Polymery
Polymery jsou látky tvořené makromolekulami. Makromolekula je molekula o vysoké relativní molekulové hmotnosti, jejíž struktura v podstatě zahrnuje několikanásobné opakování jednotek odvozených, skutečně nebo konceptuálně, z molekul o nízké relativní molekulové hmotnosti. Polymer (/ˈpɒlɪmər/; [4] [5]) je látka nebo materiál sestávající z velmi velkých molekul nazývaných makromolekuly, složených z mnoha opakujících se podjednotek. [6] Díky svému širokému spektru vlastností [7] hrají syntetické i přírodní polymery v každodenním životě nezbytnou a všudypřítomnou roli. [8] Polymery sahají od známých syntetických plastů, jako je polystyren, až po přírodní biopolymery [9], jako je DNA a proteiny, které jsou zásadní pro biologickou strukturu a funkci. Polymery, jak přírodní, tak syntetické, vznikají polymerací mnoha malých molekul, známých jako monomery. Jejich následně velká molekulová hmotnost, ve srovnání s malými molekulovými sloučeninami, vytváří jedinečné fyzikální vlastnosti, včetně houževnatosti, vysoké elasticity, viskoelasticity a tendence tvořit amorfní a semikrystalické struktury spíše než krystaly. Termín „polymer“ pochází z řeckého πολύς (polus) „mnoho, hodně“ a μέρος (meros) „část“. Termín vytvořil v roce 1833 Jöns Jacob Berzelius, i když s definicí odlišnou od moderní definice IUPAC. [10] [11] Moderní koncept polymerů jako kovalentně vázaných makromolekulárních struktur navrhl v roce 1920 Hermann Staudinger, [12] který strávil následující desetiletí hledáním experimentálních důkazů pro tuto hypotézu. [13] Polymery jsou studovány v oborech polymerní věda (která zahrnuje polymerní chemii a polymerní fyziku), biofyzika a materiálová věda a inženýrství. Z historického hlediska byly produkty vznikající spojením opakujících se jednotek kovalentními chemickými vazbami primárním zaměřením polymerní vědy. Nově vznikající důležitá oblast se nyní zaměřuje na supramolekulární polymery tvořené nekovalentními vazbami. Polyisopren latexové gumy je příkladem přírodního polymeru a polystyren polystyrenu je příkladem syntetického polymeru. V biologických souvislostech jsou v podstatě všechny biologické makromolekuly – tj. proteiny (polyamidy), nukleové kyseliny (polynukleotidy) a polysacharidy – čistě polymerní nebo jsou z velké části složeny z polymerních složek.
Vlastnosti
Mechanické vlastnosti: Polymery mohou vykazovat širokou škálu mechanických vlastností, od měkkých a pružných po tvrdé a křehké. Tyto vlastnosti jsou určeny typem polymeru, jeho molekulovou hmotností a jeho strukturou.
Tepelné vlastnosti: Polymery mají obvykle nízké teploty tání a skelného přechodu. To je způsobeno jejich nepravidelnou strukturou a slabými intermolekulárními silami.
Chemické vlastnosti: Polymery jsou obecně chemicky inertní. To znamená, že nereagují snadno s jinými chemikáliemi.
Elektrické vlastnosti: Polymery mohou být elektrické izolátory nebo vodiče. Elektrické vlastnosti polymeru jsou určeny jeho typem a strukturou.
Optické vlastnosti: Polymery mohou být průhledné, průsvitné nebo neprůhledné. Optické vlastnosti polymeru jsou určeny jeho typem a strukturou.
Architektura
Lineární polymery: Lineární polymery jsou tvořeny řetězcem opakujících se jednotek.
Rozvětvené polymery: Rozvětvené polymery jsou tvořeny řetězcem opakujících se jednotek s postranními řetězci.
Síťované polymery: Síťované polymery jsou tvořeny řetězcem opakujících se jednotek, které jsou spojeny příčnými vazbami.
Takticita
Izotaktický: Izotaktické polymery mají všechny boční řetězce na stejné straně řetězce.
Syndiotaktický: Syndiotaktické polymery mají střídavé boční řetězce na opačných stranách řetězce.
Atactický: Atactické polymery mají náhodně umístěné boční řetězce.
Morfologie
Amorfní polymery: Amorfní polymery nemají žádnou pravidelnou strukturu.
Semikrystalické polymery: Semikrystalické polymery mají jak krystalické, tak amorfní oblasti.
Krystalické polymery: Krystalické polymery mají pravidelnou strukturu.
Degradace
Biodegradace: Biodegradace je rozklad polymeru působením mikroorganismů.
Fotodegradace: Fotodegradace je rozklad polymeru působením světla.
Termická degradace: Termická degradace je rozklad polymeru působením tepla.
Fázové chování
Dolní kritická teplota roztoku (LCST): LCST je teplota, pod kterou je polymer rozpustný v rozpouštědle. Nad LCST se polymer stává nerozpustným v rozpouštědle.
Horní kritická teplota roztoku (UCST): UCST je teplota, nad kterou je polymer rozpustný v rozpouštědle. Pod UCST se polymer stává nerozpustným v rozpouštědle.
Teorie Marka-Houwinka
Teorie Marka-Houwinka je empirická rovnice, která popisuje vztah mezi viskozitou roztoku polymeru a molekulovou hmotností polymeru.
Syntéza
Řetězová polymerace: Řetězová polymerace je typ polymerace, při kterém se monomery přidávají jeden po druhém k rostoucímu řetězci.
Stupňová polymerace: Stupňová polymerace je typ polymerace, při kterém se monomery spojují přímo za vzniku polymeru.
Klasifikace
Funkční typ: Polymery lze klasifikovat podle jejich funkčních skupin.
Struktura: Polymery lze klasifikovat podle jejich struktury.
Aplikace
Polymery se používají v široké škále aplikací, včetně:
Průmyslová výroba: Polymery se používají k výrobě plastů, vláken a gumy.
Spotřební výrobky: Polymery se používají k výrobě výrobků, jako jsou pneumatiky, kuchyňské nádobí a nádoby na potraviny.