i termoplastici si sciolgono in un liquido al riscaldamento. Esempi di materiali termoplastici includono acrilico, nylon, teflon, polipropilene, policarbonato, ABS e polietilene.

Breve storia dello sviluppo di polimeri

I polimeri naturali sono stati usati fin dai tempi antichi, ma la capacità dell'umanità di sintetizzare intenzionalmente i polimeri è uno sviluppo abbastanza recente. La prima plastica artificiale è stata la nitrocellulosa. Il processo per realizzarlo fu ideato nel 1862 dal chimico britannico Alexander Parkes (1812-1890). Ha trattato la cellulosa polimerica naturale con acido nitrico e un solvente. Quando la nitrocellulosa è stata trattata con la canfora, ha prodotto la celluloide, un polimero ampiamente utilizzato nell'industria cinematografica e come sostituto modellabile dell'avorio. Quando la nitrocellulosa fu sciolta in etere e alcool, divenne collodio. Questo polimero è stato usato come medicazione chirurgica, a partire dalla guerra civile degli Stati Uniti e in seguito.

La vulcanizzazione della gomma è stata un'altra grande conquista della chimica dei polimeri. Il chimico tedesco Friedrich Ludersdorf (1801-1886) e l'inventore americano Nathaniel Hayward (1808-1865) hanno scoperto in modo indipendente che l'aggiunta di zolfo alla gomma naturale ha contribuito a impedire che diventasse appiccicoso. Il processo di vulcanizzazione della gomma con l'aggiunta di zolfo e l'applicazione di calore fu descritto dall'ingegnere britannico Thomas Hancock (1786-1865) nel 1843 (brevetto britannico) e dal chimico americano Charles Goodyear (1800-1860) nel 1844.

Mentre scienziati e ingegneri potevano fabbricare polimeri, non fu fino al 1922 che fu proposta una spiegazione per come si formarono. Hermann Staudinger ha suggerito legami covalenti tenuti insieme da lunghe catene di atomi. Oltre a spiegare come funzionano i polimeri, Staudinger ha anche proposto il nome macromolecole per descrivere i polimeri.