Polymér

Pojem "Polymér" označuje makromolekulu zloženú z viac molekúl a to jedného (alebo pokojne aj viac) typov atómov (alebo rovno skupín atómov). Pritom platí, že nemálo z chemických aj fyzikálnych vlastností sa nemení vtedy, keď odoberieme alebo pridáme jednu (alebo viac) podobných konštitučných jednotiek.

Moderné polyméry dnes vznikajú zvyčajne za pomoci procesu známeho ako polykondenzácie, prípadne polymerizácie.

Kľúčová vec, v ktorej sa iné materiály a polyméry líšia, je však tzv. do reťazcov usporiadaná štruktúra všetkých v nich obsiahnutých molekúl - obvykle ide totiž o dlhé lineárne štruktúry vzájomne spojených atómov (respektíve ich skupín), v ktorých je zrejmá určitá pravidelná štruktúra. Tá opäť môže (ale nemusí) byť miestami prerušená kvôli vetveniu (potom ide o tzv. vrúbľované polyméry, poprípade vetvené polyméry, respektíve priamo o tzv. polymérové siete).

Vyššie uvedené je informácia dôležitá preto, lebo inak by sme mohli brať za polyméry aj napríklad diamanty (alebo dnes tak populárny grafén), pretože ich molekulové hmotnosti sú rovnako vysoké.

Nech ale máme informácie kompletné - nie je tomu nijako dlho, čo sa pojmom polymér označovali len makromolekulové látky vytvorené z molekúl so vzorcom Xn "(číslo n udávalo, koľkokrát sa štruktúra opakuje). Nesmieme ale zabúdať, že dnes sa za polyméry označujú aj látky vyslovene nechemického pôvodu: tak napríklad nukleové kyseliny a všelijaké proteíny. Je tomu tak dnes samozrejme preto, že ich štruktúra molekuly pozostáva z gigantického počtu veľmi si podobných štrukturálnych položiek, čo sa neustále opakujú.

V rámci toho, aby bola oblasť modernej chémie a polymérov viac prehľadná, sa našťastie vedci rozhodli veci jasne a zreteľne odlíšiť: tak napríklad, všetky polyméry vzniknuté z biologickej podstaty dnes spadajú pod pojem biopolyméry (alebo tiež biomakromolekulárne látky). Pre príklad - asi tým najznámejším biopolymérom je celulóza, ktorá obsahuje okolo tisícky jednotiek glukózy. Aj to je dôvodom, prečo má zrovna celulóza tak veľkú relatívnu molekulovú hmotnosť (okolo 200 tisíc).

Príklady najbežnejších chemických polymérov z praxe

Asi tým najznámejším predstaviteľom bežných polymérov chemických je polyetylén, čo sa dá znázorniť nasledovne:

H―(CH2)n―H

respektíve:

H―(CH2―CH2)n―H

keď chce niekto zdôrazniť, že vznikol polymerizáciou ethenu / etylénu.

Ďalším pomerne dobre známym polymérom je tzv. polybutadién (ide o najstarší umelý kaučuk):

H―(CH2―CH═CH―CH2)n―H

môžeme mať ale polybutadién zakončený aj hydroxylovou skupinou (HTPB), kedy zase vyzerá pre zmenu takto:

HO―(CH2―CH═CH―CH2)n―OH

Ďalším dobrým príkladom moderného (a už nie úplne jednoduchého) polyméru je aj polyvinylchlorid (PVC):

H―(CH2―CHCl)n―H

Akých môžu polyméry nadobúdať štruktúr?

Všetky vyššie uvedené polyméry sú nerozvetvenej a priamej štruktúry. Keď sa ale chceme zoznámiť s polymérom zložitejším, jeho dobrým zástupcom je všetkým iste veľmi dobre poznáný prírodný kaučuk. Prírodný kaučuk vychádza z monomérnej jednotky uhľovodíka izoprénu (alebo poslúži aj polystyrén syntetickej proveniencie).

Polyméry všetkých typov ale pochopiteľne nemusí vytvárať len látky jednoduché a lineárne. Dokonca aj medzi spojnicami monomérnych jednotiek môžu vznikať chemické väzby - tá potom vytvára špecifickú a nezameniteľnú priestorovú / plošnú štruktúru daného polyméru.

Všetky polyméry môžu samozrejme tiež vznikať z viac ako jedného monoméru, tým pádom sa označujú ako kopolyméry. Molekuly tu môžu a nemusia mať pravidelnú štruktúru svojich monomérnych jednotiek. Z toho potom logicky vyplýva, že ako nukleové kyseliny, tak aj proteíny sú z tohto hľadiska jasné kopolyméry.

Aké majú polyméry mechanické vlastnosti?

Jednoznačne tým najdôležitejším faktorom, čo ľudstvo u všetkých chemických polymérov zaujíma, sú ich mechanické a fyzikálne vlastnosti. Práve tie totiž určujú, ako sa bude daný polymér správať v makrosvete a väčšom meradle.

• Pevnosť v ťahu - táto vlastnosť u daného materiálu (a ani polyméry nie sú výnimkou) určuje, ako veľmi veľké predĺženie polymér zvládne pred tým, než praskne. Ide o veľmi dôležitú vec, pretože je to zvyčajne faktor, čo je u nich najdôležitejší. Všeobecne sa dá povedať, že pevnosť v ťahu určitého polyméru sa zväčšuje s dĺžkou jeho reťazca / vytvorením zložitejšej štruktúry typu sieť u celulózy.
• Elastický modulus - udáva, ako veľmi je konkrétny polymér elastický. Je definovaný pre vlákna určitej dĺžky a hrúbky. Táto hodnota nie je naviac fixná a dosť sa mení podľa teploty.