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Polimeri

Che cosa sono i polimeri?

I polimeri sono macromolecole ad elevato peso molecolare; sono ottenuti da molecole a basso peso molecolare (monomeri) che posseggono uno o più doppi legami o due o più gruppi funzionali in grado di reagire tra loro.

Il termine polimeri è generalmente riferito a sostanze con valori elevati di peso molecolare, mentre si utilizza il termine oligomeri per indicare polimeri a basso peso molecolare, formati da poche unità ripetentesi.

I polimeri sono formati dalla ripetizione di numerose unità strutturali (unità ripetentesi costituzionale); le unità di partenza, con le quali si forma il polimero, vengono chiamate monomeri e la reazione che unisce i monomeri tra loro a costituire il polimero viene detta polimerizzazione.

Le unità strutturali sono legate tra loro mediante legami chimici (generalmente legami covalenti) a costituire la catena polimerica.

L'unità strutturale viene denominata, secondo la definizione internazionale IUPAC, unità ripetentesi costituzionale (CRU, Constitutional Repeating Unit), oppure (comunemente ma impropriamente) unità monomerica poiché spesso equivalente o quasi al monomero.

La reazione che, dai singoli monomeri porta alla formazione del polimero è detta reazione di polimerizzazione.

Un esempio di reazione di polimerizzazione è quella che porta alla formazione del polietilene:

polimerizzazione etilene

Formazione del polietilene: n rappresenta il numero di unità ripetentesi.

Come è possibile notare dal caso appena esposto, i polimeri si rappresentano di solito indicando il CRU, senza specificare il tipo di gruppi terminali delle catene.

Classificazione dei polimeri

La struttura primaria di un polimero definisce gli atomi presenti in una molecola e i loro reciproci legami.

In base al tipo di struttura primaria i polimeri possono essere classificati in:

  • polimeri lineari: se le catene sono costituite solo da unità bifunzionali (per esempio lana, seta, cotone, polietilene, poliammidi, polimeri vinilici);
  • polimeri ramificati (e al limite reticolati): se le catene contengono anche unità tri- o in genere poli-funzionali (per esempio l'amido).

Se in ciascuna macromolecola esiste un solo tipo di CRU (non considerando i gruppi terminali alle estremità), il polimero viene definito omopolimero, se in ciascuna macromolecola esistono due (o più) tipi di CRU, il polimero viene definito copolimero.

In base alla provenienza, i polimeri possono essere classificati in:

  • polimeri naturali;
  • polimeri sintetici;
  • polimeri artificiali.

In base al tipo di reazione con la quale sono stati ottenuti i polimeri possono essere classificati in:

  • polimeri di condensazione: formati per eliminazione di piccole molecole, come l'acqua;
  • polimeri di addizione: formati per successiva addizione di unità molecolari ripetute.

Peso molecolare dei polimeri

Le macromolecole che formano un polimero sono tutte simili come struttura e configurazione ma diverse come lunghezza: si ha pertanto una distribuzione dei pesi molecolari (DPM) tra le varie macromolecole, e il peso molecolare stesso deve essere espresso tramite un valore medio che tiene conto della composizione del campione.

Si definisce grado di polimerizzazione medio il rapporto tra il peso molecolare medio del polimero (M) e il peso molecolare dell'unità ripetentesi costituzionale (Mo).

n = M/Mo

Usi dei polimeri

Quando si sono cominciate a capire meglio le reazioni di polimerizzazione e le tecniche sono diventate via via più sofisticate, allora è stato possibile produrre polimeri dalle caratteristiche fisiche notevoli.

Inizialmente lo scopo dei chimici che lavoravano nei polimeri sintetici era quella di imitare sinteticamente i polimeri naturali importanti.

Un classico esempio è la invenzione del nylon come sostituto della seta naturale.

La limitazione nelle fonti di gomma naturale, specialmente durante la seconda guerra mondiale, ha generato un enorme sforzo, coronato da successo, di produrre la gomma sintetica.

Partendo da questi inizi, i polimeri vennero sviluppati con caratteristiche differenti e migliori rispetto ai prodotti naturali che intendevano sostituire.

Plastica

La plastica, un tipo di materiale che comprende polimeri anche molto diversi tra loro.

Una larga famiglia di fibre sintetiche ha seguito il nylon, così come i vari tipi di pellame sintetico hanno seguito la prima gomma sintetica.

Questi sviluppi hanno avuto un enorme impatto nel nostro modo di vivere quotidiano e oggi i polimeri di sintesi vengono utilizzati in numerosissimi campi come : fibre per vestiti e arredamenti, utensili di plastica, vernici sintetiche, giocattoli, spazzolini da denti, vasellame, gomme sintetiche per pneumatici, palle da golf, ecc.

La maggior parte di questo sviluppo si è verificato negli anni 1950-1960 e ha coinvolto un gran numero di chimici.

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Nei polimeri un fattore importante di cui bisogna tenere conto è la polidispersità.

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