Makromolekyyli ja toistuva rakenneyksikkö
Pientä molekyyliä, josta polymeeri rakentuu, kutsutaan monomeeriksi. Kun monomeerit liittyvät yhteen, kustakin tulee ketjun yksikkö. Ketjun yksiköiden lukumäärä on polymeroitumisaste: puun selluloosassa se on tuhansia.
Monomeeri on pienimolekyylinen yhdiste, josta polymeeri muodostuu. Toistuva rakenneyksikkö on pienin osa, jonka toistumana ketju voidaan kuvata. Polymeroitumisaste on makromolekyylin rakenneyksiköiden lukumäärä; makromolekyylin moolimassa on polymeroitumisaste kerrottuna rakenneyksikön massalla, lisättynä pääteryhmien massalla. Oligomeereissä on vain vähän rakenneyksiköitä, ja niiden ominaisuudet muuttuvat selvästi jokaisen lisätyn yksikön myötä.
Luonnon, muunnetut ja synteettiset polymeerit
Osa polymeereistä syntyy luonnossa: selluloosa, ligniini, tärkkelys, proteiinit. Osa tehdään muuntamalla luonnon polymeerejä kemiallisesti: näin selluloosasta saadaan asetaattia ja viskoosia. Osan kemistit rakentavat kokonaan monomeereista: polyeteeni, nailon, fenoli-formaldehydihartsit.
Alkuperänsä mukaan polymeerit ovat luonnon polymeerejä (polysakkaridit, ligniini, proteiinit, luonnonkumi), muunnettuja eli luonnon polymeereistä kemiallisesti muokattuja (selluloosan esterit, viskoosi) tai synteettisiä, monomeereista valmistettuja. Pääketjun perusteella erotetaan hiiliketjuiset polymeerit (ketju koostuu hiiliatomeista, kuten polyeteenissä) ja heteroketjuiset polymeerit (ketjussa on happi-, typpi- tai muita atomeja, kuten selluloosassa, polyestereissä ja polyamideissa).
Ketjun muoto
Ketju voi olla suora lanka, haarautua kuin puu tai sulautua naapuriensa kanssa yhtenäiseksi verkoksi. Muoto ratkaisee olennaisen: sulaako polymeeri ja liukeneeko se.
Polymeerit ovat lineaarisia, haarautuneita tai verkkoutuneita (silloittuneita, kolmiulotteisia). Lineaariset ja haarautuneet polymeerit liukenevat sopivissa oloissa, ja monet myös sulavat (selluloosa hajoaa ennen sulamista); verkkoutuneet polymeerit eivät liukene vaan turpoavat vain rajoitetusti, eivätkä ne koskaan siirry viskoosin virtauksen tilaan. Puussa esiintyvät kaikki kolme rinnakkain: lineaarinen selluloosa, haarautuneet hemiselluloosat ja ligniini, jota oppikirjat kuvaavat kolmiulotteiseksi (voimakkaasti haarautuneeksi, osittain silloittuneeksi) polymeeriksi.
Homopolymeerit ja kopolymeerit
Jos kaikki yksiköt ovat samanlaisia, kyseessä on homopolymeeri. Jos ketjussa on kahta tai useampaa eri yksikköä, se on kopolymeeri. Yksiköt voivat vuorotella, olla sekaisin, muodostaa pitkiä jaksoja tai riippua sivuketjuina.
Kopolymeerit luokitellaan rakenneyksiköiden jakautumisen mukaan: satunnais- (tilastolliset), vuorottais-, blokki- ja oksaskopolymeerit (oksaskopolymeereissä yhden koostumuksen sivuketjuja on oksastettu toisen koostumuksen pääketjuun). Luonnon heteropolysakkaridit, kuten glukomannaanit, ovat käytännössä kopolymeerejä. Synteettisten ketjujen oksastamisella selluloosaan muokataan sen ominaisuuksia.
Kestomuovit ja kertamuovit
Osa muoveista pehmenee kuumennettaessa, ja ne voi sulattaa uudelleen: ne ovat kestomuoveja. Toiset kovettuvat pysyvästi ensimmäisellä kuumennuksella, koska niiden ketjut silloittuvat verkoksi: ne ovat kertamuoveja. Vanerin ja lastulevyn hartsit kuuluvat jälkimmäisiin.
Kestomuovit (polyeteeni, polyvinyylikloridi, polyvinyyliasetaatti) pehmenevät kuumennettaessa palautuvasti. Kertamuovit muodostavat kovettuessaan verkkorakenteen ja menettävät palautumattomasti kykynsä sulaa ja liueta; kovetetut fenoli-formaldehydi-, urea-formaldehydi- ja epoksihartsit kuuluvat tähän ryhmään.
Keskeiset tiedot
- monomeeri → polymeeri
- toistuva rakenneyksikkö
- selluloosa
- lineaarinen
- hemiselluloosat
- haarautuneita
- ligniini
- 3D, osittain silloittunut
- kestomuovi
- voidaan sulattaa uudelleen
- kertamuovi
- palautumattomasti silloittunut
Luvun lähteet
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
- Евстигнеев Э.И. и др. Химия древесины и синтетических полимеров. Ч. 1. Строение, свойства, химические реакции и производные целлюлозы: учебно-методическое пособие. СПб.: СПбГТУРП, 2010.
- Odian G. Principles of Polymerization. 4th ed. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2004.
- IUPAC. Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008). Cambridge: RSC Publishing, 2009.