Uvod

Osnovni pojmovi i terminologija

Prema uobičajenoj definiciji polimeri su visokomolekulni spojevi sastavljeni od velikog broja atomskih skupina povezanih kemijskim (kovalentnim) vezama. Ponavljane atomske skupine tvore konstitucijske ili strukturne jedinice. Preciznija definicija je: polimeri su kondenzirani sustavi makromolekula, što znači da postoje u čvrstom i kapljevitom stanju, i ne mogu postojati u plinovitom agregatnom stanju.

Sustav znači da polimer čine strukturni elementi (makromolekule ili polimerne molekule) koji su u interakciji. Drugim riječima, svaki strukturni element ima relativno visoki stupanj individualnosti (može se jednoznačno uočiti u odnosu na ostale strukturne elemente) ali postoji i djelovanje strukturnih elemenata jednih na druge.

Makromolekula nije naprosto molekula s velikim brojem atoma, nego molekula u kojoj je veliki broj atoma organiziran tako da je ona sastavljena od velikog broja strukturnih jedinica koje se ponavljaju a nazivaju se ponavljane jedinice ili meri. Broj tipova ponavljanih jedinica u jednoj makromolekuli je malen, najčešće samo jedan ili dva.

U smislu ove definicije "molekula" je sustav atoma u kojemu nema ponavljanja konstitucijskih jedinica i koja zbog toga ima malu molekulnu masu. Molekulna masa složenijih organskih molekula iznosi 250-500. Masa ponavljanih jedinica makromolekula usporediva je s masom molekula. Budući da se organsku molekulu može smatrati izgrađenom od samo jedne jedinice ona se naziva monomerom. Polimerne molekule sintetiziraju se procesom polimerizacije iz odgovarajućih monomera kao ishodnog materijala. Broj ponavljanih jedinica u polimernoj molekuli naziva se stupanj polimerizacije, DP (eng. degree of polymerization ). Umnožak stupnja polimerizacije i molekulne mase ponavljane jedinice, M 0 jednak je molekulnoj masi polimerne molekule M n :

M n = DP M 0 1.1 ⋅

Ako je stupanj polimerizacije nizak, oko deset, a molekulna masa M n ≤ 1500, obično se molekula naziva oligomerom, a ne polimerom. Molekule nastale u prvim stupnjevima polimerizacije imaju svoja posebna imena: dimer, trimer, tetramer itd. Dosljedno ovoj terminologiji molekule s visokim stupnjem polimerizacije trebale bi se nazivati polimerima. Međutim, termin polimer uobičajilo se koristiti za materijale izgrañene od molekula s visokim stupnjem polimerizacije, pa se onda za molekule koristi naziv polimerna molekula ili češće makromolekula.

Minimalni broj mera u nekoj molekuli, kao uvjet da bi to bila polimerna molekula, nije definiran. Kriterij za taj minimalni broj je iskazivanje karakterističnih polimernih svojstava u pojedinim fizičkim stanjima (viskoelastičnost i sl.). Naime, u kapljevitom stanju mikroskopska struktura polimera nalik je masi živih glista, meñusobno zapletenih i uvijenih.

Znanstveno izraženo, u taljevini polimera svaki makromolekulni lanac je vrlo pokretljiv obzirom na rotaciju oko veza u okosnici lanca, tako da molekulni segmenti izvode brza gibanja uvijanja. Takvi lanci mogu kliznuti jedan uz drugi, ali imaju i tendenciju zaplitanja što se i događa. Rezultat toga, na makroskopskom nivou, je viskozna kapljevina slična sirupu.

Upravo taj kriterij, iskazivanje tipičnih polimernih svojstava, razlogom je što su oligomeri izdvojeni iz klase polimernih molekula. Za većinu polimera minimalni broj ponavljanih jedinica je oko sto. Za maksimalni broj ponavljanih jedinica u makromolekuli nema principijelnih ograničenja, ali za prirodne i sintetske polimere taj broj je u rasponu od tisuću do sto tisuća i više. Primjerice, poliamid 66 s molekulnom masom 10000 je već viskoelastičan, dok polistiren takva svojstva poprima tek kod molekulne mase veće od 250000, a biopolimeri kod još većih molekulnih masa.

Polimeri su pretežito organskog porijekla i sastoje se pretežito od ugljika, zatim vodika, kisika, dušika i sl. Anorganski polimeri ne sadrže ugljikove atome već su grañeni od makromolekula koje sadrže anorganske temeljne lance i bočne skupine. Anorgansko-organski imaju anorganske elemente u temeljnom lancu ili bočnim skupinama:

polimeri Anorganski polimeri:

Polimeri mogu prema porijeklu biti prirodni i sintetski. Mnogobrojni predstavnici polimera nalaze se u prirodi, primjerice celuloza, lignin, škrob, bjelančevine, kaučuk, dok se danas proizvodi na stotine sintetskih polimera. To su tvorevine novijeg datuma čija se široka primjena razvija od šezdesetih godina dvadesetoga stoljeća.

Sintetski polimeri opći je naziv za poliplaste koji uključuje plastomere, duromere, elastomere i elastoplastomere. Sintetska vlakna i pomoćni polimerni materijal (obično se upotrebljavaju u obliku otopina ili disperzija u proizvodnji ljepila, lakova, premaza, te sredstava za obradbu kože, papira i tekstila) takođe su poliplasti, ali kod kojih su posebnim načinom prerade postignuta karakteristična primjenska svojstva kojima se taj materijal razlikuje od ostalih poliplasta.

Polimerizat je čisti proizvod kemijske reakcije polimerizacije (kao takav se samo iznimno upotrebljava ).

Polimerni materijal je sve ono što se prerađuje tj. ono od čega je izrađen gotov proizvod. Često se radi jednostavnosti polimerni materijali nazivaju polimerima, što je pogrešno. Postoje dvije vrste polimernog materijala: plastika i guma.

Plastična masa je polimerni materijal u postupku prerade.