Materiali
Zgodovinski pregled razvoja in delitev polimernih gradiv
Pod nazivom plastične mase pojmujemo umetno pridobljene visokomolekularne snovi. Naziv plastične mase izhaja iz grške besede plastikos, kar pomeni oblikovnost, gnetljivost. Te snovi imajo namreč lastnost, da se pri določenih pogojih zelo dobro preoblikujejo.
Ker se te snovi pridobivajo na umeten način in v naravi kot take ne obstajajo, jih imenujemo tudi umetne snovi (nemško Kunststoffe). Označujemo jih tudi z izrazom polimerne snovi oziroma polimeri. Naziv izhaja iz grških besed poly - polys, kar pomeni mnog, in meros, kar pomeni del. Iz teh dveh besed torej sledi naziv polimer.
Zgodovinski pregled razvoja polimerov:
-> Leta 1838 je Francoz Anselme Payen postavil osnovo kemije celuloze, ki nastaja v rastlinah s fotosintezo in tvori največkrat polovico snovi, iz katerih so zgrajene celice bilk in dreves. Na osnovi raziskav je določil formulo te substance, in sicer C8H10O5; njena molekularna masa je 162. Eksperimentalno pa je dokazano, da je molekularna masa veliko večja, zato se formula lahko zapiše (C8H10O5)n. Vrednost n v formuli celuloze običajno znaša 100 ali 5000 in pomeni, koliko monomernih molekul C8H10O5 se nahaja v makromolekuli celuloze (predstavlja stopnjo polimerizacije).
-> Leta 1839 je veliko pomanjkljivost kavčuka, ki ni dovoljevala njegove širše uporabe odpravil Američan Charles Goodyear. Kavčuk je bil pri povišanih temperaturah lepljiv in mehak, pri nizkih pa trd in krhek. Goodyear je odkril proces vulkanizacije, pri katerem dodatek manjše količine žvepla v segretem naravnem kavčuku sproži kemično reakcijo, pri kateri se linearne polimerne molekule kavčuka prečno povezujejo preko žveplovih atomov. Pri procesu vulkanizacije se tvori mrežasta struktura - guma, ki ima veliko elastičnost pa tudi trdoto. Zaradi mrežaste strukture je guma netopna v organskih topilih in je v primerjavi z naravnim kavčukom veliko bolj odporna proti vplivom toplote in svetlobe.
-> Leta 1846 je baselskemu profesorju kemije Christianu Schonbeimu uspelo narediti prvi polsintetični proizvod. Postavil je osnovo za pridobivanje razstreliva na osnovi celuloznega nitrata (nitroceluloze). Nitroceluloza je tako kot navadna celuloza bela, vlaknasta snov, ki pa je za razliko od naravne celuloze zelo vnetljiva.
-> Leta 1907 je Američan Leo Hendrich Baekeland proizvedel prvi popolnoma sintetični poliplast z medsebojno reakcijo fenola in formaldehida. Polimer, ki je pri tem nastal, je imel lastnosti smole. V drugi fazi je z zamreženjem nastale formaldehidne smole ob prisotnosti temperature in raznih polnil dobil končni izdelek velike trdote in togosti. Po iznajditelju so ta proizvod imenovali Bakelit.
Pridobivanje polimerov:
Pri pridobivanje polimernih snovi razlikujemo tri vrste reakcijskih procesov:
1. Polimerizacija
Polimerizacija je najbolj razširjen industrijski postopek sinteze termoplastičnih mas. Monomeri tekočih ali plinastih substanc se nalagajo drug na drugega na mestih dvojnih valenc, ki razpadejo. Pri tem se ena valenca porabi za zvezo z drugim monomernim delcem, pri čemer se ne izloča noben stranski produkt.
2. Polikondenzacija
Pri polikondenzacijskem procesu se različni monomeri preko reakcijsko sposobnih končnih skupin spojijo skupaj, pri čemer se kot stranski produkt izloči voda, amonijak ali drugi nizkomolekularni stranski produkti. Značilni produkti polimerizacije so poliestri, polikarbonati in poliamidi.
3. Poliadicija
Pri poliadiciji se združujeta dva različna monomerna delca, ki vsebujeta atomske skupine, in sta sposobna za reakcijo. Reakcijo spajanja monomernih delcev sproži preseljevanje vodikovega atoma iz enega monomera k drugemu. Pri tem ne nastajajo nobeni stranski produkti.
dobimo:
O = C = N - X - NH = C - O - CH2 - CH2 - OHa
Na spodnji sliki je prikazana poraba energije za nekatere kovine in polimerne materiale.
