Química do polímero - Polymer chemistry
A química de polímeros é uma subdisciplina da química que se concentra na síntese química , estrutura e propriedades físicas e químicas de polímeros e macromoléculas . Os princípios e métodos usados na química de polímeros também são aplicáveis por meio de uma ampla gama de outras sub-disciplinas da química , como química orgânica , química analítica e química física . Muitos materiais têm estruturas poliméricas, de totalmente inorgânicos de metais e cerâmicas para ADN e outras moléculas biológicas , no entanto, química de polímeros é tipicamente referido no contexto da síntese , composições orgânicas . Os polímeros sintéticos são onipresentes em materiais comerciais e produtos de uso diário, comumente chamados de plásticos e borrachas , e são os principais componentes de materiais compostos . A química do polímero também pode ser incluída nos campos mais amplos da ciência do polímero ou mesmo da nanotecnologia , ambas as quais podem ser descritas como abrangendo a física do polímero e a engenharia do polímero .
História
O trabalho de Henri Braconnot em 1777 e o trabalho de Christian Schönbein em 1846 levaram à descoberta da nitrocelulose , que, quando tratada com cânfora , produzia celulóide . Dissolveu-se em éter ou acetona , torna-se colódio , que tem sido usada como uma ferida curativo desde a Guerra Civil . O acetato de celulose foi preparado pela primeira vez em 1865. Nos anos de 1834-1844, as propriedades da borracha ( poliisopreno ) foram muito melhoradas pelo aquecimento com enxofre , fundando assim o processo de vulcanização .
Em 1884, Hilaire de Chardonnet deu início à primeira planta de fibra artificial baseada em celulose regenerada , ou rayon viscose , como um substituto para a seda , mas era muito inflamável. Em 1907, Leo Baekeland inventou o primeiro polímero feito independente de produtos de organismos , uma resina termoendurecível fenol - formaldeído chamada baquelita . Na mesma época, Hermann Leuchs relatou a síntese de aminoácidos N-carboxianidridos e seus produtos de alto peso molecular na reação com nucleófilos, mas não se referiu a eles como polímeros, possivelmente devido às fortes opiniões defendidas por Emil Fischer , seu diretor supervisor, negando a possibilidade de qualquer molécula covalente exceder 6.000 daltons. O celofane foi inventado em 1908 por Jocques Brandenberger, que tratou folhas de viscose com ácido .
Hermann Staudinger , pai da química de polímeros
Wallace Carothers , inventor do náilon.
Stephanie Kwolek , inventora do Kevlar .
O químico Hermann Staudinger propôs pela primeira vez que os polímeros consistiam em longas cadeias de átomos unidas por ligações covalentes , que ele chamou de macromoléculas . Seu trabalho expandiu a compreensão química dos polímeros e foi seguido por uma expansão do campo da química dos polímeros, durante o qual materiais poliméricos como neoprene, náilon e poliéster foram inventados. Antes de Staudinger, pensava-se que os polímeros eram aglomerados de pequenas moléculas ( colóides ), sem pesos moleculares definidos , mantidos juntos por uma força desconhecida . Staudinger recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1953. Wallace Carothers inventou a primeira borracha sintética chamada neoprene em 1931, o primeiro poliéster , e passou a inventar o náilon , um verdadeiro substituto da seda, em 1935. Paul Flory recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1974 por seu trabalho em configurações de bobinas aleatórias de polímero em solução na década de 1950. Stephanie Kwolek desenvolveu uma aramida , ou náilon aromático chamado Kevlar , patenteado em 1966. Karl Ziegler e Giulio Natta receberam o Prêmio Nobel pela descoberta de catalisadores para a polimerização de alcenos . Alan J. Heeger , Alan MacDiarmid e Hideki Shirakawa receberam o Prêmio Nobel de Química de 2000 pelo desenvolvimento de poliacetileno e polímeros condutores relacionados. O poliacetileno em si não encontrou aplicações práticas, mas os diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) surgiram como uma aplicação de polímeros condutores.
Os programas de ensino e pesquisa em química de polímeros foram introduzidos na década de 1940. Um Institut fur Makromolekulare Chemie foi fundado em 1940 em Freiburg, Alemanha, sob a direção de Staudinger. Na América, um Polymer Research Institute (PRI) foi estabelecido em 1941 por Herman Mark no Polytechnic Institute of Brooklyn (agora Polytechnic Institute of NYU ).
Polímeros e suas propriedades
Polímeros são compostos de alta massa molecular formados pela polimerização de monômeros . A molécula reativa simples da qual as unidades estruturais repetidas de um polímero são derivadas é chamada de monômero. Um polímero pode ser descrito de muitas maneiras: seu grau de polimerização , distribuição de massa molar , tacticidade , distribuição de copolímero , o grau de ramificação , por seus grupos terminais , reticulações , cristalinidade e propriedades térmicas, como sua temperatura de transição vítrea e temperatura de fusão. Os polímeros em solução têm características especiais com relação à solubilidade , viscosidade e gelificação . Ilustrativo dos aspectos quantitativos da química dos polímeros, é dada especial atenção aos pesos moleculares médios numéricos e médios ponderais e , respectivamente.
A formação e as propriedades de polímeros têm sido racionalizada por muitas teorias incluindo teoria Scheutjens-Fleer , teoria solução de Flory-Huggins , mecanismo Cossee-Arlman , a teoria do campo polímero , Hoffman Teoria Nucleação , Flory-Stockmayer Teoria , e muitos outros.
Classificação
Origem
Os polímeros podem ser subdivididos em biopolímeros e polímeros sintéticos de acordo com sua origem. Cada uma dessas classes de compostos pode ser subdividida em categorias mais específicas em relação ao seu uso e propriedades
Biopolímeros são os materiais estruturais e funcionais que compõem a maior parte da matéria orgânica dos organismos. Uma classe principal de biopolímeros são as proteínas , que são derivadas de aminoácidos . Polissacarídeos , como celulose , quitina e amido , são biopolímeros derivados de açúcares. Os ácidos polinucleicos DNA e RNA são derivados de açúcares fosforilados com nucleotídeos pendentes que carregam informações genéticas.
Polímeros sintéticos são os materiais estruturais manifestados em plásticos , fibras sintéticas , tintas , materiais de construção , móveis , peças mecânicas e adesivos . Os polímeros sintéticos podem ser divididos em polímeros termoplásticos e plásticos termofixos . Os polímeros termoplásticos incluem polietileno , teflon , poliestireno , polipropileno , poliéster , poliuretano , poli (metacrilato de metila) , cloreto de polivinila , nylons e rayon . Os plásticos termofixos incluem borracha vulcanizada , baquelite , Kevlar e poliepóxido . Quase todos os polímeros sintéticos são derivados de produtos petroquímicos .
Viscosidade
À medida que os polímeros ficam mais longos e seu peso molecular aumenta, a viscosidade dos polímeros em seus estados dissolvido e líquido também tende a aumentar. Assim, a viscosidade medida dos polímeros sintetizados pode fornecer informações valiosas sobre o comprimento médio do polímero, o progresso das reações e de que forma o polímero se ramifica.
Técnicas
Uma grande variedade de técnicas para sintetizar polímeros foi descoberta.
Lista de técnicas comuns
Síntese de Polímero Inorgânico
- Polimerização de radical livre
- Polimerização iônica
- Policondensação
- Poliadição
- Polimerização de Coordenação