Polymer

Pojem „Polymer“ označuje makromolekulu složenou z více molekul a to jednoho (anebo klidně i více) typů atomů (nebo rovnou skupin atomů). Přitom platí, že nemálo z chemických i fyzikálních vlastností se nemění tehdy, když odebereme nebo přidáme jednu (či více) podobných konstitučních jednotek.

Moderní polymery dnes vznikají obvykle za pomoci procesu známého jako polykondenzace, popřípadě polymerizace.

Klíčová věc, v níž se jiné materiály a polymery liší je ovšem tzv. do řetězců uspořádaná struktura všech v nich obsažených molekul – obvykle jde totiž o dlouhé lineární struktury vzájemně spojených atomů (respektive jejich skupin), v nichž je patrná určitá pravidelná struktura. Ta opět může (ovšem nemusí) být místy přerušena kvůli větvení (pak jde o tzv. roubované polymery, popřípadě větvené polymery, respektive přímo o tzv. polymerové sítě).

Výše uvedené je informace důležitá proto, jelikož jinak bychom mohli brát za polymery i třeba diamanty (anebo dnes tak populární grafen), protože jejich molekulové hmotnosti jsou stejně vysoké.

Ať ale máme informace kompletní – není tomu nikterak dlouho, co se pojmem polymer označovaly jen makromolekulární látky vytvořené z molekul se vzorcem Xn „(číslo n udávalo, kolikrát se struktura opakuje). Nesmíme ale zapomínat, že dnes se za polymery označují i látky vysloveně nechemického původu: tak třeba nukleové kyseliny a všelijaké proteiny. Je tomu tak dnes samozřejmě proto, že jejich struktura molekuly sestává z gigantického počtu velmi si podobných strukturálních položek, co se neustále opakují.

V rámci toho, aby byla oblast moderní chemie a polymerů více přehledná se ale naštěstí vědci rozhodli věci jasně a zřetelně odlišit: tak třeba, veškeré polymery vzniklé z biologické podstaty dnes spadají pod pojem biopolymery (nebo též biomakromolekulární látky). Pro příklad – asi tím nejznámějším biopolymerem je celulóza, která obsahuje okolo tisícovky jednotek glukózy. I to je důvodem, proč má zrovna celulóza tak velkou relativní molekulovou hmotnost (okolo 200 tisíc).

Příklady nejběžnějších chemických polymerů z praxe

Asi tím nejznámějším představitelem běžných polymerů chemických je polyetylen, co se dá znázornit takto:

H―(CH2)n―H

respektive:

H―(CH2―CH2)n―H

když chce někdo zdůraznit, že vznikl polymerací ethenu / ethylenu.

Dalším poměrně dobře známým polymerem je tzv. polybutadien (jde o nejstarší umělý kaučuk):

H―(CH2―CH═CH―CH2)n―H

můžeme mít ale polybutadien zakončený i hydroxylovou skupinou (HTPB), kdy zase vypadá pro změnu takto:

HO―(CH2―CH═CH―CH2)n―OH

Dalším dobrým příkladem moderního (a již ne úplně jednoduchého) polymeru je i polyvinylchlorid (PVC):

H―(CH2―CHCl)n―H

Jakých mohou polymery nabývat struktur?

Všechny výše uvedené polymery jsou nerozvětvené a přímé struktury. Pakliže se ale chceme seznámit s polymerem složitějším, jeho dobrým zástupcem je všem jistě velmi dobře znám přírodní kaučuk. Přírodní kaučuk vychází z monomerní jednotky uhlovodíku isoprenu (nebo poslouží i polystyren syntetické provenience).

Polymery všech typů ale pochopitelně nemusí vytvářet jen látky jednoduché a lineární. Dokonce i mezi spojnicemi monomerních jednotek mohou vznikat chemické vazby – ta pak vytváří specifickou a nezaměnitelnou prostorovou / plošnou strukturu daného polymeru.

Veškeré polymery mohou samozřejmě také vznikat z více než jednoho monomeru, tím pádem se označují jako kopolymery. Molekuly zde mohou a nemusí mít pravidelnou strukturu svých monomerních jednotek. Z toho pak logicky plyne, že jak nukleové kyseliny, tak i proteiny jsou z tohoto hlediska jasné kopolymery.

Jaké mají polymery mechanické vlastnosti?

Jednoznačně tím nejdůležitějším faktorem, co lidstvo u všech chemických polymerů zajímá jsou jejich mechanické a fyzikální vlastnosti. Právě ty totiž určují, jak se bude daný polymer chovat v makrosvětě a větším měřítku.

• Pevnost v tahu – tato vlastnost u daného materiálu (a ani polymery nejsou výjimkou) určuje, jak moc velké prodloužení polymer zvládne před tím, nežli praskne. Jde o velmi důležitou věc, protože je to obvykle faktor, co je u nich nejdůležitější. Všeobecně se dá říci, že pevnost v tahu určitého polymeru se zvětšuje s délkou jeho řetězce / vytvořením složitější struktury typu síť u celulózy.
• Elastický modulus – udává, jak moc je konkrétní polymer elastický. Je definován pro vlákna určité délky a tloušťky. Tato hodnota není navíc fixní a dost se mění podle teploty.