Polimery i polimeryzacja

Polimery są to związki, których cząsteczki składają się z bardzo wielu mniejszych, powtarzających się ugrupowań atomowych zwanych merami. Polimery dzieli się na:
a) naturalne np. białka, celuloza, kauczuk
b) syntetyczne.

Ze względu na ogólną strukturę i warunki przetwórstwa rozróżnia się:
a) Polimery łańcuchowe - topią się w wyższych temperaturach i są rozpuszczalne w odpowiednich rozpuszczalnikach (termoplasty)
b) Termoutwardzalne i chemoutwardzalne (czyli tzw. duroplasty) - pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury albo odczynników chemicznych ulegają usieciowaniu i stają się tworzywami nietopliwymi i nierozpuszczalnymi

Polimer addycyjny, inaczej zwany poliaddukt, jest produktem poliaddycji (polimeryzacji), polimer kondensacyjny (inaczej zwany polikondensatem) jest produktem polikondensacji. Polimery ataktyczne mają nieregularną strukturę. W stereoregularnych polimerach izotaktycznych podstawniki są rozmieszczone po tej samej stronie płaszczyzny łańcucha. Polimery syndiotaktyczne (również stereoregularne) mają podstawniki regularnie rozmieszczone po obu stronach łańcucha.

Z polimerów produkowane są:
-Przedmioty codziennego użytku
-Folie przemysłowe
-Obwody drukowane
-Wyłączniki membranowe
-Materiały izolacyjne
-Sprzęt sportowy (np. deski surfingowe, narty)
-Sprzęt medyczny (np. strzykawki)
-Meble ogrodowe
-Uszczelki
-Kleje
-Lakiery
-Części samochodów, samolotów, statków kosmicznych
-Wykładziny zaworów
-Elementy aparatów audio-wideo
-Mikrochipy
-Instrumenty optyczne
-Płyty kompaktowe

Polimery mogą służyć jako rozpuszczalniki w stałych elektrolitach. Z polimerów biodegradowalnych (np. homolimery i kopolimery kwasu poliasparaginowego, polimery hydroksymaślanu i hydroksywalerianianu) wytwarza się:
-Opakowania do środków kosmetycznych
-Żywice do uzdatniania wody i produkcji detergentów

Polimery mogą służyć także jako katalizatory reakcji fotochemicznych na przykład tzw. polielektrolity antenowe używane w procesach degradacji organicznych zanieczyszczeń środowiska (tworzywa sztuczne).

Polimeryzacja jest to reakcja chemiczna monomerów prowadząca do powstania polimerów. Począwszy od lat trzydziestych XX wieku wiele reakcji polimeryzacji wykorzystanych jest w przemyśle. Szybkość polimeryzacji uzależniona jest od temperatury, ciśnienia, ilości i rodzaju inicjatora lub katalizatora.

Rozróżnia się polimeryzację addycyjną i polimeryzację kondensacyjną (polikondensacja). Podczas polimeryzacji addycyjnej łączenie się monomerów ma charakter reakcji łańcuchowej, która przebiega bez wydzielenia małocząsteczkowych produktów ubocznych. Rozróżnia się trzy rodzaje polimeryzacji addycyjnej:
-Rodnikową
-Jonową (anionową i kationową)
-Koordynacyjną

Ze względów technologicznych proces polimeryzacji dzieli się na pięć metod:
a) Polimeryzacja blokowa (polimeryzację w masie)
Odbywa się ona poprzez ogrzewanie monomeru w fazie stałej, ciekłej lub gazowej z inicjatorem lub katalizatorem w reaktorach chemicznych. Produktem polimeryzacji blokowej jest stały polimer (blok, taśma lub pręt) o wysokiej czystości i dużej masie cząsteczkowej. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny.
b) Polimeryzacja w roztworze
Środowiskiem polimeryzacji jest odpowiedni rozpuszczalnik, w którym rozpuszcza się reagenty. Polimeryzacja prowadzona jest w podwyższonej temperaturze. Jako produkt otrzymuje się polimer o małej polidyspersyjności i mniejszej masie cząsteczkowej w porównaniu z produktami polimeryzacji blokowej. Polimeryzacja prowadzona jest sposobem periodycznym lub półciągłym.
c) Polimeryzacja emulsyjna
Monomer przed polimeryzacją poddaje się zdyspergowaniu w wodnym roztworze emulgatora. Inicjatorami polimeryzacji w emulsji są: nadtlenek wodoru, wodoronadtlenek kumenu, nadsiarczany i układy redoksowe. Do środowiska reakcji dodaje się związków pomocniczych, które regulują pH środowiska reakcji oraz napięcie powierzchniowe. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny. Produktem polimeryzacji jest wodna zawiesina polimeru, tzw. lateks.
d) Polimeryzacja w zawiesinie (polimeryzację suspensyjną, perełkową)
Inicjator polimeryzacji jest rozpuszczony w kroplach monomeru zdyspergowanych w odpowiednim roztworze koloidów organicznych (np. polialkohol winylowy) lub zawiesinie soli nieorganicznych (np. fosforan wapniowy), które działają stabilizująco. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób periodyczny. Uzyskany polimer ma postać gładkich lub porowatych perełek.
e) Polimeryzacja w fazie gazowej
Monomerami są gazy o niskiej temperaturze krytycznej, proces polimeryzacji prowadzony jest w adiabatycznych reaktorach rurowych lub autoklawach pod zwiększonym ciśnieniem (kopolimeryzacja).